امروزه تجهیزات الکترونیک قدرت جایگاه وسیعی را در زندگی ما به خود اختصاص داده اند که با توجه به پیشرفت تکنولوژی نیاز به اینگونه وسایل هر روز پیش از پیش مشهود خواهد بود. یکی از پر اهمیترین تجهیزات الکترونیک قدرت. مبدل های dc-dc می باشند که ولتاژ را از سطحی به سطح دیگر تبدیل می کنند. در طراحی اینگونه مبدل ها طراحان به دنبال افزایش فرکانس و توان انتقال می باشند. برای تحقق این امر هر ساله پیکربندی جدیدی ارایه می شود. با افزایش فرکانس، توان نیز افزایش می یابد؛ از طرفی، این افزایش فرکانس موجب افزایش تلفات سوییچینگ و اعمال تنش بر روی عناصر می گردد. برای کاهش تلفات و بهبود عملکرد از مبدل هایی از تکنیک سوییچ نرم استفاده می شود که مبدل سوییچ رزونانسی از این نوع است. روش دیگر برای افزایش توان، اتصال مبدل ها به صورت ترکیبی می باشد تا به توان دلخواه برای کاربردهای مورد نظر دست یافت. راه کارهای مذکور در جهت افزایش توان باعث پیچیدگی محاسبات سیگنال کوچک اینگونه مبدل ها می گردد. در این پایان نامه، دو مبدل سوییچ رزونانسی با ترکیب ورودی سری-خارجی موازی طراحی می شود و برای سهولت مرتحل طراحی و کنترل، مدار معادل میانگین ارایه شده است. برای این منظور پروژه در سه مرحله انجام گرفته است. در مرحله اول مبدل های رزونانسی به صورت ورودی سری خروجی موازی به روش سیکل به سیکل توسط نرم افزار pspice شبیه سازی شده است. در مرحله دوم مدار سیگنال کوچک با استفاده از اتصال ترکیبی و مدل جدید ارایه و در pspice شبیه سازی گردیده است. در مرحله آخر نتایج شبیه سازی دو روش را مقایسه خواهیم کرد.

امروزه با توجه به استفاده گسترده از سیستم های ac در صنعت و در مصارف خانگی امکان تبدیل توان ac به dc و به عکس اهمیت ویژه ای یافته است. مبدل های dc به ac الکترونیک قدرت وظیفه این تبدیل توان را بر عهده دارند. در بین انواع این مبدل ها, مبدل های چندسطحی ولتاژ به خصوص برای کاربردهای توان بالا از اهمیت ویژه ای برخوردارند. سه آرایش مداری اصلی مبدل های ولتاژ dc به ac آرایش های diode clamped, flying capacitor و cascaded می باشند. از بین این سه آرایش مداری, دو آرایش flying capacitor و cascaded برای عملکرد بهینه نیاز به تجزیه یکنواخت موج pwm چندسطحی دارند. برای تجزیه یکنواخت موج pwm, روش های psc و ماشین حالت پیشنهاد شده اند. روش psc محدود به سیستم های تک فاز با مدولاسیون مبتنی بر موج حامل است اما روش ماشین حالت را می توان برای تمام انواع مدولاسیون و برای سیستم های تک فاز و سه فاز به کار برد. اشکال عمده روش ماشین حالت, دشواری پیاده سازی این روش می باشد. در این پروژه ابتدا برابری دقیق روش psc با روش apod که مهم ترین روش مدولاسیون در مبدل های چندسطحی تک فاز است, با استفاده از تحلیل ریاضی به اثبات رسیده است. سپس رابطه ای کلی برای شکل های مختلف تجزیه در روش psc ارایه شده است. در ادامه بسط کلی روش psc برای تمام روش های مدولاسیون چندسطحی مبتنی بر موج حامل به دست آمده است و معادل psc روش pd که مهم ترین روش مدولاسیون در مبدل های چندسطحی سه فاز است, ارایه شده است. پس از آن روش اولویت مولفه ها با هدف ایجاد بیشترین زمان ممکن بین دو سوییچینگ متوالی در هر مولفه که هدف اصلی تمام روش های تجزیه یکنواخت است, پیشنهاد شده است. سپس نتایج حاصل از روش های مختلف تجزیه یکنواخت مقایسه شده و برابری آن ها با مدل سازی های متعدد به اثبات رسیده است. در عین حال روش های psc, ماشین حالت و اولویت مولفه ها برای استفاده در آرایش ترکیبی smc بسط داده شده است. روش های ارایه شده برای چندین نمونه مداری شبیه سازی شده و با توجه به نتایج, بهبود مشخصه های عملکردی نظیر اعوجاج موج خروجی, متعادل سازی طبیعی ولتاژ خازن ها, طیف جریان منابع و پخش یکنواخت تلفات سوییچینگ در بین سوییچ ها به دست آمده است.

