موتورهای پسماند، موتورهای سنکرون خود راه اندازی هستند که بر اساس خصوصیات پسماند مواد مغناطیسی عمل می کنند. از مهمترین و بارزترین ویژگی های این نوع از موتورها می-توان به ساختار مستحکم و ساده، مشخصه ی گشتاور- سرعت ثابت، عملکرد بسیار نرم و بدون نویز و جریان راه اندازی پایین اشاره کرد. در مقابل مزایای یاد شده، بازده و ضریب قدرت پایین از مهمترین معایب ماشین های هیسترزیس معمول به شمار می روند. موتور پسماند نوع تخت دوروتوره بدون هسته cddhm که به تازگی در دانشگاه صنعتی شاهرود و توسط دکتر دارابی و همکاران معرفی شده است، ساختار جدیدی از موتورهای پسماند است که قابلیت بهبود بازده و ضریب توان موتورهای پسماند را دارا می باشد. به دلیل جدید بودن موتور cddhm تاکنون تحقیقات و مطالعات کافی بر روی الگوریتم طراحی و تاثیرات تغییرات پارامترهای طراحی بر نحوه ی عملکرد این موتور انجام نگرفته است. همچنین برخلاف ماشین های الکتریکی معمول، به علت عدم وجود اطلاعات و داده های تجربی در زمینه ی طراحی، الگوریتم مدون و کاملی برای طراحی موتور cddhm در دسترس نیست. بنابراین استفاده از روش های بهینه سازی برای طراحی موتور cddhm اجتناب ناپذیر است. علاوه بر این به علت وجود مدل چند مقداره ، غیرخطی و پیچیده موتور هیسترزیس، استفاده از روش های بهینه سازی کلاسیک که معمولا برای مسائل بهینه سازی خطی استفاده می شوند، امکان پذیر نمی باشد. در نتیجه برای حل مساله ی بهینه سازی مورد نظر باید از روش های بهینه سازی تکاملی استفاده نمود. در این پایان نامه یک الگوریتم بهینه سازی ژنتیک با تمامی جزئیات به منظور دستیابی به مقدار بیشینه ی بازده ی موتور cddhm ارائه می شود. سپس بر اساس طرح پیشنهادی الگوریتم ژنتیک، موتور cddhm بهینه ساخته شده و تست های مختلف بر روی آن انجام شده است. طرح پیشنهادی و نتایج حاصل از آزمایش ها، بهبود خوبی در مقدار بازده و ضریب قدرت موتور cddhm را نشان می دهند.

امروزه استفاده از واحدهای کوچک تولید انرژی الکتریکی در سیستم های قدرت به دلیل مزایای مختلف بهره برداری، مورد توجه قرار گرفته است. از موانع بسیار مهم توسعه این نوع منابع، مسئله قطع شبکه و پدیده های غیرمطلوب ناشی از آن مانند خروج از سنکرونیزم واحد می باشد. عدم آگاهی از قطع شبکه اصلی می تواند خساراتی را به همراه داشته باشد. در این پروژه رویکردهای جدیدی برای تشخیص واحد جزیره شده، ارائه شده است. پایش سیگنال ورودی به گاورنر در حلقه کنترل بار- فرکانس واحدهای سنکرون، اولین راهکاری است که پیشنهاد شده است. در چندسال اخیر از شبکه های عصبی در تحلیل و دسته بندی پدیده های سیستم ها بسیار استفاده می شود. در این پروژه از روش دسته بندی خودسازمانده و روش خوشه بندی احتمالی برای تشخیص پدیده جزیره ای شدن از پدیده های مشابه استفاده شده است. هم چنین روش اکتیو جدیدی بر مبنای استفاده از کنترل هوشمند و انتقال سیگنال نوسانات فرکانس به حلقه کنترل ولتاژ برای تشدید تغییرات در موقع جزیره شدگی و عملکرد رله ولتاژ استفاده شده است. نکته قابل تامل دیگر در مورد این پایان نامه استفاده از شبکه های عصبی به روش خاص برای تشخیص جزیره-ای شدن است.

برجستگی های ساختاری و تغذیه اینورتری دو فاکتور بسیار مهم ایجاد نوسانات گشتاور موتورهایdc بدون جاروبک (pmbldc) می باشند. ریپل گشتاور دندانه ای بعلت تاثیر متقابل بین میدان مغناطیسی روتور و شیارهای استاتور تولید می شود. این نوسانات گشتاور دندانه ای را می توان با طراحی بهینه شیارها و دندانه های استاتور و با انتخاب مناسب شکل قطب ها تا حدودی کاهش داد. با توجه به تحقیقات بسیار انجام گرفته در زمینه روش های بهینه سازی ساختار و طراحی موتور، تا زمانیکه یک تحول اساسی در تکنولوژی مواد هادی و مغناطیسی اتفاق نیفتد، انتظار اصلاح قابل توجهی در بازده و کیفیت عملکرد موتور نمی رود. بنابراین امروزه بیشترین تحقیقات صرف ابداع و یا اصلاح روش های تغذیه موتور و سیستم های کنترلی برای محدود کردن نوسانات گشتاور و سرعت و بهبود دیگر شاخصه های عملکردی موتور می شود. در این پایان نامه، تلاش ها معطوف به بهبود شاخصه های عملکردی موتور به ویژه کاهش نوسانات گشتاور با استفاده از روش های تغذیه مناسب می باشد. به کمک اینورتر منبع ولتاژی با مدولاسیون های مختلف، سیم پیچ های استاتور یک موتور سه فاز نوع سینوسی تغذیه می شوند و شاخصه های عملکردی موتور نیز با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهند که شاخصه های عملکردی موتور زمانی که از روش مدولاسیون هیسترزیس با پهنای باند مناسب استفاده می شود بهبود می یابد. شاخصه های عملکردی موتور تغذیه شده با دو اینورتر مختلف چند سطحی نیز در این پایان نامه نشان داده شده است. ضمناً در هر دو حالت تلفات هسته موتور در نظر گرفته شده است و همچنین سوئیچ ها با توجه به توان موتور و جریان عبور کننده از سوئیچ ها، بصورت واقعی مدل شده اند. در این پایان نامه بدلیل کاربرد موتورهای با تعداد فازهای بالا در صنایع نظامی و گسترش روزافزون منطق فازی به کنترل سرعت موتور الکتریکی یازده فاز به کمک کنترل کننده فازی افزایشی و موتور نه فاز با ماتریس اندوکتانس واقعی نیز پرداخته شده است.

موتورهای بدون جاروبک مغناطیس دائم به خاطر خصوصیات ویژه ای که دارند به طور گسترده و به ویژه در کاربردهای خاص استفاده می شوند. این موتورها بر اساس توزیع شار در فاصله هوایی به دو گروه شار سینوسی و ذوزنقه ای تقسیم می شوند که نوع سینوسی آن دارای ریپل گشتاور کم تر است و در کاربردهای مرتبط استفاده می شود. روش های کنترلی این نوع را می توان به دو دسته اسکالر و برداری تقسیم کرد که مهم ترین روش های کنترل برداری عبارتنداز foc و dtc . در این بین روش dtc به خاطر سادگی و حجم کم تر محاسبات آن بیش تر مورد توجه قرار گرفته است. اما با وجود سادگی روش dtc این روش دو عیب عمده دارد. ریپل گشتاور و شار این روش زیاد است و فرکانس سوئیچینگ آن ثابت نیست. برای برطرف کردن این دو عیب، پژوهش های بسیاری تا کنون انجام و راهکارهایی پیشنهاد شده اند. یکی از کارآمدترین روش هایی که تا کنون ارائه شده است، استفاده از روش svpwm همراه با روش dtc (dtc-svpwm) است. در روش dtc-svpwm با استفاده از مقادیر تخمینی، ابتدا بردار مرجع شار پیوندی و سپس بردار ولتاژ مورد نیاز برای جبران خطای گشتاور و شار محاسبه می شود. با استفاده از روش dtc-svpwm ریپل گشتاور و شار پیوندی به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد، اما به دلیل حجم زیاد محاسبات این روش، روش dtc-svpwm در عمل با محدودیت هایی مانند محدودیت فرکانس سوئیچینگ روبرو است. در این گزارش، روشی پیشنهادی برای بهبود عملکرد روش dtc-svpwm ارائه شده است. در روش پیشنهادی (hystereisis-svpwm)، از بسیاری محاسبات روش dtc-svpwm صرفنظر و از یک باند هیسترزیس برای تعیین حالت سوئیچینگ استفاده شده است. در نتیجه زمان مورد نیاز برای انجام محاسبات هر سیکل سوئیچینگ کاهش و حداکثر فرکانس سوئیچینگ افزایش می یابد. همچنین به دلیل کاهش تعداد تغییر حالت سوئیچینگ در هر سیکل، تلفات سوئیچینگ نیز کاهش می یابد. با توجه به نتایج شبیه سازی، نشان داده شده است که ریپل گشتاور الکترومغناطیسی و شار پیوندی با استفاده از روش پیشنهادی در مقایسه با مقدار آن در روش dtc-svpwm کاهش می یابد. همچنین وضعیت هارمونیکی جریان استاتور بهبود و thd آن کاهش می یابد. با توجه به مزایای فوق، برتری روش پیشنهادی بر روش dtc-svpwm کاملا آشکار است.

