وبلاگ

با توجه به اینکه موتورهای الکتریکی جایگاه ویژه ای در صنعت برق دارند، بنابراین رقابت زیادی بین انواع مختلف ماشین ها وجود دارد. موتورهای AC سه فاز برای کاربردهای صنعتی مناسب هستند اما در این میان، ماشین های چندفاز (با تعداد فازهای بیشتر از سه) با وجود پیچیدگی زیاد نسبت به موتورهای سه فاز، کاربردهای زیادی دارند. زیرا در جاهایی که مزیت های ویژه مانند: نوسانات گشتاور کم، پایین بودن هارمونیک های جریان لینک DC، کاهش هارمونیک های جریان روتور و قابلیت اطمینان بالا، مدنظر باشد، پیچیدگی زیاد این ماشین را در مقایسه با ماشین سه فاز توجیه می کند. یکی از کاربردهای مناسب برای این ماشین ها، موارد جریان بالا است مانند وسایل نقلیه الکتریکی، نیروی محرکه کشتی یا لوکوموتیو. به طور کلی برای کاربردهای توان بالا از موتورهای چندفاز استفاده می شود. بنابراین ساده سازی و بهینه کردن محرکه این ماشین از اهمیت زیادی برخوردار است. در این میان، ماشین القایی شش فاز یکی از پرکاربرد ترین نوع از ماشین های چندفاز است. که در بسیاری از مقالات و تحقیقات مورد مطالعه قرار گرفته است.
با توجه به قالب بندی سیم پیچی های استاتور، ماشین القایی شش فاز را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

موتور القایی شش فاز متقارن که فاصله مکانی بین دو فاز متوالی استاتور برابر p/3 بوده و با فرض سینوسی بودن توزیع سیم پیچی ها،

 هردو سیم پیچی استاتور و روتور، شش فاز در نظر گرفته می شود. سیم پیچی های استاتور این ماشین معمولاً به صورت ستاره به یک نقطه نول مشترک وصل می شوند.

موتور القایی شش فاز نامتقارن که در واقع شکل خاصی از ماشین شش فاز است دارای دو سیم پیچی سه فاز در استاتور است که به اندازه 30 درجه الکتریکی باهم اختلاف فاز داشته و نقطه نول دو سیم پیچی مجزا از هم می باشد در حالی که روتور این ماشین قفسه ای بوده و همان روتور استفاده شده در ماشین القایی سه فاز می باشد. این ماشین در مقالات متعدد با نام های مختلفی مورد بحث قرار گرفته است که در این پایان نامه با نام ماشین القایی دوبل استاتور معرفی می گردد.
در یک ماشین القایی سه فاز، عملکرد مولفه اصلی شار و هارمونیک های پنجم و هفتم جریان باعث تولید هارمونیک ششم گشتاور می شود. در ماشین القایی دوبل استاتور هارمونیک ششم گشتاور، توسط دو سیم پیچی سه فاز تولید می شود که همدیگر را خنثی می کنند بنابراین فرکانس نوسانات گشتاور از 6 به 12 برابر فرکانس اصلی می رسد. علاوه بر مزایای ماشین های چندفاز که پیش تر اشاره شد، مزیت عمده ماشین القایی دوبل استاتور بیشتر به دلیل مجزا بودن دو سیم پیچی استاتور است چون در حالت رخداد خطا در یکی از سیم پیچی های استاتور، سیم پیچی دیگر می تواند به راحتی به کار خود ادامه دهد که این مزیت موجب افزایش قابلیت اطمینان سیستم می شود. نیاز به دو اینورتر سه فاز و پیچیدگی بیشتر از معایب این سیستم به شمار می رود.
از آنجایی که جریان های نامی کلیدهای قدرت، مستقیماً با تعداد فازها کاهش می یابد، بنابراین افزایش تعداد کلیدهای قدرت هزینه اضافی چندانی تحمیل نمی کند. اما در مقابل، هزینه و پیچیدگی سیستم با افزایش تعداد سنسورهای جریان، مدارهای آتش، مدارهای کمکی و غیره افزایش می یابد، بنابراین کاهش هزینه ماشین چندفاز به وسیله کاهش تعداد سنسورهای جریان بدون تاثیر در عملکرد سیستم یک هدف مهم می باشد. در این پایان نامه سه موضوع کلیدی بررسی می شود: 1) مدل دینامیکی ماشین که به روش کلاسیک و تجزیه به فضای برداری می باشد. 2) چگونگی کاهش تعداد سنسورهای جریان و نحوه انتخاب جریان های فاز و روش های کنترل جریان در کنترل برداری موتور القایی دوبل استاتور. 3) روش مدولاسیون پهنای پالس (PWM) تزریق کننده توالی صفر دوبل که به دلیل سادگی و بهتر بودن نتایج، استفاده شده است. هدف اصلی در این پایان نامه، کاهش تعداد سنسورهای جریان، در کنترل برداری موتور القایی دوبل استاتور است بدون اینکه تاثیر زیادی در عملکرد محرکه ماشین داشته باشد و همچنین چگونگی جبران سازی نامتعادلی در حالت دو سنسور جریان بحث شده است.

