فهرست مطالب
عنوان مطلب |
صفحه |
فصل اول: مقدمه |
1 |
1-1- مقدمه |
2 |
1-2- اهمیت موضوع و بیان مسئله |
3 |
1-3- هدف رساله |
3 |
1-4- ساختار پایاننامه |
4 |
فصل دوم: بررسی پیشینه پژوهش |
6 |
2-1- مقدمه |
7 |
2-2- روشهای کنترل دور موتور القایی |
8 |
2-3- اصول محرکههای برداری |
10 |
2-4- کنترل مستقیم گشتاور (DTC) |
13 |
2-4-1- اصول DTC کلاسيک در موتورهاي القايي با تغذيه اينورتر منبع ولتاژ |
13 |
2-4-2- بردارهاي كليدزني |
15 |
2-4-3- اثر انتخاب بردار ولتاژ کليدزنی اينورتر روی شار و گشتاور موتور القايي |
17 |
2-4-4- انتخاب بردار ولتاژ کليدزنی اينورتر |
20 |
2-5- مشکلات روش DTC کلاسیک تغذیه شده با باتری (ولتاژ DC ثابت) |
25 |
2-6- پیل سوختی |
25 |
2-7- روشهای کاهش ریپل گشتاور در روش DTC |
30 |
2-8- انواع مبدلهای مورد استفاده برای درایو موتور القایی |
32 |
2-9- تلفات در موتور القایی |
44 |
2-10- هیبریدسازی |
46 |
2-10-1- ویژگی انواع باتریها |
47 |
2-10-2- ویژگیهای ابرخازن |
50 |
2-11- جمعبندی |
51 |
فصل سوم: روشها و مدلهای مورد نیاز در رساله |
53 |
3-1- مقدمه |
54 |
3-2- مدل دینامیکی پیشنهادی پیل سوختی |
54 |
3-3- مدل باتری |
58 |
3-4- مدل ابرخازن |
59 |
3-5- نیروهای وارده به خودرو |
59 |
3-6- سیکلهای رانندگی استاندارد |
61 |
3-7- کاهش ریپل گشتاور |
62 |
2-8- جمعبندی |
64 |
فصل چهارم: شبیه سازی روشهای پیشنهادی و تحلیل نتایج آنها |
65 |
4-1- مقدمه |
66 |
4-2- شبیهسازی DTC کلاسیک |
66 |
4-3- آنالیز حساسیت عملکرد DTC به تغییر پارامترهای اساسی |
69 |
4-4- کاهش تعداد سنسورهای مورد استفاده |
74 |
4-5- شبیه سازی پیل سوختی |
78 |
4-6- طرح مدولار پیشنهادی برای بهبود عملکرد پیل سوختی |
88 |
4-7- ایده پیشنهادی برای بهبود همزمان افت شار و ولتاژ مد مشترک |
93 |
4-8- ساختار پیشنهادی برای کنترل همزمان دو موتور القایی توسط یک اینورتر مشترک |
96 |
4-9- استراتژی پیشنهادی جدید برای بهبود کنترل مستقیم گشتاور موتور القایی |
110 |
4-10- اثر انتخاب ذخیرهساز بر کیفیت عملکرد خودرو پیل سوختی و مصرف هیدروژن آن |
117 |
4-11- جمعبندی |
124 |
فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادات |
125 |
5-1- نتیجه گیری |
126 |
5-2- پیشنهادات برای پژوهشهای آتی |
130 |
مراجع و منابع |
131 |
فهرست جدولها
عنوان جدول |
صفحه |
جدول(2-1) روشهای انتخاب بردارهای ولتاژ در سيستم DTC با هيسترزيس دو سطحی گشتاور |
21 |
جدول(2-2) انتخاب بردارهای ولتاژ اينورتر با مقايسهگر هيسترزيس سه سطحی گشتاور |
21 |
جدول(2-3) تعيين موقعيت بردار فضايي شار پيوندی استاتور |
22 |
جدول(2-4) دسته بندی انواع پیلهای سوختی |
26 |
جدول(3-1) مقايسه عملکرد روشهاي مختلف مدلسازي باتري |
58 |
جدول(4-1) بررسی تاثیر تغییرات ولتاژ DC بر عملکرد روش DTC |
70 |
جدول(4-2) تاثیر تغییرات مقاومت استاتور بر ریپل سرعت، جریان موتور و ریپل گشتاور مرجع موتور |
73 |
جدول(4-3) محاسبه مقدار جریانهای هر یک از فازهای موتور براساس جریان DC و وضعیت کلیدها |
75 |
جدول(4-4) مقایسه مدل پیشنهادی پیل سوختی با مدلهای ذکر شده در مراجع |
87 |