هدف از انجام این پروژه بهبود عملکرد محرکه های موتور سنکرون مغناطیس دائم خطی (pmlsm) کنترل شده به وسیله روش کنترل مستقیم نیرو (dtfc) می باشد. منظور از بهبود کارایی دست یابی به خطای حالت ماندگار تقریباً «صفر» حساسیت کم به تغییرات پارامترهای موتور، عملکرد مناسب در برابر اغتشاشات مکانیکی، خطای پیگیری فرمان موقعیت و سرعت کوچک می باشد. در گام بعدی پروژه یک تخمین گر مقاومت استاتور مستقل از پارامترهای ماشین طراحی گردید تا عملکرد سیستم کنترل مستقیم در مقابل خطای ناشی از تخمین شار پیوندی استاتور مطلوب گردد بعلاوه با به کار گیری یک اینورتر سه فاز چهار کلیدی (fstpi)، جدول کلید زنی ساده تری جایگزین جدول کلید زنی معمول گردید تا ریپل نیروی تولید شده ناشی از جدول کلید زنی کاهش یابد. در نهایت با محاسباتی ساده بر اساس روش تخمین حداقل مربعات بازگشتی، یک تخمین گر سرعت برای کنترل بدون حسگر ماشین طراحی شد که عملکرد مطلوب ماشین را در مقابل نامعینی ها فراهم و ماشین را از به کار گیری انکودرها، بی نیاز نمود. نتایج شبیه سازی بیانگر عملکرد مناسب تر محرکه پیشنهادی نسبت به سیستم کنترل مستقیم مرسوم تحت شرایط مختلف کاری همانند پیگیری فرمان موقعیت تحت اغتشاش بار می باشد.

مدلسازی توزیع چگالی شار در فاصله هوایی ناشی از آهنرباهای دائم؛ به منظور تحلیل و طراحی موتورهای سنکرون خطی آهنربای دائم امری ضروری است، زیرا نیرو و نوسانات ناشی از آن همچنین طراحی بهینه این موتورها، وابسته به دقت بالا در مدلسازی توزیع چگالی شار در فاصله هوایی می باشد. در این پایان نامه، ابتدا توزیع چگالی شار در فاصله هوایی با استفاده از حل تحلیلی معادلات ماکسول بدست می آید. روش تحلیلی مبتنی بر معادلات ماکسول به سبب دقت بالا و ارائه روابط بسته برای پارامترهای مختلف موتور، مناسب برای فرآیند طراحی و بهینه سازی می باشد. سپس به منظور در نظر گرفتن تاثیر شیارها در مدلسازی و بالا بردن دقت مدل پیشنهادی از تابع پرمیانس نسبی استفاده می شود و نتایج با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود مقایسه می گردد. از آنجایی که روش تحلیلی حل معادلات ماکسول قادر به در نظر گرفتن طبیعت غیر خطی مواد مغناطیسی و در نتیجه بروز اشباع در یوغ و دندانه های موتور نیست، از روش مدار معادل غیر خطی مغناطیسی بهبود یافته نیز برای تحلیل عملکرد موتور استفاده شده و چگالی شار در نواحی مختلف موتور محاسبه شده و با نتایج بدست آمده با روش اجزاء محدود مقایسه می گردد. مدل دقیق پیشنهادی مبتنی بر معادلات ماکسول که صحت آن با روش اجزاء محدود تایید شده است در طراحی یک موتور سنکرون خطی آهنربای دائم بکار گرفته می شود. طراحی بهینه یک موتور سنکرون خطی آهنربای دائم با انتخاب تعدادی از ابعاد موتور شامل ارتفاع آهنربا، طول فاصله هوایی، ارتفاع دندانه، عرض دندانه، ارتفاع یوغ اولیه و ارتفاع یوغ ثانویه به عنوان متغیرهای بهینه سازی، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، به منظور دستیابی به بازده بالا انجام می گیرد.

وقوع یک نامتعادلی ولتاژ پایین در شبکه می تواند جریانهای نامتعادل بالایی را در استاتور بوجود آورد و باعث ایجاد نوساناتی با فرکانس 2 برابر فرکانس شبکه در گشتاور الکترومغناطیسی، توان و نیز ولتاژ خازن dc-link، گردد. در این پایان نامه، پس از مدلسازی سیستم dfig در شرایط متعادل و تحلیل روش کنترل برداری برای کنترل آن، به مدلسازی و کنترل آن در شرایط نامتعادل ولتاژ شبکه، پرداخته می شود. در این شرایط، برای مدلسازی و کنترل dfig از 2 دستگاه مرجع سنکرون مثبت و منفی (dq)+ و (dq)–، استفاده می شود. کنترل مبدلها در دستگاه مرجع سنکرون (dq)+، مشابه شرایط متعادل می باشد ولی برای کنترل جریانهای توالی منفی روتور و نیز جریانهای توالی منفی خروجی از مبدل سمت شبکه، در دستگاه مرجع سنکرون(dq)–، توسط مبدلهای سمت روتور و شبکه، می توان اهداف کنترلی گوناگونی در نظر گرفت که از ترکیب آنها، روشهای مختلفی برای کنترل هماهنگ مبدلهای سمت روتور و شبکه، بدست می آید. در بین این روشها، کاملترین روش به اینصورت است که با کنترل مبدل سمت روتور، نوسانات گشتاور الکترومغناطیسی از بین می روند و با کنترل مبدل سمت شبکه نیز نوسانات توان اکتیو استاتور توسط توان اکتیو خروجی از مبدل سمت شبکه خنثی می گردند و در نتیجه نوسانات توان اکتیو کل خروجی از dfig، حذف می گردند. اما اشکالی که در این روش وجود دارد این است که با افزایش درصد نامتعادلی ولتاژ، دامنه نوسانات توان اکتیو استاتور نیز افزایش می یابد و در نتیجه خنثی کردن کامل نوسانات مذکور، با توجه به محدودیت ظرفیت مبدل سمت شبکه، امکانپذیر نمی باشد. برای رفع مشکل فوق، 2 روش پیشنهاد می گردد به طوریکه در روش پیشنهادی اول، با حذف نوسانات جریان های سه فاز روتور توسط مبدل سمت روتور، دامنه نوسانات گشتاور و توان اکتیو استاتور نیز تا حدودی کاهش می یابد و شرایط برای کنترل مبدل سمت شبکه به منظور خنثی کردن نوسانات توان اکتیو استاتور، راحتتر می گردد. در روش دیگر، جریانهای dq توالی منفی روتور، میانگینی از جریانهای مرجع بدست آمده برای حذف نوسانات توان اکتیو استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی، در نظر گرفته می شوند. به ازای این جریانها، علاوه بر کاهش دامنه نوسانات توان اکتیو استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی، جریان های سه فاز استاتور نیز متعادل می گردند. با توجه به اینکه دامنه نوسانات توان اکتیو استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی، در این روش نسبت به روش پیشنهادی اول، کمتر می باشد بنابراین استفاده از این روش به جای روش اول، پیشنهاد می گردد. از طرفی با توجه به اینکه تخمین زاویه بردار ولتاژ استاتور بخصوص در شرایط نامتعادلی ولتاژ استاتور، دقیقتر و در عین حال ساده تر صورت می گیرد و نتایج بهتری را برای کنترل dfig، به همراه دارد بنابراین کنترل هماهنگ مبدلهای سمت روتور و شبکه در دستگاه مرجع dq همراستا با بردار ولتاژ استاتور، پیاده سازی می گردد. نتایج شبیه سازی بدست آمده برای یک ژنراتور القایی تغذیه دوبل (kw) 5/7 متصل به توربین بادی به کمک نرم افزار matlab/simulink، صحت دلایل ارائه شده برای به کار گیری روشهای پیشنهادی فوق را تأیید می کند.