:
رشد سریع تكنولوژی و گذار از مخابرات آنالوگ به دیجیتال، ترقی سیستم های رادیویی به نسل سوم و چهار و جانشینی سیستم های سیمی با Wi-Fi و Bluetooth مشتریان را قادر می سازد به گستره عظیمی از اطلاعات از هرجا و هر زمان دسترسی داشته باشند. مخابرات UWB برای اولین بار در دهه 1960 معرفی شده و در سال 2002، FCC رنج فرکانسی 3.1 -10.6 GHz را برای کاربردهای UWB معرفی و توان انتقال آن را به 41.3- dBm محدود کرد، بدین معنا که سیستم های UWB روی فراهم کردن: توان کم، قیمت کم و عملکرد باند وسیع در مساحت کوتاه تمرکز کردند. در مقایسه با کاربردهای باند باریک طراحی المان ها در سیستم های UWB بسیار متفاوت و مشکل است.
یکی از بلوک های مهم در گیرنده های UWB میکسرها هستند که برای تبادل اطلاعات بین تعداد زیادی کانال مشابه UWB نقش کلیدی دارند. اهمیت عملکرد میکسر به عنوان یک مبدل فرکانس، در تامین فرکانس های کاری مناسب با پایداری و نویز مطلوب است. میکسر می بایستی: 1) بهره تبدیل بالا، که اثرات نویز در طبقات بعدی را کاهش دهد، 2) عدد نویز کوچک، که LNA را از داشتن یک بهره بالا راحت کند و 3) خطی بودن بالا، که رنج دینامیک گیرنده را بهبود بخشد و سطوح اینترمدولاسیون را کاهش دهد. هر کارایی بایستی توسط مصالحه در طراحی میکسر به دست آید. میکسر سلول گیلبرت با برخی تغییرات در ساختار آن نتایج قابل قبولی برای کاربرد در سیستم های UWB به دست می دهد.

دستیابی همزمان به بهره تبدیل و خطی بودن بالا که افزایش یکی باعث کاهش دیگری می گردد یکی از چالش های طراحی میکسر می باشد،

 در کارهایی که تاکنون انجام شده تمرکز روی دستیابی یکی از این دو بوده به طوری که یا میکسری غیرفعال با خطی بودن قابل قبول و یا میکسری فعال با خطی بودن کم ارائه شده است. تطبیق امپدانس در کل رنج فرکانسی 7 گیگاهرتزی و همچنین عدد نویز پایین از دیگر پارامترهای مهم طراحی میکسر می باشد.

اهداف پایان نامه
در این پایان نامه با بررسی میكسرهای فراپهن باند و مقایسه ی آن ها از نظر ساختار، بهره ی مدار،عدد نویز، تطبیق در ورودی و خروجی و خطی بودن، ساختار مناسب برای یك میكسر فرا پهن باند پیشنهاد شده و از لحاظ كاركرد در سیستم های UWB بررسی گشته است.
بر خلاف كارهایی كه تا كنون در این زمینه صورت گرفته كه بر بهبود یكی از پارامترهای بهره تبدیل یا خطی بودن میكسر تاكید شده، در اینجا سعی شده است تا ضمن دستیابی به هر دو این پارامترها در اندازه های قابل قبول برای گیرنده ها، كل پهنای باند سیستم های UWB پوشش داده شود.
بر این اساس در فصل اول سیستم های فراپهن باند بطور كامل معرفی و بررسی می گردد ، در فصل دوم به بررسی انواع میكسر، نحوه ی عملكرد و كاربرد آن ها پرداخته شده ، در فصل سوم ساختار میكسرهای توزیع شده، مشخصات و تكنی كهای بهبود كارایی آن ها و در فصل چهارم اعوجاج و نویز در میكسر بررسی گردیده اند. در فصل پنجم ساختار میكسر فراپهن باند طراحی شده به طور مفصل شرح داده شده است. در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات و فصل هفتم نیز منابع و مأخذ مورد استفاده به تفكیك درج شده اند.