مشکلاتی که در زمینه ساخت، نگهداری و دقت ترانسفورمرهای ولتاژ مغناطیسی و خازنی وجود دارد زمینه کار بر روی طرح های ساده تر، بهینه تر و دقیق تر را فراهم کرده است. اگر چه ترانسفورمرهای ولتاژ مغناطیسی و خازنی به طور گسترده در شبکه های قدرت برای اندازه گیذی و حفاظت به کار برده شده اند. با اینحال مشکلاتی مانند اشباع ترانسفورمر و پاسخ نامناسب در حالت گذرا، دقت سنجش و حفاظت از سیستم قدرت را به طور محسوس کاهش داده است. بدین دلیل تحقیقات و ارایه راهکارهای تکنولوژیکی جدید نسبت به تکنولوژی ترانسفورمرهای ولتاژ قدیمی ضروری گردیده است. با پیشرفت روز افزون علم اپتیک و خصوصیات مفید صنعتی آن که زیر به آن ها اشاره شده است، زمینه برای ساخت مبدل های ولتاژ نوری ایجاد شده است این مبدل ها دارای مزایای زیر هستند. 1- قدرت مناسب جداسازی سیگنال هار نوری در مورد ایزولاسیون بین تجهیزات فشار قوی با تجهیزات اندازه گیری . 2- مقاومت و تاثیر ناپذیری سیگنال های نوری از نویزهای الکتزرومغناطیسی. 3- اقتصادی بودن مسایل ایزولاسیون با استفاده از فیبرهای نوری. 4- پهنای باند و پاسخ فرکانسی مناسب مبدل های ولتاژ نوری. 5- قابلیت تطبیق سیگنال های نوری با تجهیزات الکترونیکی دیجیتالی و رله های دیجیتالی. در این پایان نامه به بررسی اصول عملکرد مبدل های ولتاژ نوری و روش های اندازه گیری ولتاژ های dc, ac ، ضربه و پله می پردازیم مشکلاتی که حسگرها در اندازه گیری برخی از ولتاژهادارند، از قبیل رانش بار ویا ایجاد مولفه های نوسانی مزاحم که ناشی از خاصیت بیزوالکتریک حسگر مر باشد، را مورد مطالعه قرار می دهیم. همچنین راه حل هایی برای از بین بردن و یا کاهش این اثرات را نیز بررسی می کنیم. روش های قرار گرفتن حسگر نسبت به میدان الکتریکی و پرتو نور تابیده شده، پاسخ فرکانسی، محدوده ولتاژ قابل اندازه گیری، پایداری دمایی و سایر این مبدل ها را مطالعه می کنیم. حسگرهای کریستال حجمی، حسگرهای فیبر نوری مجتمع و پدیده های الکترواپتیک، مانند پدیده دوانکساری، تغییر پلاریزاسیون، میزان تاثیر کریستال روی این پدیده ها و معادلات حاکم بر سیستم را مورد مطالعه قرار می دهیم. به نقش پلاریزورها، صفحات ربع موج، آنالیزورها، جداکننده های پلاریزاسیون پرتو، در طرح می پردازیم. همچنین روش های اندازه گیری ولتاژ مانند روش های کریستال الکترواپتیک ضرب کننده، حسگرهای مولتی سگمنت و برش ولتاژ، مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نوعی از مبدل های ولتاژ نوری را مورد بررسی قرار می دهیم که در آن ها تعداد کمی حسگر میدان الکتریکی استفاده شده است. این حسگرها یک مولفه میدان را بطور ایده آل در یک نقطه اندازه گیری می کنند با استفاده از تکنولوژی ساخت حسگرهای میدان الکتریکی تمام دی الکتریک کوچک از ایجاد شدن مناطقی با شدت میدان الکتریکی بی نهایت مصون خواهیم ماند. سلول pockels نوری مجتمع برای استفاده در چنین طرح هایی مناسب است و تمام مزایای ذاتی ovt را براورده می کند. در این پایان نامه میدان الکتریکی درون مبدل ولتاژ نوری با توجه به شکل الکترودها، شرایط محیط و عوامل آشفته کننده (اثر میدان های پراکنده که نتیجه وجود هادی ها و منابع ولتاژ خارجی است) شبیه سازی شده است. سپس الگوریتم های تربیعی و تربیعی اصلاح شده را برای محاسبه دقیق ولتاژ اعمالی شرح می دهیم. این الگوریتم ها اثر عوامل آشفته کننده میدان را به حد اقل می رسانند. توسط این الگوریتم ها تعداد حسگرها و مکان قرار گرفتن آن ها در فاصله بین دو الکترود با توجه به ماکسیمم خطای مورد قبول بدست می آید. نتایج حاصل از اعمال این الگوریتم ها روی نتایج حاصل از شبیه سازی میدان الکتریکی اثبات کننده تاثیر این روش ها در حذف اثر عوامل آشفته کننده میدان می باشد.

