تعداد وسایل الکترونیک قدرت روز به روز در حال افزایش است. مبدل های الکترونیک قدرت برای تبدیل ولتاژ ac به ولتاژ dc با سطح مورد نظر، و با جریان ورودی با کیفیت مطلوب، برای بارهای مختلف می توانند استفاده شوند. این پایان نامه در مورد یکسوکننده تک مرحله ای تک فاز هارمونیک پایین بر پایه مبدل boost می باشد. این مبدل ها به علت داشتن تنها یک سوئیچ اکتیو می توانند به عنوان راه حل های ارزان قیمت برای بهبود کیفیت توان در نظر گرفته شوند. از آنجایی که هدف اصلی این پروژه، بهینه کردن عملکرد این یکسوکننده ها می باشد، یک روش جدید در طراحی کنترلر بهینه برای این گونه یکسوکننده ها ارائه می شود. طراحی این کنترلر به منظور فراهم کردن همزمان پاسخ دینامیکی مطلوب و کیفیت جریان ورودی مناسب، بر پایه روش spea از روش های بهینه سازی چند هدفه می باشد. این روش بر پایه روش های تکاملی بهینه پرتو که خود در تئوری بازی ها مطرح می شوند، استوار است. پاسخ دینامیکی و راه اندازی ولتاژ خروجی و thd جریان ورودی به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند، در حالی که ضرایب جبران کننده در روش کنترلی جریان غیر مستقیم یکسوکننده pfc به عنوان پارامتر های طراحی می باشند. برنامه بهینه سازی یک مجموعه از ضرایب بهینه و نتایج مربوطه به آن ها را تحت عنوان سطح بهینه پرتو در اختیار طراح قرار می دهد. سطح بهینه پرتو برای یکسوکننده pfc در این پایان نامه ارائه شده است، و طراح با استفاده از آن و با توجه به ویژگی هایی که از یکسوکننده pfc برای استفاده مورد نظر خود انتظار دارد، می تواند هر یک از نقاط این مجموعه را انتخاب کند. برای بررسی این مسئله بهینه سازی، پاسخ دینامیکی به تغییرات در ولتاژ ورودی، بار و ولتاژ مرجع در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ارائه شده توسط برنامه simulink صحت ضرایب بهینه پرتو را ثابت کرده و نشان می دهد که طراحی به روش معمول توسط بعضی از نقاط بهینه پرتو مغلوب می شود. یک مدل آزمایشگاهی یکسوکننده pfc با توان 300 وات برای بیان کارایی این روش جدید ساخته شد. طراحی کنترلر این یکسوکننده در مد ccm و با روش جریان غیر مستقیم صورت گرفت. همچنین کنترلر دیجیتال برای ساخت یکسوکننده به وسیله ezdsp f2812 اعمال شد. نتایج سطح بهینه پرتو برای بهینه سازی همزمان thd جریان ورودی با پاسخ دینامیکی به تغییر پله در بار توسط این مدل آزمایشگاهی بدست آمده و مقایسه آن ها با نتایج شبیه سازی بیان کننده تفاوت ناچیز بین آن ها می باشد.

در سال های اخیر مبدل ماتریسی به دلیل مزایای فراوانش مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند. از جمله این مزایا می توان به قابلیت تنظیم ضریب توان ورودی واحد، قابلیت انتقال توان در هر دو جهت و شکل موج های با کیفیت بسیار بالا در ورودی و خروجی اشاره کرد و نیز به دلیل عدم وجود المان های ذخیره کننده انرژی مانند خازن باس dc در مبدل های ماتریسی، امکان ساخت آنها به صورت یک مدار فشرده و کوچک وجود دارد ولی با این حال به دلیل مشکلاتی از قبیل کموتاسیون پیچیده و مدارات حفاظت پیچیده در برابر اضافه ولتاژ، استفاده از مبدل های ماتریسی مستقیم در صنعت تا سال های اخیر به تعویق افتاده است. از سوی دیگر با توجه به قابلیت احیای انرژی بوسیله مبدل ماتریسی، این امکان وجود دارد که بیشتر انرژی جنبشی بار به سمت منبع برگردانده شود که در این حالت تلفات تنها ناشی از سوئیچ‎ها و فیلتر ورودی می باشد که در نتیجه استفاده از این مبدل را در درایو موتورهای القایی با راندمان بالا محقق می بخشد. برخلاف مبدل ماتریسی سه فاز به سه فاز و مبدل ماتریسی سه فاز به تک فاز در مورد مبدل ماتریسی سه فاز به دو فاز کارهای کمتری انجام شده است به طوری که در این پروژه تمامی حالاتی را که می توان با مبدل ماتریسی، ولتاژ دو فاز تولید کرد، طراحی شده است که این حالات به صورت ماتریسی سه فاز به دو متداول (مستقیم) و غیر مستقیم می باشند. هر کدام از این مبدل ها نیز به دو حالت سه پایه و دوپایه طراحی شده و روش های سوئیچینگ هر یک به طور جداگانه نیز آورده شده است. به دلیل تلفات سوئیچینگ در مبدل های بالا، مدلی با سوئیچ های کاهش یافته به منظور کاهش تلفات سوئیچینگ نیز آورده شده است به طوری که این مبدل در سمت یکسوکنندگی (سمت خط) فقط از سه عدد سوئیچ استفاده شده است. در محیط سیمیولینک matlab نیز یک ماشین القایی دو فاز شبیه سازی شده و از مبدل های ماتریسی طراحی شده جهت کنترل سرعت این موتور القایی استفاده شده است.