در سال های اخیر توجه به مدارهای مایکروویو برای سیستم های مخابراتی افزایش یافته است و مدارهای فعال و غیرفعال مایکروویوی برای سیستم های مخابرات بیسیم به شدت پیشرفت نموده است. تقویت کننده های مایکروویو یکی از حساس ترین مدارهای فعالی است که در کاربرد سیستم ها استفاده می شود.
طراحی تقویت کننده های مایکروویو با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدان در مدارهای مجتمع مایکروویوی یا مدارهای مجتمع مایکروویوی یکپارچه، در تمام زیر سیستم های ساخته شده برای کاربردهای بیسیم مایکروویو به طور وسیع استفاده می شود. مشخصات تقویت کننده ها به کاربرد آنها وابسته است و طراحی تقویت کننده ها با توجه به کاربرد آنها متفاوت می باشد. مثلاً یک فرستنده مخابراتی بیسیم به یک تقویت کننده رادیویی با توان خروجی زیاد نیاز دارد اما، یک گیرنده مایکروویو به تقویت کننده ای با بهره بالا نیازمند است که سیگنال دریافتی را بدون افزودن هیچ گونه نویزی تقویت نماید. مشخصات گیرنده های مایکروویو بسیار به کاربرد آنها وابسته است. مثلا ممکن است گیرنده های مخابراتی فقط به یک باند باریک اما، قابل تنظیم نیاز داشته باشند در حالی که، گیرنده های رادارهای تجاری به یک فرکانس ثابت با پهنای متوسط (متناسب با معکوس پهنای پالس) نیازمندند. به هرحال سیستم های جنگ الکترونیک و مخابرات نوری به پهنای باند زیادی نیاز دارند. پهنای باند زیاد در سیستم های جنگ الکترونیک برای اصلاح فرکانس های غیر قطعی منتشر شده و در سیستم های مخابرات فیبر نوری برای افزایش نرخ انتقال دیتا استفاده می شود.
فلسفه طراحی تقویت کننده های پهن باند، به دست آوردن بهره ای هموار در سرتاسر باند فرکانسی تعیین شده می باشد.
مشکلاتی که ممکن است در طراحی این نوع تقویت کننده ها با آنها مواجه شویم، عبارتند از:

– تغییرات IS21I و IS12I با فرکانس. به عنوان مثال، IS21I با فرکانس به نرخ 6 دسیبل بر اکتاو کاهش می یابد و IS12I با فرکانسی با همین نرخ، افزایش می یابد.

– پارامترهای پراکندگی S11 و S22 نیز، به فرکانس وابسته می باشند و تغییرات ایجاد شده در آنها در طیف گسترده ای از فرکانس ها حائز اهمیت می باشد.
– در برخی از دامنه های فرکانسی تقویت کننده پهن باند، می توان شاهد افت عدد نویز و VSWR بود.
اساساً تقویت کننده های توان پهن باند در مقایسه با تقویت کننده های توان باند باریک دارای توان راندمان افزوده کمتری تقریباً بین 8 تا 19 درصد هستند زیرا، طراحی تقویت کننده با هدف ماکزیمم کردن توان خروجی بر روی یک باند چند اکتاوی بازده را تحت تاثیر قرار می دهد.
رایج ترین و بهترین روش های مداری که برای طراحی تقویت کننده های پهن باند در تکنولوژی هایبرید و یکپارچه استفاده می شود عبارتند از:
– مدار تطبیق راکتیو
– مدار توزیعی موج متحرک
– مدار فیدبک
– مدار تطبیق تلفاتی.
این روش ها در فصل اول بررسی خواهند شد.
در طراحی مدارهای تطبیق راکتیو در روشی موسوم به تطبیق جبران سازی شده، مقدار قابل قبول تغییرات بهره در طول باند را مشخص می کنند و آنگاه مدارهای تطبیق ورودی و خروجی را طوری طراحی می کنند که تغییرات بهره در طول باند از مقدار تعیین شده تجاوز نکند. اگر مدار ورودی و خروجی به طور کامل در طول باند تطبیق شوند، تغییرات بهره در طول باند صفر خواهد بود اما، برای تقویت کننده های پهن باند چنین تطبیقی تقریباً غیرممکن است. دستیابی به تقویت کننده ای با پهنای باند مناسب و تغییرات کم بهره در طول باند طراحی، با تعیین مقدار مناسب المان های مدار تطبیق امکان پذیر است اما، تعیین مقدار مناسب المان ها کاری دشوار و زمانبر می باشد. بنابراین، ارائه روشی به منظور تعیین مقدار مناسب المان ها برای کاهش تغییرات بهره در طول باند طراحی با سرعتی بالا امری ضروری به نظر می رسد. هدف پایان نامه حاضر ارائه روشی جدید برای طراحی تقویت کننده های پهن باند است که علاوه بر کاهش تغییرات بهره در طول باند طراحی، سرعت طراحی را نیز افزایش می دهد.