سیستم تحریک با تغییر جریان dc سیم پیچ تحریک واقع بر روی رتور نیروی محرکه تولید شده ژنراتور را کنترل میکند تغییر بار نیروی محرکه ژنراتور نه تنها ولتاژ خرجی تنظیم میشود بلکه ضریب قدرت و دامنه جریان نیز کنترل میشود.
مهمترین اجزای سیستم تحریک[۴][۳]:
۱- تحریک کننده: تامین توان جریان مستقیم مورد نیاز سیم پیچ تحریک (بخش توان سیستم تحریک)
۲- تنظیم کننده: سیگنالهای کنترل ورودی را به سطح و شکلی که برای کنترل تحریک کننده مناسب است، تقویت و پردازش میکند. این بلوک شامل تنظیم کننده‌ها و نیز توابع پایدار ساز سیستم تحریک میباشد.
( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۳- مبدل ولتاژ پایانه و جبرانگر بار
۴- پایدار ساز سیستم قدرت
۵- مدارهای محدود کننده و حفاظتی: شامل مجموعه وسیعی از توابع کنترلی و حفاظتی برای اطمینان از اینکه از حدود توانایی‌های تحریک کننده و ژنراتور تجاوز نشود.
امروز استفاده از مبدل‌های DC/DC در سیستم‌های تحریک مورد توجه قرار گرفته شده است. مبدل باک به خاطر خصوصیاتی که دارد، در بسیاری از صنایع کاربرد فراوانی دارد و کنترل این مبدل بسیار حائز اهمیت است. درمقاله [۲] درمورد عملیاتی شدن کنترلرهای PID دیجیتال برای مبدل­های DC/DC توضیحاتی داده شده است. علاوه بر کاهش قطعات در سیستم کنترل مبدل­ها، یکی از مهمترین خصوصیات این نوع کنترلرها، قابلیت انعطاف پذیری بالا با بهره گرفتن از تغییرات نرم­افزاری است[۵]. به طور کلی استفاده از کنترلرهای دیجیتال PID دارای سرعت پاسخ بالا هستند و می­توانند اضافه جهش را نیز کاهش دهند[۶]. اما بعد از معرفی کنترل لغزشی در سال ۱۹۷۷ توسط یوتکین، استفاده از این نوع کنترلرها به خاطر خصوصیات زیادی که داشتن در الکترونیک قدرت روز به روز بیشتر می­شد به طوری که در سال ۱۹۹۱ برای اولین بار از این نوع کنترلرها در مبدل‌های باک (Buck converter) توسط اسلوتین استفاده شد[۷].
در مراجع [۸] و [۹] یک طراحی ساده برای استفاده از الکترونیک قدرت برای سیستم‌های تحریک مورد بررسی قرار گرفت. در مرجع [۱۰] برای مبدل از یک کنترلر PI استفاده شده است. در مراجع [۱۱] و [۱۲] از مبدل‌های Buck-Boost در سیستم تحریک استفاده شده است.
از این روش تعریف شده در این پایان نامه به طور کلی برای سیستم تحریک تاکنون استفاده نشده است، کاری که ما در این پایان نامه میخواهیم استفاده کنیم.
فرضیه‌ها:
-مطالعات نشان می‌دهد روش‌های کنترل غیر خطی مثل روش کنترل لغزشی توانایی بالایی در تثبیت و تنظیم ولتاژهای خروجی مبدل‌های DC/DC دارند و می­توان در تامین تغذیه سسیستم تحریک از مبدل‌های کاهنده با کنترل لغزشی استفاده نمود که بهبود بهره برداری اقصادی و تامین دائمی برق مورد نیاز را به همراه خواهد داشت.
- با بهره گرفتن از نرم افزار قدرتمند SIMULINK/MATLAB کار شبیه سازی کل وقسمت کنترلی صورت می‌گیرد.
اهداف این پایان نامه:
برای تامین تغذیه دائمی سیستم تحریک ژنراتور سنکرون برق مورد نیاز، از خروجی ژنراتور مورد استفاده قرار می­گیرد. تامین برق مورد نیاز با مبدل باک کنترل شده با مد لغزشی در راستای تنظیم برق DC میتواند بسیار کارآمد باشد. کاهش تلفات کمتر، هزینه سرمایه گذاری کمتر و نیاز به دائمی بودن سیستم برق تولیدی در ژنراتور سنکرون و سایر مزایای دیگر اجرای چنین پایان نامه ای را در جهت مناسبترین الگوی طراحی تغذیه سیستم تحریک لازم می‌شمارد.
استفاده از کنترل مد لغزشی برای کنترل مبدل باک که وظیفه تامین استاتیک جریان DC روتور ژنراتور سنکرون را بر عهده دارد و استفاده از SIMULINK/MATLAB برای شبیه سازی سیستم مورد نظر می‌باشد.