بسیاری از کشورهای توسعه یافته در پی استفاده از انرژی باد در مناطق دورافتاده، محروم و مناطق نظامی-عملیاتی هستند. همچنین در صنایع دفاع از این طریق می توان انرژی لازم برای ابزار و تجهیزات نظامی در مناطق پشتیبانی نظامی را فراهم نمود. در حال حاضر این امکان سنجی در مناطق آبی کشورمان نیز بوجود آمده که مزارع بادی را در دریاها از جمله دریای خزر، خلیج فارس و دریای عمان بنا نهیم. همچنین در مقیاسی کوچکتر می توان توربین های بادی قابل حمل را ساخت و به تولید انبوه رساند. با نفوذ رو به رشد توربین های بادی، مطالعه و تحقیق در مورد رفتار آن ها در هنگام اغتشاشات گذرا و پشتیبانی از آن ها با قابلیت های در مدار باقی ماندن در حین خطا، تبدیل به یک ضرورت شد. این قابلیت بدان معناست که تمام واحدهای تولیدی، از جمله واحد تولیدی باد، باید توانایی متصل باقی ماندن در هنگام خطاها و حالت های کاهش ولتاژ را در محدوده مشخصی را داشته باشند. در بین انواع ژنراتورهای به کار رفته در توربین های بادی، ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه دارای قابلیت های بسیار جالبی هستند. در این پایان نامه ابتدا با استفاده از معادلات و روابط کنترل برداری میدان گرا، شارها و جریان های مرجع بدست آمد. سپس با استفاده از روش کنترل گشتاور مستقیم جریان های پیش گویانه ارائه شد. برخلاف روش های موجود که معمولاً از روش کروبار جهت در مدار باقی ماندن توربین بادی از آن استفاده می کنند در روش پیشنهادی نیازی به استفاده از تجهیزات اضافی نیست و جریان های رتور در هنگام خطا کنترل شده بدست خواهند آمد. چگونگی این مطلب نیز به وسیله نتایج شبیه سازی بررسی شده است. در پایان نیز رفتار گذرای ماشین در حین و بعد از خطای شبکه در ولتاژ ترمینال به عنوان نمونه، شبیه سازی شده است. نتایج حاکی از آن است که روش پیشنهادی در مقایسه با روش های مرسوم این معیار کارایی را بهبود بخشیده است.

بهینه سازی مصرف انرژی در سال های اخیر بطور گسترده ای در سطح جهان و ایران مورد توجه قرار گرفته است. نیروگاه ها به عنوان تولید کنندگان انرژی الکتریکی، خود از مصرف کنندگان عمده انرژی نیز می باشند. لذا بهینه سازی مصرف انرژی در نیروگاه ها، به عنوان راهکار موثری در کاهش مصرف سوخت های فسیلی مطرح است. با توجه به اینکه بخش عمده مصرف انرژی در نیروگاه ها مربوط به پمپ ها و فن های موثر در سیکل تولید است. جایگزینی سیستم قدیمی کنترل دبی با درایوهای الکتریکی می تواند تاثیر بسزایی در کاهش مصرف انرژی داشته باشد. در این پژوهش جایگزینی سیستم کنترل با استفاده از دمپر در خروجی فن دمنده اجباری نیروگاه رامین با درایو اینورتری از دیدگاه فنی و اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفت. جهت بررسی فنی دقت سیستم کنترل، مجموعه فن، درایو و موتور در محیط سیمولینک متلب شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی در پاسخ به تغییرات نقطه کار حاکی از پاسخ گویی مناسب سیستم و ردگیری نقاط تنظیم است. با توجه به هزینه سنگین نصب درایو روی موتورهای fd fan نیروگاه رامین، سرمایه گذاری در این بخش بایستی توجیه پذیر باشد. جهت محاسبه بازگشت سرمایه، پس از اندازه گیری های میدانی در نیروگاه رامین اهواز، پروفیل بار و اطلاعات طراحی فن، از نرم افزار fan save استفاده شد. نتایج بیانگر توجیه پذیری اقتصادی بکارگیری درایو در فن دمنده اجباری نیروگاه رامین می باشد. نکته دیگری که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت، تاثیر استفاده از درایو الکتریکی در افزایش راندمان نیروگاه رامین است. جهت این امر، با استفاده از اطلاعات طراحی، واحد در نرم افزار termoflow شبیه سازی شده و تاثیر تغییر روش کنترل فن، در راندمان مدل تحقیق شد.

ساختار سنتی شبکه های برق همواره بر مبنای عدم وجود منابع تولید انرژی الکتریکی در شبکه های توزیع استوار است اما در سال های اخیر به دلیل محدودیت های محیطی و جغرافیایی تولید، روند رو به رشد بار در شبکه های توزیع و نیاز به احداث نیروگاه های جدید، گرایش به سمت انرژی های پاک و سازگار با محیط زیست و قطع وابستگی به سوخت های فسیلی، توجه زیادی به منابع تولید پراکنده شده است. حضور منابع تولید پراکنده، علی رغم مزایای زیادی که دارد، دارای معایبی نیز می باشد. منابع تولید پراکنده که در نقاط دور فیدر و در مجاورت بار نصب می شوند، می توانند به عنوان یک گزینه دائمی برای افزایش ظرفیت پست ها و فیدرها باشند که تا حدودی باعث کاهش تلفات توان و هزینه انتقال و توزیع می شوند. از سویی دیگر حضور منابع تولید پراکنده یک نگرانی بزرگ محسوب می شود زیرا فیدر با مسائل زیر مواجه می گردد: 1- افزودن منابع تولید پراکنده به فیدرها به این معناست که جریان نامی و جریان خطا بین فیدر تغذیه کننده و منابع تولید پراکنده تقسیم می شود. از این رو جریان بار و جریان خطای عبوری از تجهیزات حفاظتی جریان زیاد ممکن است کاهش یا افزایش یافته یا ثابت بماند. که این امر خود باعث کاهش قابلیت اطمینان طرح های حفاظت جریان زیاد خواهد شد. 2- از سویی با تغییر ماهیت شعاعی فیدرها بواسطه حضور منابع تولید پراکنده هماهنگی تجهیزات حفاظتی جریان زیاد به هنگام خطای دائمی و گذرا از بین می رود. به عنوان نمونه در یک خطای گذرا ، حفاظت جریان زیاد ممکن است منجر به خروج دائمی شود که در نتیجه با کاهش قابلیت اطمینان فیدر روبرو می شویم. 3- هم چنین طبق مطالعات صورت گرفته با اتصال منابع تولید پراکنده به فیدرهای شعاعی، با سه مسئله مرتبط با فیوز، که شامل فرسودگی فیوز، اثر مخرب ذوب فیوز و عملکرد ناقص فیوز است مواجه می شویم. فرسودگی فیوز هنگامی رخ می دهد که فیوز قبل از عملکرد سریع ریکلوزر در مرحله ذوب قرار می گیرد چنین عملکردی، به نظر نمی رسد که منجر به خروج دائمی فیدر گردد. ذوب مخرب فیوز نیز با ذوب فیوز قبل از عملکرد سریع ریکلوزر رخ می دهد که در نتیجه به خروج دائمی فیدر جانبی منجر می شود. در عملکرد ناقص نیز فیوز نادرست عمل می کند و خط سالم را جدا می کند. که وقوع این موارد ممکن است باعث خروج دائمی و در نتیجه جزیره ای شدن در طول خطای گذرا شود. طی مطالعات صورت گرفته در سال های اخیر روشی مناسب میتنی بر جایگزینی فیوزهای تکفاز با یک ریکلوزر ارائه گردیده است که اغلب مشکلات مذکور مرتفع گردید. به عبارتی عملکرد اشتباه فیوز و نیز ذوب مخرب فیوز به طورکلی حذف می گردد. اما نکته جالب توجه این است که بروز فرسودگی فیوز کاملا برطرف نمی گردید. بدین منظور الگوریتم مناسبی طراحی و پیاده سازی می گردد تا با کمترین میزان تغییر ممکن در سیستم حفاظتی موجود، شبکه توزیع را برای حضور منابع تولید پراکنده ایمن سازد. با توجه به اهمیت حداقل تغییرات به منظور دستیابی به ظرفیت بهینه منبع تولید پراکنده، در پایان مباحثی درخصوص تعیین سطح نفوذ منبع تولید پراکنده با توجه به مسئله فرسودگی فیوز مطرح می گردد. نهایتا راهکارهای پیشنهادی جهت حذف اثر حضور منابع تولید پراکنده بر روی فیدر استاندارد ieee 34 گره مورد آزمایش قرار گرفت تا صحت عملکرد موارد پیشنهادی بررسی گردد.

