2-15- طراحي کنترلر مد لغزشي(SMC)26
2-16- تعيين سطح لغزش27
2-17- اعمال شرط لغزش28
2-18- کنترل لغزشي مبدل باک28
2-19- تعيين قانون کنترل30
2-20- مزاياي کنترل مد لغزشي31
2-21- معايب کنترل مد لغزشي32
2-22- نکات32
فصل سوم: مقدمه‌اي بر ژنراتورها
3-1- ژنراتور قدرت35
3-2- دسته‌بندي ژنراتورها با توجه به نوع توربين گردنده روتور35
3-2-1- ژنراتورهاي dc35
3-2-2- ژنراتور القايي35
3-2-3- ژنراتور سنکرون36
3-3- ساختمان ژنراتور سنکرون و انواع آن38
3-4- ساختار ژنراتور سنکرون و مدار سيم‌پيچي39
3-4-1- معادلات پايه متناسب با dq041
3-4-2- معادلات اصلي رياضي ژنراتور سنکرون43
3-5- نظريه سيستم تحريک44
3-5-1- سيستم تحريک چيست؟44
3-5-2- اجزاي تشکيل دهنده سيستم تحريک45
3-5-2-1. توليد جريان روتور45
3-5-2-2. منبع تغذيه45
3-5-2-3. سيستم تنظيم کننده خودکار ولتاژ (ميکروکنترلر)45
3-5-2-4. مدار دنبال کننده خودکار46
3-5-2-5. کنترل تحريک46
3-5-2-6. محدود کننده جريان روتور46
3-5-2-7. محدود کننده مگاوار47
3-5-2-8. محدود کننده شار اضافي47
3-5-2-9. تثبيت‌کننده سيستم قدرت47
وظايف سيستم تحريک47
3-6- مدلسازي يکسو ساز تريستوري شش پالسه48
3-6-1- تريستورو مشخصه استاتيکي آن48
3-6-2- يکسو ساز شش تريستوري52
فصل‌چهارم: نتايج حاصل از شبيه‌سازي
4-1- مقدمه56
4-2- شبيه سازي يکسو ساز شش پالسه تريستوري56
4-3- شبيه سازي مبدل باک و خواص آن58
4-3-1- نحوه طراحي مبدل باک58
4-4- بررسي THD و FFT در ولتاژ ورودي به تحريک ژنراتور64
4-5- شبيه‌سازي ژنراتور سنکرون67
4-5-1- معادلات ديناميکي ژنراتور سنکرون68
4-5-2- بلاک s-function77
4-5-2-1- مراحل شبيه‌سازي بلاک s-function77
4-5-2-2- Flagها در s-function79
4-6- متغيرهاي مورد استفاده در سيمولينک80
فصل پنجم: نتيجه‌گيري و پيشنهاد براي آينده
5-1- نتيجه‌گيري88
5-2- پيشنهادات براي آينده89
منابع و مأخذ90
پيوست‌ها92

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (1-1) فهرست علايم و اختصارات شکل (1-1)6