یکسوکننده تک فاز یکی از پرکاربردترین تجهیزات مورد استفاده در مدارات الکترونیک قدرت بوده و به همین دلیل طراحی بهینه آن مورد توجه محققان می باشد. ساده ترین و مرسوم ترین روش تهیه انرژی الکتریکی بصورت dc، استفاده از یکسوکننده های دیودی و تریستوری می باشند. با وجود اینکه یکسوکننده دیودی و تریستوری دارای ولتاژ ثابت در خروجی اند ولی به دلیل دارا بودن جریان ورودی سینوسی با thd بالا و ضریب قدرت پایین کاربرد این نوع یکسوکننده محدود می باشد. امروزه با ظهور نیمه هادیهای قدرت سریع از قبیل igbt از یک طرف، و ظهور پردازشگرهای دیجیتال سریع (dsp) از طرف دیگر، به کارگیری روشهای pwm جهت بهبود عملکرد مبدل های قدرت را بیش از پیش امکان پذیر ساخته است. استفاده از یکسوکننده های pwm علاوه برتنظیم مقدار جریان و ولتاژ با سرعت گذرای، با حذف هارمونیک های پایین در امر فیلتر کردن سهولت بوجود آورده و به تبع اندازه فیلتر را به طور چشم گیری پایین می آورد و علاوه از این ضریب قدرت مناسبی را نیز ارائه می نماید. در این پایان نامه با استفاده از یک یکسوکننده pwm تک فاز ولتاژ dc ای با ریپل پایین همراه با جریان ورودی با thd پایین و ضریب قدرت واحد تولید شده است به طوری که به دلیل پایین بودن پهنای باند و سرعت این یکسوکننده از روشی جهت بهبود این مشکل استفاده شده است. در ادامه نیز به دلیل اینکه توابع هدف مد نظر در تضاد با یکدیگر بوده و به عبارتی بهبود یکی باعث خراب شدن دیگری می گردد از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شده است به طوری که با استفاده از این روش بهینه سازی، مقادیر بهینه جهت پارامترها بدست آمده است. جهت شبیه-سازی این مبدل و بهینه سازی پارامترهای آن نیز از نرم افزار matlab استفاده شده و نتایج بدست آمده بیانگر بهبود عملکرد این یکسوکننده می باشد. در انتهای این پایان نامه نیز این یکسوکننده pwm تک فاز با استفاده از یک پردازشگر dsp به نام tms320f2812 ساخته شده و نتایج بدست آمده از ساخت نیز در پایان آورده شده 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.

قابلیت اطمینان شبکه های توزیع انرژی الکتریکی یکی از موارد اساسی است که توجه بسیاری از شرکت های فعال در بخش توزیع را به خود جلب کرده است. سیستم های اتوماسیون توزیع ( das) و واحد های تولید پراکنده (dg ) در شبکه های توزیع جهت بهبود شاخص های قایلیت اطمینان سیستم اهمیت زیادی یافته اند. پایان نامه حاضر متشکل از دو پروژه تحقیقاتی می باشد. پروژه اول به جایابی بهینه کلید های دستی و اتوماتیک در سیستم های اتوماسیون توزیع ( das) فاقد واحد های تولید پراکنده ( dg)، می-پردازد. تعداد کلید های دستی و اتوماتیک نیز در این پروژه به عنوان متغیر های مسئله در نظر گرفته شده اند. تابع هدف در این پروژه افزایش صرفه جویی اقتصادی ضمن کاهش مجموع هزینه وقفه مشترکین (cic ) و هزینه خرید و نگهداری کلید ها (spmc ) می باشد. در این پروژه روابطی دقیق جهت برآورد شاخص cic، با در نظر گرفتن کلیه حالات خطا در شاخه های مختلف و نرخ خطای متفاوت برای هر شاخه، و همچنین نرخ بارگذاری ساعتی، روزانه و ماهیانه متفاوت، ارائه شده است. همچنین از یک روش دقیق نردبانی جهت تعیین باس بارهای از دست رفته، کلیدهایی که بایدسویچ کنند و زمان وقوع خطا در هر حالت، استفاده شده است. برای بهینه سازی مسئله از الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینه سازی استفاده شده است. کارآیی روش پیشنهادی از طریق انجام آزمایش روی شبکه استاندارد 123 باس بار ieee، نشان داده شده است. پروژه ی دوم یک روش اصلاح شده الگوریتم ترکیبی جهش قورباغه (sfla ) را برای جایابی همزمان کلید های خط و همچنین واحد های dg، در سیستم های das ارائه می کند. در این پروژه همچنین تعداد کلید ها و اندازه واحد های dg متغیر در نظر گرفته شده اند. در روش پیشنهادی از ترکیب فازی چندین تابع هدف به عنوان تابع هدف کلی مسئله استفاده شده است. همچنین یک تابع عضویت فازی برای هر تابع هدف در نظر گرفته شده است. اولین تابع هدف بهبود قابلیت اطمینان سیستم ضمن مینیمم کردن شاخص cic می باشد. تابع هدف دوم کاهش شاخص spmc می باشد. توابع هدف سوم و چهارم کاهش تلفات توان اکتیو و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه می باشد. این پروژه همچنین یک روش جدید جهت محاسبه شاخص های cic و spmc در حضور واحد های dg ارائه می کند. همچنین از یک شبکه توزیع حلقوی kv 11 دارای 95 باس بار جهت شبیه سازی مسئله استفاده شده است. نتایج حاصل بهبود قابل ملاحظه ای را در پارامتر های قابلیت اطمینان سیستم، کاهش تلفات توان اکتیو و همچنین کاهش قابل توجه انحراف ولتاژ با اعمال روش پیشنهادی به شبکه مورد مطالعه را نشان می دهد. در پایان جهت بررسی کارآیی روش در مقایسه با سایر الگوریتم ها، الگوریتم ژنتیک (ga ) نیز به مسئله اعمال شده است و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج این مقایسه از روند همگرایی بهتر و سریعتر sfla اصلاح شده نسبت به ga خبر می دهد.

در این پایان نامه با ارائه یک مدل کامل ریاضی از ربات اسکارا به همراه محرکه های الکتریکی و راه انداز محرکه ها استراتژی کنترل مدولاسیون پهنای پالس (pwm) بازوی ماهر اسکارا معرفی می گردد. روش کنترلی استفاده شده یک روش کنترل فازی خطی است که موقعیت ربات را در فضای فازی و خطی در یک محیط غیر ساختاری با وجود عدم قطعیت کنترل می کند. این روش از توانایی روش کنترل فازی برای عدم قطعیت و کنترل رفتار غیر خطی بهره مند است و پس از کنترل خطا و اطمینان از کوچک بودن آن، سیستم کنترل خطی برای حذف خطای حالت ماندگار بکار می رود. در کنترل موقعیت، کنترل ربات با روش مفصل مستقل انجام می شود و کلیه عوامل نامعین و متغیر که از طریق اتصالات و ارتباطات روی این مفصل اثر می گذارند به صورت اغتشاش منظور می شوند. کنترل موقعیت ربات در حالات تعقیب مسیر مرجع و حرکت نقطه به نقطه بررسی میشود . نتایج شبیه سازی موضوعی روی ربات اسکارا g1? - 654s با موتورهای مغناطیس دائم نشان می دهند که این سیستم از هر دو ویژگی تعقیب و دفع آشوب بر خوردار است و خطای حالت ماندگار را به انداز ه قابل قبولی کاهش می دهد . در صورت بروز هر گونه آشوب که موجب افزایش خطا و خروج از محدوده تعریف شده باشد سیستم به طور خودکار، توسط کنترل فازی به وضعیت مطلوب برگردانده می شود.

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.

