پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق – قدرت عنوان پایان نامه:استفاده از مبدل باک (Buck) با کنترلر لغزشی برای تامین ولتاژ DC ژنراتور سنکرون به صورت استاتیک با فرض استفاده از یکسوساز تریستوریفهرست مطالبعنوان صفحهچکیده ......................................... 1فصل اول: مقدمهمقدمه ......................................... 3پیشینه و سوابق ................................ 4مهمترین اجزای سیستم تحریک ..................... 5فرضیه‌ها ....................................... 6اهداف این پایان نامه .......................... 6اهداف کاربردی این پایان نامه .................. 6فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شدهفرضیات تحلیل مبدل Buck ........................ 12مزایا مبدل باک ................................ 16معایب مبدل باک ................................ 16فصل سوم: مواد و روشهاکنترل مبدل DC-DC باک .......................... 18سیستم‌های فازی ................................. 18سیستم کنترل حلقه باز .......................... 19سیستم کنترل حلقه بسته ......................... 19منطق فازی ..................................... 19کنترل مد لغزشی مبدل باک (sliding mode control) ...... 20بهبود پاسخ حالت دائمی با طراحی کنترل کننده مد لغزشی 22تئوری کنترل لغزشی ............................. 22مدل فضاي حالت مبدل باك ........................ 25طراحی کنترل مد لغزشی (SMC) .................... 26تعیین سطح لغزش ................................ 27اعمال شرط لغزش ................................ 28کنترل لغزشی مبدل باک........................... 29فهرست مطالبعنوان صفحهتعیین قانون کنترل ............................. 30پدیده چترینگ (Chattering) ........................ 32فصل چهارم: نتایج و بحثمنطق فازی ..................................... 36مد لغزشی ...................................... 43فصل پنجم: نتیجه گیریمزایای کنترل کننده فازی ....................... 63مزایای کنترل مد لغزشی ......................... 63معایب کنترل مد لغزشی .......................... 63مقایسه مد لغزشی با منطق فازی .................. 63نتیجه گیری .................................... 65جنبه نوآوری این پایان نامه .................... 65منابع فارسی ................................... 66منابع انگلیسی ................................. 66چکیده انگلیسی ................................. 68 فهرست جداولعنوان صفحهجدول 1: ........................................... 56جدول 2: ........................................... 59جدول 3: ........................................... 60جدول 4: ........................................... 61 فهرست نمودارعنوان صفحه نمودار1........................................ 39نمودار2........................................ 41نمودار3........................................ 41نمودار4........................................ 42نمودار5........................................ 42نمودار6........................................ 52نمودار7........................................ 52نمودار8........................................ 53نمودار9........................................ 53نمودار10....................................... 54نمودار11....................................... 54نمودار12....................................... 55نمودار13....................................... 55نمودار14....................................... 56نمودار15....................................... 57نمودار16....................................... 57نمودار17....................................... 58نمودار18....................................... 59نمودار19....................................... 60نمودار20....................................... 61 فهرست اشکالعنوان صفحهشکل1 .............................................. 8شکل 2 مدارهای معادل BUCK .......................... 9شکل3 شکل موج‌های ولتاژ و جریان ایده آل ............. 10(شکل 4) نمایش گرافیکی کنترل مد لغزشی نشان می‌دهد که سطح لغزش S=0 که داریم =خطای ولتاژ متغیر و =خطای ولتاژ دینامیکی نسبی 21(شکل 5) مدلسازی مبدل در فضای حالت ................. 23(شکل 6) مسیرهای سیستم و خط لغزش یک مبدل باک در فضای صفحه فاز 24(شکل 7) کنترل مبدل توسط مد لغزشی .................. 25(شکل 8) نواحی موجود برای کنترل لغزشی در حالتی که 30(شکل 9) نواحی محدود برای کنترل لغزشی در حالتی که 30(شکل10) رسم همزمان مسیرهاي فازمعادلات حالت باك ..... 