فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 33 (بهار 1397)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 33 (بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/04/04
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله پژوهشی
  • ایمان صادق خانی * صفحات 3-14
    با افزایش ظرفیت و تعداد منابع انرژی پراکنده، حفظ اتصال این منابع در حین وقوع اختلالات ضروری است. از جمله اقداماتی که برای این منظور باید انجام شوند، فراهم کردن ولتاژ با کیفیت مطلوب برای تغذیه بارهای مهم و محدوسازی جریان و ولتاژ منابع مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت در حین خطا است. این مقاله به بررسی عملکرد ساختار متداول کنترل سلسله مراتبی ریزشبکه های جزیره ای در حین و پس از رفع خطا می پردازد. در سطح کنترل اول این ساختار از محدودکننده ترکیبی برای محدودسازی جریان و ولتاژ مبدل استفاده شده است. اثر استفاده از مفهوم کنترل مستقل هر فاز در سطوح کنترل اول و دوم ریزشبکه در بهبود عملکرد ریزشبکه در حین خطا و اثر استفاده از روش انتگرال گیری مشروط در کنترل کننده ولتاژ سطح کنترل دوم در ارتقاء عملکرد ریزشبکه پس از رفع خطا بررسی شده است. نتایج این مطالعه با شبیه سازی زمانی خطاهای متقارن و نامتقارن نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: انتگرال گیری مشروط، ریزشبکه اینورتری، کنترل سلسله مراتبی، قاب مرجع فاز، محدودسازی
  • صادق حیدری بنی، سید محمد مهدی میرطلایی * صفحات 15-24
    از آنجا که انرژی فسیلی سنتی تجدیدپذیر نیست جوامع امروزی با مشکل کمبود انرژی مواجه می‏باشند. در نتیجه باید انرژی جدید توسعه داده شود که پاک و تجدیدپذیر باشد. انرژی خورشیدی و انرژی هیدروژنی نویدبخش هستند و تولید توان فتوولتائیک و پیل سوختی به عنوان روش‏های مورد استفاده برای دو منبع انرژی در مقیاس بزرگی مورد استفاده قرار گرفته‏اند. در یک سیستم تک فاز با ساختار دو مرحله‏ای اگر ولتاژ خط 220 ولت باشد ولتاژ باس اینورتر متصل به شبکه لازم است که در حدود 380 ولت باشد. هرچند ولتاژ خروجی سلول‏های فتوولتائیک و سلول‏های سوختی به طور کلی بین 25 تا 40 ولت است که این ولتاژ بسیار کمتر از ولتاژ باس می‏باشد. بنابراین یک مبدل DC-DC بهره بالا لازم است تا ولتاژ خروجی پیل‏های سوختی و سلول‏های فتوولتائیک را تقویت کند. در این مقاله، ساختار بهبود یافته ای تحت عنوان مبدل بوست بهره بالا به همراه مدار چندبرابر کننده ولتاژ برای کاربردهای سلول خورشیدی ‏ارائه خواهد شد. در ساختار پیشنهادی برای افزایش بهره از تکنیک مدار چندبرابر کننده ولتاژ و سلف کوپل شده استفاده شده است. به طور کلی مزایای مبدل پیشنهادی شامل بهره ولتاژ و راندمان بالا، استرس ولتاژ پایین برای سوئیچ ها و دیود ها، فراهم آوردن شرایط سوئیچینگ نرم و نهایتا کاهش حجم المان های مغناطیسی و حجم کلی مدار می باشد. در این پژوهش علاوه بر تشریح عملکرد مدار و ارائه ی تحلیل های تئوری، صحت عملکرد مدار از طریق شبیه سازی نرم افزاری بررسی خواهد شد و در انتها با پیاده سازی عملی نمونه آزمایشگاهی، نتایج شبیه سازی مورد ارزیابی قرار می‏گیرد.
