ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکۀ قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفا میکنند. و برای ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سراسر جهان به کار میرود .
در یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیمپیچ رتور اعمال میگردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخانده میشود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید. این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچهای استاتور ژنراتور القاء مینماید. در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور میچرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچهای میدانش دارد. برای انجام این کار 2 روش موجود است:
1- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگهای لغزان و جاروبک .
2- فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC، که مستقیماً روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.
یك سیستم تحریك استاتیك به لحظ عملكرد شبیه تنظیمكننده اتوماتیك ولتاژ میدان رفتار میكند بطوریكه اگر ولتاژ ژنراتور كاهش داشته باشد جریان میدان را افزایش میدهد و بر عكس اگر ولتاژ ژنراتور افزایش داشته باشد جریان میدان را كاهش میدهد. در واقع سیستم تحریك استاتیك توان میدان اصلی ژنراتور تأمین میكند در حالیكه تنظیم كننده ولتاژ، توان میدان تحریك كننده را برآورده میسازد. در سیستم تحریك استاتیك 3 مؤلفه اصلی وجود دارند: قسمت كنترل، پل یكسوساز و ترانسفورماتور قدرت كه در تركیب باهم میدان ژنراتور را برای دستیابی به ولتاژ خروجی مناسب، كنترل میكنند.
جریان DC تزریق شده به سیمپیچ تحریک باید کیفیت بسیار بالایی داشته باشد در غیر این صورت اثرات هارمونیکهای ورودی به سیمپیچ تحریک در شفت ژنراتور سنکرون نیز قابل مشاهده است. این عمل علاوه بر کاهش کیفیت توان تزریقی به شبکه باعث افزایش تلفات در سیستم و در نتیجه افزایش هزینههای بهرهبرداری میشود.
در این پایان نامه میخواهیم بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل یکسوساز با استفاده از یک مبدل باک(Buck converter) کنترل شده با مد لغزشی برای کاهش هارمونیکهای ورودی به سیمپیچ تحریک کاربرد دارد، استفاده کنیم.
روش كنترل مد لغزشی یكی از مهمترین روشهای كنترل غیرخطی میباشد كه از مشخصههای بارز آن عدم حساسیت به تغییر پارامترها و دفع كامل اغتشاش و مقابله با عدم قطعیت است. این كنترلكننده ابتدا سیستم را از حالت اولیه با استفاده از قانون رسیدن به سطح تعریف شده لغزش كه از پایداری مجانبی لیاپانوف برخوردار است، رسانده و سپس با استفاده از قانون لغزشی آن را به حالت تعادل میرساند.
مطالعات نشان میدهد ریپل ولتاژ DC ورودی به سیمپیچ تحریک میتواند اثرات نامطلوبی بر خروجی و شفت ژنراتور سنکرون برجای گذارد. از طرفی روشهای کنترل غیرخطی مثل روش کنترل لغزشی توانایی بالایی در تثبت و تنظیم ولتاژهای خروجی مبدلهای DC/DC دارند ولی با این وجود باز هم ولتاژ خروجی دارای اعوجاجاتی است. فرضیه تحقیق این است با استفاده از مد لغزشی در مبدل باک، هارمونیکهای ولتاژ خروجی مبدل را به حداقل برسانیم. در انتها با استفاده از نرمافزار قدرتمند MATLAB/ SIMULINK کار شبیهسازی کل و قسمت مربوط به فیلترینگ صورت خواهد گرفت.
1-2- پیشینه و سوابق:
وظیفه اصلی سیستم تحریک تأمین جریان تحریک ماشین سنکرون است به علاوه با کنترل ولتاژ تحریک وظیفه کنترل و حفاظت یک سیستم قدرت را بر عهده دارد.]1[ برای تحریک ماشینهای سنکرون روشهای مختلفی وجود دارد، این روشها با پیشرفت تکنولوژی و گذشت زمان یکی پس از دیگری ابداع شده و برخی از این روشها دارای معایبی بوده که باعث شده است به فکر تغییر سیستم و اصلاح وارتقاء آنها بیفتیم]2[ سیستم تحریک با تغییر جریان dc سیمپیچ تحریک واقع بر روی رتور نیروی محرکه تولید شده ژنراتور را کنترل میکند تغییر بار نیروی محرکه ژنراتور نه تنها ولتاژ خرجی تنظیم میشود بلکه ضریب قدرت و دامنه جریان نیز کنترل میشود. مرجع]3[ درمورد انواع روشهای تحریک من جمله روش تحریک استاتیک که در این مقاله مورد بررسی قرار خواهد گرفت صحبت شده است. در طراحی صورت گرفته در این پایان نامه میخواهیم از یک مبدل DC/DC باک برای تغذیه سیمپیچ تحریک استفاده کنیم. مبدلDC/D مبدلی است که جریان DC hc یک منبع را به سطح ولتاژی دیگر تبدیل میکند و ولتاژ خروجی میتواند از ولتاژ ورودی بیشتر یا کمتر باشد. مبدل باک (Buck converter) نوعی مبدل DC-DC کاهنده است. روش کنترلی مورد استفاده در این پایاننامه برای مبدل باک روش کنترل لغزشی میباشد.
در مرجع ]4[ از روش کنترل PID استفاده شده که سیستم در این حالت دارای سرعت پاسخ بالا هستند و میتوانند اضافه جهش را نیز کاهش دهند. اما بعد از معرفی کنترل لغزشی در سال 1977 توسط یوتکین، استفاده از این نوع کنترلرها به خاطر خصوصیات زیادی که داشتن در الکترونیک قدرت روز به روز بیشتر میشد به طوری که در سال 1991 برای اولینبار از این نوع کنترلرها در مبدلهای باک (Buck converter) توسط اسلوتین اس
استفاده از مبدل باک (Buck) کنترل شده با مد لغزشی