عنوان کامل پروژه:

مبدل‌های الکترونیک قدرت نقش بسیار مهم و گسترده‌ای را در صنایع مختلف ایفا می‌کنند. این مبدل‌ها شامل انواع مبدل‌های ac-ac (مبدل‌های فرکانسی)، ac-dc (یکسوسازها)، dc-dc و dc-ac (اینورترها) هستند. در ميان مبدل‌هاي الکترونيک قدرت، مبدل‌هاي dc-dc با استفاده گسترده در کاربردهايي نظير انرژي‌هاي تجديدپذير، توليد پراکنده، خودروهاي الکتريکي (HEVs)، تجهيزات اصلاح ضريب توان و HVDC داراي اهميت روز افزون و انکار ناپذيري مي‌باشند. علاوه بر کاربردهای بیان شده، از این مبدل‌ها به طور گسترده‌ای در صنایع حساس نظامی-دفاعی نظیر سیستم‌های تغذیه مخابراتی رادیویی، سیستم برق زیردریایی‌ها، خودروهای الکتریکی-هیبریدی، پانل‌های فتوولتائیک (صفحات خورشیدی) و شارژرهای باتری استفاده می‌گردد. مبدل‌های DC-DC از اجزای اصلی سیستم برق زیردریایی‌ها می‌باشند. زیردریایی‌ها به طور کلی به دسته دیزلی و اتمی تقسیم می‌شوند. به منظور تامین سیستم برق زیردریایی که از نوع DC می‌باشد، از باتری‌های توان بالا استفاده می‌گردد. این باتری‌ها توسط موتور دیزلی-اتمی زیردریایی و یا پانل خورشیدی نصب شده بر روی بدنه زیردریایی قابل شارژ می‌باشند. حضور مبدل‌های DC-DC جهت شارژ مناسب این باتری‌ها ضروری می‌باشد. از سوی دیگر، در خروجی باتری نیز از مبدل DC-DC جهت تقسیم برق مورد نیاز برای قسمت‌های مختلف زیردریایی استفاده می‌گردد.لذا این مبدل‌ها نقش بسیار مهمی را در زیردریایی‌ها به عهده دارند.

مبدل‌های DC-DC به طور عمده به دو دسته کلی دارای ترانسفورماتور و فاقد ترانسفورماتور تقسیم‌بندی می‌شوند. مبدل‌های دارای ترانسفورماتور به سبب بهره ولتاژ بالایی که دارند در کاربردهای بهره بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما استفاده از ترانسفورماتور در مدار این مبدل‌ها موجب معایب عمده‌ای در مدار می‌شوند. از معایب ساختارهای دارای ترانسفورماتور می‌توان به وزن بالاتر، حجم بزرگتر، قیمت گرانتر، تلفات بالاتر و راندمان پایین تر اشاره نمود. لذا با توجه به معایب بیان شده، استفاده از این مبدل‌ها در چنین کاربردهای حساسی مناسب به نظر نمی‌رسد. گروه دیگر مبدل‌های DC-DC، مبدل‌های فاقد ترانسفورماتور هستند که داراي مزايايي از جمله حجم کوچک‌تر، وزن کم‌تر، قيمت ارزان‌تر، راندمان بالاتر و تنش ولتاژی-جریانی پایین‌تر روی المان‌ها می‌باشند که این مزایا موجب شده است تا از محبوبيت بيشتري برخوردار باشند. علي‌رغم مزاياي ذکر شده براي مبدل‌هاي فاقد ترانسفورماتور، اين مبدل‌ها داراي محدوديت در بهره ولتاژ توليدي مي‌باشند که اين امر استفاده از آن‌ها را دچار محدودیت می‌سازد. در این پروژه، یک مبدل DC-DC فاقد ترانسفورماتور ارائه می‌گردد که علاوه بر دارا بودن مزایایی نظیر حجم کوچک‌تر، وزن کم‌تر، قيمت ارزان‌تر و راندمان بالاتر نسبت به مبدل‌های دارای ترانسفورماتور بتواند بهره ولتاژ بالایی را نیز ایجاد کند و محدودیت بهره ولتاژ ساختارهای فاقد ترانسفورماتور را نیز برطرف سازد.