31(شکل 11) مسیرفازدرمحدوده خط لغزش .................. 31(شکل12) پدیده چاترینگ در کنترل لغزشی بر مبنای سیستم غیرخطی 32(شکل 13) نمایش بزرگتر ازمسیرفازدرحضورپهناي باندهیسترزیس 33شکل 14 ............................................ 36شکل 15: مفهوم بلندی قد در دو مجموعه کلاسیک و فازی. . 36شکل 16: تابع عضویت ورودی .......................... 37شکل 17: تابع عضویت خروجی........................... 38شکل 18: پنجره ورود قوانین ......................... 38شکل 19: توابع عضویت ورودی اول...................... 39شکل 20: توابع عضویت ورودی دوم...................... 40شکل 21:............................................ 40شکل 22: ........................................... 44شکل 23: مدار شبیه‌سازی دربرگیرنده بخش کنترلی........ 44شکل 24: بلوک کنترلی SMC............................ 45فهرست اشکالعنوان صفحهشکل 25: تولیدکننده سیگنال پالس برای مبدل AC/DC..... 46شکل 26: مبدل AC/DC. ............................... 46شکل 27: بلوک مبدل باک. ........................... 47شکل 28: شماتیک مداری مبدل Buck..................... 48شکل 29: مدار داخلی بلوک مبدل Buck.................. 48 چکیده:ژنراتورها در نیروگاهها وظیفۀ تولید انرژی الکتریکی دارند. در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ dc به رتور داده می‌شود تا میدان مغانطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می‌آید و در سیم پیچ‌های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می‌کند.سيستم تحريك استاتيك توان ميدان اصلي ژنراتور تأمين ميكند، در حاليكه تنظيم كننده ولتاژ، توان ميدان تحريك كننده را برآورده مي‌سازد. در سيستم تحريك استاتيك3 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. در این پایان نامه میخواهیم بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل یکسوساز با استفاده از یک مبدل باک (Buck converter) که با کنترلر لغزشی فرآیند کنترل آن صورت میپذیرد، استفاده کنیم. همچنین به مقایسه دو روش کنترل مبدل باک که یکی منطق فازی و دیگری مد لغزشی است، توسط نرم افزار متلب پرداختیم و نتیجه گرفتیم، روش مد لغزشی با دینامیک سریعتر و دفع کامل اغتشاشات به کنترل خروجی مبدل باک نسبت به منطق فازی پرداخته است. کلمات کلیدی:(مبدل باک، کنترل مد لغزشی، کنترل منطق فازی)فصل اول: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. امروزه ژنراتورهای سنکرون سه فاز ستون فقرات شبکه‌های برق را در جهان تشکیل می‌دهند و ژنراتورهای عظیم در نیروگاهها وظیفۀ تولید انرژی الکتریکی دارند. در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ dc به رتور داده می‌شود تا میدان مغانطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می‌آید و در سیم پیچ‌های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می‌کند. برای رساندن جریان dc به رتور مکانیزم خاصی مورد نظر است:1-رساندن توان از یک منبع خارجی به رتور توسط حلقه‌های لغزان و جاروبکها (در این حالت استهلاک زیاد است و بیشتر در ژنراتورهای کوچک کاربرد دارد)2-رساندن توان از یک منبع خاص که مستقیما بر روی محور ژنراتور نصب شده است. (در ژنراتورهای بزرگ)يك سيستم تحريك استاتيك به لحاظ عملكرد شبيه تنظيم كننده 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. درواقع سيستم تحريك استاتيك توان ميدان اصلي ژنراتور تأمين ميكند، در حاليكه تنظيم كننده ولتاژ، توان ميدان تحريك كننده را برآورده مي‌سازد. درسيستم تحريك استاتيك3 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. در این پایان نامه میخواهیم بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل یکسوساز با استفاده از یک مبدل باک (Buck converter) که با کنترلر لغزشی فرآیند کنترل آن صورت میپذیرد، استفاده کنیم.مبدل DC/DC مبدلی است که جریان DChc یک منبع را به سطح ولتاژیدیگر تبدیل می‌کند و ولتاژ خروجی می‌تواند از ولتاژ ورودی بیشتر یا کمتر باشد. مبدل باک (Buck converter) نوعی مبدل DC-DC کاهنده است. از این نوع مبدل برای کاهش ولتاژ در سطح دلخواه استفاده می‌شود. برای کنترل این فرآیند روش‌هایی مثل: کنترلر PI، کنترلر PID، کنترلر فازی و کنترلر لغزشی استفاده می‌شود. ما در این پایان نامه از کنترلر لغزشی برای مبدل باک میخواهیم استفاده کنیم.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. دراين روش پايداري بوسيله نگهداشتن حالتهاي سيستم روي سطح لغزش بدست می‌آيد. در واقع با داشتن مدل عدم قطعیت‌ها و اغتشاشات میتوان از این مدل استفاده کرد، به شرطی که محدوده این عدم قطعیت‌ها و اغتشاشات معلوم باشد.