فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2- پیشینه و سوابق…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3
1-3- مروری بر گذشته کنترل سیستم تحریک استاتیک ژنراتور سنکرون…………………………………………………………….. 4
1-4- اهداف این پایان نامه…………………………………………………………………………………………………………………………….. 9
1-5- جنبه‌های نوآوری این پایان نامه……………………………………………………………………………………………………………… 10
فصل دوم: مقدمه‌ای بر مبدل باک
2-1- مبدل باک step-down(buck) converter………………………………………………………………………………………… 12
2-2- حالت هدایت پیوسته مبدل باک……………………………………………………………………………………………………………… 15
2-3- ریپل ولتاژ خروجی مبدل باک……………………………………………………………………………………………………………….. 17
2-4- مزایا مبدل باک…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 19
2-5- معایب مبدل باک………………………………………………………………………………………………………………………………….. 19
2-6- مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ……………………………………………………………………………………………………………….. 19
2-7- معایب منابع تغذیه سوئیچینگ……………………………………………………………………………………………………………….. 20
2-8- کنترل مبدل DC-DC باک………………………………………………………………………………………………………………….. 20
2-9- بهبود پاسخ حالت دائمی با طراحی کنترل کننده مد لغزشی……………………………………………………………………….. 21
2-10- توصیف مبدل……………………………………………………………………………………………………………………………………. 21
2-11- مدل سازی مبدل باک…………………………………………………………………………………………………………………………. 22
2-12- مدل فضاي حالت مبدل باك……………………………………………………………………………………………………………….. 22
2-13- کنترل مد لغزشی مبدل باک(sliding mode control)……………………………………………………………………….. 25
2-14- تئوری کنترل لغزشی…………………………………………………………………………………………………………………………… 25
2-15- طراحی کنترلر مد لغزشی(SMC)……………………………………………………………………………………………………….. 26
2-16- تعیین سطح لغزش……………………………………………………………………………………………………………………………… 27
2-17- اعمال شرط لغزش……………………………………………………………………………………………………………………………… 28
2-18- کنترل لغزشی مبدل باک……………………………………………………………………………………………………………………… 28
2-19- تعیین قانون کنترل……………………………………………………………………………………………………………………………… 30
2-20- مزایای کنترل مد لغزشی……………………………………………………………………………………………………………………… 31
2-21- معایب کنترل مد لغزشی……………………………………………………………………………………………………………………… 32
2-22- نکات……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 32
فصل سوم: مقدمه‌ای بر ژنراتورها
3-1- ژنراتور قدرت……………………………………………………………………………………………………………………………………… 35
3-2- دسته‌بندی ژنراتورها با توجه به نوع توربین گردنده روتور………………………………………………………………………… 35
3-2-1- ژنراتورهای dc……………………………………………………………………………………………………………………….. 35
3-2-2- ژنراتور القایی………………………………………………………………………………………………………………………….. 35
3-2-3- ژنراتور سنکرون……………………………………………………………………………………………………………………… 36
3-3- ساختمان ژنراتور سنکرون و انواع آن………………………………………………………………………………………………………. 38
3-4- ساختار ژنراتور سنکرون و مدار سیم‌پیچی………………………………………………………………………………………………… 39
3-4-1- معادلات پایه متناسب با dq0…………………………………………………………………………………………………… 41
3-4-2- معادلات اصلی ریاضی ژنراتور سنکرون…………………………………………………………………………………….. 43
3-5- نظریه سیستم تحریک……………………………………………………………………………………………………………………………. 44
3-5-1- سیستم تحریک چیست؟………………………………………………………………………………………………………….. 44
3-5-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم تحریک…………………………………………………………………………………………. 45
3-5-2-1. تولید جریان روتور……………………………………………………………………………………………………………….. 45
3-5-2-2. منبع تغذیه…………………………………………………………………………………………………………………………… 45