استفاده از باتری ها در تعداد و اندازه های بزرگ به عنوان یک سیستم ذخیره کننده انرژی و نیروی پیشران تجهیزات مدرن امروزی همچون کشتی ها، زیردریایی ها، لکوموتیوها و خودروهای الکتریکی در حال رواج می باشد. در تجهیزات و مکان هایی که دسترسی به شبکه قدرت امکان پذیر نبوده و یا به صرفه نیست، عموما دیزل ژنراتورها نقش منبع تولید توان را ایفا می کنند. در این صورت برای شارژ یک بانک عظیم باتری، توان تولیدی توسط دیزل ژنراتور به شارژر فرستاده شده و ولتاژ و جریان مناسب برای شارژ بانک باتری ها تولید می شود. با توجه به سایز و ابعاد بزرگ بانک عظیم باتری ها، به شارژرهایی با ابعاد و توان خروجی بسیار بالا نیاز می باشد. ساخت شارژرهای با توان بالا، دارای محدودیت های المان های قدرت، محدودیت های کنترل، مسائل حفاظتی، قابلیت اطمینان، تلفات و عایق بندی مناسب است. همچنین با افزایش توان خروجی شارژر، قیمت، وزن و حجم شارژر نیز افزایش می یابد. از اینرو گاها برای شارژ یک بانک عظیم باتری، آن را به بخش های کوچکتری تقسیم می کنند تا با شارژرهای کوچکتر بتوان آنها را شارژ نمود و نیاز به استفاده از شارژرهای بزرگ را مرتفع کرد. این کار نیز خود سبب ایجاد مشکلاتی همچون طولانی شدن پروسه شارژ خواهد شد. یک راه عملی و ابتکاری برای حل این مشکل، تغییر در عملکرد تنظیم کننده ولتاژ خودکار (avr) دیزل ژنراتور به منظور حذف شارژر است. با کنترل ولتاژ خروجی دیزل ژنراتور توسط avr، می توان شارژر را حذف و به جای آن از یک پل یکسوساز دیودی برای تبدیل ولتاژ ac به dc استفاده نمود. در این پایان نامه، با اضافه کردن یک جزء میکروپروسسوری به avr و تغییر عملکرد در تولید ولتاژ مطابق با منحنی شارژ بجای تنظیم ولتاژ در مقداری ثابت، این امر ابتکاری محقق گردیده است. در این پایان نامه اجزاء یک دیزل ژنراتور، پل یکسوساز دیودی و باتری بطور دقیق برای سیستم شارژ پیشنهادی مدلسازی و شبیه سازی می شوند. شبیه سازی ها و نتایج بدست آمده از انجام این پایان نامه بیانگر عملکرد مطلوب سیستم شارژ پیشنهادی است.

در سال های اخیر ماشین های شار محوری آهن ربای دائم به واسطه شکل تخت، ساختار فشرده و چگالی توان بالایی که دارند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله کاربردهای این ماشین ها می توان استفاده در خودروهای الکتریکی، ژنراتورهای کوچک تا متوسط، کاربردهای حمل و نقل زمینی، زمینه های فضانوردی، صنایع هواپیمایی، صنایع کاغذ سازی، نیروی رانشی کشتی ها و زیر دریایی ها و دیگر محرک های صنعتی را نام برد. شکل نوع دیسکی منحصر بفرد روتور و استاتور این ماشین ها امکان ایجاد طراحی های متنوع را فراهم می سازد. در این پایان نامه ابتدا انواع توپولوژی های ماشین های شار محوری آهن ربای دائم معرفی و بررسی شده اند. در ادامه مطالعه مقایسه بین توپولوژی های مختلف انجام گرفته و سپس توپولوژی مورد نظر جهت کاربرد مورد نیاز انتخاب شده است. ابتدا طراحی اولیه ماشین مورد نظر توسط الگوریتم طراحی اولیه انجام و سپس مدلسازی ماشین به روش تحلیل اجزاء محدود صورت گرفته است و نتایج حاصل از شبیه سازی ارائه شده اند. بهینه سازی ماشین برای به دست آوردن چگالی توان ماکزیمم به ازای نسبت قطر ( ) و چگالی شار فاصله هوایی ( ) انجام گرفته و مقادیر بهینه پارامترها به دست آمده اند. در پایان یک نمونه ماشین کوچک شار محوری آهن ربای دائم ساخته و مورد آزمایش قرار گرفته است.

ایده ی ماشین های شار متقاطع مغناطیس دائم در سال 1986 توسط آقایانweh و may ارائه شد. این ماشین ها به عنوان ماشین هایی با چگالی توان و گشتاور بالا شهرت یافته اند. از جمله کاربردهای این نوع ماشین می توان به کاربردهای گشتاور بالا در سرعت پائین همانند ژنراتور توربین های بادی و موتور وسایل نقلیه الکتریکی اشاره کرد. چگالی توان و گشتاور بالا با تعداد قطب های زیاد و بارگذاری الکتریکی بالا بدست می آیند. جنبه نامطلوب این ماشین ها بالا بودن شار پراکندگی و پائین بودن ضریب قدرت به دلیل تعداد قطب های زیاد، است. متاسفانه مسیرهای سه بعدی خطوط شار، مسیرهای پیچیده شار نشتی و اشباع قابل توجه هسته به مشکلات طراحی این ماشین ها می افزاید. از جمله مزایایی که این ماشین را از ماشین های معمولی متمایز کرده است، می توان به مستقل بودن فازها از یکدیگر، شکل ساده سیم پیچی این ماشین ها و ... اشاره نمود. طراحی و مدل سازی این ماشین ها امری مهم به نظر می رسد. در پژوهش حاضر ابتدا در مورد اصول عملکرد و انواع ساختارهای این نوع از ماشین ها بحث می شود، سپس با انتخاب ساختار قطب چنگالی ، الگوریتم طراحی اولیه برای طراحی ارائه می گردد. بعد از مطرح کردن الگوریتم اولیه، دو نمونه از ماشین های طراحی شده در مراجع به منظور اطمینان از صحت الگوریتم، مجددا طراحی می شوند و نتایج با اطلاعات داده شده در مراجع مقایسه می گردد. بعد از این مرحله ماشین های نمونه با روش اجزا محدود شبیه سازی شده و نتایج آن با الگوریتم مقایسه می گردد. در نهایت ماشین اصلی با الگوریتم ارائه شده طراحی می شود و ابعاد و پارامترهای ماشین با روش سعی و خطا بهینه می گردد. در پایان پژوهش نیز یک نمونه کوچک از ماشین های شار متقاطع مغناطیس دائم با هسته u شکل ساخته شده در آزمایشگاه مطرح می شود.

با توجه به چگالی توان، چگالی گشتاور و بازدهی بالای ماشین tfpm قطب چنگالی، برآورد صحیح از توزیع تلفات این ماشین، تحلیل حرارتی دقیق آن و طراحی سیستم خنک ساز مناسب برای آن از اهمیت بالایی برخوردار است. در پایان نام? پیش رو، یک موتور سنکرون 500 کیلوواتی از نوع tfpm قطب چنگالی به عنوان "مطالع? موردی" انتخاب شده است. این موتور، که با سرعت مکانیکی نامی 300 دور بر دقیقه به گردش درمی آید، از طریق یک بانک باتری با ولتاژ لینک dc 220 ولت تغذیه می شود. با توجه به نواقص موجود در الگوریتم های طراحی استخراج شده از مراجع مورد بررسی، طراحی و بهینه سازی این موتور بر اساس یک الگوریتم طراحی جدید انجام گرفته است. با استفاده از تحلیل اجزاء محدود، توزیع تلفات این موتور در شرایط مدار باز و بار کامل به دست خواهد آمد. تلفات هسته، که بخش اعظم تلفات این موتور را تشکیل می دهد، به کمک روشی بر پای? معادل? معروف اشتینمتز و با استفاده از منحنی های تلفات ماد? سازند? هسته محاسبه می شود. تلفات مسی سیم پیچ استاتور و تلفات آهنرباهای دائم با بکار گیری قانون اهم به دست می آیند. با فرض بدترین حالت محتمل، توزیع دمای موتور در شرایط همرفت طبیعی با استفاده از ترکیب مدار معادل حرارتی و روش اجزاء محدود به دست آمده است. با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه سازی همرفت طبیعی، ژاکت آبی به عنوان سیستم خنک ساز مناسب برای جلوگیری از آسیب دیدگی موتور پیشنهاد می شود. پس از ارائ? یک الگوریتم جامع و کامل برای طراحی ژاکت آبی، طراحی سیستم خنک ساز و محاسبات پمپ مورد نیاز انجام خواهد گرفت.

بالا رفتن بیش از حد دمای موتور به دلایل بسیاری مضر است، از جمله کاهش شار مواد مغناطیس دائم کمیاب با افزایش دما و یا کاهش عمر موتور با افزایش دمای عایق سیم پیچ ها؛ بنابراین در طراحی ماشین های الکتریکی آنالیز حرارتی و همچنین خنک سازی ماشین، جایگاه ویژه-ای دارد. در حالی که در زمینه تحلیل حرارتی ماشین های الکتریکی شار شعاعی تحقیقات وسیعی صورت گرفته، به ماشین های شار محوری خصوصاً ماشین های شار محوری آهنربای دائم توجه کمی شده است. آنالیز حرارتی دقیق ماشین های شار محوری آهنربای دائم در بهینه کردن طراحی بسیار موثر می باشد. در این پایان نامه ابتدا به صورت اجمالی به معرفی ماشین شار محوری آهنربای دائم و انواع توپولوژی های این ماشین پرداخته شده است. سپس بر اساس طراحی انجام گرفته برای یک توپولوژی خاص از این ماشین، تلفات به روش تحلیلی و روش المان محدود محاسبه شده است. بر اساس تلفات و توزیع تلفاتی بدست آمده، با استفاده از دو روش پارامتر فشرده و همچنین روش المان محدود دمای ماشین در حالت دائم و بار کامل محاسبه گردیده و مورد مقایسه قرار گرفته است. در پایان بر اساس دمای بالای ماشین در حالت دائم سیستم خنک ساز مناسب برای ماشین طراحی و دما پس از خنک سازی با روش المان محدود ارائه شده است.