در سال های اخیر استفاده از درایو چندسطحی ماجولار به دلیل مزایای آن گسترش روزافزونی پیدا کرده است و به دلیل آنکه از این نوع درایو در صنایع سنگین و توان بالا استفاده می گردد و قابلیت اطمینان این صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است، لذا عملکرد موتور و سیستم درایو آن بدون هیچ گونه وقفه ای مطلوب است. بنابراین تشخیص و رفع خطا در اینورترهای چندسطحی امری ضروری به نظر می رسد. تا کنون روش های متعددی ازجمله استفاده از تبدیل ویولت، تبدیل پارک و تبدیل فوریه به همراه روش های کلاس بندی همچون شبکه عصبی و یا svm جهت تشخیص خطا به کار رفته اند. با استفاده از تحلیل هیستوگرام می توان با پیچیدگی محاسباتی بسیار کمتر و زمان کوتاه تر ویژگی های شکل موج خروجی را استخراج و سپس طی الگوریتمی عملکرد موتور را به حالت متعادل برگرداند. شبیه سازی مدار قدرت اینورتر چندسطحی در محیط نرم افزار psim و شبیه سازی بخش مدولاسیون و نیز تشخیص خطا در محیط simulink/matlab انجام گرفته و بین این دو محیط توسط simcoupler ارتباط برقرار گشته است. در بخش مدولاسیون روش جدیدی پیشنهاد و شبیه سازی شده است و سپس شکل موج های بدست آمده از ولتاژ فاز خروجی وارد سیستم تشخیص خطا شده اند. سپس بردار هیستوگرام این شکل موج ها استخراج شده و پس از آن مشخصه های بدست آمده به شبکه عصبی داده می شود و کلاس بندی خطا انجام می پذیرد. در صورت وجود خطا با توجه به نوع و محل آن عملیات تجدید ساختار به منظور تصحیح عملکرد انجام می گیرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که دقت در تشخیص خطا و کلاس بندی با استفاده از این روش بهبود یافته و زمان کوتاه تری مورد نیاز می باشد و نیز این روش در شرایط نویزی عملکرد مناسبی دارد. کلمات کلیدی: اینورترچندسطحی، مدولاسیون عرض پالس، تشخیص خطا، تحلیل هیستوگرام، شبکه-عصبی

افزایش میزان هارمونیک ها که به دلیل کاربرد روزافزون ابزارهای الکترونیک قدرت می باشد یکی از مسائل مهم کیفیت توان در سیستم های قدرت در سال های اخیر بوده است. هارمونیک ها اثرات زیانبار زیادی بر تجهیزات شبکه و عملکرد بارهای حساس دارند. در نتیجه منابع تولید هارمونیک و عوامل افزایش میزان هارمونیکها در شبکه بایستی شناسایی شوند. بایستی در نظر داشت که بانک های خازنی می توانند سهم زیادی در افزایش میزان هارمونیک ها در یک مرتبه خاص به دلیل وقوع رزونانس داشته باشند. روش های شناسایی منابع هارمونیک به دو گروه کلی تک نقطه که بر مبنای اندازه گیری های صورت گرفته در یک نقطه از سیستم هستند و چندنقطه که بر مبنای اندازه گیری ها در چندین نقطه به صورت سنکرون هستند تقسیم می شوند. روش های چندنقطه نیاز به سیستم اندازه گیری پیچیده و گران قیمت دارند. در روش های تک نقطه نیز منبع غالب هارمونیک تنها از بین دو طرف نقطه اندازه گیری یک طرف به عنوان تولیدکننده و طرف دیگر به عنوان مصرف کننده تعیین می شود. در این پایان نامه با استفاده از بسط یک روش تک نقطه، روشی برای محاسبه مشارکت های هارمونیکی در یک سیستم چند تولیدکننده- چند مصرف کننده به جای مورد یک تولیدکننده- یک مصرف کننده که در روش های مرسوم تک نقطه وجود دارد ارائه شده است. با استفاده از این روش می توان سهم هر شاخه متصل به یک فیدر سیستم توزیع را در میزان هارمونیک های ولتاژ و جریان آن در هر مرتبه خاص تعیین نمود. در روش بیان شده امپدانسهای معادل نورتن و تونن شاخه های متصل به فیدر بایستی معلوم باشند. برای این که بتوان سهم احتمالی بانک های خازنی را نیز در میزان هارمونیک ها در نظر گرفت بایستی برای هر شاخه امپدانس مرجع تعیین نمود و از آن بجای امپدانس معادل واقعی شاخه ها استفاده کرد. در روش پیشنهاد شده امپدانس مرجع نورتن و تونن برای هر شاخه معرفی شده است که محاسبه آن تنها به داده های مولفه اصلی بارها و سایر المان های موجود در شاخه که معمولاً در دسترس هستند نیاز دارد. در نتیجه استفاده از امپدانس های مرجع پیشنهاد شده علاوه بر تعیین مشارکت های هارمونیکی منابع هارمونیک می توان تأثیر بانک های خازنی را نیز در میزان هارمونیک های فیدر تعیین کرد. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار digslent بروی سیستم 13 باسه ieee انجام شده اند. نتایج نشان می دهند که شاخه های حاوی منابع هارمونیک و نیز شاخه هایی که به دلیل وجود بانک خازنی در میزان هارمونیک های فیدر موثرند با استفاده از روش بیان شده به درستی شناسایی شده اند.

در سال های اخیر، با زیاد شدن بار های غیر خطی در شبکه قدرت، بحث کیفیت توان هم برای مصرف کننده و هم برای تولید کننده از اهمیت خاصی برخوردار شد. یکی از مهم ترین پدیده های کیفیت توان، فلیکر است. هسته اصلی تحلیل وبررسی فلیکر، دنبال سازی پوش ولتاژ است. در این پایان نامه، چهار روش بر پایه تبدیل d-q برای دنبال سازی همه مولفه های فلیکری موجود در پوش ارائه شده است. روش های پیشنهادی قادر به دنبال سازی بیش از یک مولفه فلیکری در پوش ولتاژ می باشند. شناسایی منابع فلیکر یک بخش مهم در مسائل جبران سازی است. مساله وجود چندین منبع فلیکر به طور هم زمان با استفاده از شبکه عصبی تا کنون بررسی نشده است. در این پایان نامه سه روش مختلف برای شناسایی چندین منبع فلیکر در یک سیستم قدرت پیشنهاد داده شده است.