3-5-2-3. سیستم تنظیم کننده خودکار ولتاژ (میکروکنترلر)……………………………………………………………………… 45
3-5-2-4. مدار دنبال کننده خودکار………………………………………………………………………………………………………. 46
3-5-2-5. کنترل تحریک……………………………………………………………………………………………………………………… 46
3-5-2-6. محدود کننده جریان روتور……………………………………………………………………………………………………. 46
3-5-2-7. محدود کننده مگاوار…………………………………………………………………………………………………………….. 47
3-5-2-8. محدود کننده شار اضافی………………………………………………………………………………………………………. 47
3-5-2-9. تثبیت‌کننده سیستم قدرت……………………………………………………………………………………………………… 47
وظایف سیستم تحریک……………………………………………………………………………………………………………………………………. 47
3-6- مدلسازی یکسو ساز تریستوری شش پالسه……………………………………………………………………………………………. 48
3-6-1- تریستورو مشخصه استاتیکی آن………………………………………………………………………………………………… 48
3-6-2- یکسو ساز شش تریستوری………………………………………………………………………………………………………. 52
فصل‌چهارم: نتایج حاصل از شبیه‌سازی
4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 56
4-2- شبیه سازی یکسو ساز شش پالسه تریستوری………………………………………………………………………………………….. 56
4-3- شبیه سازی مبدل باک و خواص آن………………………………………………………………………………………………………… 58
4-3-1- نحوه طراحی مبدل باک……………………………………………………………………………………………………………. 58
4-4- بررسی THD و FFT در ولتاژ ورودی به تحریک ژنراتور……………………………………………………………………… 64
4-5- شبیه‌سازی ژنراتور سنکرون…………………………………………………………………………………………………………………… 67
4-5-1- معادلات دینامیکی ژنراتور سنکرون…………………………………………………………………………………………… 68
4-5-2- بلاک s-function…………………………………………………………………………………………………………………. 77
4-5-2-1- مراحل شبیه‌سازی بلاک s-function…………………………………………………………………………………… 77
4-5-2-2- Flagها در s-function……………………………………………………………………………………………………. 79
4-6- متغیرهای مورد استفاده در سیمولینک……………………………………………………………………………………………………… 80
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهاد برای آینده
5-1- نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 88
5-2- پیشنهادات برای آینده……………………………………………………………………………………………………………………………. 89
منابع و مأخذ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 90
پیوست‌ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 92
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (1-1) فهرست علایم و اختصارات شکل (1-1)…………………………………………………………………………………… 6
جدول(4-1) مقادیر پارامترهای مربوط به مبدل باک…………………………………………………………………………………………. 61
جدول(4-2): flagهای محیط متنی………………………………………………………………………………………………………………… 79
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل(1-1) اجزای کنترل اتوماتیک………………………………………………………………………………………………………………….. 5
شکل(1-2) بلوک دیاگرام سیستم کنترل دیجیتال………………………………………………………………………………………………. 7
شکل (1-3) دیاگرام شماتیک سیستم تحریک استاتیک………………………………………………………………………………………. 8
شکل (1-4) سیستم تحریک استاتیک ژنراتور سنکرون به همراه مبدل باک –بوست……………………………………………… 8
شکل (2-1-a) نمایی از یک مبدل………………………………………………………………………………………………………………….. 12
شکل (2-1-b) ولتاژ خروجی متوسط……………………………………………………………………………………………………………… 12
شکل (2-2-a) شمایی از تقویت کننده خطی………………………………………………………………………………………………….. 14
شکل (2-2-b) شکل موج ورودی Voi به فیلتر پایین گذر……………………………………………………………………………….. 14
شکل(2-2-c) مشخصات فیلتر پایین گذر یا میرایی ایجاد شده توسط مقاومت بار R…………………………………………… 14
شکل (2-3-a) شکل موج های حالت کار هدایت پیوسته………………………………………………………………………………….. 15