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

جدول(4-1) مقادير پارامترهاي مربوط به مبدل باک61
جدول(4-2): flagهاي محيط متني79
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل(1-1) اجزاي کنترل اتوماتيک5
شکل(1-2) بلوک دياگرام سيستم کنترل ديجيتال7
شکل (1-3) دياگرام شماتيک سيستم تحريک استاتيک8
شکل (1-4) سيستم تحريک استاتيک ژنراتور سنکرون به همراه مبدل باک -بوست8
شکل (2-1-a) نمايي از يک مبدل12
شکل (2-1-b) ولتاژ خروجي متوسط12
شکل (2-2-a) شمايي از تقويت کننده خطي14
شکل (2-2-b) شکل موج ورودي Voi به فيلتر پايين گذر14
شکل(2-2-c) مشخصات فيلتر پايين گذر يا ميرايي ايجاد شده توسط مقاومت بار R14
شکل (2-3-a) شکل موج هاي حالت کار هدايت پيوسته15
شکل (2- 4) ولتاژهاي خروجي براي حالت هدايت پيوسته18
شکل (2-5) نماي شماتيک مبدل باک21
شکل (2-6) مدلسازي مبدل در فضاي حالت22
شکل(2-7) مسيرهاي سيستم و خط لغزش يک مبدل باک در فضاي صفحه فاز23
شکل 2-8) کنترل مبدل توسط مد لغزشي24
شکل (2-9) نواحي موجود براي کنترل لغزشي در حالتي که 30
شکل (2-10) نواحي محدود براي کنترل لغزشي در حالتي که 30
شکل (2-11) رسم همزمان مسيرهاي فازمعادلات حالت باك31
شکل (2-12) مسيرفازدرمحدوده خط لغزش31
شکل (2-13) نمايش گرافيکي کنترل مد لغزشي نشان مي‌دهد که سطح لغزش S=0 که داريم =خطاي ولتاژ متغير
و =ولتاژ خطاي ديناميکي نسبي32
شکل(3-1) شمايي از ژنراتور dc36
شکل(3-2) شمايي از ژنراتور القايي37
شکل(3-3) شمايي از ژنراتور سنکرون37
شکل(3-4) شمايي از ژنراتور سنکرون a)ساختار ژنراتور سنکرون b) دياگرام سيم‌پيچي مدار43
شکل(3-5) نمايي از نظريه سيستم تحريک ژنراتور سنکرون44
شکل(3-6) شمايي از سيستم تحريک44
شکل(3-7) جايگاه سيستم تحريک در توليد انرژي الکتريکي49
شکل‏(3-8) سيستم تحريک در نيروگاه49
شکل(3-9) ساختمان تريستور49
شکل(3-10) علامت اختصاري تريستور50
شکل(3-11) مشخصه تريستور در غياب جريان گيت51
شکل (3-12) توزيع بار a) بدون اعمال ولتاژ b) با اعمال ولتاژ53
شکل (3-13) توزيع بار با اعمال ولتاژ مثبت54
شکل(4-1): يکسو ساز شش پالسه تريستوري56
شکل(4-2) ولتاژ خروجي يکسو ساز شش پالسه تريستوري57
شکل(4-3) ولتاژ خروجي مبدل باک57
شکل(4-4) ساختار مبدل باک58
شکل(4-5) رگولاتور مبدل باک59
شکل(4-6) مدار مبدل باک59
شکل (4-7) مدار شبيه‌سازي شده مبدل باک60
شکل(4-8) شبيه‌سازي مبدل باک بدون اعمال مد لغزشي62
شکل(4-9) ولتاژ خروجي مبدل باک با اعمال مد لغزشي63
شکل(4-10) حالت زوم شده ولتاژ خروجي مبدل باک با اعمال مد لغزشي63
شکل(4-11) ولتاژ خروجي مبدل باک بدون اعمال مد لغزشي64
شکل(4-12) ولتاژ خروجي مبدل باک بعد از اعمال مد لغزشي65
شکل(4-13) مقدار THD ولتاژ ورودي تحريک ژنراتور در حالتي که مبدل باک وجود نداشته باشد65
شکل(4-14) مقدار THD ولتاژ ورودي تحريک ژنراتور در حالتي که مبدل باک وجود داشته باشد66
شکل(4-15) مقدار FFT ولتاژ تحريک ژنراتوربا اعمال مبدل باک66
شکل(4-16) مقدار FFT ولتاژ تحريک ژنراتور بدون اعمال مبدل باک67
شکل(4-17) شبيه سازي مربوط به ژنراتور سنکرون69
شکل(4-18) ولتاژ اعمالي به ميدان ژنراتور سنکرون70
شکل(4-19) حالت زوم شده ولتاژ اعمالي به ميدان ژنراتور سنکرون70
شکل(4-20) جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز a71
شکل(4-21) حالت زوم شده جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فازa71
شکل(4-22) جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز b71
شکل(4-23) حالت زوم شده جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فازb72
شکل(4-24) جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c72
شکل(4-25) حالت زوم شده جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c73
شکل(4-26) جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در راستاي d از محور dq73
شکل(4-27) جريان خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در راستاي q از محور dq74
شکل(4-28) گشتاور الکتريکي خروجي از ژنراتور سنکرون74
شکل(4-29) حالت زوم شده گشتاور الکتريکي خروجي از ژنراتور سنکرون75
شکل(4-30) ولتاژ خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز a75
شکل(4-31) ولتاژ خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز b76
شکل(4-32) ولتاژ خروجي استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c76
شکل (4-33) نمايي از بلاک s-function در سيمولينک77
شکل (4-34) نمايي کلي از کار در بلاک سيمولينک77
شکل (4-35) نمايي کلي از چرخه شبيه‌سازي s-function78
شکل(4-36) پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط a (ولتاژ منبع)80
شکل(4-37) پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط b (ولتاژ منبع)80
شکل(4-38) پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط c (ولتاژ منبع)81
شکل(4-39) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به توليدکننده 6 پالسه81
شکل(4-40) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مبدل تريستوري82
شکل(4-41) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ماسفت موجود در مبدل باک82
شکل(4-42) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ديود موجود در مبدل باک83
شکل(4-43) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RL در مبدل باک83
شکل(4-44) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RC در مبدل باک84
شکل(4-45) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مقاومت R در مبدل باک84
شکل(4-46) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زيرسيستم مد لغزشي در مبدل باک85
شکل(4-47) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زيرسيستم کنترل‌کننده مد لغزشي در مبدل باک85
شکل(4-48) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به سوئيچينگ در زيرسيستم مد لغزشي در مبدل باک86
شکل(4-49) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به بلاک s-function86
چکيده
روش كنترل مد لغزشي يكي از مهمترين روشهاي كنترل غيرخطي مي‌باشد كه از مشخصه‌هاي بارز آن عدم حساسيت به تغيير پارامترها و دفع كامل اغتشاش و مقابله با عدم قطعيت است. اين كنترل‌كننده ابتدا سيستم را از حالت اوليه با استفاده از قانون رسيدن به سطح تعريف شده لغزش كه از پايداري مجانبي لياپانوف برخوردار است، رسانده و سپس با استفاده از قانون لغزشي آن را به حالت تعادل مي‌رساند. تاکنون در تحقيقات انجام شده به روش تغذيه استاتيک سيستم تحريک استفاده از مبدل‌هاي DC/DC کاهنده توجه ويژه‌اي نشده است.
در اين پايان‌نامه، بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل يکسوساز با استفاده از يک مبدل باک (Buck converter) کنترل‌شده با مد لغزشي براي کاهش هارمونيک‌هاي ورودي به سيم‌پيچ تحريک کاربرد دارد، استفاده کنيم.
ما در اين پايان‌نامه با روش کنترل لغزشي سعي در کاهش اثرات اغتشاشات (شامل تغيير ولتاژ وردي و تغيير بار) و تنظيم ولتاژ خروجي با ديناميک بسيار سريع و حداکثر کاهش هارمونيک‌ها خواهيم بود. همچنين با استفاده از SIMULINK/MATLAB کارآمد بودن اين سيستم را نشان خواهيم داد.
فصل اول:
مقدمه
1-1- مقدمه:
ژنراتورها همواره يکي از مهمترين عناصر شبک? قدرت بوده و نقش کليدي در توليد انرژي و کاربردهاي خاص ديگر ايفا مي‌کنند. و براي ژنراتورسنکرون براي توليد بخش اعظم توان الکتريکي در سراسر جهان به کار مي‌رود .
در يک ژنراتور سنکرون يک جريان dc به سيم‌پيچ رتور اعمال مي‌گردد تا يک ميدان مغناطيسي رتور توليد شود سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسيله يک محرک اصلي چرخانده مي‌شود، تا يک ميدان مغناطيسي دوار در ماشين به وجود آيد. اين ميدان مغناطيسي يک ولتاژ سه فاز را در سيم پيچ‌هاي استاتور ژنراتور القاء مي‌نمايد. در رتور بايد جريان ثابتي اعمال شود. چون رتور مي‌چرخد نياز به آرايش خاصي براي رساندن توان DC به سيم پيچ‌هاي ميدانش دارد. براي انجام اين کار 2 روش موجود است:
1- از يک منبع بيروني به رتور با رينگ‌هاي لغزان و جاروبک .
2- فراهم نمودن توان DCاز يک منبع توان DC، که مستقيماً روي شفت ژنراتورسنکرون نصب مي‌شود.
يك سيستم تحريك استاتيك به لحظ عملكرد شبيه تنظيم‌كننده اتوماتيك ولتاژ ميدان رفتار مي‌كند بطوريكه اگر ولتاژ ژنراتور كاهش داشته باشد جريان ميدان را افزايش مي‌‌دهد و بر عكس اگر ولتاژ ژنراتور افزايش داشته باشد جريان ميدان را كاهش مي‌دهد. در واقع سيستم تحريك استاتيك توان ميدان اصلي ژنراتور تأمين مي‌‌كند در حاليكه تنظيم كننده ولتاژ، توان ميدان تحريك كننده را برآورده مي‌سازد. در سيستم تحريك استاتيك 3 مؤلفه اصلي وجود دارند: قسمت كنترل، پل يكسوساز و ترانسفورماتور قدرت كه در تركيب باهم ميدان ژنراتور را براي دستيابي به ولتاژ خروجي مناسب، كنترل مي‌‌كنند.
جريان DC تزريق شده به سيم‌پيچ تحريک بايد کيفيت بسيار بالايي داشته باشد در غير اين صورت اثرات هارمونيک‌هاي ورودي به سيم‌پيچ تحريک در شفت ژنراتور سنکرون نيز قابل مشاهده است. اين عمل علاوه بر کاهش کيفيت توان تزريقي به شبکه باعث افزايش تلفات در سيستم و در نتيجه افزايش هزينه‌هاي بهره‌برداري مي‌شود.