در سالهای اخیر استفاده از موتور‏های سنکرون مغناطیس دائم بسیار رواج پیدا کرده است. این موتور‏ها ارزان‏ترند، وزن و حجم کمتری دارند، عمر طولانی‏تری دارند و استهلاکشان کمتراست. برای کنترل گشتاور این موتور‏ها عمدتا از دو روش برداری و کنترل مستقیم استفاده می‏شود که اخیرا روش کنترل مستقیم گشتاور به دلیل سادگی مدار و طراحی و همچنین پاسخ سریع گشتاور بسیار مورد توجه صنعت قرار گرفته است. از طرفی برای اینکه در کنترل مستقیم گشتاور علاوه بر گشتاور بر روی سرعت موتور نیز کنترلی وجود داشته باشد، حلقه‏ی کنترل سرعت نیز به این طرح اضافه شده است. اضافه شدن حلقه‏ی کنترل سرعت باعث شده که یکی از مهم‏ترین مزایای طرح کنترل مستقیم گشتاور، از بین برود. این مزیت عدم نیاز این طرح به حسگرهای سرعت و موقعیت روتور است. این حسگرها از آن رو مشکل ساز اند که استحکام محرکه‏ را کاهش میدهند و باعث لختی، افزایش وزن و افزایش قیمت محرکه‏ می‏شوند. لذا پیشنهاد شده که برای داشتن اطلاعات سرعت موتور، به جای سنسور مکانیکی از تخمین‏گر‏ها استفاده شود. در این پایان نامه ابتدا به معرفی موتور سنکرون مغناطیس دائم بدون جاربک می‏پردازیم و مدل موتور در دستگاه‏های مختصات شرح داده می‏شود. سپس طرح کنترل مستقیم گشتاور برای این موتور معرفی شده و جزئیات آن برای این موتور بسط داده می‏شود. برخی از تکنیک‏های رایج تخمین مثل تخمینگر حلقه باز سرعت با استفاده از شاردور استاتور و همچنین تخمین گر‏های حلقه بسته مثل روش مدل مرجع-تطبیقی، مشاهده گر مد لغزشی و تخمینگر بر پایه فیلتر کالمن توسعه یافته معرفی می‏شود. سپس تخمین گر پیشنهادی بر پایه‏ی شبکه عصبی پیشنهاد شده که یک تخمین‏گر بهینه است. از آن نظر که به مدل موتور نیازی نداشته و نسبت به تغییر پارامتر‏ها تا حد زیادی استوار است. سه مورد از تخمینگر های معرفی شده برای کنترل مستقیم گشتاور موتور شبیه سازی شده، نهایتا کاربرد این تکنیک‏ها با هم مقایسه خواهد شد.

راهکارهای مختلفی در بهبود عملکرد موتورهای bldc مطرح شده است از جمله می توان به بهینه سازی در روشهای کنترلی و افزایش تعداد فاز استاتور این موتورها را نام برد. موتورهای bldc با تعداد فاز بالاتر گزینه ا ی است که در صنایع نظامی به عنوان نیروی پیشران در شناورهای زیرسطحی بسیار مورد توجه است. موتورهای bldc چند فاز مزایای زیادی نسبت به موتور های bldc مرسوم، سه فاز دارا هستند؛ در این گونه از موتورهای bldc ،ریپل گشتاور و سرعت بهبود می یابد، جریان هر فاز کاهش می یابد و قابلیت اطمینان در کارکرد بدون وقفه در کنار چگالی توان در هر فاز افزایش می یابد. در این پایان نامه، طراحی وشبیه سازی درایو موتور bldc دوازده فاز، بدون انتقال روابط میان پارامترهای موتور به دستگاه های مرجع شناخته شده شکل گرفته و شاخصه های عملکردی این موتور با بهره گیری از روش کنترل مستقیم سرعت به روش کنترل جریان و با استفاده از منطق فازی ، استخراج شده و با موتور مشابه bldc سه فاز مقایسه شده است. از جمله نتایج حاصله از این مقایسه می توان به کاهش ریپل سرعت و گشتاور ، کاهش جریان موتور درهر فاز و افزایش محدوده کاری موتور در زمان وقوع خطای فاز در موتور bldc دوازده فاز در قیاس با موتورbldc سه فاز را نام برد.

در چند سال اخیر نیاز به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر انرژی خورشیدی، پیل های سوختی و انرژی بادی افزایش یافته است. از این میان پیل های سوختی به دلیل عدم آلودگی، بازدهی بالا و مستقل بودن از شرایط آب و هوایی، منابع انرژی بسیار مفیدی هستند. روش مرسوم برای کنترل این پیل ها استفاده از یک مبدلdc/dc می باشد.در کاربردهای سه فاز مانند درایو موتورهای ac، یک اینورتر هم باید در مسیر مبدل dc/dc قرار گیرد تا بتواند توان سه فاز به موتور تحویل بدهد. استفاده از دو مبدل در کنارهم، سبب کاهش بازدهی و هزینه بالا می شود. در سال 2003 مبدلی مطرح شد که این مشکلات را بهبود می بخشید. این مبدل به دلیل شبکه ی امپدانسی که بکار می برد، z-source نامیده شد. ساختار این مبدل بگونه ای است که می تواند هر دو عمل افزایش ولتاژ و اینورتری را با هم انجام دهد. هدف این پایان نامه درایو موتور bldcسه فاز توسط اینورتر z-source تغذیه شده توسط پیل سوختی می باشد. ابتدا پیل های سوختی،اینورترهای z-source و موتورهای بدون جاروبک مغناطیس دائم معرفی و بررسی می شوند. سپس مشخصه های مختلف پیل سوختی بدست آمده و پیل سوختی، اینورتر z-sourceو سیستم کنترلی موتور pmsm در محیط سیمولینک شبیه سازی شده است. کنترل موتور با استفاده از اینورتر معمولی و اینورتر z-source در حالتی که تغذیه پیل سوختی باشد، شبیه سازی و مقایسه شده است.شبیه سازی ها نشان می دهند که استفاده از اینورتر z-source سبب ایجاد ریپل گشتاور کمتر نسبت به اینورتر معمولی می شود.

با افزایش بارهای غیرخطی در شبکه، سطوح هارمونیکی در سیستم قدرت افزایش پیدا کرده است. منابع اصلی هارمونیک های سیستم قدرت شامل ادوات الکترونیک قدرت، عملکردهای سوئیچ زنی و بارهای غیرخطی دیگر می باشد. کاربرد این ادوات در سیستم های قدرت باعث اعوجاج جریان های موجود در شبکه می شود حتی در جاهایی که با منابع ولتاژ سینوسی تغذیه می شوند. جریان های اعوجاج یافته با جاری شدن در شبکه سبب اعوجاج ولتاژ باس ها می شوند و بنابراین کیفیت توان در سیستم های توزیع با خطر روبرو می شود. چندین روش برای حل این مشکل وجود دارد که از میان آنها فیلترهای پسیو به عنوان اقتصادی ترین و کارسازترین روش ها برای جبران هارمونیک ها استفاده می شود. این گزارش روشی را در طرح ریزی فیلترهای پسیو با استفاده از الگوریتم گراف بیان می کند. الگوریتم پیشنهادی با جستجو در گراف هایی که برای شبکه تعریف می شود حالت بهینه را می یابد. در این روش به منظور تسریع در همگرایی از چهار نوع حرکت برای جستجوی فضای مسئله استفاده شده است. هدف از طراحی فیلتر برای شبکه مینیمم کردن هزینه ، تلفات شبکه، اعوجاج هارمونیکی کل ولتاژ و بهبود پروفایل ولتاژ می باشد. روش پیشنهادی بر روی سیستم تست 30 باسه ieee با بارهای هارمونیکی که به صورت منابع جریان در نظر گرفته شده اند اعمال می شود. نتایجی که از این روش بدست می آید نشان از کارایی و قابلیت الگوریتم در طراحی فیلتر پسیو دارد.