اهداف کاربردی این پایان نامه:
کشور عزیزمان ایران به واسطه وسعت جغرافیایی دارای مراکز تولید برق متعددی می‌باشد که درصد بالایی از این مراکز همگی با بهره گرفتن از ژنراتورهای سنکرون برق مورد نیاز کشور را تولید می‌کنند. از طرف تامین برق سیستم تحریک این ژنراتورها نیازمند یک طراحی جامع و کاملی است که در تمام شرایط بتواند برق مورد نیاز این سیستم را و تنظیم ولتاژ مناسب تهیه کند. در این راستا باید مطالعات جامعی برای طراحی تغذیه این سیستم‌ها صورت پذیرد.
این پایان نامه مورد استفاده بخش تولید انرژی برق و مولدهای الکتریکی می‌تواند قرار گیرد.
فصل دوم:
مروری بر تحقیقات انجام شده
مبدل DC - DC به روش PWM ازنوع Buck
معرفی مبدل کاهنده (Buck DC/DC)
این بخش مبدل سوئیچینگ PWM ازنوع Buck رابررسی میکندکه معمولا به آن برشگرگویند. تحلیل‌هابرای حالت هدایت پیوسته (CCM) داده شده است. شکل موج‌های ولتاژوجریان برای تمامی اجزای مبدل استخراج شده اند. تابع ولتاژ DC برای هراین حالت به دست آمده است. عبارتهای ولتاژوجریان اجزا به دست میآید. [۱۳]
تحلیل DC مبدل BUCK به روشPMW برای حالتCCM (پیوسته):
توصیف مدار:
مدار چنین مبدلی درشکل۱نشان داده شده است.

شکل۱
این مدار شامل ۴ جزء است: یکMOSFET قدرت که به عنوان کلید قابل کنترلS به کار میرود، یک دیودD₁، یک سلف Lویک خازن فیلترC. مقاومت R_L نمایانگر یک بارDC است_. MOSFETهای قدرت رایجترین کلیدهای قابل کنترلی هستندکه در مبدلهای DC – DC استفاده می‌شوند که این امر به دلیل سرعت بالایشان است. کلیدهای قدرت دیگر مانند ترانزیستورهای دو قطبیBJT، ترازیستورهای دو قطبی باگیت عایق شده (IGBT) یاتریستورهای کنترل شده توسطMOSFET نیز می‌توانند استفاده شوند. دیود D1 را دیود چرخ آزاد یا چرخ طیار یاcatch diode گویند. شبکه کلید زنی متشکل از ترانزیستور و دیود، ولتاژ ورودی DC ی V₁رامیبرد و بنابراین به مبدل برشگر گوییم که یک ولتاژ متوسط کاهش یافته را تولید میکند کلید Sتوسط یک مدولالتور پهنای باند کنترل میشود و در فرکانس کلید زنیfs = 1/ T روشن و خاموش می‌گردد و ضریب وظیفه به صورت زیراست[۱۴]:
(۱-۲) fs = (TOFF+TON) /TON=T / TON = TON. D
فاصله T_ON فاصله زمانی است که کلید S بسته است وT_OFF مدت زمانی است که کلید S باز است. از آنجا که ضریب وظیفه «D» ولتاژ تحریک V_GS تغییر می‌کند، شکل موجهای دیگر نیز تغییر می‌کنند. این امر موجب تنظیم ولتاژ خروجی DC علیرغم تغییرات در ولتاژ DC ورودی VI و مقاومت بار R_L (جریان بار) می‌گردد. ولتاژ خروجی V_O مبدل همیشه کمتر از ولتاژ ورودی V_I است. بنابراین این یک مبدل کاهنده است. مبدل Buck ولتاژ را به سطح پایین‌تری کاهش می‌دهد. از آنجا که گیت MOSFET زمین نشده است، راه اندازی ترانزیستور سخت است. مبدل به یک تحریک گیت شناور نیازمند است. اگر جریان ورودی مبدل گسسته باشد یک فیلتر LC صافی ممکن است در ورودی نیاز باشد.
مبدل Buck بسته به شکل موج جریان سلف میتواند در حالتهای DCM و CCM کار کند.
در CCMجریان سلف در طول کل سیکل جریان دارد در حالی که جریان سلفDCM در تنها در بخشی از سیکل جاری است. در حالت DCM این جریان به صفر می‌رسد؛ درصفربرای مدت زمانی باقی می‌ماند و سپس شروع به افزایش میکند. عملکرد در مرز بین دو حالت DCM وCCM راحالت بحرانی گویند.
حال به بررسی عملکرد مبدل در حالت CCM میپردازیم.
در شکل ۲ مدارهای معادل مبدلBuck را برای CCM مشاهده می‌کنید که در شکل اول کلید S بسته و دیود D₁ خاموش و در شکل دوم کلید S باز و دیود روشن است. [۱۴]

شکل ۲ مدارهای معادل BUCK
عملکرد مبدل با شکل موجهای ولتاژ وجریان ایده آل طبق شکل۳ نشان داده میشود.
شکل۳ شکل موج‌های ولتاژ و جریان ایده آل
درزمان۰=t کلیدتوسط راه انداز بسته میشود. بنابراین ولتاژدیودبرابر V_D=V₁ می‌گرددکه موجب بایاس معکوس دیودمیشود. ولتاژ سلف در این حالت V_L=V₁-V_O است وبنابراین جریان سلف به صورت خطی باشیب (VI - VO) / L افزایش می‌یابد.
