فهرست عناوینصفحه1 فصل اول مقدمه12 فصل دوم مواد و روشها52.1مقدمه62.2مروری بر مطالعات موجود در زمینه WECS72.3پیشینه ماشینهای آهنربای دائم PMM82.3.1 ساختارهای مختلف ماشینهای آهنربای دائمی82.3.2 ماشینهای RFPM102.3.3 ماشینهای AFPM132.3.3.1................................................................... انواع ماشینهای شارمحوری132.3.3.2............................................ انواع ساختارهای ماشینهای شار محور142.3.3.3................................... ساختار یکطرفه با هسته استاتور شیاردار152.3.3.4............................... ساختار یکطرفه با هسته استاتور بدون شیار162.3.3.5............................ دو طرف استاتور بدون شیار و وسط رتور (AFIR)192.3.3.6..................................................................................... ساختار چند سطحه192.3.4 ماشینهای TFPM212.3.5 توصیف ماشین TFPM212.3.5.1................................................................... توپولوژی پایه (یک-طرفه)222.3.5.2.................................................... توپولوژی TFPMهمراه با پل آهنی242.3.5.3.......................................................................... توپولوژی TFPMدوطرفه242.3.5.4.......................................................................... ساختار TFPM Flux-Switching25شكل 2.21 توپولوژی TFPM FLUX-SWITCHING، الف) نمای کلی. ب)نمای در عرض.262.3.5.5.......................................................................... ساختار رتور دندانهای262.3.6 مطالعات صورت گرفتهی اخیر در راستای بهبود ساختار TFPM262.3.7 ویژگیهای ساختارهای متفاوت ماشینهای PM302.4مبدلهای منبع امپدانسی312.4.1 اصول کارکرد مبدلهای منبع امپدانسی332.4.2 دستهبندی شبکههای منبع امپدانسی352.4.2.1دستهبندی شبکههای منبع امپدانسی ازنقطهنظر عملکرد تبدیل352.4.2.2دستهبندی ساختارهای مختلف شبکههای منبع امپدانسی ازنقطهنظر مغناطیسی [56]372.4.3 ساختار شبکه منبع امپدانسی با ترانسفورماتور یا کوپل مغناطیسی392.4.3.1............................................................................................... مبدل Y-Source393 فصل سوم مدلسازی و شبیهسازی413.1مقدمه423.2مدلسازی و تجزیهوتحلیل اجزای محدود433.2.1 معادلات ماکسول برای مسئلههای الکترومغناطیسی433.2.2 روش اجزای محدود (FEM)443.3مدلسازی اجزای محدود 3 بعدی453.4محاسبه اندوکتانس سنکرون543.5مدلسازی دینامیکی WECSپیشنهادی در اندازه کوچک بر پایه PMTF553.5.1 مدلسازی و شبیهسازی دینامیکی PMTF553.5.1.1.......................................................................... محاسبات مدل دینامیکی553.5.1.2................................................................................ شبیهسازی دینامیکی603.5.2 مدلسازی WECS613.5.3 مدلسازی باد و توربین بادی613.5.4 مدلسازی سیستم کنترل643.5.4.1 MPPTتولید توان بیشینه از انرژی باد643.5.4.2 روش کنترلی FOC653.5.4.3.............................................................................. مدلسازی کامل سیستم663.6WECSپیشنهادی بر اساس مبدل منبع امپدانسی Y-Source663.6.1 شبکه Y-Source673.6.1.1................................................................................... مبدل DC/DCY-Source733.6.1.2 اینورتر Y-Source743.6.2 WECSپیشنهادی بر اساس مبدل شبکه امپدانسی Y-Source753.6.2.1............................................................................................ سیستم کنترلی773.7جمعبندی فصل794 فصل چهارم نتایج814.1مقدمه824.2بررسی نتایج شبیهسازی اجزای محدود 3 بعدی مولد PMTF824.2.1 توزیع چگالی شار مغناطیسی834.2.2 مشخصههای جریان و ولتاژ دربارهای متفاوت و استخراج پارامترهای مولد874.2.2.1..................................................................... مشخصههای جریان و ولتاژ874.2.2.2استخراج پارامترهای ماشین برای استفاده در مدل دینامیکی894.2.3 نتایج مدلسازی و شبیهسازی دینامیکی سیستم توربین بادی بر پایه PMTF914.3نتایج شبیهسازی دینامیکی سیستم توربین بادی بر پایه مبدل Y-Source994.3.1 WECSپیشنهادی بر اساس اینورتر Y-Source1024.3.2 WECSپیشنهادی بر اساس مبدل DC/DCY-Source1114.4مقایسه نتایج سیستمهای پیشنهادی با WECSبر اساس شبکه Z-Source و WECSبراساس مبدل Boost .1144.5جمعبندی فصل1195 فصل پنجم جمعبندی و پیشنهادها1205.1جمعبندی1215.2پیشنهادها123منابع و مراجع124پيوست131 فهرست اشكالصفحهشكل 2.1 ساختارهای رتور: الف)Surface-mounted magnet . بInset magnet ( . ج) buried magnet.9شكل 2.2 شمایی از توپولوژی ماشینهای آهنربای دائم؛ الف)شار شعاعی. ب)شارمحوری10شكل 2.3 ماشین شار شعاعی همراه با PMمتصل شده روی سطح با شیار.11شكل 2.4 ماشین شار شعاعی ،Flux-Concentratingهمراه با شیار .11شكل 2.5 ماشین شار شعاعی بدون شیار .12شكل 2.6 ماشین شار شعاعی Iron Less.13شكل 2.7 انواع ساختارهای ماشینهای شارمحوری14شكل 2.8 ساختار یکطرفه با هسته استاتور شیاردار.15شكل 2.9 ساختار یکطرفه با هسته استاتور بدون شیار.16شكل 2.10 ماشین شار محور با دو طرف روتور و وسط استاتور شیاردار(AFIS-NN).17شكل 2.11 ماشین شار محور با دو طرف روتور و وسط استاتور بدون شیار (AFIS-NN).18شكل 2.12 دو طرف استاتور شیاردار و وسط روتور (AFIR)18شكل 2.13 دو طرف استاتور بدون شیار و وسط روتور (AFIR)19شكل 2.14 ساختار چند سطحه یک ماشین شار محور با هسته استاتور.20شكل 2.15 مسیر شار مغناطیسی در ماشین شارمحوری چند سطحه با هسته استاتور20شكل 2.16 ساختار چند سطحه یک ماشین شار محور بدون هسته استاتور21شكل 2.17 توپولوژی پایه از TFPM. 23شكل 2.18 TFPMسه فاز، الف) نمای در عرض. ب) جابجایی آهنرباها که جهت حرکت را نشان میدهد.23شكل 2.19 TFPM یکطرفه، با پل آهنی24شكل 2.20. TFPM دوطرفه، با پل آهنی.25شكل 2.21 توپولوژی TFPM FLUX-SWITCHING، الف) نمای کلی. ب)نمای در عرض.26شكل 2.22 ساختار TFPMDG 1) نگهدارنده هسته استاتور، 2) هسته استاتور، 3) سیمپیچ آرمیچر، 4) رتور دیسکی شکل، 5)آهنربای دائم27شكل 2.23 قطبهای آهنرباهای متصل شده به دیسک رتور در یک TFPMDGبا 12 قطب.28شكل 2.24. ابعاد TFPMDدر مختصات مختلف29شكل 2.25 شمای عمومی ساختار مبدلهای منبع امپدانسی با کلیدهای متفاوت برای کاربردهای متفاوت32شكل 2.26. شبکه منبع امپدانس متعارف.33شكل 2.27. مدار معادل Z-Source، الف) در حالت کلی ، ب) در حالت فعال ، ج) در حالت Shoot-through.33شكل 2.28 دستهبندی مبدل منابع امپدانسی بر اساس عملکرد تبدیل.35شكل 2.29 ساختارهای ممکن کلیدها (الف)-(ج) برای مبدل dc-dc، (ت)-(خ) دیودها و سویچهای متعدد برای مبدلهای dc-dc، dc-ac، ac-dcو ac-ac.36شكل 2.30 شبکههای منبع امپدانسی38شكل 2.31 ساختار مبدل Y-Source.39شكل 3.1 نمای عرضی ماشین TFPM.45شكل 3.2 مسیر شار عبوری در استاتور Uشکل TFPM.46شكل 3.3 ماشین TFPMطراحیشده بر اساس توپولوژی 2010.47شكل 3.4 نمونه عملی ماشین، الف) رتور . ب) استاتور.47شكل 3.5 یکفاز از ماشین PMTFشبیهسازیشده در نماهای مختلف.48شكل 3.6 نمای برش خورده یکفاز از ماشین شبیهسازیشده.49شكل 