مهرداد غلامی

موتورهای بدون جاروبک جریان مستقیم BLDCM, از جمله موتورهایی هستند که به سرعت استفاده عمومی یافته‌اند. موتورهای جریان مستقیم (DC) بدون جاروبک BLDCM به دلیل بازه بالا، گشتاور زیاد و حجم کم آنها به طور وسیعی برای تعدادی از کاربردهای صنعتی استفاده می شوند. موتور BLDC، برای کموتاسیون از جاروبک استفاده نمی‌کند. بلکه در آن، کموتاسیون به صورت الکترونیکی صورت می پذیرد. موتور BLDC به طور مرسوم، به موتور سنکرون مغناطیس دائم دارای نیروی ضدمحرکه الکتریکی (Back EMF) با شکل موج ذوزنقه‌ای، معروف است. در این تحقیق سعی بر آن است که کنترل کننده‌ایی طراحی شود که با حضور نامعینی هایی در پارامترهای موتور عملکرد پایداری داشته باشد. ایده اصلی کنترل مد لغزشی، کنترل یک سیستم مرتبه یک به جای سیستم مرتبه n غیرخطی و دارای نامعینی است. روش کنترلی حاصل بسیار ساده‌تر و کاربردی‌تر خواهد بود و استفاده از این الگوریتم منتج به عملکردی پایدار در حضور نامعینی‌ها می‌گردد.

باتوجه به کاربرد فراوان موتورالقایی تک فاز درکاربردهای مختلف خانگی، اداری، فروشگاهی وحتی صنعتی بحث کنترل درایو این نوع موتورها ازموارد ضروری برای استفاده بهتر و بهینه تر از آن ها می باشد . روش های کنترلی پرکاربرد برای این نوع موتورها معمولا استفاده از روش تنظیم کردن ولتاژ به همراه فرکانس و یا کنترل برداری ازنوع جهت گیری میدان می باشد که دراین تحقیق بحث کنترل برداری از طریق جهت گیری میدان مورد بررسی قرار می گیرد . در بحث کنترل برداری برای طراحی حلقه های کنترلی سرعت و دیگر متغیر ها نیازمند سنجش سرعت و اطلاع از موقعیت روتور می باشیم که برای این امر از انکودرها برای سنجش سرعت استفاده می شود اما با توجه به اینکه استفاده ازسنسور سنجش سرعت هزینه برداربوده برای استفاده اقتصادی تر ازموتورهای تک فازالقایی می توان از روش های بدون سنسور استفاده کرد وعلاوه بر ان محدودیت هایی که دراستفاده ازسنسور در بعضی محیط ها وشرایط خاص وجود دارد به عنوان مثال در محیط های با دما و رطوبت بالا و نامناسب که امکان استفاده از سنسور وجوندارد نیاز پرداختن به روش تخمین سرعت بیشتر احساس می شود در روش تخمین سرعت براساس متغیر ها و مدل ماشین بسته به نوع روش سرعت موتور تخمین زده می شود هدف این تحقیق ارایه روشی کارامد ، ساده و بدون پیچیدگی برای مجاسبه سرعت موتور ازطریق روش کنترل غیرمستقیم برداری ازنوع جهت گیری میدان استاتورمی باشد که برای بهبودکیفیت پاسخ ازکنترل کننده ورویت گر غیرخطی استفاده شده است اثبات درستی این مدل جدید ازطریق نتایج شبیه سازی بررسی می شود

یکی از کاربرد های مهم انرژی خورشیدی، استفاده برای پمپاژ آب است. ساختار سیستم پمپاژ خورشیدی از نظر تعداد مراحل تبدیل توان به دو دسته‌ی یک سطحی و دو سطحی دسته بندی می‌شود. در سیستم های پمپاژ خورشیدی یک سطحی به یک مبدل DC-DC برای ردیابی نقطه حداکثر توان(MPPT) نیاز است. این تبدیل توان منجر به افزایش هزینه، اندازه، پیچیدگی و کاهش بازده سیستم می‌شود. در این پژوهش با توجه به مزایای ساختار یک سطحی نسبت به چند سطحی و مزایای فراوان موتور BLDC برای استفاده در سیستم پمپاژ خورشیدی، یک سیستم پمپاژ خورشیدی یک سطحی با استفاده از موتور BLDC طراحی می‌شود که در آن مبدل DC-DC حذف شده است. در سیستم پیشنهادی برای دستیابی به پمپاژ با حجم حداکثر و ثابت بدون توجه به شرایط آب ‌و ‌هوایی، از یک منبع هیبریدی فوتوولتائیک و باتری استفاده شده است، به این صورت که آرایه PV منبع تغذیه اصلی است و باتری به عنوان پشتیبان عمل می‌کند. نحوه عملکرد باتری در این سیستم به این شکل است که، باتری فقط در شرایط نامناسب آب‌‌وهوایی یا در طول شب که توان تولیدی آرایه PV برای تغذیه موتور در دسترس نیست، تخلیه می‌شود. همچنین زمانی که به پمپاژ آب نیاز نباشد یا میزان توان PV مازاد بر مقدار توان مورد نیاز موتور- ‌پمپ باشد، توان مازاد در باتری ذخیره و باتری شارژ می‌شود. کنترل شارژ و دشارژ باتری به طور خودکار توسط یک مبدل باک و بوست دو جهته کنترل می‌شود. یک سیستم کنترل ساده برای کنترل آرایه PV به منظور دریافت حداکثر توان و از طریق اینورتر منبع ولتاژ استفاده می‌شود. همچنین از یک روش ساده و مقرون به صرفه برای کلیدزنی اینورتر به منظور راه‌اندازی و کنترل سرعت موتورBLDC استفاده شده است. سرعت موتور با توجه به مقدار سرعت مرجع کنترل کننده، تنظیم کنترل می‌شود.

