ارزيابي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس براي استفاده از انرژي باد
تعداد صفحه: 140
نوع فايل: Word
چكيده
در اين پايان نامه يك ژنراتور سوئيچ رلوكتانس kw 20 با سرعت نامي rpm 100 براي استفاده در مبدل هاي انرژي بادي تحريك مستقيم طراحي شده است. در انتخاب ساختار و طراحي اين ژنراتور مسائل مربوط به نويز آكوستيك و لرزش اجزاي مكانيكي در جهت بهبود سازگاري ژنراتور در تبديل انرژي بادي مورد توجه قرار گرفته اند.
طراحي ژنراتور بگونه اي صورت گرفته است كه در مد تحرك تك پالسه كاركند. با استفاده از يك مدل تحليلي مشخصه هاي شار پيوندي در ژنراتور محاسبه شده و منحني هاي مربوط به كاركرد الكتريكي ژنراتور شبيه سازي شده اند. با تعيين مدل شار در قسمت هاي مختلف ژنراتور تلفات آهني در هر يك از اين قسمت ها محاسبه مي شود.
تلفات مسي و تلفات هدايتي مدار الكترونيك قدرت نيز با استفاده از شكل موج جريان فاز تعيين مي گردد. سپس بازده ژنراتور محاسبه و بهينه سازي طرح با استفاده از بازده و با روش سعي و خطا انجام مي شود.
فهرست مطالب
1) مقدمه و مروري بر سيستم هاي ژنراتوري توربين بادي .............................................................. 1
1-2-1) توان توليدي توسط توربين بادي....................................................................................... 2
1-2-2) جعبه دنده و اينرسي توربين هاي بادي ............................................................................. 3
1-2-3) عملكرد سرعت ثابت توربين هاي بادي ........................................................................... 4
1-2-3-1) ژنراتورهاي القايي ...................................................................................................... 6
1-2-3-2) ژنراتورهاي سنكرون ................................................................................................... 8
1-2-4) عملكرد سرعت متغير توربين هاي بادي............................................................................ 8
1-2-4-1) ژنراتور سنكرون ....................................................................................................... 10
1-2-4-2) ژنراتور القايي قفس سنجابي ..................................................................................... 12
1-2-3-4) ژنراتور القايي روتور سيم پيچي شده .......................................................................... 13
1-2-4-4) ژنراتور آهنرباي دائم سنكرون .................................................................................... 14
1-2-4-5) ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................................................ 14
2) ماشين سوئيچ رلوكتانس و تئوري عملكرد آن........................................................................... 15
2-1) مقدمه .............................................................................................................................. 16
2-2) ديد كلي در مورد ماشين سوئيچ رلوكتانس........................................................................... 16
2-2-1) سيستم ژنراتور سوئي رلوكتانس...................................................................................... 17
2-2-1-1)ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................................................. 18
2-2-1-2) آشكار ساز موقعيت رتور........................................................................................... 19
2-2-1-3) مبدل قدرت ژنراتور سوئيچ رلوكتانس.......................................................................... 19
2-2-1-4) مبدل قدرت ژنراتور سوئيچ رلوكتانس ......................................................................... 21
2-2-1-4) كنترل كننده .............................................................................................................. 21
2-2-2) مزاياي ماشين سوئيچ رلوكتانس....................................................................................... 21
2-2-3) معايب ماشين سوئيچ رلوكتانس....................................................................................... 24
2-2-4) ژنراتور سوئيچ رلوكتانس و ديگر ژنراتورهاي بكاررفته براي تبديل انرژي باد ...................... 25
2-3) تئوري عملكرد ماشين سوئيچ رلوكتانس............................................................................... 29
2-3-1) منحني هاي مغناطيسي................................................................................................... 29
2-3-2) شكل موج هاي جريان فاز و كنترل گشتاور .................................................................... 31
2-3-3) محاسبه گشتاور............................................................................................................. 36
2-3-4) شكل موج جريان خازن الكتروليتي................................................................................. 40
3) تلفات در ژنراتور سوئيچ رلوكتانس......................................................................................... 42
3-1) مقدمه .............................................................................................................................. 43
