وبلاگ

:

مبدل های ماتریسی، مبدل هایی هستند که قابلیت های بسیار بالایی را دارند و توانایی تبدیل یک ولتاژ با فاز و دامنه و فرکانس معین به یک ولتاژ با فاز و دامنه و فرکانس متفاوت از آن را دارند برتری های این مبدل ها نسبت به مبدل های رایج AC/DC/AC باعث شده تا در سال های اخیر مورد توجه ویژه قرار گیرد. مبدل های رایج AC/DC/AC در باس DC خود دارای یک خازن الکترولیتی بزرگ می باشند که باعث افزایش هزینه و حجم این مبدل ها می باشند. و همچنین استفاده از آنها در دماهای بالا را ممکن نمی سازد. همچنین وجود سلف های بزرگ در هر فاز ورودی که برای سینوسی کردن جریان ورودی به کار می رود باعث افزایش قابل ملاحظه حجم و هزینه می شوند. البته در بعضی مقالات برای حل این مشکل استفاده از خازن های پلی پروپیلن به جای خازن های الکترولیتی توصیه می شود. اما با این حال مشکل

 سلف های بزرگ همچنان باقی است. ساختارهای مبدل های ماتریسی برای اولین بار در سال 1980 معرفی شد. از جمله مزایای مبدل های ماتریسی عدم نیاز به عناصر ذخیره کننده انرژی در ساختار این مبدل ها بود که ساخت آنها را به صورت مدار مجتمع امکان پذیر می سازد. از دیگر مزایای مبدل های ماتریسی می توان به قابلیت تنظیم ضریب قدرت ورودی تا عدد یک، قابلیت انتقال توان در هر دو جهت، شکل موج های با کیفیت بسیار بالا در خروجی و ورودی اشاره کرد. علت اینکه این مبدل ها تا سالهای اخیر در صنعت استفاده نشده بودند مشکل کموتاسیون این مبدل ها بوده است.

فصل اول
کلیات
1-1) هدف
هدف کلی این سمینار تحقیق کردن در مورد ساختارهای مختلف مبدل های ماتریسی و شبیه سازی و مقایسه مزایا و معایب این مبدل ها در مقایسه با مبدل های رایج AC/DC/AC می باشد. همچنین تحلیل و شبیه سازی روش های مختلف کنترل این مبدل ها مدنظر است. این کار با استفاده از نرم افزار مطلب و در محیط سیمولینک انجام شد. در این سمینار ضمن شبیه سازی روش های کنترل مبدل ماتریسی، سعی شده که از لحاظ THD ولتاژ خروجی، قابلیت کنترل ضریب قدرت ورودی و برخی مشخصات دیگر مربوط به این مبدلها، مزایای آنها نشان داده شود.
2-1- پیشینه تحقیق
ساختار مبدل ماتریسی اولین بار توسط Gyugyi و Pelly در 1976 پیشنهاد شد. آنها قاعده کلی سیکلوکنورتر را برای به دست آوردن یک فرکانس خروجی نامحدود توسط کلیدهای دوطرفه، بسط دادند. عیب اصلی ساختار اولیه این بود که جریان ورودی آن نامطلوب بود و همچنین ولتاژ خروجی دارای هارمونیک هایی بود که به راحتی توسط فیلتر از بین نمی رفتند.
این عیب در (4-2) توسط Venturini حل شد. او یک الگوریتم PWM جدید پیشنهاد کرد که جریان های ورودی سینوسی و ولتاژ خروجی با فرکانس نامحدود تولید می کرد. همچنین این الگوریتم، قابلیت کنترل ضریب قدرت ورودی را نیز به دست می داد. اما متاسفانه در این الگوریتم نسبت ولتاژ خروجی به ورودی به 0.5 محدود می شد.
در (5)، MAytum و Colman الگوریتم  Velturini را بسط داده و توانستند نسبت ولتاژ خروجی به ورودی را به 0/866 برسانند.

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.