امروزه نوارهای ابررسانای دما بالا به دلیل خواص الکتریکی فوق العاده خود پتانسیل قابل توجهی برای ورود به بازارهای جهانی ماشین های الکتریکی از خود نشان داده اند. با توجه به این نکته که نوارهای ابررسانای بکار رفته در سیم پیچ های ابررسانا مقاومت الکتریکی در مقابل عبور جریان از خود نشان نمی دهند این امکان وجود دارد که با بکارگیری این نوارها در سیم ییچ ها و افزایش آمپردور لازم، بخشی از آهن سنگین تشکیل دهنده ماشین حذف شده و مواد غیرمغناطیسی سبک تر و مستحکم جایگزین آن گردد. در این طرح یک موتور سنکرون صنعتی با بکارگیری تکنولوژی ابررساناها طراحی شده است. بر خلاف موتورهای سنکرون ابررسانای هسته هوایی برای اولین بار در این طرح بخشی از آهن معمول بکار رفته در روتور حذف شده و با ماده غیرمغناطیسی سخت نظیر فایبرگلاس g-10 جایگزین شده است. این طرح جدید "روتور چند پارچه" نامیده شده و با کاهش وزن روتور چرخان قادر خواهد بود با افزایش طول عمر مکانیکی موتور قابلیت اطمینان کاری موتور را نیز افزایش دهد. در ادامه پس از طراحی، موتور مورد آنالیز اجزاء محدود قرار گرفته تا حفظ خاصیت ابررسانایی در موتور تضمین شود. همینطور علاوه بر فرآیند طراحی موتور توسط اجزاء محدود تحلیل شده و تعدادی از پارامترهای دیگر موتور از قبیل اندوکتانس های خودی و متقابل محاسبه و در نهایت هزینه تمام شده و وزن موتور بررسی و تغدیه ابررسانا و ساختار سردکننده پیشنهادی معرفی می شوند. در نهایت انتظار می رود موتور طراحی شده ضمن کاهش وزن موتور و افزایش قابلیت اطمینان، در حال کار عادی با بازدهی بالای 97 درصد عملکرد مناسبی داشته باشد.

استفاده از مغناطیس های دائم در ماشین های الکتریکی، سبب حذف تلفات اهمی بخش تحریک ماشین و به دنبال آن افزایش راندمان می گردد. از سوی دیگر استفاده از pm ها نه تنها ساختار ماشین را ساده و مستحکم می نماید وزن و حجم ماشین را کاهش و در نتیجه نسبت توان (گشتاور) به وزن (حجم) ماشین را افزایش می دهد. به هر حال از آن جهت که مغناطیس های دائم نقش اساسی در ساختار ماشین دارند، کوچکترین تغییر در مشخصه مغناطیسی آنها، احتمال بروز اختلال در عملکرد ماشین را به دنبال خواهد داشت. یکی از پدیده هایی که خواص pm را تغییر می دهد، پدیده مغناطیس زدایی است. این پدیده، وابسته به شدت و ضعف آن، با تغییر دامنه و شکل موج ولتاژ القایی، مشخصه عملکردی ماشین را تغییر خواهد داد. با وجود اهمیت بسیار زیاد این مساله، طراحی ماشین های pm همچنان بدون در نظر گرفتن این پدیده و تاثیرات آن انجام می گیرد. در این پایان نامه، تکنیک طراحی و مدلسازی کلاسیک ماشین های مغناطیس دائم با منظور کردن پدیده مغناطیس زدایی اصلاح و الگوریتم پیشنهادی روی یک موتور مغناطیس دائم شار محوری نمونه پیاده سازی شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهند چنانچه طراحی و مدلسازی بر مبنای روش کلاسیک انجام شود، مشخصه های عملکردی بدست آمده برای ماشین همراه با خطا خواهد بود، به گونه ای که شاید ماشین خواسته های عملکردی مورد انتظار را نتواند به درستی برآورده نماید. علاوه بر این، نتایج این گزارش نشان می دهند زمانی که امکان محدود نمودن جریان آرمیچر وجود ندارد، استفاده از دمپر در ساختار موتور شار محوری در رژیم گذرایی می تواند تا حد قابل توجهی از شدت بروز این پدیده بکاهد. علاوه بر این نشان داده می شود که می توان بجای صرف هزینه و وقت جهت اصلاح ساختار ماشین هایی نظیر موتور مغناطیس دائم شار محوری، از ماشین های pm دیگر با قدرت یکسان و کاربری مشابه که احتمال بروز این پدیده در آنها بسیار کمتر است استفاده کرد. موتور قطب چنگالی بررسی شده در این پایان نامه یکی از انواع ماشین های مغناطیس دائم شار متقاطع با ساختاری مقاوم در برابر مغناطیس زدایی است، که می تواند جایگزین مناسبی برای ماشین های شار محوری باشد.

موتورهای شار متقاطع مغناطیس دائم قطب چنگالی دارای چگالی توان و راندمان بالائی می-باشند اما به دلیل قطب برجسته بودن ممکن است دارای ارتعاشات و نویز بالائی باشند. بنابراین در این پایان نامه ارتعاشات و نویز الکترومغناطیسی یک موتور شار متقاطع مغناطیس دائم قطب چنگالی مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود که منابع اصلی ارتعاشات و نویز الکترومغناطیسی یعنی سطح اشباع، توزیع شار، نیروهای شعاعی و ریپل گشتاور ماشین به شدت وابسته به شکل دندانه ها، کفشک قطب استاتور و متمرکزکننده های شار روتور می باشند. به منظور کاهش منابع الکترومغناطیسی ارتعاشات و نویز ماشین، یک موتور شار متقاطع مغناطیس دائم قطب چنگالی جدید با شکل دندانه های خاص و کفشک های قطب معرفی و روش طراحی فرمولبندی می شود. با استفاده از فرمول های ارائه شده یک موتور نمونه طراحی می گردد. نشان داده می شود که با ایجاد اصلاحات ساختاری در سطح داخلی متمرکزکننده های شار و فاصله هوائی موتور طراحی شده می-توان نیروهای شعاعی و ریپل گشتاور را به طور چشمگیری کاهش داد. عملکرد موتور طراحی شده با انجام تحلیل های الکترومغناطیسی، ساختاری و فرکانسی به روش اجزاء محدود بررسی می گردد و سطح فشار صوت موتور محاسبه می شود. شبیه سازی های انجام شده به روش اجزاء محدود نشان دهنده عملکرد خوب موتور طراحی شده با توجه به سطح اشباع، توزیع شار، نیروهای شعاعی، ریپل گشتاور، ارتعاشات و نویز صوتی می باشد.

در بسیاری از کاربردها از جمله سیستم رانش زیردریایی ها، با توجه به نیاز به توان های مختلف در محدوده وسیع، سرعت متغیر و عملکرد در شرایط خطا، ماشین باید طوری طراحی شود که گشتاور بالا و توان مورد نیاز را با محدودیت هایی مانند اندازه کوچک، وزن کم، قابلیت اطمینان بالا، نگهداری آسان، لرزش و نویز کم و منبع تغذیه با چند ولتاژ، فراهم کند. مطالعه روی ساختارهای بسیار از ماشین ها نشان می دهد که ماشین های مغناطیس دائم چند لایه برای کاربردهای مذکور مناسب می باشد. موتور چند لایه این خاصیت را دارد که در سرعت های مختلف با توجه به میزان توان مورد نیاز با تعداد لایه متناسب با آن توان به کار گرفته شود. این عمل می تواند با سوئیچینگ مناسب لایه ها صورت پذیرد. با این کار موتور در سرعت های مختلف تحت بار کامل خود قرار می گیرد و از آنجایی که هر لایه از موتور در بار نامی خود دارای حداکثر بازده می باشد، باعث افزایش بازده کل سیستم می شود. در میان ماشین های مغناطیس دائم نیز ماشین های شار محوری به دلیل نوع ویژه ساختاری که دارند، برای بهره برداری بصورت چند لایه بسیار مناسب می باشند. به طراحی ساختار چند لایه ای ماشین های مغناطیس دائم در مقالات توجه کافی نشده است. در این پایان نامه به چگونگی انتخاب تعداد لایه های مناسب در هنگام طراحی ماشین های چند لایه در محدوده توان-های بالا پرداخته شده است. همچنین با انجام شبیه سازی هایی، رفتار دینامیکی گذرایی ماشین در شرایط قطع و وصل لایه های مختلف به منبع تغذیه در بارها و سرعت های مختلف، مورد بررسی و ارزیابی قرار خواهد گرفت. در پایان الگویی برای ترکیب لایه های مناسب برای تامین توان مورد نیاز در سرعت های مختلف برای حصول بهره بالا، تلفات انرژی کم و دیگر شاخصه های عملکردی مطلوب ارائه خواهد شد.

