طراحی مبدل های dc-dc جهت تولید پالس ولتاژ بالا :پایان نامه ارشد برق قدرت
پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق قدرت و با عنوان طراحی مبدل های dc-dc جهت تولید پالس ولتاژ بالا در 116 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.
چکیده طراحی مبدل های dc-dc جهت تولید پالس ولتاژ بالا:
توان پالسی عبارت است از انباشتگی انرژی پس از یک مدت زمانی نسبتا طولانی و آزاد کردن خیلی سریع انرژی می باشد.که این فرآیند به منظور افزایش توان لحظه ای سیستم می باشد. ویژگی این پالس، شامل سطح ولتاژ و زمان صعود بر اساس نیازهای بار تعیین شده است. بهبود راندمان و قابلیت اطمینان در منابع توان پالسی با توجه به کاربرد آن در پلاسما، ارتباط اساسی با مشخصات سیستم های توان پالسی دارد. اخیراً با توجه به استفاده متعدد از منابع توان پالسی در حوزه های صنعتی و هسته ای، تحقیقات و بررسی زیادی در زمینه استفاده بهینه فناوری توان پالسی در پلاسما صورت گرفته است.
اما مطلبی که در این رابطه نیاز به بررسی دارد این است که از بین آرایش ها مختلف موجود برای مولد های پالس قدرت،کدامیک در این کاربردها دارای کارایی بیشتر بوده و برای تولید شکل موج های پالس قدرت مورد نظر مناسب تر می باشد. در این راستا در فصل اول این پروژه ابتدا مطالب کلی در رابطه با سیستم های قدرت پالسی بیان شده و توضیحات مختصری در ارتباط با کاربرد های این سیستم ها در صنایع گوناگون ذکر گردیده است.
در فصل دوم آرایش ها مختلف موجود برای سیستم های قدرت پالسی با توجه به نوع شکل پالس موج تولیدی آنها مورد بررسی قرار گرفته شده است.
در فصل سوم در دو مقاله معتبر در مورد تولید توان پالسی بالا با ایجاد منبع جریان و منبع ولتاژ می باشد، که این ساختار ها براساس مدار بوک بوست مثبت ارائه شده که منجر به نتایج بسیار مطلوبی شده است.و این توپولوژی به دلیل مشکلات ایجاد شده در مدار اعم از افزایش جریان سلف در توان های بالا و زمان شارژ بالای خازن ها،بهبود مدار فوق ذکر اجتناب ناپذیر است.
در فصل چهارم با بیان توپولوژی اصلاح شده و بررسی عملکرد آن با استفاده از نرم افزار مطلب، نتایج عملکرد سیستم مذکور مورد بررسی قرار گرفته شده است.نتایج حاصل از این تحقیق و همچنین پیشنهادات برای ادامه فعالیت های پژوهشی در فصل پنجم ارائه شده است.
مقدمه طراحی مبدل های dc-dc جهت تولید پالس ولتاژ بالا:
کاربرد روزافزون پالسهای قدرت الکتریکی در زمینه های گوناگون نظیر شتاب دهنده های هسته ای و نظامی، تصفیه مایعات، شکل دهی و سخت کاری فلزات، تغذیۀ لیرزها و … باعث توسعۀ منابع تغذیۀ ویژه ای به نام منابع تغذیه پالسی شده است.مفهوم کلی پالس قدرت در واقع انرژی است که به صورت ضربه ای یا به عبارت دیگر لحظه ای آزاد میشود. این نوع منابع که در سیستمهای قدرت پالسی مورد استفاده قرار میگیرند، تولید پالسهای ولتاژ فشار قوی را در بازه های زمانی بسیار کوتاه (نانو ثانیه، میکروثانیه و میلی ثانیه) بر عهده دارند.