    کلیدواژگان: مبدل بوست، چندبرابر کننده ولتاژ، مبدل های بهره بالا، سلف های کوپل شده، استرس ولتاژ
  • امیر باغی رهین*، وحید باغی رهین صفحات 25-36
    یک فشرده ساز، بلوک سازنده بسیاری از مدارات محاسباتی می باشد. طراحی یک فشرده ساز که مساحت کوچکتر، توان مصرفی کم و سرعت بالا دارد همواره مورد تقاضا می باشد. از آنجاییکه طول کانال به سمت مقیاس نانو میل می کند استفاده از MOSFET به عنوان افزاره پایه در فشرده ساز اکنون به محدودیت های عملکردی خود از قبیل اتلاف توان میانگین و سرعت نائل می شود. در این مقاله، یک سلول تمام جمع کننده یک بیتی با استفاده از ترانزیستور FinFET براساس مدل فرایند PTM 32nm با ولتاژ تغذیه 0.5 ولت برای کاربردهای موبایل پیشنهاد شده است.سپس، از تمام جمع کننده پیشنهادی در ساختار فشرده ساز استفاده شده و عملکرد فشرده ساز 4:2 پیشنهادی با نتایج شبیه سازی بدست آمده از نرم افزار HSPICE ارزیابی شده است. پارامترهای اصلی فشرده ساز از قبیل توان مصرفی، تاخیر، PDP و EDP اندازه گیری شده و عملکرد ممتاز آن با شبیه سازی های مختلف ثابت گردید. همچین، در مقایسه با فشرده ساز مبتنی بر MOSFET، تعداد ترانزیستورها به 42 عدد کاهش یافت.
    کلیدواژگان: فشرده ساز 4:2، تمام جمع کننده، فوق العاده ولتاژ پایین، توان پایین، ترانزیستور FinFET
  • احسان عسگری، مژده مهدوی *، روح الله حافظی فرد صفحات 37-46
    مونوپالس، تکنیکی است که برای استخراج جهت تشعشع امواج، به کار می رود. تشعشع، می تواند ناشی از منابع فعال همچون آنتن رادار، اخلال گر و... یا منابع غیرفعال همچون صفحات بازتاب دهنده ی بدنه ی یک هواپیما باشد. در حال حاضر تکنیک مونوپالس در بسیاری از سامانه های مدرن راداری بکار گرفته شده است. در دقت ردگیری رادار، ملاک ارزیابی عملکرد زاویهیابی، شیب تفاضل است که نیاز به داشتن اطلاعاتی دقیق از ابعاد آنتن، طول‏موج و تابع روشن‏سازی است. در این مقاله برای ایجاد عدم وابستگی به دانستن اطلاعات دقیق از آنتن، مقدار شیب تفاضل، نرمالیزه شده است که آنرا می‏توان بدون اطلاع از شکل و ابعاد دریچه، طول‏موج و تابع روشن‏سازی و تنها با استفاده از الگوی تشعشعی اندازه‏گیری شده آنتن، بدست آورد. با انتخاب تغذیه های چهارشیپوری، بهینه‏سازی تغذیه بر اساس زاویه‏ی لوچ انجام می گیرد که در این روش نتایج حاصل بیانگر آن است که در تمامی محدوده عملکرد، زاویه لوچی بهینه، دارای کمترین خطای زاوی های میباشد. شبیه‏سازی ها اطمینان ما را از برتری عملکرد رادار ردگیر با زاویه لوچی بهینه در تمامی زاویه های قرار‏گیری هدف در محدوده الگوی رادار مونوپالس دامنه، حاصل مینماید.