در اين پايان نامه مي‌خواهيم بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل يکسوساز با استفاده از يک مبدل باک(Buck converter) کنترل شده با مد لغزشي براي کاهش هارمونيک‌هاي ورودي به سيم‌پيچ تحريک کاربرد دارد، استفاده کنيم.
روش كنترل مد لغزشي يكي از مهمترين روشهاي كنترل غيرخطي مي‌باشد كه از مشخصه‌هاي بارز آن عدم حساسيت به تغيير پارامترها و دفع كامل اغتشاش و مقابله با عدم قطعيت است. اين كنترل‌كننده ابتدا سيستم را از حالت اوليه با استفاده از قانون رسيدن به سطح تعريف شده لغزش كه از پايداري مجانبي لياپانوف برخوردار است، رسانده و سپس با استفاده از قانون لغزشي آن را به حالت تعادل مي‌رساند.
مطالعات نشان مي‌دهد ريپل ولتاژ DC ورودي به سيم‌پيچ تحريک مي‌تواند اثرات نامطلوبي بر خروجي و شفت ژنراتور سنکرون برجاي گذارد. از طرفي روش‌هاي کنترل غيرخطي مثل روش کنترل لغزشي توانايي بالايي در تثبت و تنظيم ولتاژهاي خروجي مبدل‌هاي DC/DC دارند ولي با اين وجود باز هم ولتاژ خروجي داراي اعوجاجاتي است. فرضيه تحقيق اين است با استفاده از مد لغزشي در مبدل باک، هارمونيک‌هاي ولتاژ خروجي مبدل را به حداقل برسانيم. در انتها با استفاده از نرم‌افزار قدرتمند MATLAB/ SIMULINK کار شبيه‌سازي کل و قسمت مربوط به فيلترينگ صورت خواهد گرفت.