جریان سلفI_L درکلیدجاری میشود؛ بنابراین i_L =i_Sشود. دراین مدت زمان انرژی از منبع ولتاژDC ورودی V₁به سلف، خازن وبارمنتقل می‌شود. درزمانt=T. D کلیدتوسط راه انداز باز می‌گردد. سلف زمانی که کلیدبازاست جریان غیر صفردارد. از آنجاکه شکل موج جریان سلف تابع پیوسته ای از زمان است؛ جریان سلف پس ازانکه کلید باز شود. همچنان به جریان یافتند را همان جهت ادامه میدهد. بنابراین سلف L به صورتی که منبع جریان عمل میکند که دیودراوادار به روشن شدن میکند. ولتاژکلیدVIاست وولتاژسلف -V_O میباشد. بنابراین جریان سلف باشیب -V_O/L به طورخطی کاهش می‌یابد. درطولانی مدت منبع ورودی V_I ازمدار جداشده وانرژی را به بارومدارLC نمی‌فرستد. سلف وخازنی یک مخزن انرژی را تشکیل میدهند که جریان وولتاژ بار راوقتی کلیدبازاست نگه می‌دارند. درزمان t=T کلید دوباره بسته میشود. جریان سلف افزایش مییابد و بنابراین انرژی افزایش می‌یابد.
مبدلهایPWM در کلیدزنی سخت عمل میکنند زیراشکل موج ولتاژ کلید مربعی است و ترانزیستور در ولتاژبالاروشن میشود. کلید قدرتS و دیود D₁ولتاژ DC ورودی V_I رابه یک موج مربعی درورودی مدار R _L-C- Lتبدیل میکنند. به عبارتدیگر ولتاژDC ورودی V_I توسط شبکه کلیدزنی ترانزیستور دیود بریده می‌شود. مدارR _L -C – L به عنوان یک فیلتر پایین گذرمرتبه دوم عمل میکندوموج مربعی رابه ولتاژخروجیDC باریپل کم تبدیل می کند. به دلیل اینکه ولتاژ متوسط سلفL برای حالت پایدار صفراست متوسط ولتاژخروجی V_Oبرابربامتوسط ولتاژموج مربعی است. پهنای موج مربعی برابربازمان بسته بودن کلید S است ومیتواندتوسط تغییرضریب وظیفه «D» ولتاژگیت MOSFET تغییرکند.
بنابراین موج مربعی، یک شکل موج ولتاژPWMاست. مقدارمتوسط شکل موج ولتاژPWMبرابر V_O=D. V_I میباشدکه به ضریب وظیفه وابسته است وتقریبامستقل از باراست (برای حالتCCM).
درحالت تئوری ضریب وظیفه میتوانداز ۰ تا ۱۰۰ % تغییرکند. این بدین معنی است کهV_Oخروجی از ۰ تا V_I تغییرمیکند. بنابراین مدارBuck یک مبدل کاهندهاست درعمل ولتاژDCورودی V_Iدرمحدوده معینی تغییرمی کند. درحالی که ولتاژخروجی V_O بایددرمقدارثابتی نگه داشته شود. اگرولتاژ V_I، DC افزایش یابد ضریب وظیفه آنقدرکاهش می‌یابدکه حاصلV_I. Dکه مقدارمتوسط ولتاژ PWMاست ثابت نگه داشته شود. ازطرف دیگراگرولتاژ ورودی یعنی V_I کاهش یابد، ضریب وظیفه آنقدرافزایش می‌یابد که مقدارمتوسط سیگنال PWM ثابت بماند. بنابراین مقدارانرژی ارسال شده ازمنبع ولتاژورودی V_Iبه بارتوسط تغییر کلید در ضریب وظیفه کنترل می‌شود. اگر ولتاژ خروجی V_O و مقاومت بار R_L (جریان بارI_O) ثابت باشند، توان خروجی نیز ثابت میماند. وقتی ولتاژ ورودی V_I افزایش می‌یابد زمان بسته بودن کلید کاهش می‌یابد تاهمان مقدارانرژی را انتقال دهد. محدوده عملی D معمولااز ۵ % تا ۹۵ % است. ضریب وظیفه توسط یک مدار کنترل، کنترل میگردد. جریان سلف شامل یک جزءACاست که مستقل ازجریان بارDC در CCM وجزء DC که برابر جریان بار DC می‌باشد؛ است. وقتی که جریان DC خروجی درسلف جریان می‌یابد تنها از نیمی از منحنی H-B هسته فریتی سلف استفاده می‌شود. بنابراین سلف L باید طوری طراحی شود که هسته اشباع نشود. برای اجتناب ازاشباع هسته، هستهای بافاصله هوایی و حجم به اندازه کافی بزرگ نیاز است. [۱۳]
فرضیات تحلیل مبدل Buck:
تحلیلهای مبدل PWM ازنوع درشکل ۱بافرضیات زیرشروع میشود.