از مهمترین مسائل پیشروی طراحان ماشین های الکتریکی، انتخاب پارامترهای اکیداً مستقل الگوریتم طراحی از جمله فرکانس سیستم تغذیه و تعداد جفت قطب های سیستم تحریک می باشد. بدون شک انتخاب اینچنین پارامترهای اکیداً مستقل بر روی عملکرد کمی و کیفی ماشین در شرایط متفاوت اثرگذار است. چه بسا با انتخاب نامناسب این پارامترها، خواسته های طراحی محقق نشود و طراحی با بن بست جدی مواجه گردد. در نتیجه در صورت وجود نتایج حاصل از یک مطالعه وسیع در رابطه با انتخاب فرکانس سیستم تغذیه با عنایت به رفتار شاخصه های دارای اهمیت به خصوص در هنگام تغذیه از سیستم درایو و یا وجود رابطه ای تحلیلی بیانگر نحوه رفتار شاخصه های مهم از جمله راندمان ماشین نسبت به فرکانس تغذیه، طراح می تواند برای انتخاب این پارامترهای مستقل از توصیه ها و روابط استخراج شده، استفاده نماید. از اینرو در این رساله سعی شده است مطالعات وسیعی در راستای شناسایی تاثیر پارامتر اکیداً مستقل فرکانس تغذیه بر روی عملکرد و شاخصه های دارای اهمیت ماشین با ساختار معرفی شده صورت پذیرد. بدین منظور در رساله پیش رو ابتدا ابزارهای مورد نیاز برای انجام چنین مطالعه نسبتاً وسیعی در فصل های دوم تا پنجم معرفی می گردد. این ابزارها شامل استخراج روابط ابعادی ماشین با ساختار مطرح شده، مدلسازی تحلیلی با اتکا به پارامترهای ابعادی، مدلسازی و شبیه سازی به روش اجزاء محدود، مدلسازی دینامیکی گذرایی و طراحی سیستم تغذیه و کنترل ماشین طراحی شده در هر فرکانس طراحی است. ماشین مورد مطالعه در این رساله، ماشین afpm نوع torus-ns می باشد که برای بهره گیری به عنوان بخش محرک سیستم پیشران زیردریایی دیزل الکتریک، طراحی می گردد. از اینرو با توجه به کاربرد مطرح شده، شاخصه های راندمان به لحاظ مدت زمان مانور، چگالی توان به لحاظ حجم و وزن اشغال شده، محدوده زاویه قدرت به لحاظ توانایی در طراحی سیستم های کنترل متنوع و رعایت محدوده پایداری و ریپل گشتاور به لحاظ مسائل مربوط به نویز، لرزش و تلفات از سایر شاخصه ها از اهمیت بیشتری برخوردارند. در این رساله نیز انتخاب فرکانس سیستم تغذیه براساس رفتار این شاخصه ها صورت گرفته و در انتها برای راندمان ماشین بر حسب پارامترهای فرکانس تغذیه، تعداد جفت قطب ها و توان خروجی رابطه ای تحلیلی در راستای تکمیل الگوریتم طراحی ماشین ارائه شده است. در زیردریایی های دیزل الکتریک زمان ماندگاری در زیر آب و قابلیت انجام عملیات آرام در سرعت های مختلف اهمیت ویژه ای دارد. طراحی موتور پیشران با بهره بالا و انتخاب تکنیک مناسب تغذیه سیستم پیشران توسط بانک باتری ها در بارها و یا سرعت های مختلف، دستیابی به اهداف مذکور را میسر می-کند. بدین منظور در این رساله یک ساختار کنترلی ویژه برای درایو یک موتور afpm چند لایه پیشران یک زیردریایی، با قابلیت تغذیه اختیاری لایه های موتور در بارها و سرعت های عملکردی مختلف، معرفی و عملکرد آن مورد مطالعه و بررسی دقیق قرار می گیرد. امکان و نحوه ترکیب لایه های یک موتور چند لایه و تغذیه آنها، با توجه به روش مونتاژ و یا میزان شیفت زاویه بین روتورهای لایه های مختلف انجام می گیرد. الگوریتمی برای سوئیچینگ خودکار لایه ها به منظور دستیابی به بازده بیشینه در سرعت های مختلف و شبیه سازی دینامیکی گذرایی موتور و سیستم تغذیه در محیط نرم افزار matlab، ارائه می شوند و مسائل مربوط به عملکرد گذرایی در هنگام سوئیچ لایه ها و مشخصه های عملکردی موتور در حالت دائمی در سرعت های مختلف مورد ارزیابی قرار می گیرد.

می دانیم که هر واحد نیروگاهی دارای یک موتور کوچک بنام tg است که وظیفه آن جلوگیری از اعوجاج شفت واحد با چرخاندن آن با سرعت آهسته به مدت معلوم می باشد. اکنون فرض کنید که این موتور دچار آسیب شده و بنا به دلایل مهمی از جمله دلیل اقتصادی نتوان یک نمونه مشابه برای واحد مهیا کرد. در نتیجه باید به فکر راهکاری دیگر برای چرخاندن واحد با سرعت آهسته بود. این پایان نامه پس از معرفی این مشکل، سعی بر رفع آن دارد. بدین صورت که ابتدا واحد در محیط نرم افزاری اجزاء محدود شبیه سازی شده و اندوکتانس های عملیاتی ماشین بدست آمده و سپس نتایج بدست آمده معتبرسازی خواهند شد. پس از آن پیشنهاد شده است که وظیفه مهم tg بر عهده مبدل های توان قرار داده شود. بدین منظور در فصل ششم مختصری در مورد دو مبدل توان به نام های اینورترها و سیکلوکانورترها صحبت شده است. در نهایت در فصل هفتم عملکرد موتور در فرکانس ها و ولتاژهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج جالب توجهی بدست آمده است.

ابررسانایی به معنای صفر شدن مقاومت الکتریکی و بروز رفتارهای مغناطیسی ویژه در بعضی مواد است هنگامی که دمای آنها تا کمتر از یک مقدار بحرانی، کاهش یابد. ابررساناها می توانند چگالی جریان نسبتا زیادی بدون تلفات اهمی داشته باشند. ماشین های الکتریکی که با استفاده از سیم پیچ های ابررسانا ساخته می شوند، دارای حجم و وزن کمتر و راندمان بیشتری نسبت به ماشین های الکتریکی معمولی هستند و از این رو برای صنایع حمل و نقل و پیشران های الکتریکی مناسب می باشند. در این رساله برای نخستین بار ساختار جدیدی از یک موتور ابررسانای سنکرون برای پیشران دریایی ارائه می شود. با ارائه یک الگوریتم طراحی جدید، یک نمونه موتور ابررسانای 5/2 مگاوات با سرعت اسمی 220 دور بر دقیقه، با ساختار پیشنهادی، طراحی می شود. مشخصات عملکرد این ماشین در شرایط بی باری و تحت بار با استفاده از روش اجزای محدود مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و دقت الگوریتم طراحی و صحت عملکرد ماشین تایید می شود. همچنین اصول کلی طراحی سیستم سردکننده برای عملکرد پایدار سیم پیچ های ابررسانای ماشین مزبور نیز بیان می شود. سپس مسائل جانبی مرتبط با طراحی ماشین های ابررسانا از قبیل بهینه سازی شکل و بهبود جریان بحرانی سیم پیچ های ابررسانا، امکان حذف هسته مغناطیسی ماشین و تعیین فرکانس بهینه طراحی، مطرح شده و برای ساختار پیشنهادی ماشین ابررسانا، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. نتایج بررسی های اخیر منجر به بهبود بعضی مشخصات ماشین بویژه حجم، وزن و راندمان ماشین می شود. ارزیابی کلی ماشین طراحی شده با ساختار پیشنهادی، نشان می دهد این موتور می تواند یکی از مناسب ترین انتخاب های ممکن برای پیشران های الکتریکی باشد.