1-2- پيشينه و سوابق:
وظيفه اصلي سيستم تحريک تأمين جريان تحريک ماشين سنکرون است به علاوه با کنترل ولتاژ تحريک وظيفه کنترل و حفاظت يک سيستم قدرت را بر عهده دارد.]1[ براي تحريک ماشين‌هاي سنکرون روش‌هاي مختلفي وجود دارد، اين روش‌ها با پيشرفت تکنولوژي و گذشت زمان يکي پس از ديگري ابداع شده و برخي از اين روش‌ها داراي معايبي بوده که باعث شده است به فکر تغيير سيستم و اصلاح وارتقاء آن‌ها بيفتيم]2[ سيستم تحريک با تغيير جريان dc سيم‌پيچ تحريک واقع بر روي رتور نيروي محرکه توليد شده ژنراتور را کنترل مي‌کند تغيير بار نيروي محرکه ژنراتور نه تنها ولتاژ خرجي تنظيم مي‌شود بلکه ضريب قدرت و دامنه جريان نيز کنترل مي‌شود. مرجع]3[ درمورد انواع روش‌هاي تحريک من جمله روش تحريک استاتيک که در اين مقاله مورد بررسي قرار خواهد گرفت صحبت شده است. در طراحي صورت گرفته در اين پايان نامه مي‌خواهيم از يک مبدل DC/DC باک براي تغذيه سيم‌پيچ تحريک استفاده کنيم. مبدلDC/D ‏ مبدلي است که جريان DC hc يک منبع را به سطح ولتاژي ديگر تبديل مي‌کند و ولتاژ خروجي مي‌تواند از ولتاژ ورودي بيشتر يا کمتر باشد. مبدل باک (Buck converter) نوعي مبدل DC-DC کاهنده است. روش کنترلي مورد استفاده در اين پايان‌نامه براي مبدل باک روش کنترل لغزشي مي‌باشد.
در مرجع ]4[ از روش کنترل PID استفاده شده که سيستم در اين حالت داراي سرعت پاسخ بالا هستند و مي‌توانند اضافه جهش را نيز کاهش دهند. اما بعد از معرفي کنترل لغزشي در سال 1977 توسط يوتکين، استفاده از اين نوع کنترلرها به خاطر خصوصيات زيادي که داشتن در الکترونيک قدرت روز به روز بيشتر مي‌شد به طوري که در سال 1991 براي اولين‌بار از اين نوع کنترلرها در مبدل‌هاي باک (Buck converter) توسط اسلوتين استفاده شد. ]5[
اما يکي از کارهاي مهمي که مي‌خواهيم در اين پايان‌نامه انجام دهيم، استفاده از فيلترهاي حذف هارمونيک در مبدل باک کنترل شده با مد لغزشي است تا بتوانيم حداکثر کاهش هارمونيک را داشته باشيم. در مرجع ]6[ از يک فيلتر RL بدون مبدل DC/DC براي کاهش هارمونيک‌هاي ورودي به سيم‌پيچ تحريک استفاده شده است.
در مراجع]7[ و ]8[ يک طراحي ساده براي استفاده از الکترونيک قدرت براي سيستم‌هاي تحريک مورد بررسي قرار گرفت که اين طرح به خاطر هارموني بودن ولتاژ ورودي به سيم‌پيچ تحريک منطقي به نظر نمي‌رسد. در مرجع ]9[ براي مبدل از يک کنترلر PI استفاده شده است ولي باز هم هارمونيک‌هايي در سيستم وجود دارند. در مراجع ]10[ و ]11[ از مبدل‌هاي Buck-Boost در سيستم تحريک استفاده شده است که همه اين طرح‌ها بدون استفاده از فيلتر بوده و به طبع ولتاژ خروجي THD بالاي دارد. ما در اين پايان‌نامه علاوه بر استفاده از مبدل باک کنترل شده با مد لغزشي، با استفاده از فيلتري‌هاي حذف هارمونيک ولتاژ با هارمونيک بسيار کم را به سيم پيچ تحريک تزريق مي‌کنيم.