3-2) محاسبه تلفات ................................................................................................................. 43
3-2-1) محاسبه تلفات آهني هسته ............................................................................................. 43
3-2-1-1) روش محاسبه تلفات آهني هسته................................................................................. 45
3-2-1-2) شكل موج هار شار هسته و محاسبه تلفات آهني.......................................................... 47
3-2-2) تلفات مسي سيم پيچ ها................................................................................................. 49
3-2-3) تلفات الكترونيك قدرت ............................................................................................... 51
3-2-4) محاسبه تلفات كل و بازده ............................................................................................. 53
4) كنترل ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................................................... 55
4-1) مقدمه .............................................................................................................................. 56
4-2) مدهاي كنترل ژنراتور سوئيچ رلوكتانس................................................................................ 57
4-2-1) كنترل تك پالسه ........................................................................................................... 57
4-2-2) كنترل ولتاژ- PWM برشگري نرم ................................................................................. 59
4-2-2) كنترل جريان- برشگري سخت ...................................................................................... 60
4-2-4) كنترل جريان- برشگري نرم............................................................................................ 61
4-3) تحريك بهينه ژنراتور سوئيچ رلوكتانس................................................................................ 62
4-3-1) نگاشت مشخصه هاي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس................................................................ 64
4-3-2) انتخاب بهينه زواياي تحريك ......................................................................................... 67
5) مدلسازي تحليلي شار پيوندي در ماشين سوئيچ رلوكتانس......................................................... 72
5-1) مقدمه .............................................................................................................................. 73
5-2) مدل تحليلي انتخاب شده .................................................................................................. 74
5-2-1) محاسبه تحليلي اندوكتانس ماشين در حالت ناهمپوشاني قطب ها ..................................... 75
5-2-1-1) سهم روتور در اندوكتانس حالت ناهمپوشاني............................................................... 75
5-2-1-2) سهم استاتور در اندوكتانس حالت ناهمپوشاني.............................................................. 76
5-2-1-3) اندوكتانس مربوط به دورهاي انتهايي سيم پيچ ............................................................. 77
5-2-1-3) اندوكتانس مربوط به دورهاي انتهايي سيم پيچ.............................................................. 77
5-2-2) شار پيوندي با يك فاز در حالت همپوشاني قطب ها ....................................................... 77
5-2-3) مشخصه هاي شار پيوندي فاز ژنراتور طراحي شده .......................................................... 81
6) شبيه سازي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس 8/12............................................................................... 83
6-1) بلوك شبيه سازي كل سيستم............................................................................................... 84
6-2) بلوك شبيه سازي سيستم قدرت ......................................................................................... 85
6-2-1) بلوك شبيه سازي فاز .................................................................................................... 85
6-3) بلوك كنترل شبيه سازي فاز................................................................................................ 85
6-3-1)بلوك شبيه سازي كنترل كننده مد تك پالسه....................................................................... 85
6-3-2) بلوك شبيه سازي كنترل كننده ولتاژ PWM برشگري نرم .................................................. 88
6-3-3) بلوك شبيه سازي كنترل كننده جريان مد برشگري نژسخت................................................ 90
6-3-4) بلوك شبيه سازي كنترل كننده جريان مد برشگري نرم ...................................................... 90
6-4) بلوك اندازه گيري متغيرها و محاسبه تلفات جرياني ............................................................. 90
6-5) بلوك شبيه سازي شكل موج هاي شار و محاسبه تلفات آهني................................................ 90
6-5-1) بلوك شبيه سازي شكل موج شار قطب روتور.................................................................. 93
6-5-2) بلوك شبيه سازي شكل موج شار طوقه روتور.................................................................. 94