در این پایان نامه تأثیر عوامل و پارامترهای ساختاری مهم در فرایند طراحی ماشین های مغناطیس دائم شار متقاطع قطب چنگالی بر روی عملکرد آنها مورد بررسی قرار گرفته است. این عوامل و پارامترها عبارتند از: تعداد فازها، طول و شکل فاصله هوایی، درصد پوشش روتور توسط دندانه های استاتور، نحوه قرار گیری فازها کنار هم، تعداد قطب ها، شکل کفشک قطب استاتور، مستقیم یا مورب بودن قطب های روتور، شکل متمرکز کننده شار روتور و نسبت کمان آهنربای دائم به کمان متمرکزکننده شار روتور. معیار های مورد استفاده برای ارزیابی عملکرد این ماشین ها شامل گشتاور الکترومغناطیسی، گشتاور دندانه ای، تلفات آهن و شاخص های عملکرد دینامیکی گذرایی می شود. برای محاسبه این معیارها، شکل موج ولتاژ داخلی و اندوکتانس سیم پیچ آرمیچر به کمک تحلیل اجزای محدود بدست آمده و شکل موج جریان آرمیچر در شرایط عملکردی مختلف از طریق شبیه سازی دینامیکی گذرایی محاسبه می شود.

در این رساله، ابتدا یک مدل دینامیکی جامع برای سیستم تبدیل انرژی بادی ارائه می شود که قسمت های مکانیکی و الکتریکی را با جزئیات مناسبی شامل می شود. توسط این مدل می توان انواع خطاها از قبیل خطای سنسورها، محرک ها و شبکه قدرت را مورد بررسی قرار داد و اثر آن خطاها را بر سیگنال های مختلف سیستم مشاهده نمود. این در حالی است که مدل هایی که تاکنون ارائه شده اند دارای این ضعف هستند که در آنها نمی توان خطاها را در قسمت های مختلف سیستم مدل سازی و اثر آن ها را در قسمت های مختلف سیستم مشاهده نمود. سپس یک سیستم تشخیص و جداسازی خطا ارائه می شود تا توسط آن، خطاهای به وقوع پیوسته در زمان کوتاه شناسایی شوند، به نحوی که عملکرد صحیح سیستم تضمین و از خسارات شدید اقتصادی جلوگیری شود. این سیستم تشخیص و جداسازی خطا با استفاده از شبکه های عصبی دینامیکی بازگشتی طراحی می شود که توسط آن می توان خطاهای به وقوع پیوسته در سنسور سرعت زاویه ای ژنراتور، سنسورها و محرک های فراز را تشخیص داد. نوآوری های این رساله بدین شرح می باشند که در آنالیز خطاهای سیستم تبدیل انرژی بادی و طراحی سیستم تشخیص و جداسازی خطا برای آن، از یک مدل دینامیکی جامع استفاده می شود؛ همچنین جهت جداسازی خطاهای سیستم فراز با سطح آستانه ثابت، استفاده از میانگین سیگنال مانده پیشنهاد می شود و سپس برای مقاوم سازی طرح، سطح آستانه تطبیقی فازی ارائه می گردد. مقایسه نتایج شبیه سازی برای سطوح آستانه ثابت، تطبیقی و تطبیقی فازی نشان دهنده آن است که استفاده از سطح آستانه تطبیقی فازی موجب کاهش تعداد هشدارهای اشتباه و از دست رفته می شود. در نهایت با استفاده از سیستم تشخیص و جداسازی خطای عصبی-فازی، پیشنهاد می شود که کنترل کننده تحمل پذیر خطای فعال جایگزین کنترل کننده فراز نامی شود. این سیستم کنترل، شامل بلوک های اصلاح سیگنال خطادار و بانکی از کنترل کننده ها می باشد. استفاده از طرح پیشنهادی منجر به دریافت توان بیشتر و افزایش سطح عملکرد سیستم تبدیل انرژی بادی در هنگام بروز خطا در سنسور سرعت زاویه ای ژنراتور می شود. از طرح ارائه شده در این رساله می توان برای شناسایی خطاها در سایر قسمت های سیستم نیز استفاده کرد.

موتورهای هیسترزیس، موتورهای سنکرون خود راه اندازی هستند که بر اساس خصوصیات پسماند مواد مغناطیسی عمل می کنند. بر اساس مراجع چاپ شده در دسترس، هنوز سوالات زیادی در رابطه با این موتورها وجود دارد که به آن ها پاسخ داده نشده است و یا پاسخ ها کامل و همه جانبه نمی باشند. از جمله این سوالات می توان به اثر بارهای جزیی و هارمونیکی بر روی موتور، پایین بودن ضریب توان و بازده اشاره کرد. برای مطالعه مسائل مربوط به موتورهای هیسترزیس و بررسی عملکرد این موتور و دستیابی به مشخصه های آن، نیاز به مدلی مناسب و جامع از موتور وجود دارد. بنابراین این پایان نامه به مدل سازی و بررسی عملکرد دینامیکی گذرایی موتور هیسترزیس می پردازد. مدل ارایه شده در این پایان نامه رفتار موتور را در همه شرایط عملکردی مانند رژیم راه اندازی و شتابگری، عملکرد حالت دائمی و عملکرد دینامیکی گذرایی حاصل از تغییرات بار و تغذیه ورودی به طور قابل قبولی توصیف می نماید. در این پایان نامه معادلات دینامیکی گذرایی و همچنین مدار معادل موتور هیسترزیس استخراج شده و سپس الگوریتم و نحوه به روزرسانی پارامترهای مدار معادل ارائه می شود. با انتخاب موتور هیسترزیس دیسکی مرجع[7] به عنوان موتور موردمطالعه، معادلات دینامیکی گذرایی پیشنهادی در محیط simulink/matlab پیاده سازی شده و نتیجه های حاصل از شبیه سازی با نتیجه های مرجع[7] مقایسه می شود. این مقایسه، تطابق خوب این نتیجه ها را باهم نشان می دهد. درنهایت اثرات مطلوب کاهش ولتاژ ورودی موتور بر روی بهبود ضریب توان، بازده و جریان استاتور موتور هیسترزیس در شرایط بار جزیی و همچنین اثرات نامطلوب بارهای هارمونیکی بر روی عملکرد موتور بررسی خواهد شد. کلمات کلیدی: موتور هیسترزیس، مدل سازی، پارامترهای متغیر، مدار معادل، حلقه هیسترزیس، زاویه تأخیر.

موتورهای پسماند سالیان درازی است که به واسطه خصوصیت های منحصربه فردی مانند خود راه اندازی، اعوجاج کم گشتاور، لرزش و نویز ناچیز، جریان راه اندازی کوچک و ساختار محکم،جایگاه خود را در کاربردهای خاص پیداکرده اند. در عوض این موتور بازده کمی دارد و ضریب توان آن نسبت به موتورهای معمول مثل موتور القایی پایین تر است که باعث شده است صنایعی که به طور گسترده از این موتور استفاده می کنند ناچار به نصب بانک خازنی عظیمی برای جبران ضریب توان پایین موتورهای پسماند شوند. تنها راه حلی که باعث بهبود بخشیدن نقاط ضعف این موتور می شود و در عین حال نیازمند تغییر در ساختار موتور نیست، تحریک اضافی موقت است. تحریک اضافی به این معناست که ولتاژ اعمالی به یک موتور پسماند در سرعت سنکرون به طور پیوسته افزایش می یابد و به مقدار بزرگ تری می رسد، سپس به طور پیوسته به مقدار اولیه برمی گردد. این کار علاوه بر اینکه ضریب توان را افزایش می دهد موجب کاهش جریان ورودی و افزایش بازده نیز می شود. هدف این پایان نامه بررسی پدیده تحریک اضافی موقت و دلایل بهبود رفتار موتور بعد از آن است. در این راستا ابتدا مدل سازی حلقه و موتور پسماند انجام شده است. معیارهای مدلسازی حلقه به گونه ای انتخاب شده اند که بیضیِ معادل بیشترین تطابق ممکن را با حلقه پسماند داشته باشد. تحلیل دقیق موتور پسماند در شرایط کار گوناگون و تغییرات حالت مغناطیسی آن نیز که لازمه پرداختن به بحث تحریک اضافی است انجام شده است. در این پایان نامه الگوریتمی کلی برای پیش بینی عملکرد موتور مطرح می شود که پاسخ گوی تقریباً تمامی حالات ممکن در بحث تحریک اضافی است. استفاده از منحنی های واقعیِ بیشینه چگالی شار (bp)، مساحت حلقه های پسماند (eh)، چگالی شار پسماند (br)، میدان مغناطیس زدا (hc) در این الگوریتم، دقت بالای آن را تضمین می کند. نوع خاص تری از تحریک اضافی موقت معرفی می شود که نشان می دهد کاهش ولتاژ موتور به زیر ولتاژ نامی پس از تحریک اضافی موجب بهینه شدن رفتار موتور می گردد.

