آزمایشگاه الکترونیک قدرت و سیستم های انرژی دانشکده فنی

آزمایشگاه الکترونیک قدرت و سیستم­های انرژی در سال ۱۳۹۰ با هدف تربیت و آموزس مهندسین و محققین کارآمد تاسیس شد. در این محیط آموزشی- تحقیقاتی، زمینه­ های تخصصی مانند:  

  • طراحی سیستمهای الکترونیک قدرت شامل انواع منابع تغذیه، اینورترها و یکسوکننده­ ها
  • مبدل­های توان بالا و چندسطحی
  • انواع سیستمهای ولتاژ بالا یا HV
  • سیستم­های تبدیل انرژی (مانند مبدل­های فتوولتاییک)
  • جبران­سازهای الکترونیک قدرت و ادوات بهساز توان
  • سیستمهای الکترونیکی و اندازه­ گیری (مانند DSP، پردازنده­ ها و …)

تحت مطالعه و پژوهش می­باشند.

ادامه

گالری تصاویر آزمایشگاه

Read More

بهبود الگوریتم ردیابی نقطه توان بیشینه­ ی آرایه ­های خورشیدی در شرایط سایه جزئی

یکی از چالش­های مرتبط با پنل­های فتوولتائیک مساله ردیابی نقطه توان بیشینه در آن­ها است. منحنی توان-ولتاژ آرایه­های فتوولتائیک غیرخطی و دارای یک یا چندین قله است که با تغییرات تابش و دما تغییر می­کند. ردیابی نقطه توان بیشینه اقتصادی­ترین راه جهت افزایش بازده سیستم فتوولتائیک است. این مساله در پنل­های به کاربرده شده در خودروها که با محدودیت فضای نصب نیز مواجه هستند اهمیت دوچندانی را داراست. از طرفی به دلیل تغییرات سریع تابش در کاربردهای متحرک لازم است روش ردیابی از سرعت بالایی نیز برخوردار باشد.

در این پژوهش با ترکیب شبکه­های عصبی و روش رایج تپه­نوردی، الگوریتم دو مرحله­ای جدیدی برای ردیابی نقطه توان بیشینه آرایه­های فتوولتائیک پیشنهاد گردیده است. در مرحله اول یک شبکه عصبی تنها با استفاده از مقادیر اندازه­گیری شده در چند نقطه مشخص از منحنی جریان-ولتاژ آرایه فتوولتائیک، قادر است محدوده نقطه توان بیشینه را تخمین بزند و در مرحله دوم با استفاده از یک الگوریتم تپه­نوردی نقطه توان بیشینه با دقت بالایی ردیابی می­گردد. صحت عملکرد این روش در شرایط مختلف با استفاده از شبیه­سازی و نتایج آزمایشگاهی ارزیابی گردیده است. این بررسی­ها تائید می­کنند که روش پیشنهادی قادر است نقطه توان بیشینه را در شرایط تابش یکنواخت و وقوع پدیده سایه جزئی به خوبی ردیابی نماید. علاوه بر این از حس‌گر دما یا تابش و قطعات اضافه­ای استفاده نشده و امکان پیاده­سازی آن بر پردازنده­های ارزان‌قیمت وجود دارد. اما از مهم­ترین مزیت­های این روش می­توان به سرعت ردیابی بالای آن در مقایسه با روش­های دیگر اشاره کرد که این مزیت آن را برای استفاده در هر کاربردی که در آن الگوی تابش و سایه به سرعت تغییر می­کند از جمله پنل­های فتوولتائیک نصب‌شده بر سقف خودروها مناسب می­سازد.

Read More

بهبود عملکرد درایو ماشین القایی مبتنی بر مبدل چندسطحی مدول­وار در سرعت های پایین

در این پروژه با هدف کاهش استرس جریان چرخشی فرکانس بالا در ساق¬های مبدل چندسطحی مدول¬وار خازن شناور (FC-MMC) ، که به منظور کاهش ریپل ولتاژ خازن سلول¬ها در فرکانس¬های پایین تزریق می¬شود، با به دست آوردن معادلات حاکم بر مبدل FC-MMC، سیستم کنترل مبدل اصلاح می¬شود. بدین ترتیب با داشتن کنترل دقیق بر روی ریپل ولتاژ خازن¬ها و انتخاب مناسب ریپل، جریان چرخشی فرکانس بالا با دامنه¬ی بهینه در ساق¬های مبدل تزریق می¬شود تا کمترین میزان استرس را به کلید¬های نیمه¬هادی تحمیل کند. نتایج به دست آمده از انجام شبیه¬سازی¬ها در محیط MATLAB/Simulink و همچنین نتایج حاصل از پیاده¬سازی عملی محرکه¬ی تک فاز، شامل موتور الکتریکی القایی تک فاز خازن دائم و مبدل FC-MMC، عملکرد موفق سیستم کنترل پیشنهاد شده در کنترل دقیق ریپل ولتاژ خازن-ها، که منجر به تزریق بهینه¬ی جریان چرخشی فرکانس بالا می¬شود، را نشان می¬دهد.