به منظور بهبود راندمان خطوط تولید و یا استفاده از منابع انرژی غیر نفتی برای حمل و نقل جاده‌ایی، خودروهای برقی-هیبریدی و خودروهای دارای سلول سوختی، توسط شرکت‌های اتومبیل‌سازی در سراسر جهان تولید می‌شوند. خطوط راه‌اندازی این وسایل نقلیه از موتورهای الکتریکی و ذخیره انرژی الکتریکی برای تکمیل خروجی موتور یا سلول سوختی در حین شتاب‌گیری و یا برای بازیابی انرژی در هنگام ترمز استفاده می‌کنند. فن‌آوری‌های ذخیره انرژی الکتریکی که مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ باتری‌های قابل شارژ و اَبَرخازن‌ها(خازن‌های الکتروشیمیایی) هستند. واحدهای ذخیره انرژی الکتریکی را می‌توان از موتور یا سلول سوختی یا از شبکه برق درست مثل یک وسیله الکتریکی شارژ کرد. در موارد بعدی(که اغلب به آن پلاگین هیبرید گفته می‌شود)، وسایل نقلیه می‌توانند از سوخت‌های مایع یا گازی و همچنین برق شبکه استفاده کنند. یکی از ویژگی‌های جذاب خودرو هیبریدی پلاگین این است که اجازه استفاده از برق شبکه با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را می‌دهد. در واقع، ایده کلی به این صورت است که، باتری شارژری طراحی شود که ویژگی بارز آن شارژ سریع و قابل دسترس باشد، به این‌صورت که هم بتوان آن‌را به پریز برق خانگی(تک‌فاز) متصل کرد و هم بتوان آن‌را در ایستگاه‌های مخصوص، شارژ کرد. در حالت شارژ از طریق برق خانگی(تک‌فاز) ورودی شارژر به‌صورت 230ولت AC و در حالت شارژ از طریق جایگاه‌های مخصوص، ورودی شارژر به ‌صورت سه‌فاز AC خواهد بود؛ اما در صورتی که یک منزل مسکونی داری ورودی برق سه‌فاز باشد نیز می‌تواند از نوع دوم استفاده کند. هدف از انجام این کار این است که بتوان خودرو خود را در هرمکانی با حداقل زیرساخت ممکن، با آسودگی خاطر شارژ کنیم، اما اشکال آن‌جاست که خودرو از طریق شارژر AC در حالت اول زمانی که ولتاژ ورودی تک‌فاز است به نسبت ورودی سه‌فاز مدت زمانی بیشتری زمان لازم دارد تا شارژ شود. برای کاهش زمان شارژ باتری‌ها میتوان از ورودی شارژ به خودرو به‌صورت DC نیز اشاره کرد که تمام عملیات تولید توان الکتریکی خارج از خودرو صورت می‌گیرد اما خارج از بحث این موضوع است. مجموعه شارژر مورد نظر را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد که بخش اول آن در قسمت تک‌فاز و بخش دوم آن در قسمت سه‌فاز است. بخش سوم آن نیز به صورت مشترک بین قسمت‌های سه‌فاز و تک‌فاز استفاده میشود. راستی آزمایی این ایده از طریق نرم افزارهای شبیه‌سازی صورت می‌گیرد اما در دنیای واقعی، کارهایی این چنینی برای تسهیل امر شارژ کردن خودروها و گسترش هر چه بیشتر این صنعت انجام شده‌است.