جدول(4-5) مقدار ولتاژ مد مشترک به ازای انتخاب بردارهای ولتاژ مختلف |
94 |
جدول(4-6) بردارهای ولتاژ در نواحی 12گانه برای کاهش ولتاژ مد مشترک |
95 |
جدول(4-7): وضعيت کليدها براي انتخاب بردارهاي فعال |
101 |
جدول(4-8): بردارهاي ولتاژ قابل انتخاب |
102 |
جدول(4-9): مقايسه پاسخ گشتاور طرح DTC پيشنهادي با مراجع |
108 |
جدول(4-10): مقايسه روشهاي مختلف ايجاد ST |
110 |
جدول(4-11) میزان مصرف و بازده الکتریکی در حالت توان ثابت پیل سوختی برای سیکل NYCCDS |
123 |
جدول(4-12) میزان مصرف و بازده الکتریکی در حالت توان متغیر پیل سوختی برای سیکل NYCCDS |
123 |
جدول(4-13) میزان مصرف و بازده الکتریکی در حالت توان ثابت پیل سوختی برای سیکل UDDS |
124 |
جدول(4-14) میزان مصرف و بازده الکتریکی در حالت توان متغیر پیل سوختی برای سیکل UDDS |
124 |
فهرست شکلها
عنوان شکل |
صفحه |
شکل(2-1) دستهبندی انواع روشهای کنترل سرعت موتور القایی با استفاده از کنترل فرکانس |
9 |
شكل (2-2) بردارهاي فضايي جريان استاتور، شار پيوندي استاتور و روتور |
14 |
شکل (2-3) اينورتر ولتاژ سهفاز و مدل مربوط به کليدها |
16 |
شكل(2-4) حالتهای کليدزنی |
16 |
شکل(2-5) بردارهاي ولتاژ کليدزنی اينورتر |
17 |
شكل(2-6) مكان هندسي بردار فضايي شار استاتور و بردارهاي كليدزني اينورتر |
19 |
شكل(2-7) مقايسهگر هيسترزيس دو سطحی شار استاتور |
20 |
شكل(2-8) مقايسهگر هيسترزيس سه سطحی گشتاور |
20 |
شكل(2-9) بلوک دياگرام سيستمDTC کلاسيک موتور القايي |
24 |
شکل (2-10) مقاومت ویژه لایه الکترولیت بر حسب دما و چگالی جریان |
27 |
شکل(2-11) منحنی نایکویست امپدانس پیل سوختی به ازای جریانهای با دامنه مختلف |
28 |
شکل(2-12) مدل ac پیل سوختی |
28 |
شکل(2-13) مدل مداری پیل سوختی |
29 |
شکل(2-14) کنترل چرخه کاری کلیدها در روش DTC |
30 |
شکل(2-15) تاثیر فرکانس کلیدزنی ثابت بر ریپل گشتاور |
31 |
شکل(2-16) تنظیم چرخهکاری کلیدها با استفاده از الگوریتم فاز |
31 |
شکل(2-17) تزریق سیگنال حامل برای کنترل گشتاور |
31 |
شکل(2-18) اینورتر منبع ولتاژ |
33 |
شکل(2-19) اینورتر منبع جریان |
34 |
شکل(2-20) مبدل منبع امپدانسی برای اتصال پیل سوختی به شبکه سهفاز |
34 |
شکل(2-21) مدار معادل مبدل امپدانسی از دید سمت dc |
35 |
شکل(2-22) مدار معادل مبدل امپدانسی در حالتهای 8 گانه |
35 |
شکل(2-23) مدار معادل مبدل امپدانسی در شرایط اتصال کوتاه سمت dc |
35 |
شکل(2-24) سیگنالهای کلیدزنی روش کنترل ساده مبدل امپدانسی |
38 |
شکل(2-25) سیگنالهای کلیدزنی روش کنترل افزایش حداکثر مبدل امپدانسی |
39 |
شکل(2-26) سیگنالهای کلیدزنی روش کنترل افزایش ثابت حداکثر مبدل امپدانسی |
39 |
شکل(2-27) میزان استرس ولتاژ کلیدها را برحسب میزان افزایندگی ولتاژ مبدل امپدانسی |
40 |
شکل(2-28) مبدل امپدانسی تغذیه شده توسط پیل سوختی و باتری برای درایو موتور القایی |
41 |
شکل(2-29) استفاده از بار RL و منبع dc به جای پیل سوختی |
41 |
شکل(2-30) درایو دو بار سه فاز توسط یک منبع تغذیه با استفاده از دو اینورتر |
42 |
شکل(2-31) اینورتر 9 کلیدی یک ورودی- دو خروجی |
43 |
شکل(2-32) اینورتر امپدانسی 9 کلیدی یک ورودی- دو خروجی |
43 |