در این پروژه یک سیستم ترکیبی از منابع فتوولتایی و باتری پیشنهاد شده است.به منظور مدیریت و کنترل منابع و اتصال آنهابه بار تغدیه شوندهاز سیستم، از مبدل الکترونیک قدرت استفاده شده است. باتوجه به وجود چند درگاه ورودی و خروجی، سیستم پیشنهادی یک سیستم چند ورودی/خروجی و مبدل بکار رفته، یک مبدل چند ورودی/خروجی نامیده می شود. از مهمترین اهداف کنترلی برای سیستم مورد بررسی، ردیابی نقطه حداکثر توان سلول، تعیین مد شارژ و دشارژ باتری و کنترل ولتاژ باس تغذیه بار در مقدار ثابت خواهد بود. برای دستیابی به نقطه حداکثر توان از روش p&o استفاده شده است. همچنین جهت تعیین مد شارژ و دشارژ باتری نیز روشی پیشنهادی ارائه و مزایای آن بیان شده است. جهت رسیدن به ولتاژ ثابت و پایدار در شرایط مختلف،مبدل مورد استفاده در دو حالت ccmو dcm طراحی شده است. سپس با توجه به توابع تبدیل سیستم، کنترل های مختلفی برای رسیدن به ولتاژ ثابت پیاده سازی شده است. شبیه سازی، کنترل و مدیریتساختار سیستم پیشنهادی در محیط نرم افزاری matlab/simulink انجام شده است.

امروزه صنایع زیادی از جمله ذوب فلزات، سخت کاری، نرم کاری و.... به منابع تولید گرما وابسته اند. بازدهی پایین، سرعت عملکرد کم و آلودگی حاصل از سوخت های فسیلی این صنایع را هر چه بیشتر به سمت استفاده از انرژی الکتریکی به عنوان منبع تولید گرما سوق داده است. انرژی الکتریکی هر چند مقرون به صرفه ترین منبع تولید گرما نیست اما به عنوان منبعی با دسترس پذیری آسان، قابلیت کنترل دقیق، سرعت عملکرد بالا و پاکیزگی، بسیاری از ویژگی های مطلوب را به عنوان منبعی برای تولید گرما دارا است. در فرایند تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی علاوه بر کنترل انرژی می توان بر فرایند گرم شدن نیز کنترل داشت. به عنوان مثال یکی از روشهای گرمای الکتریکی که کنترل دقیقی بر فرایند گرما دارد القا می باشد. همین امر لازمه تحقیق و بررسی بیشتر بر فرایند گرمای القایی را آشکار می کند. گرمکن های القایی انرژی الکتریکی را بدون نیاز به تماس فیزیکی در جسم تبدیل به انرژی گرمایی می کنند. این گرمکن های امروزه علاوه بر ذوب فلزات در کارگاه ها، می توانند به عنوان گرمکن یا به عبارت دیگر اجاق در آشپزخانه ها و دستگاه های استریل در بیمارستان ها بکار گرفته شوند. در این پایان نامه اجزاء سازنده یک گرمکن القایی طراحی شده است. همچنین برخی از این اجزاء تا حد امکان بهینه سازی شده اند. بعلاوه روشی کاملاً آنالوک به منظور کنترل خروجی سیستم پیشنهاد شده است. در توان های پایین با بکارگیری روش کنترل پیشنهادی ضمن حفظ بازده هزینه پیاده سازی کنترلر کاهش خواهد یافت.

این پایان نامه به معرفی، مدل سازی و کنترل اینورترهای سه فاز چهار شاخه جهت تغذیه بارهای نامتعادل می پردازد و دو روش جدید در کنترل این مبدل ارائه می دهد. روش اول مبتنی بر مجزاسازی و کنترل سیستم با استفاده از فیدبک حالت و روش دوم برپایه مجزاسازی و کنترل به کمک فیدبک ولتاژی مجزاکننده می باشد. در هر یک از روش های پیشنهادی مدلسازی و طراحی روش کنترل به طور کامل صورت گرفته و بحث هایی نظیر پاسخ به اغتشاش و پایداری تا حد امکان بیان شده است. روش های پیشنهادی به علت عملکرد در دستگاه abc و نیز سادگی ساختار، در پیاده سازی پیچیدگی های روش های قبلی را نداشته و دارای پاسخ قابل قبولی در حالات بار نامتعادل می باشند. نتایج شبیه سازی ها، توانایی روش های بکار گرفته شده را در کاهش خطای ردگیری ولتاژ مرجع خروجی نشان می دهد که ارزیابی مقیاس های متعارف در بررسی سیستم های نامتعادل اعم از اعوجاج کلی هارمونیکی، ضریب عدم تعادل و خطای حالت دائم بر این ادعا صحه می گذارد. به منظور بررسی یکی از روش های کنترل پیشنهادی در شرایط کار عملی، یک نمونه آزمایشگاهی اینورتر سه فاز چهار شاخه به همراه کلیه ی ملزومات آن شامل فیلتر خروجی، بردهای واسط الکترونیک، واحد پردازنده و ... طراحی و ساخته شده است. نتایج حاصل از ساخت نمونه ساخته شده اینورتر و مقایسه ی آن با شبیه سازی های صورت گرفته، صحت و کارایی روش بکار گرفته شده را اثبات می کند.