شکل (2- 4) ولتاژهای خروجی برای حالت هدایت پیوسته……………………………………………………………………………….. 18
شکل (2-5) نمای شماتیک مبدل باک……………………………………………………………………………………………………………… 21
شکل (2-6) مدلسازی مبدل در فضای حالت……………………………………………………………………………………………………. 22
شکل(2-7) مسیرهای سیستم و خط لغزش یک مبدل باک در فضای صفحه فاز……………………………………………………. 23
شکل 2-8) کنترل مبدل توسط مد لغزشی………………………………………………………………………………………………………… 24
شکل (2-9) نواحی موجود برای کنترل لغزشی در حالتی که ……………………………………………………… 30
شکل (2-10) نواحی محدود برای کنترل لغزشی در حالتی که …………………………………………………… 30
شکل (2-11) رسم همزمان مسیرهاي فازمعادلات حالت باك…………………………………………………………………………….. 31
شکل (2-12) مسیرفازدرمحدوده خط لغزش…………………………………………………………………………………………………… 31
شکل (2-13) نمایش گرافیکی کنترل مد لغزشی نشان می‌دهد که سطح لغزش S=0 که داریم =خطای ولتاژ متغیر
و =ولتاژ خطای دینامیکی نسبی…………………………………………………………………………………………………………………. 32
شکل(3-1) شمایی از ژنراتور dc……………………………………………………………………………………………………………………. 36
شکل(3-2) شمایی از ژنراتور القایی………………………………………………………………………………………………………………… 37
شکل(3-3) شمایی از ژنراتور سنکرون…………………………………………………………………………………………………………….. 37
شکل(3-4) شمایی از ژنراتور سنکرون a)ساختار ژنراتور سنکرون b) دیاگرام سیم‌پیچی مدار……………………………… 43
شکل(3-5) نمایی از نظریه سیستم تحریک ژنراتور سنکرون………………………………………………………………………………. 44
شکل(3-6) شمایی از سیستم تحریک………………………………………………………………………………………………………………. 44
شکل(3-7) جایگاه سیستم تحریک در تولید انرژی الکتریکی…………………………………………………………………………….. 49
شکل(3-8) سیستم تحریک در نیروگاه…………………………………………………………………………………………………………….. 49
شکل(3-9) ساختمان تریستور………………………………………………………………………………………………………………………… 49
شکل(3-10) علامت اختصاری تریستور………………………………………………………………………………………………………….. 50
شکل(3-11) مشخصه تریستور در غیاب جریان گیت……………………………………………………………………………………….. 51
شکل (3-12) توزیع بار a) بدون اعمال ولتاژ b) با اعمال ولتاژ………………………………………………………………………… 53
شکل (3-13) توزیع بار با اعمال ولتاژ مثبت…………………………………………………………………………………………………….. 54
شکل(4-1): یکسو ساز شش پالسه تریستوری………………………………………………………………………………………………….. 56
شکل(4-2) ولتاژ خروجی یکسو ساز شش پالسه تریستوری………………………………………………………………………………. 57
شکل(4-3) ولتاژ خروجی مبدل باک……………………………………………………………………………………………………………….. 57
شکل(4-4) ساختار مبدل باک…………………………………………………………………………………………………………………………. 58
شکل(4-5) رگولاتور مبدل باک………………………………………………………………………………………………………………………. 59
شکل(4-6) مدار مبدل باک…………………………………………………………………………………………………………………………….. 59
شکل (4-7) مدار شبیه‌سازی شده مبدل باک…………………………………………………………………………………………………….. 60
شکل(4-8) شبیه‌سازی مبدل باک بدون اعمال مد لغزشی…………………………………………………………………………………… 62
شکل(4-9) ولتاژ خروجی مبدل باک با اعمال مد لغزشی…………………………………………………………………………………… 63
شکل(4-10) حالت زوم شده ولتاژ خروجی مبدل باک با اعمال مد لغزشی………………………………………………………….. 63
شکل(4-11) ولتاژ خروجی مبدل باک بدون اعمال مد لغزشی……………………………………………………………………………. 64
شکل(4-12) ولتاژ خروجی مبدل باک بعد از اعمال مد لغزشی………………………………………………………………………….. 65
شکل(4-13) مقدار THD ولتاژ ورودی تحریک ژنراتور در حالتی که مبدل باک وجود نداشته باشد……………………. 65
شکل(4-14) مقدار THD ولتاژ ورودی تحریک ژنراتور در حالتی که مبدل باک وجود داشته باشد………………………. 66
شکل(4-15) مقدار FFT ولتاژ تحریک ژنراتوربا اعمال مبدل باک……………………………………………………………………… 66
شکل(4-16) مقدار FFT ولتاژ تحریک ژنراتور بدون اعمال مبدل باک………………………………………………………………. 67