1-3- مروري بر گذشته کنترل سيستم تحريک استاتيک ژنراتور سنکرون:
جهت تحريک ماشين‌هاي سنکرون روش‌هاي مختلفي وجود دارد اين روش‌‌ها با پيشرفت تکنولوژي و گذشت زمان يکي پس از ديگري ابداع شده است.برخي از اين روش‌ها داراي معايبي بوده که باعث شده به فکر تغير و اصلاح آنها بيفتيم]2[تا بتوانيم بازده را بالاتر برده و هارمونيک‌ها را کمتر کرده و THD ولتاژ خروجي را کمتر کنيم.

1-3-1- کنترل اتوماتيک سيستم تحريک:]3[
در اين سيستم در تحريک استاتيک ژنراتور سنکرون از کنترل اتوماتيک استفاده شده است بدين صورت که ولتاژ ترمينال بدون تحريک اپراتوري در محدوده عملياتي کنترل ماشين سنکرون قرار دارد.
تنظيم ولتاژ تحت کنترل خودکار ممکن است با تحريک جريان بار اکتيو ويا راکتيو و يا توسط عناصر مختلف کنترل اصلاح شده باشد ويا ممکن است با محدوديت‌هاي مختلف تحريک در سيستم تحريک وجود داشته باشد.

1-3-1-1- مجموعه تشکيل دهنده کنترل ولتاژ:
به مجموعه‌اي اتلاق مي‌گردد که در ميزان ولتاژ اسمي کنترل شده در سيستم تحريک ماشين سنکرون دخالت دارد به اين صورت که ميزان ولتاژ ثابت است يا به تدريج با تغير بار تغيرات انجام مي‌گيرد.

1-3-1-2- تنظيم کننده(رگولاتور) ماشين هاي سنکرون:
در يک رگولاتور(تنطيم‌کننده) از يک جفت فيدبک و فوروارد استفاده شده است که ورودي و خروجي سيستم تحريک ماشين‌هاي سنکرون را کنترل کرده و به اين صورت ورودي‌هاي تحريک را با متغيرهاي خروجي تنظيم کند.

1-3-1-3- عناصر و اجزاي کنترل اتوماتيک سيستم:
در شکل (1-1)که براي درک بهتر کنترل سيستم تحريک بيان شده است يک بلوک دياگرام عمومي است جهت معرفي کنترل سيستم تحريک و عناصر محافظ آن معرفي مي‌گردد:

شکل(1-1) اجزاي کنترل اتوماتيک]3[

نمادهاي شکل بالا بطور مستقيم بر گرفته از جدول زير است:

جدول (1-1) فهرست علايم و اختصارات شکل (1-1) ]3[

نتيجه نهايي که در اين روش مشاهده شده است اين است که سيستم تحريک با تغير جريان dc سيم‌پيچ واقع بر روي رتور نيروي محرکه توليد شده ژنراتور را کنترل مي‌کند با تغير بار نيروي محرکه ژنراتور نه تنها خروجي تنظيم مي شود بلکه ضريب قدرت دامنه جريان کنترل مي‌شود.

1-3-2- استفاده از سلف دوگانه يا دو تغذيه (dual self) در سيستم تحريک استاتيک: ]1[
در اين سيستم علاوه بر کنترل ولتاژ تحريک ژنراتور سنکرون وظيفه کنترل و حفاظت سيستم قدرت را نيز بر عهده دارد]1[.که مي‌توان گفت از نظر کنترلي در نظارت از کيفيت پاييني برخوردار مي‌باشد.