امروزه، منابع تولید پراکنده به منظور تولید توان های اکتیو و راکتیو جهت تزریق به شبکه و تأمین بار محلّی در نقطهpccمورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این، با کنترل مناسب توان راکتیو تزریقی به شبکه می توان پروفایلولتاژ و پارامترهای کیفیت توان را نیز بهبود بخشید. از این رو،منابع تولید پراکنده اغلب مشکلات سیستم های توزیع را حل کرده و نیاز به استفاده از جبرانسازهای توان راکتیورا نیز مرتفع می سازند.یکی از منابع پرکاربرد در این راستا، توربین های بادی می باشند. از طرفی، این منابع جهت اتّصال به شبکه به مبدلهای الکترونیک قدرت نیاز دارند. بنابراین، در این مطالعه، استفاده از روشهای کنترلی مختلف بر روی مبدلهای الکترونیک قدرت مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم مورد بررسی در این پایان نامه از یک توربین بادی به همراه یک ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم تشکیل شده که ازطریق مبدلback to back (b2b) به شبکه ای ضعیف متصل است.در این سیستم، با استفاده از کنترل کننده های صحیح برای مبدّل ها، ولتاژ لینک dcتثبیت گردیده و حداکثر توان اکتیو از توربین بادی به شبکه تحویل داده خواهد شد. همچنین، با کنترل مناسب روند کلیدزنی مبدّل سمت شبکه، توان راکتیو تولیدی سیستم نیز به منظور بهبود ولتاژ شبکه مخصوصاً در مواقع رخداد خطا یا اضافه بار کنترل می شود. به منظور دستیابی به اهداف فوق، ابتدا انرژی تولیدی با استفاده از یک یکسو کننده شش پالسه قابل کنترل از ac به dc تبدیل شده و به لینک dc تزریق می شود. سپس،جریان تزریقی به لینک dc توسط یک اینورتر از نوع منبع ولتاژی به جریانacهم فرکانس با شبکه تبدیل گردیده و به آن تحویل داده خواهد شد. کنترل روند کلیدزنی هر دو مبدّل موجود در این سیستم، با استفاده روش pwmانجام می پذیرد. در انتها، شبیه-سازی در محیط نرم افزار متلب/سیمولینک انجام گردیده و نتایج آن مورد بررسی قرار می گیرد.

برای راه اندازی موتورهای مغناطیس دائم سینکرون در نقطه کار مناسب شامل گشتاور، توان و سرعت مورد نیاز، از اینورتر و مدولاسیون پهنای باند استفاده می شود. در حالت معمول، درایو موتور با استفاده از فرکانس کلیدزنی ثابت انجام می شود. این کار باعث ایجاد هارمونیک هایی با فرکانس کلیدزنی و مضارب آن در طیف فرکانسی ولتاژ و جریان می شود که این هارمونیک ها توسط موتور به نویز سوت مانند تبدیل خواهد شد. برای بالا نگه داشتن بازده در اکثر مبدل ها برای راه اندازی موتور، فرکانس کلیدزنی را کمتر از khz 10 قرار می دهند. در این فرکانس گوش انسان دارای حساسیت بالایی می-باشد بنابراین نویز سوت مانند منتشر شده از موتور برای انسان مشکل زا خواهد بود. علاوه بر آن تجمع توان نویز در مضارب فرکانس کلیدزنی باعث تداخل الکترومغناطیسی نیز می شود. در چند دهه اخیر، تکنیک های rpwm برای حل این مشکلات ارائه شده اند. این روش ها با تغییر فرکانس کلیدزنی به صورت تصادفی، طیف فرکانسی ولتاژ خروجی را یکنواخت می کند به عبارت دیگر در روش های rpwm تمام فرکانس ها تحریک می شوند و اندازه اجزاء فرکانسی تقریبا دارای اندازه یکسانی می باشند. تکنیک های rpwm مشکل نویز سوت مانند و تداخل الکترومغناطیسی را تاحدی حل کرده اند اما طیف ولتاژ یکنواخت ممکن است باعث تحریک فرکانس های تشدید موتور و افزایش نویز صوتی و لرزش آن شود. در این پایان نامه یک روش برای انتخاب پریود کلیدزنی ارائه می شود که در آن با توجه به سیکل کاری و ساختار مبدل الکترونیک قدرت، پریود کلیدزنی طوری انتخاب می شود که در طیف فرکانسی موج rpwm یک فرکانس انتخابی حذف و از تحریک فرکانس تشدید موتور جلوگیری شود که این امر باعث کاهش نویز صوتی خواهد شد. روش پیشنهادی قابل پیاده سازی در اکثر مبدل های الکترونیک قدرتی که با استفاده از مفهوم مدولاسیون پهنای باند کار می کنند، را دارا می باشد. در ادامه نحوه اعمال آن به اینورترهای سه-فاز بر پایه spwm، svpwm و کنترل مستقیم گشتاور برای راه اندازی موتور مغناطیس دائم ارائه خواهد شد.

امروزه با گسترش شبکه های هوشمند و بحث تنظیم دقیق و هوشمند ولتاژ در این شبکه ها، استفاده از ترانسفورماتورهای هوشمند با تپ چنجرهای مناسب را ضروری می سازد. مسلما در این ترانسفورماتورها قادر به استفاده از تپ چنجرهای مکانیکی مرسوم نیستیم. به دلیل مشکلات تپ چنجرهای مکانیکی از جمله کندی ذاتی، دقت پایین و داشتن هزینه نگه داری و تعمییرات بالای آنها، از اینرو تپ چنجر های مبتنی بر کلید های قدرت پیشنهاد می شود، که البته کنترل این کلیدها نیاز به طراحی یک کنترلر سریع ،دقیق و هوشمند دارد.بنابراین در این پایان نامه طراحی یک تپ چنجر پایه igbt و چگونگی کنترل آن مورد بررسی قرار می گیرد. ابتدا یک ترانسفورماتور توزیع که به صورت سه سیم پیچه سیم بندی شده انتخاب می شود، سپس برای تغییر تپ آن از یک برشگر ac استفاده می شود، عناصر کلیدی یک تپ چنجر پایه igbt همراه با فیلتر به تفصیل معرفی ، طراحی و محاسبه می شوند، سپس براساس مقادیر این عناصر از طریق روش مدل میانگین یک کنترلر مناسب، دقیق و سریع طراحی و در سیستم به کار برده می شود. شبیه سازی های انجام شده تنظیم دقیق و سریع ولتاژ خروجی وعملکرد خوب تپ چنجر با توجه به تغییرات بار و ولتاژ ورودی شبکه را نشان می دهد.