تاریخچۀ سیستم های قدرت پالسی
سیستم های قدرت پالسی پیشرفته توسط جان کریستوفر مارتین[1] در تأسیسات تسلیحات آلدرمستون[2] انگلستان شکل گرفت. او یک دانشمند هیدرودینامیک بود که بخاطر عدم توانائی در خرید یک منبع رادیوگرافی اشعۀ x مناسب، برای تصویربرداری از پدیدۀ هیدرودینامیکی مورد نظرش، در رنج بود. در نتیجه، او یک نسل جدید از منابع رادیوگرافی را بر مبنای مولدهای مارکس فشار قوی دارای کوپلاژ با خطوط با امپدانس کم و فواصل شتاب دهنده تک مرحله ای با کاتد سرد[3]، بنیان گذاشت که این کارکرد، سرآغاز تولد سیستم های قدرت پالسی پیشرفته بود. علم و فن آوری پالس قدرت بسرعت در ایالات متحده، اتحاد جماهیر شوروی سابق و روسیۀ کنونی، اروپا و آسیا گسترش یافت.
پالس قدرت یک فن آوری با مزیت وکارآیی بالا می باشد که بخاطر بعضی کاربردها که نیاز به پالس با توان خیلی بزرگ برای یک بازۀ نسبتاً کوتاه دارند، گسترش یافته است. بارهای نوعی مرسوم شامل دیودهای تابش ذرات باردار، پلاسماهای منفجر شونده و دیگر کاربردهای اولیه مربوط به صنایع دفاعی میباشند. هر چند امروزه بارها می توانند هر یک از کاربردهای زیست محیطی موجود مانند نمونه های زیستی، آب شرب تغذیه کنندۀ مناطق شهری یا گازهای خارج شده ناشی از فرآیندهای احتراق باشند. بطور خلاصه پالس قدرت تنها به منظور ایفای یک نقش مهم در صنایع دفاعی گسترش نیافته است، بلکه تبدیل یک فن آوری مهم و با ارزش در زمینه های زیست محیطی گردیده است[1].
بزرگترین سیستمهای قدرت پالسی آنهایی هستند که در آزمایشگاه به منظور مطالعه فیزیک پلاسمای با چگالی انرژی بالا و معادلات حالت آن، مورد استفاده قرار می گیرند. آنها بطور معمول توان الکتریکی فراتر از دهها تراوات تولید می کنند. نمونۀ این دسته از مولدها، شتاب دهنده های Z در آزمایشگاههای ملی سندیا و ماشین اطلس[4] در آزمایشگاه ملی لاس آلامس[5] (که هم اکنون در سایت تست نوادا واقع شده است) می باشند.
این سیستم های بزرگ به منظور تولید یک تک پالس توان بالا طراحی شده اند و پس از آن نیاز به مقداری سرویس قبل از تولید پالس بعدی خواهند داشت. نرخ تولید پالس برآیند در این ماشین های بزرگ نوعاً حدود یک پالس در روز است.جدول (1-1) پارامتر های سیستم های قدرت پالسی مورد استفاده در بعضی کاربردهای نوعی را بطور خلاصه ارائه می کند.
فهرست مطالب طراحی مبدل های dc-dc جهت تولید پالس ولتاژ بالا:
| صفحه | عنوان |
| 1 | فصل اول: بررسی سیستم های قدرت پالسی وکاربرد های آنها |
| 4 | مقدمه |
| 6 | 1-1تاریخچۀ سیستم های قدرت پالسی |
| 6 | 1-2اصول کار |
| 7 | 1-3 اجزاء سیستمهای قدرت پالسی |
| 7 | 1-3-1 سیستم ذخیره ساز انرژی |
| 7 | 1-3-2 سیستمهای شکل دهنده پالس |
| 7 | 1-3-3 کلیدها |
| 9 | 1-3-3-1 کلیدهای با اتصال مایع |
| 9 | 1-3-3-2 کلیدهای اسپارک گپ |
| 10 | 1-3-3-3 کلید مقاومتی |