3.7 ساختار قرارگیری آهنرباها در حالت 3 فاز.50شكل 3.8 . الف) ساختار 3 فاز مولد PMTF، ب) سیمپیچی دیسکی شکل سه فاز50شكل 3.9 مشخصات سیمهای آمریکایی.52شكل 3.10 قطاع 30 درجه از یکفاز ماشین PMTFطراحیشده.53شكل 3.11 مش بندی قسمتهای مختلف ساختار طراحیشده در نماهای مختلف.53شكل 3.12 شماتیک کلی WECSپیشنهادی بر پایه PMTF.55شكل 3.13 قاب مرجع سه فاز abc و قاب مرجع گردان dqo56شكل 3.14 مدارهای معادل مولد، الف) محور dو ب) محور q.58شكل 3.15 دیاگرام زاویه پره توربین63شكل 3.16 کنترل سمت مولد.66شكل 3.17 مبدل و حالتهای کاری آن.67شكل 3.18 منحنی بهره ولتاژ برحسب برای مقادیر مختلف .70شكل 3.19 ساختار مبدل DC/DCY-Source74شكل 3.20 ساختار اینورتر Y-Source75شكل 3.21 WECSمتعارف با مبدل بوست.76شكل 3.22WECSپیشنهادی بر پایه مبدل ، Y-Source.76شكل 3.23WECSپیشنهادی بر پایه مبدل ، Y-Source.77شكل 3.24 سیستم کنترلی در نظر گرفتهشده برای WECSهمراه با کانورتر Y-Source.77شكل 3.25 سیستم کنترلی در نظر گرفتهشدهبرای WECSهمراه با اینورتر Y-Source.78شكل 4.1توزیع چگالی شار (Isovalues)، یکفاز مولد آهنربای دائم شارمتقاطع.83شكل 4.2 IsoLinesدر یکفاز مولد آهنربای دائم شارمتقاطع.84شكل 4.3 جهت توزیع چگالی شار تولیدی توسط آهنرباها در استاتور.85شكل 4.4 الف) شدت چگالی شار مغناطیسی، ب) دامنه ولتاژ القاشده در سیمپیچی.86شكل 4.5 .مشخصهی بیباری مولد TFPM.87شكل 4.6 .مشخصهی اتصال کوتاه مولد TFPM.88شكل 4.7مشخصهی بار نامی اهمی .88شكل 4.8 ولتاژ پایانه و جریان آرمیچر PMTFمدلسازی شده در حالت نرمالیزه.90شكل 4.9. ولتاژ پایانه ، جریان آرمیچر و ولتاژ القاشده PMTFمدلسازی شده.91شكل 4.10 تغییرات نسبت به و .92شكل 4.11مشخصه سرعت باد در نظر گرفتهشده.93شكل 4.12سرعت مرجع و مقایسه آن با سرعت روتور.93شكل 4.13 مقایسه گشتاور الکترومغناطیسی مولد باگشتاور مکانیکی حاصل از سرعت باد.94شكل 4.14. مقایسه مقادیر توان حاصل از انرژی باد با ملاحظات MPPT.95شكل 4.15. جریان محورهای dو qمولد شبیهسازیشده.95شكل 4.16. الف) ولتاژ سه فاز استاتور مدل دینامیکی، ب) مقایسه ولتاژ سه فاز استاتور بهدستآمده توسط تحلیل اجزای محدود 3 بعدی و مدل دینامیکی.98شكل 4.17. الف) ولتاژ سه فاز استاتور مدل دینامیکی، ب) مقایسه ولتاژ سه فاز استاتور بهدستآمده توسط تحلیل اجزای محدود 3 بعدی و مدل دینامیکی.97شكل 4.18 منحنی تغییرات ولتاژ لینک DCبرحسب تغییر سرعت رتور.101شكل 4.19. مدل باد اعمالشده به سیستم پیشنهادی شبیهسازیشده.101شكل 4.20 سرعت رتور به ازای مقادیر مختلف سرعت باد.102شكل 4.21 منحنی توان مکانیکی توربین.103شكل 4.22 منحنی توان الکتریکی تزریقی به شبکه.103شكل 4.23 منحنی های توان الکتریکی تزریقی به شبکه و بیشترین توان مکانیکی جذب شده توسط توربین با توجه به سرعتهای مختلف باد.104شكل 4.24 الف) ولتاژ لینک DCاینورتر، ب)ولتاژ لینک DCاینورتردر حالت بزرگنمایی.105شكل 4.25ولتاژ خازن مبدل .106شكل 4.26 توان راکتیو تبادل شده با شبکه.106شكل 4.27 . الف) ولتاژ شبکه، ب) ولتاژ شبکه در حالت بزرگنمایی.108شكل 4.28جریان تزریقی به شبکه توسط سیستم پیشنهادی109شكل 4.29 بزرگنمایی یک سیکل ازجریان تزریقی به شبکه در سرعت نامی.109شكل 4.30. هارمونیکهای جریان تزریقی به شبکه و مربوط به آن در سرعت باد .110شكل 4.31 توان تحویلی به شبکه توسط سیستم پیشنهادی.110شكل 4.32 کارایی سیستم پیشنهادی.111شكل 4.33. ولتاژ لینک dc.112شكل 4.34بزرگنمایی جریان تزریقیبه شبکه در سرعت باد .112شكل 4.35 هارمونیک های جریان تزریقی به شبکه و مربوط به آن.113شكل 4.36 مقایسهکارایی سیستمهای