موتور سنکرون آهنربای دائمpm نوع تخت به دلیل مزایای برجسته¬ای که دارد، بسیار مورد توجه صنعت قرارگرفته است. از جمله این مزایای می¬توان به بازده بالا، چگالی توان بالا، عدم نیاز به جاروبک و ضریب توان بالا اشاره کرد. دو عیب اصلی این موتور عدم گشتاور راه¬اندازی در فرکانس خط و نوسانات در سرعت سنکرون می باشد. از طرف دیگر، موتورهای پسماند بر عکس موتورهای مغناطیس دائم دارای گشتاور یکنواخت از لحظه راه اندازی تا سنکرونیزم می¬باشند. همچنین، موتور پسماند نقطه سنکرونیزم مشخصی ندارد و این امر باعث بروز نوسانات فرکانس پایین حول سرعت سنکرون می شود. در این پایان¬نامه قصد بر این است تا برای برطرف کردن معایب موتور سنکرون pm نوع تخت از ترکیب آن با موتور پسماند استفاده شود. موتور حاصل، موتور سنکرون پسماند آهنربای دائم (pmhs ) نامیده می شود. ساختار جدید ارائه شده در این پایان¬نامه برای این موتور ترکیبی، معایب ساختارهای پیشین را نداشته و دارای ویژگی¬های برتری نسبت به آن ها می¬باشد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی های موتور سنکرون pm با موتور pmhs صحت روش پیشنهادی و ساختار ارائه شده را تأیید می¬کند.

چکیده: در دنیای صنعتی امروز ماشین های الکتریکی سهم بسیار زیادی در زندگی مردم دارند و به تبع قسمت عمده ای از مصرف انرژی به ماشین ها اختصاص دارد. بدیهی است بررسی هرچه بیشتر این ادوات منجر به افزایش زمینه های رشد و توسعه در قسمت های مختلف صنعت خواهد شد. در این میان ماشین های الکتریکی خطی آهنربای دائم به خاطر خواص جذابی چون راندمان بالا، حجم و وزن پایین، نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر و ... نقش خود را در زندگی مردم روز به روز افزایش می هند. گستره وسیع کاربرد این ماشین ها از ادوات نظامی گرفته تا کاربردهای روباتیک، مهندسی پزشکی، سفینه های فضایی، قطارهای سرعت بالا و لوازم خانگی با حرکت خطی رفت و برگشتی را شامل می شود. لذا در این پایان نامه به بررسی این نوع از ماشین های الکتریکی پرداخته شده است، در ابتدا مروری برکارهای انجام شده در حوزه این ماشین ها آورده شده است، مقالات و پژوهش هایی که هرکدام از منظری خاص این ماشین ها را مورد مطالعه قرار داده اند به تفصیل آورده شده است. در ادامه ساختار این ماشین ها با نحوه کارکردشان به تفصیل آورده شده است، خواص مختلف این ماشین ها به همراه برخی از کاربردهایشان نیز بیان شده است. سپس ساختار این ماشین ها در نرم افزار ماکسول به کمک روش اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است، که نمودار حالات مختلف این بررسی ارائه شده-است. در انتهای پژوهش برخی نتایج گرفته شده ارائه شده است و همچنین پیشنهاداتی برای ارتقای کار در مراحل بعدی داده شده است. امید است این پژوهش بتواند راهگشا و کمک کننده برای طالبان علمی باشد که قصد فعالیت در این حوزه را دارند. کلمات کلیدی:الکترومغناطیس، تحلیل میدان، ماشین های الکتریکی، ماشین های خطی لوله ای.

ترانسفورماتور ها جزء مهمترین اجزای سیستم قدرت می باشد. رفتار مغناطیسی خاص هسته ترانسفورماتور ها به عنوان جزء اصلی آن ها تأثیرات قابل ملاحظه ای بر روی مطالعات یک شبکه قدرت می گذارد، ولی با این وجود مطالعات جامع و درخور اهمیت این موضوع صورت نگرفته است. شاید بتوان علت این کاستی را پیچیده بودن مدلسازی رفتار مغناطیسی مواد فرومغناطیس عنوان کرد. ما در این تحقیق برآنیم که رفتار غیر خطی و چند مقداره یا به عبارتی هیسترزیس هسته ترانسفورماتور را مورد بررسی قرار داده و در معادلات و محاسبات یک شبکه قدرت، این رفتار را در نظر بگیریم. ما در پروژه خود برای مدل کردن رفتار مغناطیسی هسته، از مدل پریساچ استفاده می نماییم. ولی به کارگیری مدل پریساچ برای مدلسازی ترانسفورماتور به علت چند ورودی بودن، وجود محدودیت های زیاد و لزوم رعایت آنها، غیر خطی و چند مقداره بودن مدل، عملیات محاسباتی مختلط از عملیات ریاضیاتی و عملیات هندسی و زمان بر بودن محاسبات مربوط به آن دارای پیچیدگی های زیادی می باشد. مشکلات یاد شده به قدری متعدد می باشد که استفاده از این مدل را در مدلسازی ترانسفورماتور تقریباً غیر ممکن ساخته و تا کنون استفاده مستقیم این مدل در مدلسازی ترانسفورماتور بی سابقه می باشد. ما در این مطالعه با در هم آمیختن معادلات الکتریکی ترانسفورماتور و در سطح بالاتر با معادلات الکتریکی شبکه قدرت و مدل مغناطیسی هسته در شبیه سازی های کامپیوتری یک مدل کامل از ترانسفورماتور و نزدیک به مدل واقعی آن ارائه می نماییم که قادر است اطلاعات لحظه ای ولتاژها، جریان ها، شدت میدان مغناطیس، شار مغناطیس هسته و به اشباع رفتن یا نرفتن هسته را در اختیار ما بگذارد. از طرفی جهت رفع این مشکلات تا حد امکان، الگوریتم هایی نیز پیشنهاد می دهیم که به کمک آن ها مدل بدست آمده علاوه بر توانمندتر بودن نسبت به بقیه مدل ها ، زمان اجرا و حافظه جهت محاسبات کمتری نیاز دارد و در برابر مشکلات عدم همگرایی محاسبات عددی نیز ایمن می باشد. در ادامه به کمک مدل کامل و جامع ترانسفورماتور و دیگر اجزاء شبکه قدرت به بررسی و شبیه سازی پدیده های گذرایی، جریان هجومی و تأثیر مثبت رفتار هسته بر روی هارمونیکزدایی می پردازیم.

پایدارساز سیستم قدرت، pss نقش اساسی در سیستم های قدرت دارد. بنابر این طراحی دقیق آن از اهمیت زیادی برخوردار است و مقالات بسیاری در این رابطه نوشته شده است. روش های طراحی کلاسیک pss مبتنی بر خطی سازی سیستم قدرت و استفاده از تئوری جبران فاز می باشد که امری وقت گیر و غیر دقیق است. در سال های اخیر روش های دیگری در این مساله به کار گرفته شده اند که مبتنی بر بهینه سازی های هوشمند مانند الگوریتم ژنتیک هستند. این روش ها یا تنها یک تابع هدف را برای بهینه سازی در نظر می گیرند و یا مجموع وزن دهی شده توابع هدف را بهینه می نمایند که هر یک مشکلات خاص خود را دارند. در این پایان نامه از بهینه سازی چند هدفه مبتنی بر تئوری بازی به عنوان یک روش جدید و سریع برای طراحی pss استفاده گردیده است. در روش اول زمان استقرار و تغییرات دامنه سرعت و یا زاویه روتور حین خطا به عنوان دو پارامتر مهم جهت ارزیابی عملکرد pss به کار گرفته شده اند و مینیمم سازی آن ها به عنوان دو تابع هدف در نظر گرفته شده است. و در روش دوم که بهتر و کامل تر از اولی است ماکزیمم کردن مینیمم نسبت میرایی و مینیمم میرایی توابع هدف هستند. پارامترهای pss متغیرهای طراحی اند. الگوریتم های spea و nsga دو روشی هستند که مرتبط با تئوری بازی های مشارکتی می باشند و مجموعه ای از جواب های بهینه را تولید می کنند که مجموعه بهینه پرتو نامیده می شوند. این یک فرصت مناسب را برای طراح و کاربر pss فراهم می کند که با توجه به نیازهایش طراحی مورد علاقه اش را انتخاب نماید. روش دیگر nash ga است که تنها یک جواب تولید می کند و مبتنی بر تئوری بازی رقابتی است. روش های پیشنهادی روی دو سیستم آشنا پیاده سازی و آزمایش شده اند: سیستم دو ناحیه ای چهار ماشینه کندور و سیستم تک ماشین متصل به شین بی نهایت. پایدار ساز چند بانده ieee معروف به pss4b و پایدارساز دلتا-امگا جهت طراحی به کار گرفته شده اند. در نهایت خطاهای مختلفی روی سیستم های مذکور با pssهای بهینه اعمال شده و نتایج شبیه سازی با روش های دیگر طراحی مقایسه شده اند که جالب است.