امروزه مسائل کیفیت توان، از جمله فلیکر، از دغدغه¬های عمده¬ی شرکت¬های برق و مصرف کنندگان می¬باشد. مهم¬ترین گام در راستای کاهش اثر فلیکر و انجام امور اصلاحی تشخیص محل اتصال منابع فلیکر به خصوص در شبکه¬های غیرشعاعی است. در این پایان¬نامه روش¬هایی برای تشخیص محل اتصال منبع فلیکر، تفکیک سهم منابع فلیکر در نوسان دامنه هر کدام از باس¬ها و پیش¬بینی نوسان دامنه ناایستان ارائه می¬شود. برای وضعیتی که منابع فلیکر با فرکانس¬های متفاوتی نوسان می¬کنند، روشی بر اساس طراحی فیلتر همبسته جهت تفکیک تُن¬های فلیکری در ولتاژ هر باس پیشنهاد شده است. در این روش با توجه به اندازه دامنه تُن¬ها، محل اتصال هر کدام از منابع تشخیص داده می¬شود. برای وضعیتی که منابع فلیکر به صورت هم فرکانس نوسان می¬کنند، دو روش اساسی در پیش گرفته می¬شود. در روش اول که از داده¬های آموزشی استفاده می¬شود از دو ابزار خوشه¬بندی میانگین k و ضریب همبستگی آماری استفاده می¬شود. در روش دوم یا روش تحلیلی با در نظر گرفتن منابع فلیکر به عنوان متغیرها و جریان¬ها و ولتاژها به عنوان توابع چند متغیره پس از تشکیل ماتریس ژاکوبین ملاکی برای تشخیص تک نقطه¬ای منابع فلیکر ارائه می¬شود. همچنین پس از تحلیل تئوریک علت غالب شدن یک منبع فلیکر، از گراف جهت¬دار برای نمایش نحوه انتشار فلیکر در شبکه و تشخیص محل منبع فلیکر غالب استفاده می¬شود. برای شرایطی که نوسان دامنه به صورت ناایستان باشد، با در نظر گرفتن سیگنال پوش گسسته به عنوان سری زمانی، شاخصی برای شدت نوسان معرفی می¬شود. همچنین پوش ناایستان توسط روش¬های سری زمانی و مدل¬های خاکستری اصلاح شده پیش¬بینی می¬گردد. شبیه¬سازی¬های انجام شده توانایی روش¬های پیشنهادی برای اهداف مورد نظر را نشان می¬دهند.

افزایش تعداد بارهای غیرخطی و وجود اینورترها در نزدیکی مصرف کننده¬ها، میزان هارمونیکهای ولتاژ و جریان را بشدت افزایش داده و کیفیت توان را مورد مخاطره قرار می¬دهد. عدم توجه به هارمونیک¬ها باعث افزایش تلفات موتور و ترانسفورماتورها و آسیب به ایزولاسیون آنها و ایجاد خطا در تجهیزات اندازه¬گیری و کاهش طول عمر مفید تجهیزات الکتریکی می¬شود. برای بهبود وضعیت هارمونیکی و واقع شدن در محدوده مجاز تعیین شده از سوی مراجع معتبر همانند استاندارد ieee std 519-1992 از راهکارهایی بهره گرفته می¬شود که استفاده از فیلترهای پسیو از آن جمله می¬باشد. در این پایان نامه سعی در ارائه¬ی مدلی از فیلترهای پسیو با توجه به تحقیقات انجام شده و مروری بر کارهای انجام گرفته در رابطه با بهینه¬سازی عملکرد فیلترهای پسیو شده است و پس از آن اقدام به طراحی بهینه المان¬های یک فیلتر rlc با استفاده از الگوریتم ژنتیک و ارائه¬ی یک فیلتر بهینه از نظر قیمتی و ابعاد و تلفات و قدرت کاهش هارمونیک¬ها گرفته شده است به شکلی که با انتخاب پارامترهایی مناسب، عملکرد سیستم هرچه بیشتر در محدوده¬ی کنترل ما قرار گرفته و رفتار آن قابل پیش¬بینی باشد و پس از آن سعی در معرفی یک ساختار جدید برای سرکوب کردن هر چه بیشتر هارمونیک¬ها و کاهش thd شده است. ساختاری که بدون افزایش غیر¬منطقی اندازه و دقت المان¬ها که موجب افزایش قیمت آنها می¬گردد، موجب حذف هرچه بیشتر هارمونیک¬ها در حوزه¬ی فرکانس¬های نزدیک فرکانس کاری می¬گردد و عملکرد دقیق¬تری برای سیستم به همراه دارد.

دستیابی به مزایایی همچون قابلیت کنترل بهتر توان انتقالی، افزایش توان و کوچک سازی تجهیزات الکترونیک قدرت، بدون توسعه روش های مدیریت حرارتی شامل طراحی اجزاء داخلی و سیستم خنک ساز مناسب امکان پذیر نمی باشد. در این پایا ن نامه، شبیه سازی سه بعدی انتقال حرارت از یک نمونه تجهیز الکترونیک قدرت و سیستم خنک ساز آن پیاده سازی می شود. تجهیز یک اینورتر سه فاز توان بالا ساخت شرکت سمیکرن می باشد. عامل محدود کننده طراحی سیستم انتقال حرارت، بالا بودن دمای ماکزیمم تراشه های igbt می باشند. تلفات توان تراشه های igbt و دیود موجود در اینورتر با شبیه سازی در نرم افزار متلب و اطلاعات فنی ارائه شده از طرف شرکت سازنده به دقت محاسبه می شود. دمای عملکردی مطلوب igbt ها بایستی زیر ͦc 125 باشد. یکی از اهداف اصلی، کاهش دمای ماکزیمم تجهیز با طراحی دقیق چیدمان منابع حرارتی می باشد. دو نوع سیستم خنک ساز هوا و مایع پیاده سازی می شوند. سیستم خنک ساز هوا یک هیت سینک دارای پره مستقیم مستطیلی با مقطع عرضی یکنواخت است که از طریق همرفت هوا خنک می شود. پارامترهای هندسی مورد بررسی تعداد، ارتفاع و ضخامت پره ها و نیز ضخامت پایه هیت سینک می باشند. در فرایند طراحی صفحات سرد سایز کانال، طراحی مسیر عبوری سیال، دما و سرعت سیال با در نظر گرفتن شرایط دمای عملکردی تجهیز و ضریب انتقال حرارت همرفت بررسی می شوند. مدل حرارتی اینورتر و سیستم خنک ساز آن در نرم افزار کامسول بر اساس روش اجزاء محدود پیاده سازی می شود. صحت مدل سازی حرارتی و توان اتلافی محاسبه شده، توسط نرم افزار تجاری شرکت سازنده، سمیسل، تأیید می گردند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که طراحی دقیق چیدمان باعث کاهش چشمگیر دمای ماکزیمم تراشه ها می شود. همچنین با طراحی مناسب ابعاد هندسی هیت سینک می توان بدون تغییر حجم مواد مصرفی نسبت به هیت سینک اولیه در ضریب انتقال حرارت یکسان، بازده را به طور محسوسی افزایش داد.