در این پایان نامه شبیه سازی یک درایور موتور القایی(مبدل ac/ac) با استفاده از نرم افزار matlab انجام شده است. ساختار مبدل سه سطحی npc که با حفظ کیفیت شکل موج خروجی ولتاژ فرکانس سوییچینگ را به یک چهارم مبدل دو سطحی کاهش می دهد به عنوان قسمت اینورتر در مبدل استفاده شد. سوییچ igct که سرعت خاموش شدن آن حدودا 20 برابر بیشتر از سوییچ gto است به عنوان سوییچ نیمه هادی انتخاب می شود و با تغییر پارامترها در پل عمومی به عنوان یک واحد در هر شاخه فاز استفاده می شود. استفاده از این سوییچ کاربرد svm گسسته را در این طرح ممکن ساخت. مکانیزم های مختلف و رایج سوییچینگ بیان و مقایسه می شود. بدیهی است زمانی که پارامتر حیاتی برای این مکانیزم بالا بردن کیفیت شکل موج خروجی ولتاژ و کاهش تلفات سوییچینگ باشد، الگوریتم سوییچینگ pwm-she بهترین کارآیی را از خود نشان می دهد. تکنیک بعدی dtc است که برای کنترل مستقیم گشتاور و شار به کار می رود. خصوصیت این تکنیک که جدیدترین تکنیک کنترلی حلقه بسته برای کنترل موتورهای القایی است کاهش چشمگیر موجک گشتاور و دینامیک بالای آن است. شار استاتور هم برای حفظ کارکرد موتور در محدوده ایمن کنترل می شود. در تکنیک ارائه شده در این پایان نامه به جای کنترل مستقیم شار و قرار دادن آن در یک مقایسه گر هیسترزیس مطابق dtc معمولی از کنترل مستقیم لغزش موتور القایی استفاده شده است. با نگاهی به روابط بین گشتاور، شار استاتور و سرعت چرخش روتور می توان دریافت که در صورت کنترل مستقیم لغزش(سرعت) و گشتاور، شار هم به خوبی تنظیم خواهد شد. نهایتا نتیجه اعمال کنترلرهای مختلف روی ولتاژ و شار استاتور گشتاور الکترو مغناطیسی، سرعت روتور و جریان خروجی بدست آمده و با نتایج حاصل از قرار دادن سوییچ gto در ساختار اینورتر مقایسه شده است.