 

Read More

تشخیص خطا و مقاوم‌ ساختن مبدل چند سطحی پل متوالی در برابر خطا

 


با توجه به تعداد زیاد کلیدهای نیمه‌هادی استفاده‌شده در مبدل‌های چند سطحی، احتمال وقوع خطا در آن‌ها بیشتر است. در نتیجه تضمین ادامه کار مبدل و جلوگیری از افزایش خسارت، تشخیص و جایابی خطا و همچنین عملکرد مقاوم مبدل در برابر شرایط خطا بسیار مهم است. در این پروژه روش‌هایی برای تشخیص خطای مدار باز و عملکرد مقاوم در برابر خطای مبدل پل متوالی پیشنهاد شده است.
روش پیشنهادی برای تشخیص و جایابی خطا، ولتاژ مرجع فرمان داده‌شده توسط سیستم کنترل را با مقدار ولتاژ خروجی فاز مبدل در حوزه زمان به‌صورت لحظه‌ای مقایسه می‌کند و در صورت رخداد خطا، وقوع و محل رخداد خطا را تشخیص می‌دهد. برای اندازه‌گیری ولتاژ خروجی و جهت جریان از یک حسگر ولتاژ و یک حسگر جریان در هر فاز استفاده ‌شده که کمترین تعداد ممکن است. این روش علاوه بر تولید ولتاژ مطلوب در خروجی، جایابی خطا را در کوتاه‌ترین زمان ممکن، مستقل از روش مدولاسیون و اندازه ضریب مدولاسیون تضمین می‌نماید. کارایی این روش تشخیص خطا در محیط شبیه‌سازی و بر روی نمونه آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفت.
همچنین یک روش جهت ادامه عملکرد مبدل پس از رخداد خطا با تولید بیشترین ولتاژ خروجی ممکن مشابه حالت عادی پیشنهاد شد. روش پیشنهادی یک مدول کمکی به مبدل اضافه می‌کند. روش پیشنهادی نسبت به روش‌های مشابه با اضافه کردن سخت‌افزار، هزینه کمتر و توان تولیدی برابر یا بیشتر دارد. با پیاده‌سازی روش در محیط شبیه‌سازی و سخت‌افزار آزمایشگاهی صحت و کارایی آن مورد تائید قرارگرفت.

 

Read More

مبدل چند‌سطحی مدول‌وار تک فاز 

 

 

مبدل چند‌سطحی مدول‌وار، MMC، به دلیل برخورداری از برخی خصوصیات ویژه و برتری‌های منحصر‌بفرد نسبت به مبدل‌های چند‌سطحی دیگر، در چند سال اخیر مورد استقبال مهندسین و محققین قرار‌گرفته و در حال حاضر تحقیقات زیادی در این زمینه در حال انجام است. این مبدل به خصوص برای کاربردهای تبدیل ولتاژ dc به ac و یا بالعکس در سطوح ولتاژ بالا مورد توجه است. متعادل‌سازی، کنترل و کاهش ریپل ولتاژ در این مبدل یک چالش اساسی است به‌طوری‌که کار‌کرد صحیح آن بدون تحقق این مهم ممکن نیست. شکل پایین یک نمونه مبدل تک فاز با تعداد ۴ سلول در هر ساق را نشان میدهد که در آزمایشگاه الکترونیک قدرت و سیستم های انرژی و برای مطالعه در حوزه کنترل و سایر چالش های این نوع مبدل، ساخته شده است.