6-5-3) بلوك مشتق گير شار...................................................................................................... 95
6-5-4) بلوك شبيه سازي چگالي تلفات .................................................................................... 95
6-5-4-1) بلوك شبيه سازي فركانس معادل و دامنه تغييرات شكل موج شار .................................. 96
6-5-4-1-1) بلوك شبيه سازي دامنه شكل موج شار ................................................................... 98
6-5-4-1-2) بلوك شبيه سازي نمو شار و زمان .......................................................................... 98
6-5-4-1-3) بلوك شبيه سازي چگالي انرژي.............................................................................. 99
7) انتخاب پيكربندي و طراحي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................. 100
7-1)طراحي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس........................................................................................ 101
7-1-1) انتخاب تعداد فازها و قطب ها استاتور و روتور............................................................. 101
7-1-2) انتخاب قطر و طول محور روتور.................................................................................. 108
7-1-3) انتخاب قطر استاتور و طول كلي ماشين ........................................................................ 111
7-1-4) انتخاب طول شكاف هوايي........................................................................................... 112
7-1-5) انتخاب كمان هاي قطب استاتور و روتور ..................................................................... 112
7-1-6) انتخاب عمق شيار روتور ............................................................................................ 115
7-1-7) انتخاب ضخامت طوقه روتور....................................................................................... 116
7-1-8) انتخاب قطر محور .................................................................................................... 116
7-1-9) انتخاب ضخامت طوقه استاتور...................................................................................... 117
7-1-10) انتخاب عمق شيار استاتور.......................................................................................... 117
7-1-11) انتخاب تعداد دور سيم پيچ هاي قطب استاتور............................................................. 118
7-1-12) انتخاب سطح مقطع و چگالي جريان سيم پيچ هاي قطب استاتور................................... 118
7-2) فلوچارت طراحي .......................................................................................................... 120
7-3) ملاحظات نويز در طراحي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................ 120
7-3-1) حذف نويز با روش كموتاسيون دو مرحله اي ............................................................... 123
7-3-2) حذف نويز با طراحي ابعاد .......................................................................................... 124
7-4) مشخصات و عملكرد ژنراتور طراحي شده......................................................................... 128
نتيجه گيري ............................................................................................................................ 132
پيشنهاد................................................................................................................................... 135
مراجع ................................................................................................................................... 136
ضميمه الف ............................................................................................................................ 141
ضميمه ب .............................................................................................................................. 142
ب-1) ترانزيستور IGBT......................................................................................................... 142
ب-2) ديود قدرت بازيافت سريع 142
3796
ارزيابي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس براي استفاده از انرژي باد
تعداد صفحه: 140
نوع فايل: Word
چكيده
در اين پايان نامه يك ژنراتور سوئيچ رلوكتانس kw 20 با سرعت نامي rpm 100 براي استفاده در مبدل هاي انرژي بادي تحريك مستقيم طراحي شده است. در انتخاب ساختار و طراحي اين ژنراتور مسائل مربوط به نويز آكوستيك و لرزش اجزاي مكانيكي در جهت بهبود سازگاري ژنراتور در تبديل انرژي بادي مورد توجه قرار گرفته اند.
طراحي ژنراتور بگونه اي صورت گرفته است كه در مد تحرك تك پالسه كاركند. با استفاده از يك مدل تحليلي مشخصه هاي شار پيوندي در ژنراتور محاسبه شده و منحني هاي مربوط به كاركرد الكتريكي ژنراتور شبيه سازي شده اند. با تعيين مدل شار در قسمت هاي مختلف ژنراتور تلفات آهني در هر يك از اين قسمت ها محاسبه مي شود.
تلفات مسي و تلفات هدايتي مدار الكترونيك قدرت نيز با استفاده از شكل موج جريان فاز تعيين مي گردد. سپس بازده ژنراتور محاسبه و بهينه سازي طرح با استفاده از بازده و با روش سعي و خطا انجام مي شود.