1-3-3- کنترل PID سيستم تحريک استاتيک:]4[
در اين روش زمان واقعي سرعت موتور DC و کنترل موقعيت کارکرد آن با استفاده از هزينه کمتر را مورد بررسي قرار مي‌دهد. در اين روش از يک کميت پردازش شده استفاده شده است که توسط نرم‌افزار متلب براي توليد مجموعه‌اي از عوامل مربوط به کنترل مورد نظر طراحي شده است.
در شکل (1-2) بلوک دياگرام سيستم را تحت نظر قرار مي‌دهيم.

شکل(1-2) بلوک دياگرام سيستم کنترل ديجيتال]4[

در شکل (1-2) (r(t ورودي(نقطه آغاز) و c(t) خروجي و( D(z کنترل کننده ديجيتال و (G(s تابع انتقال و H(s) سنسور تابع انتقال فرم کنترل PID مي‌باشد.
بر روي اين سيستم تحريک آزمايشاتي نيز صورت گرفت که در اين آزمايشات هم کنترل سرعت و هم کنترل موقعيت مورد بررسي قرار گرفت در نتايج حاصله از اين آزمايش سرعت پاسخ بالا بوده و اضافه جهش نيز کاهش يافته است. ]4[

1-3-4- استفاده از فيلتر RL در سيستم تحريک استاتيک:]7[
در اين مقاله از يک فيلترRL در ماشين‌هايAC استفاده شده است. استفاده از اين فيلتر هارمونيک‌هاي توليد شده توسط يکسوکننده‌ها و هارمونيک‌هاي گشتاور فاصله هوايي سيستم تحريک را کاهش مي‌دهد.]7[
در اين سيستم جريان بالاتر از فرکانس خاص به نام فرکانس قطع از ژنراتور اصلي عبور کرده از طريق عبور از مقاومت موازي به ژنراتور اصلي راه پيدا مي‌کند.]7[
در اين مقاله دو راه حل را مورد آزمايش قرار داده است:
راه حل اول شبيه‌سازي سيستم تحريک سه فاز به سيستم تحريک شش فاز با استفاده از دوازده پالسه پل اصلاح و در روش دوم شبيه‌سازي سيستم تحريک با فيلتر RL ]7[
پس از انجام شبيه سازي و مقايسه FFT فرکانس رويت شده پس از اعمال فيلتر RL منظم تر شده و کاهش يافته ولي در حد مطلوب نبوده به اين صورت که در مقايسه بين تجزيه تحليل گشتاور فاصله هوايي با استفاده از فيلتر و سيستم تحريک فيلتر شده ديده مي‌شود هارمونيک‌ها به اندازه کافي از بين نرفته است.
بنابراين اين طرح به خاطر هارموني بودن ولتاژ ورودي به سيم‌پيچ تحريک منطقي به نظر نمي‌رسد.

1-3-5- استفاده از مبدل باک-بوست جهت کنترل سيستم تحريک استاتيک:]11[
در اين روش جهت کنترل سيستم تحريک استاتيک از يک مبدل باک – بوست به استفاده شده است.
در شکل (1-3) نمايي از يک سيستم کلاسيک تحريک را نشان مي‌دهد:

شکل (1-3) دياگرام شماتيک سيستم تحريک استاتيک]11[

اين سيستم تحريک شامل يک ژنراتور سنکرون و کنترلر و مبدل مي‌باشد در اين سيستم تحريک قدرت از طريق يک ترانسفورماتور به ترمينال ژنراتور عرضه مي‌گردد.]11[
از ويژگي‌هاي اين سيستم داشتن ثابت زماني بسيار کوچک و ارزان بودن و نگهداري ساده مي‌باشد.
ماکزيمم ولتاژ خروجي سيستم تحريک وابسته به ولتاژ ورودي AC مي باشد بنابراين در هنگام بروز خطاي سيستم ولتاژ کاهش مي‌يابد که اين عامل باعث مي‌شود سيستم تحريک به ماکزيمم ولتاژ دستيابي نداشته باشد.
شکل (1-4) سيستم تحريک را با مبدل باک – بوست به نشان داده مي‌شود.

شکل(1-4) سيستم تحريک استاتيک ژنراتور سنکرون به همراه مبدل باک -بوست]11[
در سيستم تحريک شکل (1-4) به دليل اينکه ولتاژ ورودي سيستم تحريک را افزايش دهيم از يک مبدل باک – بوست استفاده کرديم عملکرد مبدل بوست جهت افزايش ولتاژ ورودي به سيستم تحريک موثر مي‌باشد]11[
در شکل(1-4) در قسمت A مبدل در حالت ماندگار عمل مي‌کند و در قسمت B مبدل در حالت گذرا و استارت نرم (soft starting) عمل مي‌کند.
مبدل افزاينده PMG(perment magnet generator) که همان ژنراتور مغناطيس دايم از سيستم تحريک AC مي باشد نام دارد.