بطور کلی سیستم های تولید جریان بالا برای آزمایش تجهیزات قدرت (فیوزها، کلیدهای منیاتوری، کلیدهای اتومانیکو ...) کاربرد دارند. برای آزمایش رفتار و عملکرد تجهیزات قدرت تحت جریان های بالا، نیاز به تزریق جریان سینوسی است؛ به طوری که دامنه و فرکانس آن قابل کنترل باشد. در این پروژه دستگاه تزریق جریان، شامل یک ترانسفورماتور تزریق جریان است که توسط یک اینورتر منبع ولتاژ تغذیه می شود. هدف این پروژه، بررسی روش های کنترل جریان اینورتر منبع ولتاژ به کار گرفته در این مجموعه است روش های مورد بررسی در سه گروه خطی، هیسترزیس و پیش بین قرار می گیرد. یک روش از میان روش های بررسی شده به عنوان روش مناسب برای کنترل جریان اینورتر منبع ولتاژ، معرفی شده است. نرم افزار مورد استفاده در شبیه سازی، matlab/simulink است. در بررسی روش های مختلف کنترل جریان، از مدل دقیق بار و یک مدل آرمانی از مجموعه یکسوساز/ اینورتر استفاده شده است. برای بررسی روش منخب نهایی و مشاهده اثرات عدم ایده آلی اینورتر و یکسوساز، از مدل دقیق اینورتر و یکسوساز، با استفاده از کتابخانه بلوکی sim power system استفاده شده است.

در این پروژه مراحل طراحی و ساخت دستگاهی که بتواند کمیت چگالی شار را در نقاط گوناگون هسته، اندازه گیری ، محاسبه و نمایش دهد، بررسی گشته و پس از ساخت و آزمون این دستگاه اندازه گیر، سیگنالهای ناشی از شاریابها و پردازش شده و نتایج حاصل مورد تحلیل قرار گرفته است .

یکی از مشکلاتی که وجود اعوجاج در جریان و ولتاژ بوجود آورده بحث اندازه گیریهای توان است . و همچنین به منظور معیار دیگری برای بررسی اعوجاج، نتیجه نهایی اعوجاج بر روی مصرف توان مطرح است . اعوجاج در جریان و ولتاژ باعث عدم کارایی تعاریف سنتی توان شده و نیاز به تعاریف جدید را مطرح می کند در تعریف جدید توان ظاهری از سه جزء توان اکتیو و توان راکتیو و توان داکتیو تشکیل شده که توان اکتیو و راکتیو با آنچه در قبل بود متفاوت است و توان داکتیو نیز بخشی از توان اعوجاجی است که نتیجه خاصیت غیرخطی مصرف کننده است . این توان نتیجه عدم همبستگی بین ولتاژ و جریان بوده که می توان با استفاده از همین خاصیت و جداسازی توان همبسته از توان ظاهری به آن دست یافت . این کار در این پروژه، با استفاده از نمونه برداری از جریان و ولتاژ و محاسبهء همبستگی بین آنها با استفاده از تکنیکهای مربوط به سیگنالهای گسسته انجام می شود. با محاسبهء همبستگی محاسبهء پارامترهای توان یز قابل دستیابی بوده و بعنوان خروجی های مورد نظر ما نمایش داده می شود.

یکی از مباحث مهم در الکترونیک قدرت کنترل دور موتور القائی است . بطوریکه خواهیم دید جهت کنترل دور موتورهای القائی روشهای متعددی ارائه شده است ولی در حالت کلی تمامی این روشها در دو گروه برداری و اسکالر جای می گیرند. در روشهای کنترل برداری مولفه های گشتاورساز و فوران ساز جریان استاتور بطور مستقل کنترل می گردند. و این درست نظیر کنترل دور در ماشین dc تحریک مستقل می باشد. بدلیل همین کنترل مجزای فلو و گشتاور سیستم های کنترل برداری از پاسخ دهی سریعتر نسبت به روشهای اسکالر برخودار می باشند ولی به هر جهت پیاده سازی سیستم ها کنترل برداری دارای حجم محاسباتی بالائی بوده و همچنین دلیل حساسیت سیستم کنترل برداری زیاد است و جهت جبران این نکته منفی استفاده از روشهای کنترل برداری غیر مستقیم با استفاده از اینورتر منبع جریان و یکسوسازی با ضریب قدرت واحد پیاده سازی گردد. استفاده از یکسوساز با ضریب قدرت واحد (در اینجا استفاده از ترکیب یک پل تمام موج دیودی یک فیلتر lc و یک چاپر) مزیت جلوگیری تزریق هارمونی جریان در ورودی را به دنبال خواهد داشت و اینورتر منبع جریان مورد استفاداه از نوع شش پالسی با کموتاسیون خودی می باشد.