شکل(4-17) شبیه سازی مربوط به ژنراتور سنکرون…………………………………………………………………………………………. 69
شکل(4-18) ولتاژ اعمالی به میدان ژنراتور سنکرون…………………………………………………………………………………………. 70
شکل(4-19) حالت زوم شده ولتاژ اعمالی به میدان ژنراتور سنکرون………………………………………………………………….. 70
شکل(4-20) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز a……………………………………………………………………….. 71
شکل(4-21) حالت زوم شده جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فازa…………………………………………………… 71
شکل(4-22) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز b………………………………………………………………………… 71
شکل(4-23) حالت زوم شده جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فازb………………………………………………….. 72
شکل(4-24) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c…………………………………………………………………………. 72
شکل(4-25) حالت زوم شده جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c…………………………………………………. 73
شکل(4-26) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در راستای d از محور dq……………………………………………….. 73
شکل(4-27) جریان خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در راستای q از محور dq……………………………………………….. 74
شکل(4-28) گشتاور الکتریکی خروجی از ژنراتور سنکرون……………………………………………………………………………… 74
شکل(4-29) حالت زوم شده گشتاور الکتریکی خروجی از ژنراتور سنکرون………………………………………………………. 75
شکل(4-30) ولتاژ خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز a…………………………………………………………………………… 75
شکل(4-31) ولتاژ خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز b…………………………………………………………………………… 76
شکل(4-32) ولتاژ خروجی استاتور ژنراتور سنکرون در فاز c…………………………………………………………………………… 76
شکل (4-33) نمایی از بلاک s-function در سیمولینک…………………………………………………………………………………. 77
شکل (4-34) نمایی کلی از کار در بلاک سیمولینک………………………………………………………………………………………… 77
شکل (4-35) نمایی کلی از چرخه شبیه‌سازی s-function……………………………………………………………………………… 78
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 تولیدکننده 6 پالسه…………………………………………………………………….. 81
شکل(4-40) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مبدل تریستوری………………………………………………………………………… 82
شکل(4-41) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ماسفت موجود در مبدل باک………………………………………………………. 82
شکل(4-42) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به دیود موجود در مبدل باک………………………………………………………….. 83
شکل(4-43) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RL در مبدل باک…………………………………………………………………………. 83
شکل(4-44) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RC در مبدل باک…………………………………………………………………………. 84
شکل(4-45) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مقاومت R در مبدل باک……………………………………………………………. 84
شکل(4-46) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زیرسیستم مد لغزشی در مبدل باک……………………………………………… 85
شکل(4-47) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زیرسیستم کنترل‌کننده مد لغزشی در مبدل باک…………………………….. 85
شکل(4-48) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به سوئیچینگ در زیرسیستم مد لغزشی در مبدل باک………………………… 86
شکل(4-49) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به بلاک s-function…………………………………………………………………… 86
چکیده
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 تحقیقات انجام شده به روش تغذیه استاتیک سیستم تحریک استفاده از مبدل‌های DC/DC کاهنده توجه ویژه‌ای نشده است.