فهرست مطالب
1) مقدمه و مروري بر سيستم هاي ژنراتوري توربين بادي .............................................................. 1
1-2-1) توان توليدي توسط توربين بادي....................................................................................... 2
1-2-2) جعبه دنده و اينرسي توربين هاي بادي ............................................................................. 3
1-2-3) عملكرد سرعت ثابت توربين هاي بادي ........................................................................... 4
1-2-3-1) ژنراتورهاي القايي ...................................................................................................... 6
1-2-3-2) ژنراتورهاي سنكرون ................................................................................................... 8
1-2-4) عملكرد سرعت متغير توربين هاي بادي............................................................................ 8
1-2-4-1) ژنراتور سنكرون ....................................................................................................... 10
1-2-4-2) ژنراتور القايي قفس سنجابي ..................................................................................... 12
1-2-3-4) ژنراتور القايي روتور سيم پيچي شده .......................................................................... 13
1-2-4-4) ژنراتور آهنرباي دائم سنكرون .................................................................................... 14
1-2-4-5) ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................................................ 14
2) ماشين سوئيچ رلوكتانس و تئوري عملكرد آن........................................................................... 15
2-1) مقدمه .............................................................................................................................. 16
2-2) ديد كلي در مورد ماشين سوئيچ رلوكتانس........................................................................... 16
2-2-1) سيستم ژنراتور سوئي رلوكتانس...................................................................................... 17
2-2-1-1)ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................................................. 18
2-2-1-2) آشكار ساز موقعيت رتور........................................................................................... 19
2-2-1-3) مبدل قدرت ژنراتور سوئيچ رلوكتانس.......................................................................... 19
2-2-1-4) مبدل قدرت ژنراتور سوئيچ رلوكتانس ......................................................................... 21
2-2-1-4) كنترل كننده .............................................................................................................. 21
2-2-2) مزاياي ماشين سوئيچ رلوكتانس....................................................................................... 21
2-2-3) معايب ماشين سوئيچ رلوكتانس....................................................................................... 24
2-2-4) ژنراتور سوئيچ رلوكتانس و ديگر ژنراتورهاي بكاررفته براي تبديل انرژي باد ...................... 25
2-3) تئوري عملكرد ماشين سوئيچ رلوكتانس............................................................................... 29
2-3-1) منحني هاي مغناطيسي................................................................................................... 29
2-3-2) شكل موج هاي جريان فاز و كنترل گشتاور .................................................................... 31
2-3-3) محاسبه گشتاور............................................................................................................. 36
2-3-4) شكل موج جريان خازن الكتروليتي................................................................................. 40
3) تلفات در ژنراتور سوئيچ رلوكتانس......................................................................................... 42
3-1) مقدمه .............................................................................................................................. 43
3-2) محاسبه تلفات ................................................................................................................. 43
3-2-1) محاسبه تلفات آهني هسته ............................................................................................. 43
3-2-1-1) روش محاسبه تلفات آهني هسته................................................................................. 45
3-2-1-2) شكل موج هار شار هسته و محاسبه تلفات آهني.......................................................... 47
3-2-2) تلفات مسي سيم پيچ ها................................................................................................. 49
3-2-3) تلفات الكترونيك قدرت ............................................................................................... 51
3-2-4) محاسبه تلفات كل و بازده ............................................................................................. 53
4) كنترل ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................................................... 55
4-1) مقدمه .............................................................................................................................. 56
4-2) مدهاي كنترل ژنراتور سوئيچ رلوكتانس................................................................................ 57
4-2-1) كنترل تك پالسه ........................................................................................................... 57
4-2-2) كنترل ولتاژ- PWM برشگري نرم ................................................................................. 59
4-2-2) كنترل جريان- برشگري سخت ...................................................................................... 60
4-2-4) كنترل جريان- برشگري نرم............................................................................................ 61
4-3) تحريك بهينه ژنراتور سوئيچ رلوكتانس................................................................................ 62
4-3-1) نگاشت مشخصه هاي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس................................................................ 64
4-3-2) انتخاب بهينه زواياي تحريك ......................................................................................... 67
5) مدلسازي تحليلي شار پيوندي در ماشين سوئيچ رلوكتانس......................................................... 72
5-1) مقدمه .............................................................................................................................. 73