از مزاياي اين روش مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:]11[
1- از نظر پايداري سيستمي که با مبدل باک – بوست طراحي شده است پايدارتر است از سيستمي که اين مبدل ندارد
2- اين سيستم پيشنهادي در مقابل خطاي سيستم قدرتمندتر نشان مي دهد چون يک سيستم دوکاناله مي باشد و از دو کانال سيستم را تحت کنترل قرار مي دهد.
3- پايين‌ترين رنج ولتاژ کنتل براي يک سيستم تحريک معمولي 30% تا 40% از ولتاژ نامي است ولي پايين‌ترين رنج ولتاژ کنترل براي سيستم تحريک پيشنهادي 10% از ولتاژ نامي مي‌باشد.

در اين روش پس از انجام آزمايشات و شبيه‌سازي اين نتيجه حاصل آمده که استفاده از مبدل باک – بوست در سيستم تحريک استاتيک مي‌تواند روند کارکرد سيستم را بهبود ببخشد و پايداري سيستم را بالاتر برده ولي در شرايط خطا مي‌تواند ثبات بيشتري نسبت به قبل داشته باشد.

1-4- اهداف اين پايان‌نامه:
براي تامين تغذيه دايمي سيستم تحريک ژنراتور سنکرون برق مورد نياز از خروجي ژنراتور مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تامين برق مورد نياز با مبدل باک کنترل شده با مود لغزشي در راستاي تنظيم برق DC مي‌تواند بسيار کارآمد باشد. نکته مهم در اين بين کاهش هارمونيک‌هاي خروجي مبدل باک است که ما در اين پايان‌نامه مي‌خواهيم اين کار را با استفاده از کنترلر مد لغزشي در مبدل باک. درنتيجه تلفات کمتر، هزينه سرمايه‌گذاري کمتر و نياز به دايمي بودن سيستم برق توليدي در ژنراتور سنکرون و ساير مزاياي ديگر اجراي چنين پايان نامه‌اي را در جهت مناسب‌ترين الگوي طراحي تغذيه سستم تحريک لازم مي‌شمارد.
کشور عزيزمان ايران به واسطه وسعت جغرافيايي داراي مراکز توليد برق متعددي مي‌باشد که درصد بالايي از اين مراکز همگي با استفاده از ژنراتورهاي سنکرون برق مورد نياز کشور را توليد مي‌کنند. از طرف تامين برق سيستم تحريک اين ژنراتورها نيازمند يک طراحي جامع و کاملي است که در تمام شرايط بتواند برق مورد نياز اين سيستم را و تنظيم ولتاژ مناسب تهيه کند. جريان مستقيم مورد استفاده در سيم‌پيچ تحريک بايد عاري از هرگونه از هارمونيک باشد تا سيستم به بهترين شکل ممکن مورد بهره‌‌برداري قرار بگيرد. در اين راستا بايد مطالعات جامعي براي طراحي تغذيه اين سيستم‌ها صورت پذيرد. اين پايان‌نامه مورد استفاده بخش توليد انرژي برق و مولدهاي الکتريکي مي‌تواند قرار گيرد.

1-5- جنبه‌هاي نوآوري اين پايان نامه:
تاکنون در تحقيقات انجام شده به روش تغذيه استاتيک سيستم تحريک استفاده از مبدل‌هاي DC/DC کاهنده توجه ويژه‌اي نشده است. همچنين استفاده از مبدل‌هاي افزاينده يا افزاينده- کاهنده که بعضي از تحقيقات مورد استفاده قرار گرفته شده بود، با فرض عدم استفاده از فيلترهاي حذف هارمونيک بوده است. ما در اين پايان‌نامه علاوه بر استفاده از روش کنترل لغزشي سعي در کاهش اثرات اغتشاشات (شامل تغيير ولتاژ وردي و تغيير بار) و تنظيم ولتاژ خروجي با ديناميک بسيار سريع و حداکثر کاهش هارمونيک‌ها خواهيم بود. همچنين با استفاده از SIMULINK/MATLAB کارآمد بودن اين سيستم را نشان خواهيم داد.
فصل دوم:
مقدمه‌اي بر مبدل باک
2-1- مبدل باک step-down(buck) converter:
همانطور که نام اين مبدل نشان مي‌دهد ولتاژ متوسط خروجي کمتر از ولتاژ dc ورودي است. کاربرد اصلي اين مبدل در منابع تغذيه dc تنظيم شده و کنترل سرعت موتورهاي dc مي‌باشد. ]12[