در این پایان‌نامه، بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل یکسوساز با استفاده از یک مبدل باک (Buck converter) کنترل‌شده با مد لغزشی برای کاهش هارمونیک‌های ورودی به سیم‌پیچ تحریک کاربرد دارد، استفاده کنیم.
ما در این پایان‌نامه با روش کنترل لغزشی سعی در کاهش اثرات اغتشاشات (شامل تغییر ولتاژ وردی و تغییر بار) و تنظیم ولتاژ خروجی با دینامیک بسیار سریع و حداکثر کاهش هارمونیک‌ها خواهیم بود. همچنین با استفاده از SIMULINK/MATLAB کارآمد بودن این سیستم را نشان خواهیم داد.
فصل اول:
مقدمه
1-1- مقدمه:
ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکۀ قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفا می‌کنند. و برای ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سراسر جهان به کار می‌رود .
در یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم‌پیچ رتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخانده می‌شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید. این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ‌های استاتور ژنراتور القاء می‌نماید. در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می‌چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ‌های میدانش دارد. برای انجام این کار 2 روش موجود است:
1- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ‌های لغزان و جاروبک .
2- فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC، که مستقیماً روی شفت ژنراتورسنکرون نصب می‌شود.
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.
جریان DC تزریق شده به سیم‌پیچ تحریک باید کیفیت بسیار بالایی داشته باشد در غیر این صورت اثرات هارمونیک‌های ورودی به سیم‌پیچ تحریک در شفت ژنراتور سنکرون نیز قابل مشاهده است. این عمل علاوه بر کاهش کیفیت توان تزریقی به شبکه باعث افزایش تلفات در سیستم و در نتیجه افزایش هزینه‌های بهره‌برداری می‌شود.
برای دانلود پایان نامه تمام متن با فرمت ورد اینجا کلیککنید
دیگر پایان نامه های رشته مهندسی برق که در سایت فوق می توانید دانلود کنید :
“پایان نامه” برق کنترل: طراحی ساختار کنترل برای برج های تقطیر سری
دانلود متن کامل سمینار برق کنترل: کنترل توپ ضد هوایی با استفاده از کنترل فازی
سمینار ارشد برق قدرت: مدلسازی عدم قطعیت در قابلیت اطمینان سیستم های قدرت
پایان نامه کارشناسی ارشد برق الکترونیک: نانوترانزیستور و کاربرد آن در مدارهای دیجیتال
“پایان نامه” برق قدرت: مکان یابی بهینه کنترل کننده های یکپارچه توان
سمینار ارشد برق الکترونیک: مدلسازی افزاره مداری سامانه های میکروفلوئیدی مجتمع
دانلود سمینار ارشد برق کنترل: کاربرد فیلتر کالمن عصبی در بهبود سیگنال های صوتی
سمینار ارشد برق کنترل: طراحی محیط نرم افزاری کنترل و مانیتورینگ از طریق اینترنت
دانلود “سمینار” مهندسی برق : تشخیص چهره انسان
سمینار ارشد برق الکترونیک: جایابی و مقداریابی بهینه خازن در شبکه های توزیع آلوده به هارمونیک
متن کامل سمینار برق کنترل: روش های مدلسازی نور و فازی سیستم با تقریب خطی و محلی
“پایان نامه” برق قدرت: طراحی سیمولاتور بلادرنگ توربین بخار گاز
سمینار برق کنترل: طراحی و پیاده سازی کنترل پیش بین غیرخطی
پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق قدرت: مبدل ماتریسی و کاربردهای آن
دانلود سمینار برق قدرت: کنترل برداری موتور القایی دوبل استاتور
پایان نامه ارشد برق الکترونیک: طراحی و تحلیل یک مخلوط کننده متعادل در باند فرکانسی