 

Read More

جبرانساز موازی مبتنی بر مبدل  پل متوالی با قابلیت تحمل پذیری خطا

 

جبرانساز موازی پل متوالی که نمونه آزمایشگاهی سه فاز پنج سطحی آن در تصویر دیده می شود، با تزریق توان راکتیو به شبکه، ضریب توان، ظرفیت انتقال توان و پایداری ولتاژ را در آن بهبود می بخشد.
در نمونه آزمایشگاهی زیر، در وهله اول، سیستم کنترل حلقه بسته جبرانساز موازی توسط کنترل کننده DSP پیاده سازی شده است که علاوه بر کنترل تزریق توان راکتیو به شبکه، توان اکتیو مورد نیاز برای شارژ نگه داشتن ولتاژ خازن ها را نیز از شبکه جذب نموده و همچنین توان را به نحوی میان سلول ها توزیع می نماید که تعادل ولتاژ خازن ها آنها تأمین گردد. در مرحله بعدی، عملکرد جبرانساز تحت شرایط رخداد خطا در کلیدهای نیمه هادی آن مطالعه گردیده و روش کنترل مقاوم در برابر خطا در آن پیاده سازی شده است. این روش، تداوم عملکرد جبرانساز موازی پل متوالی را پس از رخداد خطا در کلیدهای نیمه هادی آن تضمین می¬نماید.

کاربردها:
جبرانساز موازی، افزایش کیفیت توان، تحمل پذیری خطا

Read More

اینورتر فوتوولتائیک سه فاز مبتنی بر پیوند AC فرکانس بالا

 

در این پروژه، مبدلDC/DC باک-بوست معکوس کننده اساس اینورتر پیشنهادی را تشکیل می دهد که برای کاربرد سه فاز توسعه یافته است. همچنین از یک روش کلیدزنی جدید در آن استفاده شده است. روش کلی در این اینورتر به این صورت است که با استفاده از دریافت اندازه و فاز ولتاژ سه فاز شبکه و با توجه به مقدار توان مدنظر برای تزریق به شبکه، اندازه و فاز جریان تزریقی بدست می آید. اینورتر به گونه ای کلیدزنی می شود تا جریان مطلوب در خروجی اینورتر برنامه ریزی گردد.
با استفاده از انتخاب توپولوژی مناسب و روش کلیدزنی جدید، امکان تزریق توان از منبع DC با ولتاژ کمتر یا بیشتر از ولتاژ شبکه بوجود آمده است. عدم استفاده از خازن نوع الکترولیتی در این اینورتر باعث افزایش قابلیت اطمینان شده است و همچنین با استفاده از یک سلف به منظور انتقال توان، شرایط کلیدزنی نرم در بسیاری از حالات کلیدزنی فراهم شده است. ضمنا با استفاده از نحوه کلیدزنی و توپولوژی به کار گرفته شده در این اینورتر، جریان نشتی وجود ندارد.

Read More

طراحی و پیاده سازی مبدل چندسطحی مدول‌وار سه فاز

 

یکی از ساختارهای مبدل‌های چندسطحی که قابلیت عملکرد مطلوب در کاربردهای توان بالا را دارد، مبدل چندسطحی مدول‌وار  (MMC) سه فاز است. این ساختار عملکرد قابل اطمینان را تضمین می‌کند و عیب‌یابی و تعمیر و نگهداری سیستم را تسهیل می‌بخشد، و به علت ساختار مدول‌وار قابلیت توسعه و افزایش سطوح را به‌راحتی ایجاد می‌کند.. خصوصاً در شرایط بروز خطا، ساختار مدول‌وار به سیستم اجازه می‌دهد تا محل خطا را مجزا نموده و آن‌را به حالت امن ببرد و در بسیاری از موارد قابلیت ادامه کار در شرایط معیوب را فراهم می‌سازد. در این راستا مبدل با تقسیم انرژی میان چندین سلول، پیامدهای کم خطرتری برای مبدل و سیستم در پی خواهد داشت. با استفاده از این ساختار چندسطحی، عملکرد هارمونیکی مطلوب خروجی تضمین می‌شود و عملاً فیلترهای شبکه‌ای ناچیز شده که منجر به کاهش هزینه و پیچیدگی‌های سیستم می‌شود. از طرف دیگر عدم نیاز به منابع DC مستقل و استفاده از یک منبع DC به‌سادگی این سیستم می‌افزاید.

چالش‌های پیش‌روی این مبدل متعادل‌سازی ولتاژ خازن‌های هر سلول، کاهش جریان گردشی، مباحث مرتبط با خطا و مبحث راه‌اندازی موجود در این ساختار است که با ارائه یک روش کنترلی مناسب می‌توان چالش های فوق را مرتفع نمود.