شکل(2-1-a) نمايي از يک مبدل ]12[

شکل(2-1-b) ولتاژ خروجي متوسط ]12[

براي يک بار مقاومتي شکل(2-1-a) مانند يک مبدل کاهنده عمل مي‌کند. با فرض ايده‌آل بودن سوييچ و مقاومتي بودن بار ولتاژ لحظه‌اي خروجي به موقعيت سوييچ بستگي دارد با توجه به شکل(2-1-b) ولتاژ خروجي متوسط را مي‌توان بر حسب نسبت بازده سوييچ به دست آورد ]12[:
(2-1)
در رابطه (2-1) داريم:
(2-2)
حال D را در رابطه (2-2 ) قرار مي‌دهيم:
(2-3)
که در آن:
(2-4)
با تغيير نسبت بازدهي ton/TS مي‌توان VO را کنترل کرد. مساله مهم ديگر اين است که تغييرات VO نسبت به ولتاژ کنترل خطي است (همانند تقويت‌کننده‌هاي خطي) مدار ارائه شده در کاربردهاي واقعي دو اشکال دارد ]13[: 1- در عمل بار سلفي است. حتي در بار مقاومتي همواره جريان سرگردان سلفي وجود دارد. به اين ترتيب سوييچ انرژي القايي را جذب يا پراکنده مي‌کند و ممکن است دچار خرابي شود. 2-ولتاژ خروجي بين صفر و Vd نوسان مي‌کند که در اغلب کاربردها اين نوسان قابل قبول نيست. براي رفع مشکل انرژي سلفي ذخيره شده مي‌توان مانند شکل (2-2-a) از يک ديود استفاده کرد. براي حذف بخش زيادي از نوسانات ولتاژ خروجي نيز مي‌توان يک فيلتر پايين گذر شامل يک سلف و يک خازن به کار برد.
شکل (2-2-b) شکل موج ورودي Voi به فيلتر پايين گذر (در واقع همان ولتاژ خروجي شکل (2-1-b) بدون فيلتر پايين گذر) را نشان مي‌دهد که داراي مولفه dc برابر با VO و هارمونيک‌هايي در فرکانس سوييچينگ fs و مضارب آن باشد. مشخصات فيلتر پايين گذر يا ميرايي ايجاد شده توسط مقاومت بار R در شکل (2-2-c) ديده مي‌شود. فرکانس گوشه‌اي fc در اين فيلتر بسيار پايين‌تر از فرکانس سوييچينگ در نظر گرفته مي‌شود و به همين دليل ريپل فرکانس سوييچينگ در ولتاژ خروجي گرفته مي‌شود. در طول زماني که سوييچ وصل است ديود شکل (2-2-a) باياس معکوس است و ورودي انرژي را براي بار و سلف تامين مي‌کند. در طول زماني که سوئيچ قطع است. جريان سلف وارد ديود شده و بخشي از انرژي خود را به بار مي‌دهد.
در تحليل حالت ماندگار خازن فيلتر در خروجي بسيار بزرگ فرض مي‌شود. اين فرض در اغلب کاربردهايي که نيازمند ولتاژ لحظه‌اي نسبتاً ثابت هستند VO)= (t)VO) برقرار مي‌باشد. مقدار ريپل ولتاژ خازن (ولتاژ خروجي) بعدا محاسبه مي‌شود. با توجه به شکل (2-2-a) مي‌توان گفت در مبدل کاهنده جريان متوسط سلف برابر با جريان متوسط خروجي io است زيرا جريان متوسط خازن در حالت ماندگار صفر است.

(2-2-a) شمايي از تقويت کننده خطي ]12[

(2-2-b) شکل موج ورودي Voi به فيلتر پايين گذر ]12[

(2-2-c) مشخصات فيلتر پايين گذر يا ميرايي ايجاد شده توسط مقاومت بار R ]12[
2-2- حالت هدايت پيوسته مبدل باک]12[:
در شکل (2-3-a) شکل موج‌هاي مربوط به حالت کار هدايت پيوسته را نشان مي‌دهد که در آن جريان سلف پيوسته است (0<(t)iL). وقتي سوئيچ در دوره زماني ton وصل است جريان سلف توسط سوئيچ عبور داده شده و ديود در باياس معکوس قرار مي‌گيرد]12[.
اين مساله باعث ايجاد يک ولتاژ مثبت VL=Vd-VO در سلف (2-3-b) مي‌شود. اين ولتاژ باعث ايجاد افزايش خطي جريان سلف iL مي‌گردد. وقتي سوئيچ قطع مي‌گردد به دليل ذخيره انرژي موجود در سلف جريان iL ادامه مي‌‌يابد.اين جريان از ديود ادامه مي‌يابد. اين جريان از ديود عبور مي‌کند و در اين حالت در شکل(2-3-c) داريم]12[:

(2-5) VL= -VO

شکل (2-3-a) موج هاي حالت کار هدايت پيوسته ]12[


پاسخ دهید