نفوذ بالای منابع انرژی تجدیدپذیر و تولید پراکنده(DG ) در شبکه الزامات و عملکرد سیستم‌های قدرت را تغییر داده است. چند سال پیش. منابع DG مشارکت پایینی در کل تولید انرژی داشتند. در حال حاضر کل مقدار تولید انرژی غیر متعارف می‌تواند به مصرف کل انرژی الکتریکی برسد. با وجود مزایای گسترده این منابع: ادغام گسترده DGها می‌تواند قابلیت اطمینان کل سیستم را در اغتشاشاتی از قبیل فرورفتگی ولتاژ" به خطر بیندازد [1-2]. تولید پراکنده توان فتوولتاییک عموما با یک اینورتر منبع ولتاژ* (VSI ) کنترل می‌شود. زمانی که شبکه مختل می‌شود(مانند افت ولتاژ)» ممکن است باعث ضرر اقتصادی قابل توجهی گردد. LVRT یکی از شاخص‌های مهم اتصال شبکه است. که اهمیت بزرگی برای امنیت و عملکرد پایدار شبکه قدرت دارد. LVRT نیاز دارد زمانی که خطای شبکه یا اختلالات مسبب نوسانات ولتاژ در نقطه‌ی PCC مربوط به تولید پراکنده ساکن می‌شود. تولید پراکنده با اینورتر متصل به شبکه Grid connected inverter باید قادر به عملکرد پیوسته در رنج مشخص باشد و توان راکتیو مشخص را برای شبکه فراهم کند. در این پایان نامه یک کنترل کننده فازی جهت کنترل بهینه تزریق توان راکتیو در شرایط خطا با در نظرگرفتن محدودیت های کدهای بهره برداری طراحی می شود. کنترل بر اساس تزریق جریان راکتیو با نسبت متغیر بین توالی های مثبت و منفی است. کنترل کننده همچنین مقدار توان راکتیو مورد نیاز برای بازگرداندن مقادیر ولتاژ کاهش یافته به مقادیر مرجع جدید محدود شده در محدوده عملکرد پیوسته مورد نیاز در کدهای شبکه را تعیین می کند. این مقادیر مرجع به منظور تضمین تزریق جریان کم در هنگام تحقق هدف پشتیبانی ولتاژ انتخاب می شوند. نتایج شبیه سازی شده‌ی منتخب به منظور تایید اثربخشی کنترل پیشنهادی گزارش شده‌اند

با توجه به هزینه و قیمت بالای سیستم های فتوولتائیک و راندمان پایین آنها، بهره برداری از سیستم در حداکثر نقطه توان آن ضروری است. برای قرار دادن صفحات خورشیدی در نقطه حداکثر توان مشکلاتی وجود دارد و آن غیر خطی بودن مشخصه خروجی سلول خورشیدی و تغییرپذیر بودن این مشخصه به دلیل قرار گرفتن پنل ها در شرایط رخداد سایه جزئی می باشد. سایه جزئی روی آرایه (پانل ها) ممکن است هنگام سایه انداختن برخی از پانل ها، سایه ابرها، درختان، ساختمان ها و غیره ایجاد شود.‌ در این حالت منحنی توان-ولتاژ مجموعه آنها بیشتر از یک قله خواهد داشت. در شرایط رخداد سایه جزئی سیستم MPPT باید بتواند قله با بیشترین مقدار توان ( توان عمومی) را از سایر قله ها تشخیص دهد.بنابراین لازم است از یک سیستم کنترلی در سیستم فتوولتاییک استفاده کرد که بتواند نقطه بیشینه توان را شناسایی و تعقیب کند. اما دستیابی به این هدف چندان ساده نیست،. به طوری که بیشتر روش های MPPT و روش های تحلیل همگرایی دقیق نیستند، سرعت ردیابی پایینی دارند و اکثرا در قله های محلی به دام می افتند. در این پایان نامه یک روش ترکیبی ردیابی نقطه بیشینه توان برای سیستم PV در شرایط سایه جزئی با ترکیب روش اغتشاش و مشاهده و روش بهینه سازی گرگ خاکستری پیشنهاد می شود. در مراحل اولیه، ردیابی MPP با استفاده از روش بهینه سازی گرگ خاکستری انجام می گیرد و در مرحله نهایی برای همگرایی سریعتر و بیشتر از روش P&O استفاده می گردد. در واقع روش GWO را برای رسیدن به مقدار مطلوب MPP انتخاب و زمانی که الگو مطلوب به نقطه مد نظر نزدیک شد، نقطه میانی منطقه شناخته شده متناظر به عنوان نقطه ابتدایی برای P&O به منظور جستجو در نزدیک نقطه اصلی در نظر گرفته می شود. الگوریتم پیشنهادی هنگام تشخیص تغییر تابش، ولتاژ نقطه ماکزیمم توان را محاسبه کرده، سپس با استفاده از تغییر چرخه کارمبدل بوست، ولتاژ خروجی آرایه خورشیدی را در مقدار محاسبه شده ثابت نگه می دارد. لذا توان خروجی آرایه خورشیدی همیشه در یک مقدار ماکزیمم ثابت نگه داشته می شود. در روش ترکیبی جدید در مقایسه با روش گرک خاکستری روش گرده افشانی گل و بهینه سازی ازدحام ذرات توان خروجی ، دقت ردیابی و راندمان بهبود و زمان همگرایی کاهش یافته است و به عنوان ویزگی های برتر و نوآوری های این روش می باشد که می تواند تا حدود زیادی از اتلاف توان نیز جلوگیری کند. ایده ارائه شده با استفاده از شبیه سازی Matlab با اعمال تابش های مختلف در شرایط سایه جزئی و با استفاده از اعتبار سنجی و همچنین در مقابل تغییرات سریع تابش تایید می شود. این روش با الگوریتم های دیگر مانند الگوریتم گرده افشانی گل و بهینه سازی ازدحام ذرات مقایسه می شود. از نتایج به دست آمده مشاهده می شود که MPPT پیشنهادی عملکرد ردیابی ماکزیمم توان عمومی را با موفقیت در شرایط سایه جزئی و تغییرات سریع تابش در مقایسه با الگوریتم های دیگر فراهم می کند.