کاربردها:

کاربرد‌های توان بالا خصوصا خطوط HVDC و مباحث مرتبط با درایو موتورهای الکتریکی

Read More

متعادل‌سازی دینامیکی و استاتیکی ولتاژ در کلیدهای نیمه‌هادی سری 

 

در سال های اخیر رشد چشمگیر کاربردهای ولتاژ بالا در صنعت تبدیل انرژی، اهمیت و نیاز به مبدلهای الکترونیک قدرت ولتاژ بالا و توان بالا را بیش از پیش آشکار ساخته است. یکی از اجزای مهم سازنده¬ی مبدل-های الکترونیک قدرت کلیدهای نیمه هادی هستند. لذا اولین و مهم ترین مسئله در مبدلهای الکترونیک قدرت ولتاژ بالا، محدودیت تحمل ولتاژی کلیدهای نیمه هادی است. یکی از روشهای غلبه بر محدودیت مذکور، سریسازی کلیدهای IGBT برای ساختن یک کلید نیمه هادی ولتاژ بالا است. در روش سریسازی کلیدها، متعادلسازی ولتاژ کلیدها امر مهمی است که عدم تحقق آن موجب ناکارآمدی این روش می¬شود. در این پروژه یک مدار ساده و اصلاح شده بر مبنای روش کنترل شبه-فعال گیت (QAGC) پیشنهاد شده است که قادر به سریسازی تعداد مطلوب کلیدهای IGBT و متعادلسازی استاتیکی و دینامیکی ولتاژ در آنها است. یکی از مهم‌ترین مزیت‌های این مدار، استفاده از تنها یک پالس گیت برای روشن یا خاموش شدن مجموعه کلیدهای سری است. به عبارت دیگر این مدار همانند یک کلید نیمه‌هادی ولتاژ بالا عمل می‌کند. سادگی، قابلیت اطمینان، تعداد کم اجزای تشکیل دهنده ی مدار، قیمت ارزان و حجم کوچک از جمله خصوصیاتی است که در روش پیشنهادی مد نظر قرار گرفته است. مدار پیشنهاد شده در قالب دو آرایش مجزا ارائه گردیده که عبارت است از: آرایش متوالی و آرایش محلی. متعادلسازی مطلوب ولتاژ در هشت کلید IGBT سری شده توسط مدار پیشنهادی، در نتایج شبیه سازی نشان تأیید شده است. همچنین صحت نتایج بدست آمده در سری سازی چهار کلید IGBT با استفاده از روش پیشنهادی، در پیاده سازی آزمایشگاهی مورد تائید قرار گرفته است.
کاربردها:
تمامی ادوات ولتاژ بالا در الکترونیک قدرت

Read More

ساخت مبدل چندسطحی هیبریدی در کاربرد جبران­ساز موازی

 

مبدل هیبریدی از ترکیب سری مبدل مهار دیودی تمام پل با مبدل پل H ساخته شده است. مزیت اصلی مبدل هیبریدی ساخت تعداد سطوح برابر با تعداد کلیدهای کمتر نسبت به سایر آرایش‏های پایه چندسطحی است.

کاربردهای مبدل:

کیفیت توان

درایو

Read More

ساخت مبدل چندسطحی پل متوالی در کاربرد جبران­ساز موازی

 

در این مبدل سعی شد با استفاده از مدولاسیون فرکانس پایین SHE ولتاژ لینک DC اینورتر که به صورت خازنی بود در مقادیری نابرابر تنظیم و کنترل شود تا شکل موج خروجی اینورتر دارای اعوجاج کمتری شود. همچنین همزمان توان راکتیو مورد نیاز شبکه نیز از طریق اینورتر تامین شده تا ولتاژ شبکه ثابت بماند. در این سیستم با بهره­گیری از مدولاسیون فرکانس پایین بازده مبدل بهبود یافته است. تست­های عملی به صورت سه­فاز با دو سلول در هر فاز انجام شده است.

Read More

ارزیابی قابلیت اطمینان در ادوات الکترونیک قدرت

 

بهره برداری بی وقفه و مطمئن مبدل­های الکترونیک قدرت در همه­ ی کاربردها نقش کلیدی را ایفا می­کند. دغدغه ­های تولید کنندگان در مورد دوره گارانتی به همراه زمان و هزینه تعمیر و نگه­داری سبب اشتیاق محققان به ارزیابی قابلیت اطمینان با دقت قابل قبول شده است. رساله­­ ی دکتری مهندس سماواتیان بر روی نسخه ­ی جدیدی از ارزیابی قابلیت اطمینان و امکانسنجی بکارگیری آنالیز حساسیت برای تخمین بسیار دقیق­تر متمرکز است. این رساله با مبدلDC-DC  افزاینده به عنوان مطالعه موردی در دو ساختار حرارتی مشترک و منفصل سر و کار دارد. این پژوهش نشان می­دهد تاثیر متقابل عناصر میتواند نقش بسیاری مهمی را در ارزیابی قابلیت اطمینان مبدل با ساختار حرارتی مشترک داشته باشد. نشان داده شده است در حالی که فرسایش IGBT و دیود (شکل زیر را مشاهده کنید) منجر به افزایش دمای پیوند در آن­ها میشود، نقطه کار الکتریکی مبدل حتی در صورت فرسایش خازن نیز بدون تغییر باقی می­ماند. این درحالی است که ساختار حرارتی منفصل تاثیر متقابل چندانی چه در نقطه کار حرارتی و چه در نقطه کار الکتریکی بر روی قطعات ندارد. نتایج این رساله اهمیت فرسایش خودی و متقابل را در ارزیابی قابلیت اطمینان آشکار می­کند.