شکل(2-33) مدل ابرخازن |
51 |
شکل(3-1) مدل دینامیکی پیل سوختی پیادهسازی شده در محیط MATLAB/SIMULINK |
57 |
شکل(3-2) مدل مداری پیل سوختی |
57 |
شکل(3-3) مدل ترکیبی برای باتري |
58 |
شکل(3-4) مدل ابرخازن |
59 |
شکل(3-5) نيروهاي وارده بر خودرو |
60 |
شکل(3-6) منحنی استاندارد سیکل NYCC |
61 |
شکل(3-7) منحنی استاندارد سیکل UN/ECE |
62 |
شکل(4-1) ساختار DTC کلاسیک شبیهسازی شده |
66 |
شکل(4-2) منحنی جریان یکی از فازهای موتور القایی سهفاز در DTC کلاسیک |
67 |
شکل(4-3) منحنی سرعت موتور القایی در DTC کلاسیک |
67 |
شکل(4-4) منحنی گشتاور موتور القایی در DTC کلاسیک |
68 |
شکل(4-5) منحنی شار استاتور موتور القایی در DTC کلاسیک 6 ناحیهای شار |
68 |
شکل(4-6) تغییرات ریپل گشتاور به ازای تغییرات ولتاژ DC |
71 |
شکل(4-7) تغییرات ریپل سرعت موتور به ازای تغییرات ولتاژ DC |
71 |
شکل(4-8) تغییرات ریپل شار استاتور به ازای تغییرات ولتاژ DC |
71 |
شکل(4-9) تغییرات فرکانس کلیدزنی اینورتر به ازای تغییرات ولتاژ DC |
72 |
شکل(4-10) تغییرات ریپل سرعت موتور بر حسب تغییرات مقاومت استاتور |
73 |
شکل(4-11) تغییرات دامنه جریان استاتور موتور بر حسب تغییرات مقاومت استاتور |
73 |
شکل(4-12) تغییرات ریپل گشتاور مرجع بر حسب تغییرات مقاومت استاتور |
74 |
شکل(4-13) جریانهای اندازهگیری شده و محاسبه شده دو فاز موتور القایی در روش DTC |
75 |
شکل(4-14) منحنی سرعت مرجع، سرعت مرجع اصلاح شده با شیب 2000، سرعت اندازهگیری شده |
77 |
شکل(4-15) منحنی سرعت مرجع، سرعت مرجع اصلاح شده با شیب 4000، سرعت اندازهگیری شده |
77 |
شکل(4-16) مدار معادل الکتریکی پیل سوختی |
78 |
شکل(4-17) شماتیک مدار معادل پیل سوختی پیادهسازی شده در محیط نرمافزار |
79 |
شکل(4-18) منحني تغييرات مقاومت لايه غشاء به ازايΨ=14 |
80 |
شکل(4-19) منحني تغييرات مقاومت لايه غشاء به ازاي Ψ=20 |
80 |
شکل(4-20) منحني تغييرات مقاومت لايه غشاء به ازايΨ=23 |
81 |
شکل(4-21) تاثير نغييرات دما بر منحني پلاريزاسيون و توان پيل سوختي |
82 |
شکل(4-22) منحنی تغییرات توان پیل سوختی بر حسب زمان برای بار متغیر پلهای |
84 |
شکل(4-23) منحنی توان پیل سوختی با تغییر فشار گاز هیدروژن |
85 |
شکل(4-24) منحنی توان پیل سوختی با تغییر فشار گاز اکسیژن |
85 |
شکل(4-25) ولتاژ خروجی پیل سوختی با تغییرات بار برحسب زمان و اثر تغییر دما |
86 |
شکل (4-26) منحنی تغییرات ولتاژ پیل سوختی برحسب زمان به ازای تغییرات جریان |
87 |
شکل (4-27) منحنی تغییرات توان پیل سوختی برحسب زمان به ازای تغییرات جریان |
87 |
شکل(4-28) طرح مدولار پیشنهادی برای پیل سوختی در درایو موتور القایی به روش DTC |
91 |
شکل(4-29) جریان موتور القایی تغذیه شده با پیل سوختی مدولار |
92 |
شکل(4-30) سرعت موتور القایی تغذیه شده با پیل سوختی مدولار |
92 |
شکل(4-31) گشتاور موتور القایی تغذیه شده با پیل سوختی مدولار |
92 |
شکل(4-32) منحنی دایرهای شار موتور القایی تغذیه شده با پیل سوختی مدولار |
93 |
شکل(4-33) منحنی شار استاتور موتور القایی در روش DTC کلاسیک |
95 |
شکل(4-34) منحنی شار استاتور موتور القایی در روش DTC بهبود یافته برای کاهش ولتاژ مد مشترک |
96 |
شکل(4-35) منحنی گشتاور موتور القایی در روش DTC بهبود یافته برای کاهش ولتاژ مد مشترک |
96 |
شکل(4-36): ساختار منابع خودرو هيبريد پيشنهادي |
97 |
شکل(4-37) بلوک دیاگرام نحوه مشارکت منابع در تامين توان مورد نياز بار |
98 |
شکل(4-38) ساختار مبدل پيشنهادي براي خودرو هيبريد پيل سوختي |
99 |
شکل(4-39): دياگرام روش DTC بهبود يافته پيشنهادي برای اینورتر 9 کلیدی |
103 |
شکل(4-40): منحني سرعت خودرو به همراه سيکل NYCCDS |
104 |
شکل(4-41): منحني دايرهاي شار براي سيکل رانندگي استاندارد NYCCDS |
104 |
شکل(4-42): منحني تغييرات سرعت موتورهاي خودرو در هنگام طی کردن پيچهای مسیر حرکت |
105 |
شکل(4-43): پاسخ پله گشتاور با استفاده از DTC کلاسيک |
106 |
شکل(4-44): پاسخ پله گشتاور با استفاده از روش کاهش ريپل |
106 |
شکل(4-45) سرعت پاسخ پله گشتاور با استفاده از روش کاهش ريپل (لحظه تغییر پلهای گشتاور) |
107 |
شکل(4-46): پاسخ پله گشتاور با استفاده از روش DTC تکميلي |
107 |
شکل(4-47): کليدهاي اينورتر به همراه کليد جديد |
108 |
شکل(4-48): مدل مقاومتي کليدها در هنگام ST |
110 |
شکل(4-49) بردار ولتاژ برای حداکثر سرعت پاسخدهی گشتاور در نقطهای روی دایره بیرونی |
111 |
شکل(4-50) ساختار اینورتر پیشنهادی برای بهبود عملکرد DTC |
113 |
شکل(4-51) بردارهای فضایی ممکنه اینورتر پیشنهادی برای بهبود عملکرد DTC |
114 |
شکل(4-52) ارتباط بین اجزای مختلف خودرو |
115 |
شکل(4-53) منحنی گشتاور موتور القایی در حالت کلاسیک |
116 |
شکل(4-54) منحنی گشتاور موتور القایی با استفاده از اینورتر پیشنهادی |
116 |
شکل(4-55) منحنی دایره ای شار با استفاده از اینورتر پیشنهاد شده |
116 |
شکل(4-56) منحنی سرعت خودرو در طی نمودن سیکل NYCCDS |
117 |
شکل(4-57) منحنی حالت شارژ باتری |
118 |
شکل(4-58) منحنی توان ورودی موتور القایی خودرو |
119 |
شکل(4-59) منحنی تلفات موتور القایی خودرو |
119 |
شکل(4-60) منحنی توان باتری |
119 |
شکل(4-61) منحنی تلفات توان باتری |
120 |
شکل(4-62) منحنی مسافت طی شده خودرو برحسب زمان |
120 |
شکل(4-63) منحنی توان پیل سوختی |
121 |
شکل(4-64) منحنی نرخ مصرف سوخت هیدروژن توسط پیل سوختی |
121 |
شکل(4-65) منحنی مقدار سوخت مصرف شده در طی مدت سیکل NYCCDS |
122 |
شکل(4-66) منحنی بازده پیل سوختی |
122 |
فهرست اختصارات
CSI |
Current Source Inverter |
DTC |
Direct Torque Control |
EV |
Electrical Vehicle |
FC |
Fuel Cell |
FCHEV |
Fuel Cell Hybrid Electrical Vehicle |
FOC |
Field Oriented Control |
HEV |
Hybrid Electrical Vehicle |
IM |
Induction Motor |
Li-Ion |
Lithium-Ion |
MARS |
Model Reference Adaptive System |
MPPT |
Maximum Power Point Tracking |
NiMH |
Nickel-Metal-Hydride |
NYCCDS |
New York City Cycle Driving Schedule |
PEMFC |
Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell |
PWM |
Pulse Wide Modulation |
SOC |
State Of Charge |
ST |
Shoot Through |
SVPWM |
Space Vector Pulse Wide Modulation |
UC |
Ultra Capacitor |
VSI |
Voltage Source Inverter |
ZSI |
Z-Source Inverter |