پیشنهادی.116شكل 4.37 هارمونیک های جریان تزریقی به شبکه و مربوط به سیستم بر اساس Z-Source.118شكل پ.1 شمای کلی سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد بر پایه ی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع.132شكل پ.2 مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع متصل به بار ستاره.133شكل پ.3. بلوکهای مدلسازی ریاضی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع.134شكل پ .4. مدلسازی کنترل سمت ژنراتور.135شكل پ .5. بلوک محاسبه سرعت مکانیکی مولد.136شكل پ .6 بلوکهای شبیهسازی توربین و ژنراتور.136شكل پ .7 بلوک محاسبه ی زاویه ی رتور.137 فهرست جداولصفحهجدول 3.1: مشخصات هندسی یکفاز از استاتورPMTF51جدول 3.2: مشخصات هندسی یکفاز از رتورPMTF51جدول 3.3 ثابتهای تا. 63جدول 3.4 خلاصهای از ساختارهای متفاوت منبع امپدانسی72جدول 3.5 بهره ولتاژ به ازای مقادیر مختلف تعداد دور سیمپیچها.73جدول 4.1 مقادیر استخراجشده و محاسبهی اندوکتانس سنکرون89جدول 4.2 ضریب توان با روش پیدا کردن اختلاففاز.89جدول 4.3 ضریب توان بهوسیله محاسبات دینامیکی.90جدول 4.4 پارامترهای مولد .. 100جدول 4.5 پارامترهای شبیهسازی100جدول 4.6 مقایسه ساختار مبدلهای موردنظر در WECSپیشنهادی.115جدول 4.7 THDسیستمهای پیشنهادی بر پایه شبکه Y-Source.116جدول 4.8 پارامترهای شبیهسازی سیستم بر اساس Z-Source .117جدول 4.9 مقایسه ساختار اینورتر موردنظر در WECSپیشنهادی و ساختار اینورتر Z-Source.117جدول 4.10مقایسه THDسیستم توربین بادی بر اساس اینورتر Y-Sourceو اینورتر Z-Source.118با افزایش دقت و تمرکز بیشتر، بر روی بازده سیستمهای الکترومکانیکی از قبیل تولید برق از طریق انرژیهای جایگزین و وسایل نقلیه الکتریکی همچنین با پیشرفت علم مواد در دهههای اخیر، ماشینهای آهنربایی دائمی (PMMs)بیشتر مورداستفاده قرار میگیرند، مخصوصاً در زمینههای تبدیلات توان الکترومکانیکی.درواقع در سال 1983با کشف آهنربای دائمی خاک کمیاب، ماشینهای آهنربایی دائمی (PM) بهطور چشمگیری گسترش یافتند. یکی از کاربردهای این ماشینها در کوپل مستقیم میباشد. کوپل مستقیم به راهاندازی و اتصال مستقیم ماشین به بار، بدون استفاده از گیربکس میگویند.ماشینهای PMبا کوپل مستقیم، بیشتر برای استفاده در توربینهای بادی موردتوجه قرار میگیرد. این ماشینهای آهنربایی دائمی میتوانند هم از طریق مسیر عبور شار مغناطیسی وهم ساختار دستهبندی شوند. با توجه به اینکه امروزه استفاده از انرژیهای تجدید پذیر و پاک، در دستور اجرای جوامع جهانی قرارگرفته و بهعنوان یک موضوع بسیار حیاتی و مهم مطرحشده است. عوامل زیستمحیطی از قبیل آلودگی هوا و گرمای روزافزون کره زمین با استفاده از سوختهای آلاینده از مهمترین دلایل استفاده از انرژیهای تجدید پذیر بشمار میروند. یکی از بسترهای مناسب و پرکاربرد از انرژیهای تجدید پذیر که بسیار موردتوجه قرارگرفته است انرژی باد است. استفاده از انرژی باد بخصوص در مناطق بادخیز علاوه بر صرفهجویی اقتصادی، افزایش کیفیت توان تحویلی را نیز در پی خواهد داشت. سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد به چهار قسمت اصلی: 1) توربین بادی؛ 2) مولد الکتریکی؛ 3) ادوات الکترونیک قدرت و 4) سیستمهای کنترلی، تقسیم میشود، که با افزایش روزافزون این صنعت و پیشرفت فنّاوری، پیشرفتهای زیادی در تمامی این قسمتها انجامگرفته و ادوات مختلف الکترونیک قدرت؛ مولدهای متفاوت و سیستمهای کنترلی متفاوت ارائهشده است. برای مثال با پیشرفت علم مواد و خودنمایی مجدد ماشینهای آهنربای دائم، استفاده