Read More

بهبود عملکرد تقسیم توان راکتیو در ریز شبکه‌های جزیره‌ای شامل منابع فتوولتائیک

 


در سال‌های اخیر ریز شبکه‌های شامل منابع فتوولتائیک به دلیل افزایش قابلیت اطمینان، طول عمر، افزونگی، کاهش هزینه‌ی انتقال نیرو، بازدهی بالاتر و صرفه‌جویی در هزینه‌های مالی و زیست‌محیطی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. تا کنون روش‌های مختلفی جهت تقسیم توان در ریز شبکه‌ها ارائه شده است. در این بین روش افتی به جهت عدم نیاز بحرانی به لینک مخابراتی از محبوبیت بالایی برخوردار است.
با توجه به معایب و محدودیت‌های روش سنتی کنترل افتی در تقسیم توان راکتیو و برقراری شرایط ردیابی نقطه‌ی حداکثر توان، روش جدیدی بر اساس روش سنتی ارائه گردیده است. در این روش، عبارت کنترلی جدیدی برای اینورترهای متصل به باطری ارائه شده است. همچنین از یک لینک مخابراتی با پهنای باند کم جهت تقسیم توان راکتیو با هدف برابر ساختن دامنه‌ی جریان اینورترها بهره برده شده است. در ادامه با بررسی روش ارائه شده، بهبودهایی جهت جلوگیری از ناپایداری در شرایط خاص و جبران سازی افت ولتاژ نقطه‌ی اتصال مشترک داده شده است.
ضمناً روش ارائه شده بر روی شبکه‌ای شامل سه اینورتر در سناریوهای مختلف شبیه‌سازی و عملکرد مطلوب آن تصدیق شد. همچنین نیازمندی‌های لینک مخابراتی مورد مطالعه قرار گرفته است. درنهایت به کمک طراحی و پیاده‌سازی آزمایشگاهی دو میکرو اینورتر متصل به پنل خورشیدی، عملکرد روش پیشنهادی در کاربرد عملی نیز در سه سناریو مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از عملکرد مطلوب روش پیشنهادی در تقسیم توان اکتیو، راکتیو و برابر سازی دامنه‌ی جریان در سناریوهای مختلف با حفظ پایداری شبکه است.

Read More

طراحی و ساخت منبع تغذیه ازون برای کاربرد میکروب زدایی آب

 


در سال های اخیر، حفظ محصولات غذایی با کمترین آسیب به آن‌ها، به نگرانی عمده جوامع بشری تبدیل شده است. بیشتر روش های نگهداری موادغذایی از جمله گرما، منجر به از بین رفتن خواص تغذیه ای غذاها می شود. مطالعات اخیر نشان داده اند که میدانهای الکتریکی پالسی (پالسهای الکتریکی تولید شده توسط میدانهای الکتریکی پالسی) و مدارات رزونانسی و اشعه، دستگاه های سانتریفیوژ در دمای پایین و ….. جایگزین مناسبتری برای ضدعفونی کردن میکروب ها به ویژه هنگامی که در مورد حفظ موادغذایی مایع صحبت به میان می آید، هستند. این کاربردها حوزه هایی چون مصارف پزشکی، بهداشتی، تصفیه و استریلیزه کردن مایعات و غذاها، تولید گاز ازون، حفاری و حتی باستان شناسی را در برمی گیرد. در این کار به کمک مفهوم مدارات رزونانسی و به کمک یک ترانس پالسی، پالسهای ولتاژ بالا با عرض پالسهای در رنج میکروثانیه تولید شده است. هدف از انجام این پروژه، طراحی و ساخت یک منبع تغذیه تولید ازون برای کاربرد میکروب زدایی آب است. در این راستا چالش تنظیم درست المانهای رزونانسی با رعایت مسائل عایقی ولتاژ بین عناصر مدار، چالش ساخت ترانسفورماتور با رعایت دوری از نقطه اشباع و… وجود خواهد داشت.

 

Read More