5-2) مدل تحليلي انتخاب شده .................................................................................................. 74
5-2-1) محاسبه تحليلي اندوكتانس ماشين در حالت ناهمپوشاني قطب ها ..................................... 75
5-2-1-1) سهم روتور در اندوكتانس حالت ناهمپوشاني............................................................... 75
5-2-1-2) سهم استاتور در اندوكتانس حالت ناهمپوشاني.............................................................. 76
5-2-1-3) اندوكتانس مربوط به دورهاي انتهايي سيم پيچ ............................................................. 77
5-2-1-3) اندوكتانس مربوط به دورهاي انتهايي سيم پيچ.............................................................. 77
5-2-2) شار پيوندي با يك فاز در حالت همپوشاني قطب ها ....................................................... 77
5-2-3) مشخصه هاي شار پيوندي فاز ژنراتور طراحي شده .......................................................... 81
6) شبيه سازي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس 8/12............................................................................... 83
6-1) بلوك شبيه سازي كل سيستم............................................................................................... 84
6-2) بلوك شبيه سازي سيستم قدرت ......................................................................................... 85
6-2-1) بلوك شبيه سازي فاز .................................................................................................... 85
6-3) بلوك كنترل شبيه سازي فاز................................................................................................ 85
6-3-1)بلوك شبيه سازي كنترل كننده مد تك پالسه....................................................................... 85
6-3-2) بلوك شبيه سازي كنترل كننده ولتاژ PWM برشگري نرم .................................................. 88
6-3-3) بلوك شبيه سازي كنترل كننده جريان مد برشگري نژسخت................................................ 90
6-3-4) بلوك شبيه سازي كنترل كننده جريان مد برشگري نرم ...................................................... 90
6-4) بلوك اندازه گيري متغيرها و محاسبه تلفات جرياني ............................................................. 90
6-5) بلوك شبيه سازي شكل موج هاي شار و محاسبه تلفات آهني................................................ 90
6-5-1) بلوك شبيه سازي شكل موج شار قطب روتور.................................................................. 93
6-5-2) بلوك شبيه سازي شكل موج شار طوقه روتور.................................................................. 94
6-5-3) بلوك مشتق گير شار...................................................................................................... 95
6-5-4) بلوك شبيه سازي چگالي تلفات .................................................................................... 95
6-5-4-1) بلوك شبيه سازي فركانس معادل و دامنه تغييرات شكل موج شار .................................. 96
6-5-4-1-1) بلوك شبيه سازي دامنه شكل موج شار ................................................................... 98
6-5-4-1-2) بلوك شبيه سازي نمو شار و زمان .......................................................................... 98
6-5-4-1-3) بلوك شبيه سازي چگالي انرژي.............................................................................. 99
7) انتخاب پيكربندي و طراحي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................. 100
7-1)طراحي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس........................................................................................ 101
7-1-1) انتخاب تعداد فازها و قطب ها استاتور و روتور............................................................. 101
7-1-2) انتخاب قطر و طول محور روتور.................................................................................. 108
7-1-3) انتخاب قطر استاتور و طول كلي ماشين ........................................................................ 111
7-1-4) انتخاب طول شكاف هوايي........................................................................................... 112
7-1-5) انتخاب كمان هاي قطب استاتور و روتور ..................................................................... 112
7-1-6) انتخاب عمق شيار روتور ............................................................................................ 115
7-1-7) انتخاب ضخامت طوقه روتور....................................................................................... 116
7-1-8) انتخاب قطر محور .................................................................................................... 116
7-1-9) انتخاب ضخامت طوقه استاتور...................................................................................... 117
7-1-10) انتخاب عمق شيار استاتور.......................................................................................... 117
7-1-11) انتخاب تعداد دور سيم پيچ هاي قطب استاتور............................................................. 118
7-1-12) انتخاب سطح مقطع و چگالي جريان سيم پيچ هاي قطب استاتور................................... 118
7-2) فلوچارت طراحي .......................................................................................................... 120
7-3) ملاحظات نويز در طراحي ژنراتور سوئيچ رلوكتانس............................................................ 120
7-3-1) حذف نويز با روش كموتاسيون دو مرحله اي ............................................................... 123
7-3-2) حذف نويز با طراحي ابعاد .......................................................................................... 124
7-4) مشخصات و عملكرد ژنراتور طراحي شده......................................................................... 128
نتيجه گيري ............................................................................................................................ 132
پيشنهاد................................................................................................................................... 135
مراجع ................................................................................................................................... 136
ضميمه الف ............................................................................................................................ 141
ضميمه ب .............................................................................................................................. 142
ب-1) ترانزيستور IGBT......................................................................................................... 142
ب-2) ديود قدرت بازيافت سريع 142
3796
تميز كردن نماي ساختمان