| 10 | 1-3-3-4کلیدهای نیمه هادی |
| 11 | 1-4کاربرد سیستم های قدرت پالسی |
| 12 | 1-4-1 کاربرد در زمینۀ میکرو ارگانیسم ها |
| 12 | 1-4-2 پالسهای الکتریکی فشار قوی در فرآیندهای غذایی |
| 13 | 1-4-3 کاربردها در زمینۀ ساخت مواد |
| 13 | 1-4-3-1 آبکاری توسط پالس |
| 14 | 1-4-3-2 آماده سازی چوب توسط پالس های لیزر |
| 13 | 1-4-4 خرد کردن صخره ها توسط پالس |
| 14 | 1-4-5کاربردها در زمینۀ شیمیایی و مواد نفتی |
| 14 | 1-4-5-1 حذف امولاسیونهای موجود در نفت خام توسط میدان های فشار قوی پالسی |
| 15 | 1-4-6 تصفیۀ آب و فاضلاب |
| 16 | فصل دوم: بررسی انواع پالسهای قدرت و مدارات مولد آنها |
| 17 | مقدمه |
| 17 | 2-1 شبکه شکل دهنده پالس قدرت |
| 20 | 2-2 فشرده ساز پالس قدرت |
| 21 | 2-2-1 عملکرد کمپر سورهای مغناطیسی سری |
| 24 | 2-2-2 کمپرسورهای پالسی مغناطیسی موازی |
| 27 | 2-3 مولد مارکس |
| 31 | 2-4 مولد پالس رزونانسی |
| 35 | 2-5 مولد پالس دوبرابر کننده رزونانسی |
| 37 | 2-6 مدارچندبرابركنندهيولتاژ |
| 38 | 2-6-1 چندبرابركنندهيولتاژ مثبت |
| 41 | فصل سوم: مبدل بوک بوست مثبت برای تولید ولتاژ بالای پالسی |
| 41 | مقدمه |
| 41 | 3-1 مفهوم اصلی توان پالسی |
| 43 | 3-2 آرایش و آنالیزها توپولوژی |
| 43 | 3-2-1آرایش کلی |
| 45 | 3-2-2 حالات روشن کردن |
| 46 | 3-2-2-1 حالت اول: شارژ کردن سلف (روشن: Ss و روشن: S1 و روشن: S2) |
| 47 | 3-2-2-2حالت دوم: گردش جریان سلف (خاموش: Ss: روشن: S1 ، روشن: S2) |
| 48 | 3-2-2-3 حالت سوم: شارژ: خازن (روشن: Ss: روشن: S1 ، روشن: S2) |
| 48 | 3-2-2-4 حالت چهارم: شارژ جداگانه خازن ها(خاموش: S2 و خاموش: S1 و خاموش: Ss) |
| 49 | 3-3آنالیز مدار |
| 51 | 3-3-1 استراتژی های کنترلی |
| 51 | 3-3-2 کنترل منبع جریان |
| 53 | 3-3-3کنترل منبع ولتاژ |
| 55 | 3-3-4 كنترل نمونه بار |
| 55 | 3-4 نتايج و آناليزهاي شبيه سازي شده |
| 55 | 3-4-1 سوئيچينگ همزمان |
| 58 | 3-4-2 سوئيچينگ مجزا |
| 60 | فصل چهارم: معرفی توپولوژی ارائه شده و نتایج شبیه سازی |
| 61 | 4-1 معرفی توپولوژی |
| 61 | 4-2 آرايش و آناليز توپولوژی |
| 62 | 4-2-1مرحله اول: ذخيره سازي مبدل توان پالسي(شارژ سلف) |
| 64 | 4-2-2 مرحله دوم: انتقال انرژي مبدل توان پالسي(شارژ خازن) |
| 64 | 4-2-3 در مرحله سوم: تولید توان پالسی(شکست پلاسما) |
| 67 | 4-3مكانيسم‌‌هاي كنترلي |
| 67 | 4-3-1كنترل منبع جريان |
| 67 | 4-3-2 كنترل منبع ولتاژ |
| 68 | 4-3-3 كنترل نمونه بار |
| 68 | 4-4 آنالیز جریان و ولتاژ اعمال شده برروی ادوات نیمه هادی ها |
| 68 | 4-4-1 شارژ سلف (منبع جریان) |
| 69 | 4-4-2 شارژ خازن (منبع ولتاژ) |
| 70 | 4-4-3 شکست پلاسما |
| 72 | 4-5 نتایج و شبیه سازی |
| 72 | 4-5-1جریان ها ذخیره شده در سلف ها |
| 75 | 4-5-2 ولتاژ ذخیره شده در خازن ها |