گسترش روز افزون سیستم هایی نظیر پرتاپ کننده های الکترومغناطیسی، لیزرها، شکل دهنده ها و سخت کننده های فلزات ، تولیدکننده های میدان های قوی الکترومغناطیسی و ... که نیازمند پالسهای قدرت الکتریکی هستند، باعث توسعه تحقیقاتی و ساخت منابع پالس شده است . بعضی از منابع تغذیه پالسی موجود عبارتند از: - ژنراتور هموپلار (hpg)(homopolar generator) - آلترناتورپالس (puls alternator) - ژنراتور (magnetohydrodynamic)mhd - دیسک آلترناتور (disk alternator) - سلفها و کلیدهای بازشونده و منابع پالسی خازنی می باشد. در این پروژه با توجه به امکانات موجود برای ایجاد پالس جریان تحت به شدت 1ka و زمان یک تا حداکثر 10 میلی ثانیه از منابع خازنی همراه با شکل دهنده های پالس به دلیل داشتن ویژگیهائی نظیر قابلیت اطمینان زیاد، انعطاف پذیری زیاد و هزینه کم استفاده خواهد شد. سپس مداری که خروجی مطلوب را ارائه می کند انتخاب و سخت افزار و نرم افزار لازم برای سیستم طراحی خواهد شد. قسمتهای مختلف مدار مورد نظر شامل مدولهای بانک خازنی با ظرفیت های مختلف ، کلیدهای نیمه هادی، سلفهای شکل دهند پالس و بار اهمی خواهد بود. در نهایت نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از مدار ساخته شده با نتایج تئوری حاصل از نرم افزار شبیه سازی مدار مورد مقایسه قرار خواهد گرفت .

در این پروژه ابتدا دو روش مختلف ارائه شده در مقالات ، به منظور بهینه سازی بازده و کمینه سازی تلفات موتور القایی سه فاز ارائه شده است . سپس روش محاسبهء سطح شار برای "کنترل کنندهء بدون ضربان سطح شار موتورهای القایی هم جهت با میدان مستقیم" با استفاده از "مشاهده گر وفقی شار" مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است . این کنترل کننده طراحی شده و سپس عملکرد خود موتورالقایی، تلفات آن به صورت جدا از هم و بازده آن با استفاده از نرم افزار matlab شبیه سازی شده است . نمودارهای مختلف بدست آمده از شبیه سازی ارائه شده و مورد تجزیه و تحلیل و بررسی قرار گرفته است .

در این پروژه مطالعه کاملی بر روی الکتروموتورهای dc بدون جاروبک [ساختمان - انواع - روابط حاکم و روشهای متداول کنترل آنها]، و سنسورهای تعیین موقعیت در ارتباط با کنترل این نوع الکتروموتورها صورت گرفته است . سپس عناصر و قطعات نیمه هادی قدرت را برای فعال نمودن تغذیه الکتروموتور، بررسی نموده و در میان آنها عنصر igbt را به عنوان عنصری نزدیک به ایده آل، انتخاب و بررسی های کاملی بر روی آن انجام دادیم. در میان روشهای کنترل، روش تغذیه سینوسی، روش کنترل سینوسی با هسیترزیس به دلیل سادگی اجرا و پاسخ سریع، مد نظر قرار گرفت و محاسبات دقیق ریاضی بر روی آن انجام گردید. سرانجام با بدست آوردن بلوک دیاگرام روش کنترل و با عنصر سوئیچینگ قدرت انتخاب شده، تراشه های مختلف در این زمینه، بررسی و بلوک دیاگرام تراشه مورد نظر، طراحی گردید. سپس هر یک از بلوکهای سیستم کنترل مذکور را باتکنولوژی cmos طراحی و با استفاده از نرم افزار اسپایس ، رفتار آنها را شبیه سازی و طرح آن را بهینه نمودیم. در انتها تراشه فوق همراه با پرامترهای الکتروموتور، به طور کامل با اسپایس شبیه سازی گردید و اثر تغییر پارامترهای مختلف الکتروموتور از قبیل: گشتاوربار - ضریب اصطکاک و ممان اینرسی، بر روی جریان استاتور و دور الکتروموتور، بررسی گردید.