مدلسازی و تحلیل اجزای محدود ژنراتور سنکرون آهنربای دائم شارمتقاطع WORD
فهرست عناوینصفحه1 فصل اول مقدمه12 فصل دوم مواد و روشها52.1مقدمه62.2مروری بر مطالعات موجود در زمینه WECS72.3پیشینه ماشینهای آهنربای دائم PMM82.3.1 ساختارهای مختلف ماشینهای آهنربای دائمی82.3.2 ماشینهای RFPM102.3.3 ماشینهای AFPM132.3.3.1................................................................... انواع ماشینهای شارمحوری132.3.3.2............................................ انواع ساختارهای ماشینهای شار محور142.3.3.3................................... ساختار یکطرفه با هسته استاتور شیاردار152.3.3.4............................... ساختار یکطرفه با هسته استاتور بدون شیار162.3.3.5............................ دو طرف استاتور بدون شیار و وسط رتور (AFIR)192.3.3.6..................................................................................... ساختار چند سطحه192.3.4 ماشینهای TFPM212.3.5 توصیف ماشین TFPM212.3.5.1................................................................... توپولوژی پایه (یک-طرفه)222.3.5.2.................................................... توپولوژی TFPMهمراه با پل آهنی242.3.5.3.......................................................................... توپولوژی TFPMدوطرفه242.3.5.4.......................................................................... ساختار TFPM Flux-Switching25شكل 2.21 توپولوژی TFPM FLUX-SWITCHING، الف) نمای کلی. ب)نمای در عرض.262.3.5.5.......................................................................... ساختار رتور دندانهای262.3.6 مطالعات صورت گرفتهی اخیر در راستای بهبود ساختار TFPM262.3.7 ویژگیهای ساختارهای متفاوت ماشینهای PM302.4مبدلهای منبع امپدانسی312.4.1 اصول کارکرد مبدلهای منبع امپدانسی332.4.2 دستهبندی شبکههای منبع امپدانسی352.4.2.1دستهبندی شبکههای منبع امپدانسی ازنقطهنظر عملکرد تبدیل352.4.2.2دستهبندی ساختارهای مختلف شبکههای منبع امپدانسی ازنقطهنظر مغناطیسی [56]372.4.3 ساختار شبکه منبع امپدانسی با ترانسفورماتور یا کوپل مغناطیسی392.4.3.1............................................................................................... مبدل Y-Source393 فصل سوم مدلسازی و شبیهسازی413.1مقدمه423.2مدلسازی و تجزیهوتحلیل اجزای محدود433.2.1 معادلات ماکسول برای مسئلههای الکترومغناطیسی433.2.2 روش اجزای محدود (FEM)443.3مدلسازی اجزای محدود 3 بعدی453.4محاسبه اندوکتانس سنکرون543.5مدلسازی دینامیکی WECSپیشنهادی در اندازه کوچک بر پایه PMTF553.5.1 مدلسازی و شبیهسازی دینامیکی PMTF553.5.1.1.......................................................................... محاسبات مدل دینامیکی553.5.1.2................................................................................ شبیهسازی دینامیکی603.5.2 مدلسازی WECS613.5.3 مدلسازی باد و توربین بادی613.5.4 مدلسازی سیستم کنترل643.5.4.1 MPPTتولید توان بیشینه از انرژی باد643.5.4.2 روش کنترلی FOC653.5.4.3.............................................................................. مدلسازی کامل سیستم663.6WECSپیشنهادی بر اساس مبدل منبع امپدانسی Y-Source663.6.1 شبکه Y-Source673.6.1.1................................................................................... مبدل DC/DCY-Source733.6.1.2 اینورتر Y-Source743.6.2 WECSپیشنهادی بر اساس مبدل شبکه امپدانسی Y-Source753.6.2.1............................................................................................ سیستم کنترلی773.7جمعبندی فصل794 فصل چهارم نتایج814.1مقدمه824.2بررسی نتایج شبیهسازی اجزای محدود 3 بعدی مولد PMTF824.2.1 توزیع چگالی شار مغناطیسی834.2.2 مشخصههای جریان و ولتاژ دربارهای متفاوت و استخراج پارامترهای مولد874.2.2.1..................................................................... مشخصههای جریان و ولتاژ874.2.2.2استخراج پارامترهای ماشین برای استفاده در مدل دینامیکی894.2.3 نتایج مدلسازی و شبیهسازی دینامیکی سیستم توربین بادی بر پایه PMTF914.3نتایج شبیهسازی دینامیکی سیستم توربین بادی بر پایه مبدل Y-Source994.3.1 WECSپیشنهادی بر اساس اینورتر Y-Source1024.3.2 WECSپیشنهادی بر اساس مبدل DC/DCY-Source1114.4مقایسه نتایج سیستمهای پیشنهادی با WECSبر اساس شبکه Z-Source و WECSبراساس مبدل Boost .1144.5جمعبندی فصل1195 فصل پنجم جمعبندی و پیشنهادها1205.1جمعبندی1215.2پیشنهادها123منابع و مراجع124پيوست131 فهرست اشكالصفحهشكل 2.1 ساختارهای رتور: الف)Surface-mounted magnet . بInset magnet ( . ج) buried magnet.9شكل 2.2 شمایی از توپولوژی ماشینهای آهنربای دائم؛ الف)شار شعاعی. ب)شارمحوری10شكل 2.3 ماشین شار شعاعی همراه با PMمتصل شده روی سطح با شیار.11شكل 2.4 ماشین شار شعاعی ،Flux-Concentratingهمراه با شیار .11شكل 2.5 ماشین شار شعاعی بدون شیار .12شكل 2.6 ماشین شار شعاعی Iron Less.13شكل 2.7 انواع ساختارهای ماشینهای شارمحوری14شكل 2.8 ساختار یکطرفه با هسته استاتور شیاردار.15شكل 2.9 ساختار یکطرفه با هسته استاتور بدون شیار.16شكل 2.10 ماشین شار محور با دو طرف روتور و وسط استاتور شیاردار(AFIS-NN).17شكل 2.11 ماشین شار محور با دو طرف روتور و وسط استاتور بدون شیار (AFIS-NN).18شكل 2.12 دو طرف استاتور شیاردار و وسط روتور (AFIR)18شكل 2.13 دو طرف استاتور بدون شیار و وسط روتور (AFIR)19شكل 2.14 ساختار چند سطحه یک ماشین شار محور با هسته استاتور.20شكل 2.15 مسیر شار مغناطیسی در ماشین شارمحوری چند سطحه با هسته استاتور20شكل 2.16 ساختار چند سطحه یک ماشین شار محور بدون هسته استاتور21شكل 2.17 توپولوژی پایه از TFPM. 23شكل 2.18 TFPMسه فاز، الف) نمای در عرض. ب) جابجایی آهنرباها که جهت حرکت را نشان میدهد.23شكل 2.19 TFPM یکطرفه، با پل آهنی24شكل 2.20. TFPM دوطرفه، با پل آهنی.25شكل 2.21 توپولوژی TFPM FLUX-SWITCHING، الف) نمای کلی. ب)نمای در عرض.26شكل 2.22 ساختار TFPMDG 1) نگهدارنده هسته استاتور، 2) هسته استاتور، 3) سیمپیچ آرمیچر، 4) رتور دیسکی شکل، 5)آهنربای دائم27شكل 2.23 قطبهای آهنرباهای متصل شده به دیسک رتور در یک TFPMDGبا 12 قطب.28شكل 2.24. ابعاد TFPMDدر مختصات مختلف29شكل 2.25 شمای عمومی ساختار مبدلهای منبع امپدانسی با کلیدهای متفاوت برای کاربردهای متفاوت32شكل 2.26. شبکه منبع امپدانس متعارف.33شكل 2.27. مدار معادل Z-Source، الف) در حالت کلی ، ب) در حالت فعال ، ج) در حالت Shoot-through.33شكل 2.28 دستهبندی مبدل منابع امپدانسی بر اساس عملکرد تبدیل.35شكل 2.29 ساختارهای ممکن کلیدها (الف)-(ج) برای مبدل dc-dc، (ت)-(خ) دیودها و سویچهای متعدد برای مبدلهای dc-dc، dc-ac، ac-dcو ac-ac.36شكل 2.30 شبکههای منبع امپدانسی38شكل 2.31 ساختار مبدل Y-Source.39شكل 3.1 نمای عرضی ماشین TFPM.45شكل 3.2 مسیر شار عبوری در استاتور Uشکل TFPM.46شكل 3.3 ماشین TFPMطراحیشده بر اساس توپولوژی 2010.47شكل 3.4 نمونه عملی ماشین، الف) رتور . ب) استاتور.47شكل 3.5 یکفاز از ماشین PMTFشبیهسازیشده در نماهای مختلف.48شكل 3.6 نمای