در میان مبدل‌های dc-dc فاقد ترانسفورماتور، مبدل dc-dc با منبع امپدانسي quasi-Z داراي مزايايي نظير جريان پيوسته ورودي، زمين مشترک بين ورودي و خروجي و حجم و وزن کوچک مبدل به سبب عدم استفاده از ترانسفورماتور در مدارش مي‌باشد. اما علي رغم مزاياي مذکور، اين مبدل همانند ساير مبدل‌هاي فاقد ترانسفورماتور داراي محدوديت در بهره ولتاژ توليدي مي‌باشد که کاربرد آن را در سيستم‌هايي که نيازمند بهره ولتاژ بالا مي‌باشند، محدود مي‌سازد. از اين رو، در سال‌هاي اخير، ساختارهاي مختلفي مبتني بر مبدل منبع امپدانسي quasi-Z به منظور بهبود رابطه بهره ولتاژ ارائه گرديده‌اند. علي رغم بهبود رابطه بهره ولتاژ، اين ساختارها داراي نقاط ضعف ديگري مي‌باشند که منجر به محدوديت در کاربرد آن‌ها مي‌گردد. از اين رو ارائه ساختار مناسب جهت رفع اين نقاط ضعف ضمن حفظ مزاياي مبدل پايه، ضروري به نظر مي‌رسد. در اين پروژه، يک مبدل dc-dc فوق افزاينده مبتني بر منبع امپدانسي quasi-Z پيشنهاد مي‌گردد. اين مبدل ضمن استفاده از منبع امپدانسي quasi-Z، از روش خازن‌هاي کليدزني شده و هم چنين از يک سلف اضافي جهت ايجاد مرحله دوم و سوم افزايندگي ولتاژ استفاده مي‌کند. اين مبدل قابليت افزايش طبقات به منظور دستيابي به بهره‌هاي ولتاژ بالاتر را نيز دارا مي‌باشد. مبدل پيشنهادي ضمن دارا بودن قابليت فوق افزايندگي، مزاياي مبدل متداول نظير جريان پيوسته ورودي و زمين مشترک ورودي و خروجي را حفظ مي‌کند. علاوه بر اين، با توجه به مزاياي منحصر به فرد ديگر که در اين پروژه مورد بحث قرار خواهد گرفت، اين مبدل در ميان مبدل‌هاي مبتني بر منبع امپدانسي quasi-Z بي نظير بوده و مي‌تواند در کاربردهاي وسیعی از جمله در صنایع حساس نظامی-دفاعی نظیر سیستم‌های تغذیه مخابراتی رادیویی، سیستم برق زیردریایی‌ها، خودروهای الکتریکی-هیبریدی، پانل‌های فتوولتائیک (صفحات خورشیدی) و شارژرهای باتری مورد استفاده قرار گيرد. در اين پروژه، عمل‌کرد مبدل توسط تحليل‌هاي رياضي-مداري و نيز شبيه‌سازي در نرم‌افزار PSCAD/EMTDC مورد ارزيابي قرار خواهد گرفت. هم چنين قابليت اخذ حداکثر توان توسط اين مبدل که فاکتور مهمي براي سيستم‌هاي انرژي تجديدپذير مي‌باشد بررسي خواهد شد.

آنچه در این کد خواهید آموخت:

1- مروری بر مبدل‌های DC-DC ارائه شده در سال‌های اخیر

2- نحوه انجام محاسبات و مقایسه بین مبدل‌های DC-DC

3- نحوه عملکرد مبدل DC-DC پیشنهادی با قابلیت فوق افزایندگی و سیستم کنترلی مربوطه

4- افزایش طبقات مبدل پیشنهادی به منظور دستیابی به بهره‌های ولتاژ بالاتر

5- اموزش نحوه محاسبات برای طراحی مقدار المان‌های به کار رفته در یک مبدل الکترونیک قدرت

6- بیان تئوری مربوط به پانل‌های خورشیدی و مبحث اخذ حداکثر توان از آن‌ها

7- شبیه‌سازی مبدل پیشنهادی با منبع ولتاژ ورودی در نرم افزار PSCAD/EMTDC

8- شبیه‌سازی و مدل سازی مدار معادل یک پانل خورشیدی در نرم افزار PSCAD/EMTDC

9- شبیه‌سازی و مدل سازی مبدل DC-DC پیشنهادی و روش کنترلی مربوطه به منظور اخذ حداکثر توان از یک پانل خورشیدی در نرم افزار PSCAD/EMTDC

1- آشنایی با نرم‌افزار PSCAD/EMTDC

2- این برنامه توسط نرم‌افزار PSCAD/EMTDC و صرفا نسخه‌های 4/2 و بالاتر قابل اجرا می‌باشد