استفاده از ژنراتورهای شار محور مغناطیس دائم چند فازه جهت کاهش خازن مدار واسطdc در ژنراتورهای بادی محرک مستقیم

در دهه های اخیر، افزایش روزافزون تقاضای انرژی به همراه مشکلات زیست محیطی و نیاز به اطمینان از امنیت انرژی در آینده موجب افزایش تقاضا برای استفاده از منابع تجدیدپذیر شده است. پیشرفت فناوری ماشین های الکتریکی و الکترونیک قدرت و سیاست های تشوبقی دولت ها در استفاده از منابع تجدیدپذیر موجب کاهش قیمت و قابل رقابت شدن تدریجی این منابع با منابع انرژی فسیلی شده است. به نحوی که هم اکنون قیمت تمام شده انرژی باد قابل رقابت با منابع فسیلی است و در آینده نزدیک نیز استفاده از انرژی خورشیدی از لحاظ اقتصادی به صرفه خواهد بود. مدارات الکترونیکی و ژنراتورها از کلیدی ترین اجزای توربین-ژنراتور بادی می باشند که مستقیماً در افزایش بازده و قابلیت اطمینان استفاده از این منبع موثر می باشند. در فناوری فعلی توربین –ژنراتورهای بادی به دلیل استفاده از ژنراتورهای القایی، استفاده از جعبه دنده برای افزایش سرعت توربین اجتناب ناپذیر است. اخیراً ایده توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم که در آن با حذف جعبه دنده محور توربین مستقیماً به ژنراتور متصل می شود، به دلیل کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و بهبود بازده مورد توجه پژوهشگران فرار گرفته است. ساختار محرکه مستقیم الزما بایستی از ماشین هایی با قطب زیاد که در سرعت دورانی کم و گشتاور بسیار بالا کار می کنند استفاده نمود. ژنراتورهای شارمحور سنکرون به دلیل ساختار ساده، چگالی توان بالا و ماژولار بودن از مناسبترین انتخاب ها برای توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم می باشند. از آنجا که به دلیل سرعت متغیر باد، استفاده از ژنراتور سنکرون به شبکه الزاما نیاز به مدار واسطه الکترونیک قدرت دارد، انتخاب ساختارهای مناسب و مقاوم برای مبدل های الکترونیک قدرت توان بالا سبب افزایش قابلیت اطمینان، افزایش عمر عملکرد و بازده سالیانه خواهد شد. این پایان نامه، با هدف طراحی و کنترل مبدل های مناسب برای توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم، ابتدا به بررسی نوع خاصی از ماشین شارمحور چند فاز مناسب برای کاربردهای محرکه مستقیم پرداخته و در این راستا به ارائه ی روشی برای تحلیل دینامیکی این نوع ماشین ها بر مبنای یک مدل دینامیکی پیشنهادی می پردازد. از آنجا که در مدارهای واسطه الکترونیکی از یکسوسازهای دیودی استفاده می شود، مدل پیشنهادی برای تحلیل ماشین در حالت هارمونیکی نیز ارائه خواهد شد. بر مبنای مدل دینامیکی ارائه شده، امکان تحلیل و شبیه سازی رفتار ماشین های چند فاز در توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم فراهم می شود که در ادامه یک ساختار پیشنهادی ساده برای مدار واسطه الکترونیکی پیشنهاد می شود که مهمترین ویژگی آن امکان کاهش ظرفیت خازن الکترولیتی یکسوساز به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم می باشد. صحت مدل ارائه شده و عملکرد مدار واسطه در حالت استفاده از خازن با ظرفیت کاهش یافته از طریق انجام شبیه سازی برای یک سیستم نمونه و پیاده سازی عملی در یک سامانه تست عملی با توان پایین مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی ها و تست های عملی علاوه بر تایید دقت مدار معادل و مدل دینامیکی پیشنهادی، عملکرد موفق طرح پیشنهادی برای مدار واسطه الکترونیک قدرت با خازن کاهش یافته را نیز تایید می نماید.