با استفاده از نرم افزار شبیه ساز ‏‎matlab‎‏ ، سیستم پخش بار الکتریکی در یک هواپیمای دارای خط بار 270 ولتی مستقیم شبیه سازی شده و مورد تحلیل قرار گرفت.

آمپلی فایرهای با توان بالا برای تغذیه مدارشان ( با استفاده از برق شهر ) احتیاج به یک ترانس کاهنده حجیم با وزن زیاد دارند، که اگر بخواهیم از این آمپلی فایرها به صورت قابل حمل استفاده کنیم دارای یک مشکل اساسی می باشند به این صورت که برای رساندن ولتاژ به سطح 220 ولت به ژنراتوری احتیاج داریم. دراین پروژه طرحی پیشنهاد و ساخته شد که با استفاده از منبع تغذیه سوئیچینگ و یک باطری ماشین می توان آمپلی فایر را تغذیه کرد و دیگر آنکه از بکاربردن ژنراتور و ترانس کاهنده خودداری می شود که باعث کاهش قیمت دستگاه و ابعاد آن می شود.

رشد صنعت و تکنولوژی همواره در جهت کاهش حجم سیستم و افزایش کارآئی بوده است. به همین جهت در استفاده از موتورهای الکتریکی که یکی از زمینه های پرکاربرد در صنعت می باشد این مسئله همواره مورد توجه بوده است.کاربرد موتورهای ‏‎dc‎‏ معمولی به علت مشکلات آنها از قبیل تعمیر و نگهداری بالا در دو دهه اخیر رو به کاهش بوده است، با توجه به پیشرفت الکترنیک قدرت در دو دهه اخیر و تولید موتورهای ‏‎ac‎‏ قابل کنترل، موتورهای ‏‎‏‎dc‎‏‎‏ معمولی جای خود را به این موتورها داده اند.ولی با توجه به اینکه موتورهای ‏‎dc‎‏ معمولی از نظر ویژگی ترمینال از جمله تولید گشتاور صاف مناسب می باشند، همواره سعی شده است از این ویژگی خوب آنها در صنعت استفاده شود.در دهه اخیر با پیشرفت الکترونیک قدرت، شرایط برای تولید یک موتور ‏‎dc‎‏ بدون جاروبک که دارای ویژگی ترمینالی مشابه موتورهای ‏‎dc‎‏معمولی است فراهم شده است.موتورهای ‏‎dc‎‏ بدون جاروبک مشکلات موتورهای ‏‎dc‎‏ معمولی را ندارند، و نسبت گشتاور به وزن در این موتورها نسبت به موتورهای ‏‎dc‎‏ معمولی بیشتر است که یکی از محاسن این موتورها می باشد. موتورهای ‏‎dc‎‏ بدون جاروبک با توجه به ویژگی خوب آنها از قبیل حجم کم، طول عمر بالا و گشتاور صاف در صنایع مهم مثل موشک سازی و ماهواره ای از آن استفاده می شود.به همین جهت در این پروژه به بررسی ساختمان و شبیه ساز سیستم کنترل موتور های ‏‎dc‎‏ بدون جاروبک پرداخته شده است.این پروژه در دو قسمت است، یک قسمت بررسی و اصولکار موتورهای ‏‎dc‎‏ بدون جاروبک و قسمت بعد شبیه سازی سیستم کنترل این موتورها می باشد.