| 81 | 4-5-3 ولتاژ وجریان اعمال شده بر روی بار |
| 84 | فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات |
| 85 | 5-1 نتيجه‌گيري |
| 86 | 5-2 ارائه پیشنهادات |
| 87 | منابع |
فهرست شکل ها
| صفحه | عنوان |
| 5 | شکل(1-1): بلوک دیاگرام ساده منبع تغذیه پالسی |
| 10 | شکل(1-2): قابلیت قدرت و فرکانس ادوات نیمه هادی مختلف |
| 11 | شکل(1-3): تجمع بار روی سطوح داخلی و خارجی غشاء سلول |
| 19 | شکل(2-1): شبکه شکل دهنده پالس Nمرحله ای |
| 22 | شکل(2-4): مدار پایه فشرده ساز پالس قدرت |
| 23 | شکل(2-5): مدار کمپر سورهای مغناطیسی سری |
| 26 | شکل(2-7): مدار کمپر سورهای مغناطیسی موازی |
| 28 | شکل(2-9): آرایش مولد مارکس |
| 28 | شکل(2-10): مدار معادل مولد مارکس |
| 31 | شکل(2-13): آرایش کلی مدار مارکس |
| 32 | شکل(2-14): مدار مولد پالس رزونانسی |
| 38 | شکل(2-19): مدار چند برابر کننده ولتاژ مثبت |
| 39 | شکل(2-20): مدار چند برابر کننده ولتاژ مثبت الف در نیم سیکل مثبت ب در نیم سیکل منفی |
| 40 | شکل(2-21): مدار چند برابر کننده ولتاژ منفی |
| 35 | شکل(2-16):مولد پالس دو برابر کننده رزونانسی |
| 43 | شکل(3-1): آرایش کلی مفهوم پیشنهادی |
| 44 | شکل (3-2): آرایش منبع تغذیه با چند سوئیچ |
| 45 | شکل (3-3): منبع تغذیه با دو سوئیچ و بار غیر خطی |
| 45 | شکل(3-4): حالت سوئیچینگ منبع تغذیه پیشنهادی، شارژ سلف در این مدار |
| 46 | شکل(3-5): حالت سوئیچینگ منبع تغذیه پیشنهادی، گردش جریان سلف |
| 46 | شکل(3-6): حالت سوئیچینگ منبع تغذیه پیشنهادی شارژ خازن |
| 46 | شکل(3-7):حالت سوئیچینگ منبع تغذیه پیشنهادی تامین بار |
| 49 | شکل(3-8):حالت سوئچینگ شارژ خازن جداگانه |
| 56 | شکل(3-9):فلوچارت الگوریتم کنترل |
| 65 | شکل(4-1):آرایش کلی توپولوژی |
| 66 | شکل(4-2):آرایش شارژ شدن سلف ها در توپولوژی |
| 66 | شکل(4-3):شماتیک شارژ شدن خازن ها در توپولوژی |
| 67 | شکل(4-4):شماتیک بارگذاری بر روی بار در توپولوژی |
| 67 | شکل(4-5):شماتیک شکست پلاسما در توپولوژی |
فهرست جدول ها
| |||
| 3 | جدول(1ـ1): خلاصه ای از مشخصات پالس قدرت مورد نیاز برای کاربردهای داده شده | ||
| 13 | جدول(1-2): خلاصهايازتستميدانتوانپالسيبررويمايعاتغذايي | ||
| 42 | جدول(3-1): شاخصه های کلیدی توپولوژی های مورد استفاده در منابع توان پالسی پلاسما | ||
| 71 | جدول(4-1): مقدار جریان اعمال شده بر روی ادوات نیمه هادی در مرحله شارژ سلف | ||
| 73 | جدول(4-2):مقدار ولتاژ اعمال شده در مرحله شارژ خازن | ||
| 74 | جدول(4-3):مقدار جریان اعمال شده در مرحله شارژ خازن | ||
| 74 | جدول(4-4):مقدار جریان اعمال شده در مرحله شکست پلاسما | ||
| 75 | جدول(4-5):مقدار ولتاژ اعمال شده در مرحله شکست پلاسما | ||
| 75 | جدول(4-6):مقدار ولتاژ اعمال شده در بعد از مرحله شکست پلاسما | ||