برش خورده یکفاز از ماشین شبیهسازیشده.49شكل 3.7 ساختار قرارگیری آهنرباها در حالت 3 فاز.50شكل 3.8 . الف) ساختار 3 فاز مولد PMTF، ب) سیمپیچی دیسکی شکل سه فاز50شكل 3.9 مشخصات سیمهای آمریکایی.52شكل 3.10 قطاع 30 درجه از یکفاز ماشین PMTFطراحیشده.53شكل 3.11 مش بندی قسمتهای مختلف ساختار طراحیشده در نماهای مختلف.53شكل 3.12 شماتیک کلی WECSپیشنهادی بر پایه PMTF.55شكل 3.13 قاب مرجع سه فاز abc و قاب مرجع گردان dqo56شكل 3.14 مدارهای معادل مولد، الف) محور dو ب) محور q.58شكل 3.15 دیاگرام زاویه پره توربین63شكل 3.16 کنترل سمت مولد.66شكل 3.17 مبدل و حالتهای کاری آن.67شكل 3.18 منحنی بهره ولتاژ برحسب برای مقادیر مختلف .70شكل 3.19 ساختار مبدل DC/DCY-Source74شكل 3.20 ساختار اینورتر Y-Source75شكل 3.21 WECSمتعارف با مبدل بوست.76شكل 3.22WECSپیشنهادی بر پایه مبدل ، Y-Source.76شكل 3.23WECSپیشنهادی بر پایه مبدل ، Y-Source.77شكل 3.24 سیستم کنترلی در نظر گرفتهشده برای WECSهمراه با کانورتر Y-Source.77شكل 3.25 سیستم کنترلی در نظر گرفتهشدهبرای WECSهمراه با اینورتر Y-Source.78شكل 4.1توزیع چگالی شار (Isovalues)، یکفاز مولد آهنربای دائم شارمتقاطع.83شكل 4.2 IsoLinesدر یکفاز مولد آهنربای دائم شارمتقاطع.84شكل 4.3 جهت توزیع چگالی شار تولیدی توسط آهنرباها در استاتور.85شكل 4.4 الف) شدت چگالی شار مغناطیسی، ب) دامنه ولتاژ القاشده در سیمپیچی.86شكل 4.5 .مشخصهی بیباری مولد TFPM.87شكل 4.6 .مشخصهی اتصال کوتاه مولد TFPM.88شكل 4.7مشخصهی بار نامی اهمی .88شكل 4.8 ولتاژ پایانه و جریان آرمیچر PMTFمدلسازی شده در حالت نرمالیزه.90شكل 4.9. ولتاژ پایانه ، جریان آرمیچر و ولتاژ القاشده PMTFمدلسازی شده.91شكل 4.10 تغییرات نسبت به و .92شكل 4.11مشخصه سرعت باد در نظر گرفتهشده.93شكل 4.12سرعت مرجع و مقایسه آن با سرعت روتور.93شكل 4.13 مقایسه گشتاور الکترومغناطیسی مولد باگشتاور مکانیکی حاصل از سرعت باد.94شكل 4.14. مقایسه مقادیر توان حاصل از انرژی باد با ملاحظات MPPT.95شكل 4.15. جریان محورهای dو qمولد شبیهسازیشده.95شكل 4.16. الف) ولتاژ سه فاز استاتور مدل دینامیکی، ب) مقایسه ولتاژ سه فاز استاتور بهدستآمده توسط تحلیل اجزای محدود 3 بعدی و مدل دینامیکی.98شكل 4.17. الف) ولتاژ سه فاز استاتور مدل دینامیکی، ب) مقایسه ولتاژ سه فاز استاتور بهدستآمده توسط تحلیل اجزای محدود 3 بعدی و مدل دینامیکی.97شكل 4.18 منحنی تغییرات ولتاژ لینک DCبرحسب تغییر سرعت رتور.101شكل 4.19. مدل باد اعمالشده به سیستم پیشنهادی شبیهسازیشده.101شكل 4.20 سرعت رتور به ازای مقادیر مختلف سرعت باد.102شكل 4.21 منحنی توان مکانیکی توربین.103شكل 4.22 منحنی توان الکتریکی تزریقی به شبکه.103شكل 4.23 منحنی های توان الکتریکی تزریقی به شبکه و بیشترین توان مکانیکی جذب شده توسط توربین با توجه به سرعتهای مختلف باد.104شكل 4.24 الف) ولتاژ لینک DCاینورتر، ب)ولتاژ لینک DCاینورتردر حالت بزرگنمایی.105شكل 4.25ولتاژ خازن مبدل .106شكل 4.26 توان راکتیو تبادل شده با شبکه.106شكل 4.27 . الف) ولتاژ شبکه، ب) ولتاژ شبکه در حالت بزرگنمایی.108شكل 4.28جریان تزریقی به شبکه توسط سیستم پیشنهادی109شكل 4.29 بزرگنمایی یک سیکل ازجریان تزریقی به شبکه در سرعت نامی.109شكل 4.30. هارمونیکهای جریان تزریقی به شبکه و مربوط به آن در سرعت باد .110شكل 4.31 توان تحویلی به شبکه توسط سیستم پیشنهادی.110شكل 4.32 کارایی سیستم پیشنهادی.111شكل 4.33. ولتاژ لینک dc.112شكل 4.34بزرگنمایی جریان تزریقیبه شبکه در سرعت باد .112شكل 4.35 هارمونیک های جریان تزریقی به شبکه و مربوط به آن.113شكل 4.36 مقایسهکارایی سیستمهای پیشنهادی.116شكل 4.37 هارمونیک های جریان تزریقی به شبکه و مربوط به سیستم بر اساس Z-Source.118شكل پ.1 شمای کلی سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد بر پایه ی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع.132شكل پ.2 مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع متصل به بار ستاره.133شكل پ.3. بلوکهای مدلسازی ریاضی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع.134شكل پ .4. مدلسازی کنترل سمت ژنراتور.135شكل پ .5. بلوک محاسبه سرعت مکانیکی مولد.136شكل پ .6 بلوکهای شبیهسازی توربین و ژنراتور.136شكل پ .7 بلوک محاسبه ی زاویه ی رتور.137 فهرست جداولصفحهجدول 3.1: مشخصات هندسی یکفاز از استاتورPMTF51جدول 3.2: مشخصات هندسی یکفاز از رتورPMTF51جدول 3.3 ثابتهای تا. 63جدول 3.4 خلاصهای از ساختارهای متفاوت منبع امپدانسی72جدول 3.5 بهره ولتاژ به ازای مقادیر مختلف تعداد دور سیمپیچها.73جدول 4.1 مقادیر استخراجشده و محاسبهی اندوکتانس سنکرون89جدول 4.2 ضریب توان با روش پیدا کردن اختلاففاز.89جدول 4.3 ضریب توان بهوسیله محاسبات دینامیکی.90جدول 4.4 پارامترهای مولد .. 100جدول 4.5 پارامترهای شبیهسازی100جدول 4.6 مقایسه ساختار مبدلهای موردنظر در WECSپیشنهادی.115جدول 4.7 THDسیستمهای پیشنهادی بر پایه شبکه Y-Source.116جدول 4.8 پارامترهای شبیهسازی سیستم بر اساس Z-Source .117جدول 4.9 مقایسه ساختار اینورتر موردنظر در WECSپیشنهادی و ساختار اینورتر Z-Source.117جدول 4.10مقایسه THDسیستم توربین بادی بر اساس اینورتر Y-Sourceو اینورتر Z-Source.118با افزایش دقت و تمرکز بیشتر، بر روی بازده سیستمهای الکترومکانیکی از قبیل تولید برق از طریق انرژیهای جایگزین و وسایل نقلیه الکتریکی همچنین با پیشرفت علم مواد در دهههای اخیر، ماشینهای آهنربایی دائمی (PMMs)بیشتر مورداستفاده قرار میگیرند، مخصوصاً در زمینههای تبدیلات توان الکترومکانیکی.درواقع در سال 1983با کشف آهنربای دائمی خاک کمیاب، ماشینهای آهنربایی دائمی (PM) بهطور چشمگیری گسترش یافتند. یکی از کاربردهای این ماشینها در کوپل مستقیم میباشد. کوپل مستقیم به راهاندازی و اتصال مستقیم ماشین به بار، بدون استفاده از گیربکس میگویند.ماشینهای PMبا کوپل مستقیم، بیشتر برای استفاده در توربینهای بادی موردتوجه قرار میگیرد. این ماشینهای آهنربایی دائمی میتوانند هم از طریق مسیر عبور شار مغناطیسی وهم ساختار دستهبندی شوند. با توجه به اینکه امروزه استفاده از انرژیهای تجدید پذیر و پاک، در دستور اجرای جوامع جهانی قرارگرفته و بهعنوان یک موضوع بسیار حیاتی و مهم مطرحشده است. عوامل زیستمحیطی از قبیل آلودگی هوا و گرمای روزافزون کره زمین با استفاده از سوختهای آلاینده از مهمترین دلایل استفاده از انرژیهای تجدید پذیر بشمار میروند. یکی از بسترهای مناسب و پرکاربرد از انرژیهای تجدید پذیر که بسیار موردتوجه قرارگرفته است انرژی باد است. استفاده از انرژی باد بخصوص در مناطق بادخیز علاوه بر صرفهجویی اقتصادی، افزایش کیفیت توان تحویلی را نیز در پی خواهد داشت. سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد به چهار قسمت اصلی: 1) توربین بادی؛ 2) مولد الکتریکی؛ 3) ادوات الکترونیک قدرت و 4) سیستمهای کنترلی، تقسیم میشود، که با افزایش روزافزون این صنعت و پیشرفت فنّاوری، پیشرفتهای زیادی در تمامی این قسمتها انجامگرفته و ادوات مختلف الکترونیک قدرت؛ مولدهای متفاوت و سیستمهای کنترلی متفاوت ارائهشده است. برای مثال با پیشرفت علم مواد و خودنمایی مجدد ماشینهای آهنربای دائم، استفاده