استفاده از انرژی خورشیدی به واسطه سیستم های فتوولتائیک در جهان، با نرخ قابل توجهی رو به افزایش است. مطالعه ی چشم اندازهای صنعت فتوولتائیک بر تداوم و تسریع نرخ توسعه ی این صنعت دلالت دارد. با وجود رشد سریع صنعت فتوولتائیک، مشکلات مربوط به بازده پایین سلول های خورشیدی همچنان باقیست. مطالعات نشان داده است که در هر لحظه، فقط یک نقطه عملکردی مرتبط با یک سلول خورشیدی که در آن نقطه، توان انتقال حداکثر می شود وجود دارد. به این نقطه، نقطه توان ماکزیمم سیستم فتوولتائیک می گویند، که البته با تغییرات تابش و دما تغییر پیدا می کنند. از اینرو جهت استخراج ماکزیمم توان در اغلب ماژول های فتوولتائیک از سیستم ردیابی نقطه توان ماکزیمم استفاده می-شود. روش های متعددی برای ردیابی نقطه توان ماکزیمم ارائه شده است، که در این پایان نامه به صوت دقیق به بررسی سه روش کنترلی P&O، IC و PSO خواهیم پرداخت. بنا بر بررسی های انجام شده و مشاهدات شبیه سازی و نتایج عملی مشاهده خواهد شد که، روش IC دارای سرعت همگرایی بالایی در پیدا کردن نقطه توان ماکزیمم است، اما در تابش ثابت، حول نقطه توان ماکزیمم نوسانات زیادی دارد. روش کنترلی PSO سرعت همگرایی پایینی در پیدا کردن نقطه توان ماکزیمم دارد، چراکه نقاط تصادفی زیادی را برای پیدا کردن دقیق نقطه توان ماکزیمم بررسی می کند. مدل PSO در تابش های ثابت دارای عملکردی مطلوب است و توان خروجی با ریپل خیلی کمتری نسبت به روش IC دارد، به این منزله که روشPSO حول نقطه توان ماکزیمم دارای نوسانات خیلی کمی است. عملکرد روش کنترلی P&O از لحاظ سرعت همگرایی به نقطه توان ماکزیمم، بهتر از عملکرد روش PSO است، اما در مقایسه با روش کنترلی IC، از سرعت همگرایی پایین تری برخوردار است. از لحاظ ریپل حول نقطه توان ماکزیمم در تابش های ثابت، روش کنترلی P&O، در مقایسه با روش کنترلی PSO، دارای نوسانات زیادی است، اما تقریبا مشابه روش کنترلی IC عمل می کند. بر همین اساس با ادغام دو روش کنترلی IC و PSO و استفاده از نقاط مثبت این روش ها، روشی را برای بهبود عملکرد ردیابی نقطه توان ماکزیمم ارائه کرده ایم. در این روش ارائه شده، سیستم کنترلی به نحوی عمل می کند که، در تابش های متغییر روش کنترلی IC را برای ردیابی نقطه توان ماکزیمم به کار بگیرد، چراکه این روش از سرعت همگرایی بالایی برخوردار است، اما در تابش ها و شرایط جوی ثابت و پایدار، روش کنترلی ارائه شده، از روش PSO برای عمل ردیابی نقطه توان ماکزیمم استفاده می کند، چون این روش حول نقطه توان ماکزیمم نوسانات بسیار کمی دارد.