| 76 | جدول(4-7):مقدار سلف ها وخازن ها تشکیل دهنده در توپولوژی ارائه شده |
فهرست نمودار ها
| صفحه | عنوان |
| 20 | شکل (2-2): پالس خروجی یک PFN پنج مرحله ای |
| 21 | شکل(2-3): شکل موج خروجی شبکه شکل دهنده قدرت |
| 25 | شکل(2-6):شکل موج جریان و ولتاژ کمپرسور مغناطیسی سری |
| 27 | شکل(2-8):شکل موج جریان و ولتاژ کمپرسور مغناطیسی موازی |
| 30 | شکل(2-11):پالس خروجی مولد مارکس |
| 31 | شکل(2-12):تغییرات ولتاژ خازنها در مدار مارکس |
| 34 | شکل(2-15):پالس خروجی مولد پالس رزونانسی |
| 36 | شکل(2-17): پالس خروجی مولد پالس دو برابر کننده رزونانسی |
| 37 | شکل(2-18):پالس خروجی مولد پالس دو برابر کننده رزنانسی |
| 60 | شکل (3-10): ولتاژ خروجی و جریان منبع تغذیه تحت سوئیچینگ همزمان(a)جریان سلف(b) c1& s1ولتاژ(c) c2& s2 ولتاژ(d)ولتاژ خروجی(e)جریان بار |
| 59 | شکل(3-11): ولتاژ خروجی و جریان منبع تغذیه تحت سوئیچینگ جداگانه(a)جریان سلف(b) c1& s1ولتاژ(c) c2& s2 ولتاژ(d)ولتاژ خروجی(e)جریان بار |
| 77 | شکل(4-6): شکل موج جریانذخیره شده در سلف L1 |
| 77 | شکل(4-7): شکل موج جریان ذخیره شذه در سلفL2 |
| 78 | شکل(4-8): شکل موج جریان ذخیره شده در سلفL3 |
| 78 | شکل(4-9): شکل موج بازه زمانی شارژ شدن سلفL1 |
| 79 | شکل(4-10): شکل موج بازهزمانی شارژ شدن سلفL2 |
| 79 | شکل(4-11): شکل موج بازهزمانی شارژ شدن سلفL3 |
| 80 | شکل(4-12): شکل موج ولتاژ ذخیره شده در خازن C1 |
| 80 | شکل(4-13): شکل موج ولتاژ ذخیره شده در خازن C2 |
| 81 | شکل(4-14): شکل موج ولتاژ ذخیره شده در خازن C3 |
| 81 | شکل(4-15): شکل موج ولتاژ ذخیره شده در خازن C4 |
| 82 | شکل(4-16): شکل موج ولتاژ ذخیره شده در خازن C5 |
| 82 | شکل(4-17): شکل موج ولتاژ ذخیره شده در خازن C6
|
| 83 | شکل(4-18): شکل موج زمان شارژ شدن خازنC1 |
| 83 | شکل(4-19): شکل موج زمان شارژ شدن خازنC2 |
| 84 | شکل(4-20): شکل موج زمان شارژ شدن خازنC3 |
| 84 | شکل(4-21): شکل موج زمان شارژ شدن خازنC4 |
| 85 | شکل(4-22): شکل موج زمان شارژ شدن خازنC5 |
| 85 | شکل(4-23): شکل موج زمان شارژ شدن خازنC6 |
| 86 | شکل(4-24): شکل موج ولتاژ خروجی توپولوژی |
| 87 | شکل(4-25): شکل موج جریان خروجی توپولوژی |
| 87 | شکل(4-26): شکل موج زمان ولتاژ خروجی توپولوژی |
| 88 | شکل(4-27):شکل موج زمان جریان خروجی توپولوژی |
لیست علائم و اختصاری
| واژه | مخفف |
| AC | Alternating Current |
| A | Ampere |
| C | Capacitor |
| D | Diode |
| DC | Direct Curren |
| ms | Milli Second |
| MS | Micro Second |
| L | Inductance |
| KHZ | Kilo Hertz |
| Kv
| Kilo Volt |
| S | Switch |
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.
برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها