فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال شانزدهم شماره 4 (پیاپی 49، زمستان 1397)

  • الف - مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1398/01/19
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سیدعلی هاشمیان *، وحید طباطباوکیلی صفحات 229-238
    شبکه قدرت فعلی اشکالات زیادی دارد. اخیرا یک شبکه جدید و هوشمند برای رفع کاستی های شبکه فعلی معرفی شده که از آن با عنوان شبکه هوشمند انرژی یاد می شود. شبکه هوشمندی که بخواهد شبکه قدرت را به طور کارامدی مدیریت کند، به یک زیرساخت مخابراتی برای برقراری ارتباط بین اجزای شبکه نیاز دارد. فناوری مخابراتی رادیو شناختگر به منظور بهره برداری کارامدتر از منابع طیفی رادیویی معرفی شده است. مسیریابی در این شبکه ها باید توسط پروتکلی انجام شود که در مقابله با مشکلات ایجادشده توسط رادیو شناختگر گذردهی را حداکثر کند و تاخیر بسته ها در آن حداقل و مناسب کاربرد شبکه هوشمند انرژی باشد. CORPL به عنوان پروتکلی که بخشی از این اهداف را محقق می سازد معرفی شده است. در این مقاله پروتکل CORPL تحت بار ترافیکی برست و پواسون بررسی می گردد و نشان داده می شود که با افزایش کاربران فعال در شبکه عملکرد CORPL افت پیدا خواهد کرد. سپس با استفاده از روابط ریاضی کران بالای میانگین تاخیر در پروتکل CORPL مدل شده و برای کاهش آن یک طرح چنددروازه ای ارائه می گردد.
    کلیدواژگان: شبکه های هوشمند، رادیوی شناختگر، ارسال مجدد فرصت طلبانه، تحلیل تاخیر، مسیریابی، شبکه های مش، چنددروازه ای
  • مهدی شاه پرستی، محمد فرزی *، منصور عارفیان، روزبه اسد، مهدی شرعی پور صفحات 239-247
    این مقاله روند طراحی و ساخت یک یکسوساز جریان بالا از نوع کموتاسیون خط را ارائه می کند که در آن از شش ولو جریان بالا بهره گرفته شده و هر ولو از طریق موازی سازی چهارهای تریستوری موازی ساخته شده است. طراحی ساختار فیزیکی، چینش باس بارها و چیدمان تریستورهای موازی با استفاده از یک تکنیک ابتکاری چنان انجام شده که جریان به صورت مساوی بین آنها جاری شود. علاوه بر تمهیدات طراحی سخت افزاری و استفاده از روش های مرسوم در تحریک هم زمان و دقیق تریستورها، برای اطمینان از تقسیم جریان مساوی، یک تکنیک کنترلی جدید متکی بر اندازه گیری دمای هر یک از تریستورها و تصمیم گیری بر اساس آن، اقدام به آتش کردن آنها می نماید. در نهایت نتایج آزمایشگاهی یک یکسوساز نمونه 170 ولتی- 4000 آمپری جهت تایید طراحی ها ارائه شده است.
    کلیدواژگان: یکسوساز تریستوری جریان بالا، ولو تریستوری، موازی سازی تریستورها
  • وحید خلیق *، حسن منصف صفحات 248-256
    استفاده از واحدهای فتوولتاییک در شبکه قدرت و مشارکت آنها در تامین بار سیستم، رشد فزاینده ای در سال های اخیر داشته است به طوری که ظرفیت کل نصب شده فتوولتاییک در جهان از GW 5/1 در سال 2000 به صورت نمایی به GW 402 در سال 2017 رسیده است. در این تحقیق روشی تحلیلی برای ارزیابی قابلیت اطمینان مزارع بزرگ فتوولتاییک با در نظر گرفتن تغییرات توان ورودی و همچنین شاخص های قابلیت اطمینان اجزای واحد فتوولتاییک ارائه شده که می تواند برای تخمین انرژی سالانه تولیدی واحد فتوولتاییک و همچنین محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از مدل مارکوف، روش فراوانی و تداوم برای مدل سازی واحد فتوولتاییک همانند واحدهای چندحالته مورد استفاده قرار می گیرد و احتمال، فرکانس وقوع و نرخ گذر هر حالت بر مبنای اطلاعات آماری تابش خورشید و خصوصیات عملکردی واحد فتوولتاییک می تواند به دست آید. به دلیل وجود تعداد زیاد حالات تابش خورشید و عملکردی ماژول های فتوولتاییک از الگوریتم k-means برای دسته بندی داده ها استفاده شده است. برای نشان دادن کارامدی مدل مذکور نتایج حاصل بر روی شبکه تست RBTS مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج تحقیق بیانگر بالابودن حاشیه ظرفیت با استفاده از شاخص LOLF نسبت به استفاده موردی از شاخص LOLE است و دلیل این موضوع، طبیعت تصادفی تابش خورشید در مقایسه با واحدهای مرسوم می باشد. از این رو اهمیت مطالعه شاخص های قابلیت اطمینان وابسته به فرکانس در این سیستم ها مشهود است.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، مزرعه فتوولتائیک، مارکوف، شبیه سازی
  • داود عزیزیان *، گئورک قره پتیان صفحات 257-264
    امروزه ترانسفورماتورهای چندسیم پیچه به صورت قابل ملاحظه ای در سیستم های قدرت، به خصوص صنایع ریلی و کارخانه های فولادسازی مورد توجه متخصصان و طراحان شبکه قرار گرفته اند. ترانسفورماتورهای چندسیم پیچه مورد استفاده در سیستم های ریلی (کششی)، دارای ساختار ویژه دوطبقه بوده و از لحاظ حرارتی و مغناطیسی با مشکلات و پیچیدگی های بیشتری نسبت به انواع متداول دوسیم پیچه مواجه هستند. بنابراین با توجه به اهمیت محاسبه تلفات (حرارت تولیدی) سیم پیچی ها (به عنوان مقدمه محاسبات حرارتی) در این نوع از ترانسفورماتورها، در تحقیق حاضر یک روش شبه عددی جهت تحلیل رفتار الکترومغناطیسی ترانسفورماتور چندسیم پیچه دوطبقه ارائه شده است. با تلفیق روش اجزای محدود و روش تحلیلی، توزیع تلفات سیم پیچی ها، مرتبط با جریان های فوکو، محاسبه و از مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی، دقت و اعتبار مدل سازی تایید می شود. چنانچه نشان داده شده است، روش ارائه شده، روشی کارامد جهت مدل سازی الکترومغناطیسی و محاسبه تلفات در ترانسفورماتور چندسیم پیچه دوطبقه است. در ادامه، تلفات سیم پیچی های ترانسفورماتور چندسیم پیچه دوطبقه با نتایج ترانسفورماتورهای دوسیم پیچه سنتی معادل مقایسه شده و نتایج مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. در انتها نیز ارتباط تلفات سیم پیچی های این ترانسفورماتور با فرکانس مطالعه شده است.
    کلیدواژگان: ترانسفورماتور چندسیم پیچه، سیستم کششی، مدل سازی الکترومغناطیسی، تلفات سیم پیچی ها، روش شبه عددی
  • مائده قنبری عدیوی، محمدروح الله یزدانی * صفحات 265-271
    ضریب تبدیل بسیار پایین در توپولوژی مبدل سوئیچینگ باک مرسوم قابل حصول نیست و همچنین استرس ولتاژ سوئیچ در این مبدل به عنوان عیب دیگر مبدل باک ساده در ولتاژهای وروردی زیاد مطرح است. در این مقاله، یک مبدل DC-DC سوئیچینگ درهم تنیده بر پایه ساختار باک برای حل این مشکلات ارائه می شود. در ساختار این مبدل سوئیچینگ، از ترانسفورمر نیز استفاده شده و مشکل بازنشانی (ریست) هسته ترانسفورمر حل گردیده و نیازی به سیم پیچ بازنشانی نیست. پس از بیان شکل موج های کلیدی و روابط تحلیلی مبدل پیشنهادی، نمودارهای نسبت تبدیل ولتاژ ارائه شده و در ادامه نتایج شبیه سازی شکل موج های اصلی مبدل پیشنهادی با توان 240 وات، با ورودی 150 ولت و ولتاژ خروجی 24 ولت برای بررسی صحت نتایج تئوری ارائه می گردد.
    کلیدواژگان: مبدل سوئیچینگ باک، تداخل الکترومغناطیسی، مبدل بسیار کاهنده، ساختار درهم تنیده
  • خشایار نشاط، محمد صالح تواضعی صفحات 272-278
    این مقاله به مساله تحلیل جبری پایداری و بررسی امکان وجود کنترل کننده تناسبی جهت پایدارسازی بر اساس اطلاعات پاسخ فرکانسی می پردازد. در ابتدا نشان داده خواهد شد که استفاده از نتایج موجود در این زمینه در حالت خاصی که دیاگرام فاز سیستم حلقه باز در مساله تحلیل جبری پایداری یا دیاگرام فاز پروسه در مساله پایدارسازی به کمک کنترل کننده های تناسبی دارای نقطه عطف بحرانی است، می توانند منجر به برداشت هایی ناسازگار شود. سپس برای حل مشکل ناسازگاری ذکرشده، اصلاحاتی پیشنهاد خواهد شد. در نهایت نیز به صورت تحلیلی شرایطی برای وجود نقطه عطف بحرانی در دیاگرام فاز یک سیستم دینامیکی استخراج می شود.
    کلیدواژگان: روش های جبری در تحلیل پایداری، پایدارسازی تناسبی، پاسخ فرکانسی
  • سوما احمدی، سیدجواد ازهری * صفحات 279-284
    در این مقاله یک ساختار جدید برای پیاده سازی تقویت کننده ابزاردقیق حالت جریان (CMIA) بر مبنای ناقل جریان نسل دوم تمام تفاضلی (FDCCII) پیشنهاد می شود. این ساختار به دلیل بهره بردن از امتیازهای کار در حالت جریان بر خلاف تقویت کننده های ابزاردقیق حالت ولتاژ نیاز به مقاومت های همجور برای دست یابی به CMRR بزرگ نداشته و به طور ذاتی توانایی بهبود پارامترهای مهم یک CMIA را دارد. همچنین برخلاف سایر انواع جریانی این گروه، استفاده از ساختار تفاضلی تاثیر ناهمجوری بلوک های الکترونیکی در عملکرد آن را کاهش داده است. هر دوی این مزیت ها اندازه و توان مصرفی ساختار را به شدت کاهش و پهنای باند و CMRR مدار را افزایش داده و این مدار را به نمونه ای کم نظیر در عملکرد و انتخابی بسیار مناسب برای مجتمع سازی تبدیل نموده است. در CMIA طراحی شده CMRR به عنوان مهم ترین پارامتر یک تقویت کننده ابزار دقیق با استفاده از یک طبقه تفاضل گیر جریان بهبود داده شده است. طراحی مدار با استفاده از فناوری um 18/0 CMOS تحت ولتاژهای تغذیه V 1± انجام گرفته و عملکرد آن با استفاده از نرم افزار HSPICE در سطح ترانزیستور بررسی شده است. نتایج شبیه سازی مقادیر CMRR برابر dB 4/227 و پهنای باند KHz 98/8، پهنای باند بهره تفاضلی MHz 08/9، ولتاژ آفست خروجی uV 23/2 و توان مصرفی uW 348 می باشد. به عنوان یک امتیاز منحصربه فرد، مقدار CMRR در پاسخ مونت کارلو (که خطاهای فناوری را نیز منظور می نماید) تا dB 68/228 افزایش یافته که به طور نسبی عدم حساسیت ساختار پیشنهادی را به خطاهای فناوری (PVT) به عنوان یک ویژگی بی نظیر تایید می نماید.
    کلیدواژگان: تقویت کننده ابزاردقیق (IA)، تقویت کننده ابزاردقیق حالت جریان (CMIA)، نسبت رد حالت مشترک بسیار بزرگ (High CMRR)، ناقل جریان تمام تفاضلی نسل دوم (FDCCII)، توان مصرفی پایین (LP)
  • علی تجویدی * صفحات 285-291
    در نواحی شهری، ارتباطات بی سیم به علت انعکاس و پراش امواج از ساختمان ها و متحرک بودن گیرنده ها، دچار محوشدگی های شدید می شوند. از این رو در طراحی شبکه های بی سیم نیاز به مدلی داریم که بتواند پدیده انتشار امواج در کانال انتشار را به خوبی پیش بینی کند تا روش های ارتباطی بین فرستنده و گیرنده بر اساس کانال انتشار تعیین شوند. اکثر مدل های کانال انتشار بی سیم متحرک بر پایه اندازه گیری بوده اند. در این مقاله می خواهیم یک مدل فیزیکی آماری جدید معرفی کنیم که در آن ساختمان ها به صورت بخش ثابت مدل در نظر گرفته شده اند و پدیده های پراش و انعکاس پرتوها با استفاده از روش تئوری یکنواخت پراش مدل شده اند. از سوی دیگر گیرنده در این مدل به صورت یک خودرو در نظر گرفته شده و با استفاده از فرایند نقطه ای پواسن مکان خودرو پیش بینی شده است. به وسیله این مدل می توانیم ظرفیت کانال را در محیط های شهری با توجه به تراکم خودور و ترافیک شهری پیش بینی کنیم. همچنین به منظور تایید مدل پیشنهادی نتایج این مدل را با یک مدل آماری بر پایه اندازه گیری مقایسه کردیم و تطابق خوبی بین آنها دیده شد.
    کلیدواژگان: انتشار امواج، تئوری یکنواخت پراش، سیستم های چندورودی و چندخروجی، ظرفیت کانال، محیط شهری
|
  • S. A. Hashemian *, V. Tabatabvakili Pages 229-238
    The conventional power grid has several drawbacks and a new powerful smart grid perspective has been recently introduced. The smart grid principle, allowing to efficiently manage an electrical grid network, needs to exploit a communication network for interconnecting the Smart Grid devices. An increasing interest is toward wireless communications due to their higher flexibility. Within this context cognitive radio (CR) techniques has been introduced aiming to exploit more efficiently the radio spectrum resources. In neighborhood area network (NAN), mesh grids can be considered as one of possible network topologies. In such networks no base station is required and data will be sent to gateway by means of nodes themselves. Hence, routing is one of the main issues in such networks. Routing in such networks should be done by a protocol which maximizes throughput against cognitive radio drawbacks and Packets delay in such protocol needs to be minimum and suitable for smart grids applications. CORPL has been introduced as a routing protocol to meet some of these goals. In this paper by CORPL functionality would be evaluated under burst and poisson traffic. It will be shown that by increasing active nodes, CORPL functionality would be decreased. Then average upper limit for delay would be mathematically modeled and to reduce that a multigate scheme would be introduced.
    Keywords: Smart grids, cognitive radio, opportunistic forwarding, delay analyze, routing, mesh grids, multigate
  • M. Shahparasti, M. Farzi *, M. Arefian, R. Asad, M. Sharei, pour Pages 239-247
    This paper presents the process of designing and manufacturing a high-current line-commutated rectifier, which consists of six high current valves. Every valve is constructed through the parallelization of the four thyristors. The design of the physical structure, the placement of busbars, and the arrangement of parallel thyristors are made using an innovative technique so that the current flows equally between them. To ensure equal flow distribution, in addition to the design of hardware structure and the use of suitable methods for simultaneous and accurate triggering of parallel thyristors, a new control technique based on the temperature measurement of each thyristor is proposed. Finally, the experimental results of a 170V, 4000A rectifier are presented to verify the proposed hardware design and control method.
    Keywords: High current thyristor controlled rectifier, thyristor valve, thyristors in parallel configuration
  • V. Khaligh *, H. Monsef Pages 248-256
    Utilization of photovoltaic units in power networks and their participation in the power supply has increased in recent years. Total world capacity of PV units has grown exponentially from 1.5 GW in 2000 to about 300 GW in 2016. This paper presents an analytical method for evaluating the reliability of large photovoltaic farms with regard to the changes in input power and reliability indices of unit components. The proposed method is not only capable of estimating the annual energy production of the photovoltaic units, but also able to calculate the system reliability indices. With Markov approach, Frequency and Duration method is utilized in order to model a photovoltaic farm similar to the multistate conventional units. Probability, frequency and transition rate of each state is obtained using the statistical data of solar radiation as well as operational characteristics of a photovoltaic unit. Due to the large number of solar radiation and PV modules operational states, k-means clustering algorithm is used for data classification. This analytical method is applied to the RBTS to demonstrate the effectiveness of developed approach. Capacity credit using LOLF index, is more than what obtained in the case of LOLE index. This observation can be explained through the variable nature of solar radiation in comparison with conventional units. Hence there is a need to obtain a model which reflects the frequency based reliability indices of PV systems.
    Keywords: Reliability, PV farm, Markov model, simulation
  • D. Azizian *, G. Gharehpetian Pages 257-264
    Nowadays, multi-winding transformers are widely used in power systems, especially in traction networks and steel producing companies. The multi-winding transformers have special geometry. They encounter with serious problems and difficulties in design procedure in comparison with conventional two-winding transformers. Considering the importance of windings losses (and the generated heat), the current research firstly focuses on thermal calculations in this type of transformers, also introduces a semi-numerical technique for electromagnetic analysis of split-winding traction system transformer. Combining finite element and analytical methods, the windings losses distribution due to eddy currents is calculated and the modeling results are validated using the experimental results. As shown, the introduced semi-numerical method is a powerful technique for electromagnetic modeling and winding losses calculations in split-winding transformers. Also, the winding losses of the split-winding transformer are discussed and compared to the conventional two-winding transformer results. Finally, the relation between the winding losses and frequency is studied in this paper.
    Keywords: Split-winding transformer, lectromagnetic modeling, winding losses, finite element (FE), semi-numerical method
  • M. Ghanbari, M. R. Yazdani * Pages 265-271
    High step-down conversion ratio cannot be achieved by the conventional buck converter. Also, the switch voltage stress is another drawback of the regular buck converter for high input voltages. In this paper, a DC-DC switching converter using interleaved method is proposed based on the buck topology to achieve a high step-down conversion ratio. In the structure of this converter, a coupled inductor is used without need of another auxiliary winding. After presenting key waveforms and analysis of the proposed converter, the conversion ratio curves are offered. Moreover, simulation waveforms of a 240 W converter prototype with the input voltage of 150 V and the output voltage of 24 V are shown to verify the theoretical analysis.
    Keywords: Buck switching converter, electromagnetic interference (EMI), high step-down converter, interleaved structure
  • kh. Neshat, M. S. Tavazoei * Pages 272-278
    This paper deals with algebraic stability analysis and investigating the existence of proportional stabilizing controllers on the basis of frequency response data. Firstly, it is shown that using the available results in this subject may yield in inconsistent subsequences in the cases that there is a critical inflection point in phase diagram of the open-loop/process transfer function. Then, to solve this inconsistency problem some modifications are proposed. Finally, conditions for ensuring the existence of critical inflection point in phase diagram of a dynamical system are analytically found.
    Keywords: Algebraic methods in stability analysis, proportional stabilization, frequency response
  • S. Ahmadi, S. J. Azhari * Pages 279-284
    In this paper a novel topology of CMIA based on FDCCII is proposed. Due to benefiting from current mode signal processing, unlike the most of the previously reported IAs, the proposed FDCCII based structure doesn't need well-matched resistors or active blocks to obtain high CMRR and inherently can improve CMRR, bandwidth, power consumption and it has better frequency performances. On the other side, unlike other current mode types of this group, using fully differential structure decreases the mismatch effect in electronic blocks. Both of these advantages significantly reduced the structure size and power consumption while improving bandwidth and CMRR and makes it an excellent and an unbeatable choice for integration. In the proposed circuit, CMRR as the most important property of IA has been greatly improved by using a current subtracting stage. The CMIA has been designed using 0.18 um CMOS Technology under ±1 V supply voltages and the performance of the CMIA has been verified using HSPICE software in transistor level. The CMIA has achieved voltage CMRR of 227.4 dB, voltage CMRR bandwidth of 8.98 KHz, differential voltage gain bandwidth of 9.08 MHz and output offset voltage of 2.23 uV and the IA’s power dissipation is only 348 uW
    Keywords: Instrumentation amplifier (IA), current mode instrumentation amplifier (CMIA), high CMRR, fully differential second generation current conveyor (FDCCII), low power (LP)
  • A. Tajvidy * Pages 285-291
    In urban areas, wireless communications suffer from severe fading due to reflections and diffraction of waves from buildings and mobility of receivers. Hence, in design of wireless networks, we need a model to predict propagation channels, in order to determine communication methods between transmitters and receivers. Most of current mobile wireless communication models are based on measurements. In this paper, we want to introduce a new statistical physical model in which buildings are considered as a fixed part of the model and the phenomena of diffraction and reflection are modeled using the uniform theory of diffraction (UTD).On the other hand, the receiver in this model is considered as a car. The position of this car is predicted using the Poisson point process (PPP). We can predict channel capacity in urban areas, taking into account the density of traffic and urban traffic by using this model. Furthermore, in order to validate the proposed model, we compared the results of this model with a statistical model based on measurements and there is a good agreement between them.
    Keywords: Channel capacity, multiple input multiple output (MIMO), propagation, urban area, uniform theory of diffraction (UTD)