امروزه استفاده از سیستم های انتقال انرژی الکتریکی به صورت مستمر در حال افزایش است. به علت به هم پیوسته شدن سیستم های قدرت و اهمیت مسائلی چون افزایش قابلیت اطمینان سیستم در کنار استفاده بهینه از ظرفیت های موجود خطوط انتقال، به کارگیری ادوات facts به یکی از راه حل های قابل توجه و بسیار کارآمد تبدیل شده است. این ادوات بدون استفاده از عناصر بزرگ ذخیره کننده انرژی و از طریق عناصر و روش های الکترونیک قدرت، قادر به کنترل بهینه ولتاژ و تأمین توان راکتیو مورد نیاز سیستم انتقال می باشند. با به کارگیری این ادوات، ظرفیت خطوط انتقال از حدود پایداری دینامیکی بیشتر شده و به حدود پایداری حرارتی نزدیک می شود. در نتیجه، نیاز به افزایش خطوط و منابع جدید کاهش می یابد. یکی از مهم ترین و پیچیده ترین اعضاء ادوات facts، کنترل کننده یکپارچه توان (upfc) می باشد که در ساختار معمول خود، از دو مبدل ولتاژ و یک خازن تقریباً بزرگ تشکیل شده است. در این تحقیق، از مبدل ماتریسی با دو پل به جای مبدل های ولتاژ و خازن استفاده گردید که باعث حذف خازن و در نتیجه کاهش حجم و هزینه upfc می شود. مبدل های ماتریسی با دو پل که در سال های اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند، دارای مزایای متعددی هستند که می توان به نبود خازن در ساختار آن، قابلیت انتقال توان در هر دو جهت، سینوسی بودن شکل موج های ورودی و خروجی و نزدیک بودن ضریب توان ورودی به 1 اشاره نمود. در این تحقیق، برای تحلیل upfc با مبدل ماتریسی، یک مدل پیشنهاد شد و روش کنترل برای آن، برای کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو با و بدون بار در سیستم قدرت تشریح گردید. سپس برای نشان دادن دقت مدل، نمودارهای کنترل توان حاصل از شبیه سازی و روابط مدل، ترسیم شدند که مشاهده شد از تطابق بسیار خوبی نسبت به هم برخوردارند. در ادامه برای هر دو حالت وجود و عدم وجود بار در سیستم قدرت، upfc با مبدل ماتریسی به خط انتقال متصل شده و شبیه سازی شد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهد که این مدل، به خوبی قادر به توصیف upfc متصل به خط انتقال بوده و با دقت بالایی این کار را انجام می دهد به طوری که اختلاف مقادیر توان های کنترل شده با مقادیر مرجع آنها برای باس های فرستنده و گیرنده ناچیز است.

در این پایان نامه برای یک سیستم قدرت تک ماشین متصل به باس بینهایت که در آن upfc نصب شده باشد مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور از مدل فضای حالت خطی شده سیستم قدرت و upfc استفاده شده است. به عبارت دیگر مدل ادغام شده سیستم قدرت و upfc در این کار مورد استفاده قرار گرفته است. هدف این تحقیق طراحی و شبیه سازی کنترل کننده هایی برای ورودی های upfc است که در پی وقوع اغتشاش در سیستم قدرت با اعمال تغییر مناسب در عملکرد upfc نوسانات فرکانس پایین را میرا کنند. برای این منظور کنترل کننده های pid و فازی برای هر کدام از ورودی های upfc طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده برتری عملکرد کنترل کننده های فازی در میرای نوسانات فرکانس پایین است. همچنین پس از بهینه کردن کنترل کننده های فازی طراحی شده توسط روش خوشه بندی c-میانگین فازی، در پی اغتشاشات یکسان نوسانات به میزان زیادی کاهش پیدا کرده اند.

تکنولوژی انتقال انرژی القایی به صورت بدون تماس مستقیم، هم اکنون جایگزین بسیاری از سیستم هایی که در آنها انرژی مغناطیسی از یک منبع توان به یک بار الکتریکی منتقل می شود، شده است. با استفاده از تکنولوژی انتقال انرژی به صورت بدون تماس مستقیم، می توان کابل های انتقال انرژی را حذف کرده و بنابراین دیگر مشکلاتی مثل قطع شدن کابل، پوسیدگی و گسستگی در اتصالات الکتریکی، وجود مقاومت الکتریکی در محل اتصالات و ... وجود نخواهد داشت. ساختار کلی از این تکنولوژی انتقال انرژی که تقریبا در همه کاربردها استفاده می شود، شامل یک ترانسفورماتور فرکانس بالا با هسته ای غیر یکپارچه می باشد که فاصله هوایی بین دو بخش اولیه و ثانویه هسته نسبتاً زیاد بوده و انتقال انرژی از طریق القای الکترومغناطیسی صورت می گیرد. در این سیستم، عوامل متعددی در تعیین رفتار سیستم نقش دارند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد : ابعاد قسمت اولیه و ثانویه سیستم، وجود هسته فریت در سمت اولیه و ثانویه و طول فاصله هوایی. توان الکتریکی قابل انتقال و همچنین بازده مجموعه های مغناطیسی با فاصله هوایی بزرگ را می توان با استفاده از فرکانس های انتقال بالا، در محدوده تقریباً khz100، به طور قابل ملاحظه ای بهبود بخشید. در این رساله یک سیستم انتقال انرژی بدون تماس مستقیم با استفاده از مبدل ماتریسی، شبیه سازی و ساخته شده است. در این سیستم، ولتاژ ورودی برق شهر با فرکانس hz50 به یک مبدل ماتریسی سه فاز به تکفاز داده شده و در خروجی مبدل ماتریسی، پالس هایی با فرکانس khz100 بوجود خواهد آمد. این پالس های فرکانس بالا سپس به سیم پیچ اولیه سیستم مغناطیسی بدون تماس مستقیم داده شده و پس از عبور از فاصله هوایی دو میلی متری در سمت ثانویه، با استفاده از یک فیلتر پایین گذر، هارمونیک های فرکانس بالای ولتاژ خروجی سیستم مغناطیسی حذف شده و نهایتاً ولتاژ سینوسی با فرکانس hz50 بدست می آید. سایر سیستم های انتقال انرژی بدون تماس مستقیم بیان شده در مقالات، دارای ولتاژ dc در خروجی می باشند و در جاهایی که نیاز به ولتاژ ac در خروجی باشد، لازم است از یک مرحله اینورتر در خروجی سیستم استفاده شود که باعث پیچیدگی سیستم خواهد شد. اما در سیستم پیشنهادی، خروجی به صورت ac می باشد و قابل کاربرد در جاهایی که نیاز به منبع تغذیه ac می باشد، است. همچنین در صورت نیاز به ولتاژ dc می توان با استفاده از یک مرحله یکسوکننده پل، ولتاژ مورد نظر را بدست آورد. در نهایت کلیه شبیه سازی های انجام شده با استفاده از نرم افزار matlab/simulink با مطالب تئوری بیان شده و نتایج بدست آمده در عمل، مقایسه شده و هماهنگی این مطالب با یکدیگر کاملاً مشخص می باشد.