    کلیدواژگان: مونوپالس دامنه، دقت ردگیری، رادار آرایه فازی، زاویه لوچی، تغذیه های شیپوری
  • محمدرضا زبیری، احمدرضا اسکندری * صفحات 47-61
    در این مقاله سه فیلتر میانگذر تک بانده و دوبانده جدید با اندازه های یکسان ارائه شده است، که هر سه فیلتر بر اساس یک ساختار اولیه و با استفاده از فناوری مسطح ریزنوار، طراحی، بهینه سازی و ساخته شده اند و مورد اندازه گیری قرار گرفته اند. هر باند عبور ایجاد شده، با بکارگیری یکی از دو نوع ساختار رزوناتور موجود، برانگیخته می شود. رزوناتورهای بزرگتر بعنوان ساختار اصلی تشکیل دهنده فیلتر، دارای فرم امپدانس-پله ای هستند، که درصورت تغذیه صفر درجه و وجود تزویج الکتریکی میان آنها، باند عبور اول را در فرکانس 0.9 GHz ایجاد میکنند. رزوناتورهای کوچکتر نیز بعنوان زیرساختار فیلتر، با توپولوژی مارپیچ، هم اندازه و هم امپدانس با همدیگرند؛ و با تغذیه ای متقارن و تزویج داخلی در درون رزوناتورهای اصلی جاسازی می شوند تا باند عبور بالاتر را در فرکانس 1.8 GHz ایجاد و کنترل کنند. وجود تزویج متقابل میان زیرساختارها، باعث حذف هرگونه هارمونیک در باندتوقف و تولید صفر انتقال اضافی در طرفین باند عبور بالاتر می شود. ابعاد فیلترهای ابداعی با رویکرد کوچکسازی از 0.163λg*0.09λg به ابعاد 0.092λg*0.08λg برحسب طول موج هدایت شده خط ریزنوار کاهش می یابد، که نسبت به دیگر فیلترهای مقایسه شده، دارای فشرده ترین ساختار می باشد. با توجه به نتایج اندازه گیری فیلتر دوبانده، مقادیر افت عبوری0.7 dB و 0.5 dB به ترتیب در باندهای اول و دوم با کمترین مقدار تلفات نسبت به دیگر فیلترهای مورد بررسی، بدست آمده است. نهایتا سه فیلتر نمونه، با کاربرد در سیستمهای جهانی ارتباطات سیار، ساخته و اندازه گیری شده اند، که انطباق بالای نتایج طراحی و اندازه گیری، نشان از تحقق اهداف و روش مبتکرانه طراحی دارد.
    کلیدواژگان: فیلتر میانگذر، سیستم جهانی برای ارتباطات سیار، ساختار تغذیه صفر درجه، رزوناتور حلقه باز مارپیچ دوگانه، تزویج متقابل
  • محمد بهزاد اسحقی، مهران زمانی فر * صفحات 62-73
    هدف این مقاله، مطالعه پایداری و رفتار دینامیکی یک سیستم کوره قوس الکتریکی متصل به شبکه قدرت به کمک تئوری انشعابات است. این تئوری روش منظمی را برای تحلیل پایداری سیستم‏های دینامیکی تحت شرایط تغییر پارامترهای سیستم معرفی می‏کند. در حقیقت، در هر مرحله پارامتری از سیستم به طور پیوسته تغییر داده می‏شود و به طور همزمان مقادیر ویژه سیستم به کمک نرم‏افزار MATLAB و یا AUTO ردیابی می‏شود. با توجه به نحوه حرکت مقادیر ویژه و نزدیک‏شدن آنها به محور موهومی در صفحه S انشعاب گره-زینی و یا هاپف رخ داده در سیستم به ازای تغییر پارامتر مورد نظر استخراج می‏گردد. در این مقاله، ابتدا سیستم کوره قوس الکتریکی به کمک معادلات دیفرانسیل-جبری مدل‏سازی می‏شود و سپس به کمک روش تصویر، منیفلد مرکزی دو بعدی انشعاب هاپف که در سیستم کوره قوس الکتریکی رخ می‏دهد به صورت تحلیلی استخراج می‏شود. روش تصویر در تئوری انشعابات مطرح بوده و به طور کامل در این مقاله آورده شده است. در نهایت، نتایج کار با شبیه‏سازی کامپیوتری مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: کوره قوس الکتریکی، تئوری انشعابات، روش تصویر، منیفلد مرکزی
|
  • Iman Sadeghkhani * Pages 3-14
    With increasing the capacity and number of distributed energy resources (DERs), it is necessary to keep them connected to the microgrid during the disturbances. Two of the most important measures for satisfying this requirement are to provide the high quality voltage for feeding the critical loads and to limit the electronically-coupled DERs current and voltage. This paper investigates the performance of hierarchical control structure of islanded microgrids during and after the fault conditions. The primary control level of this control structure is equipped with the hybrid reference frame limiting strategy to limit the voltage-sourced converter (VSC) current and voltage. The effect of employing the concept of independent control of natural reference frame in both primary and secondary control levels and the influence of using the conditional integration method in the voltage controller of secondary control level on the microgrid performance during and after fault condition are investigated. The study results are demonstrated through several time-domain simulations of symmetrical and asymmetrical faults.
    Keywords: Conditional integration, hierarchical control, limiting, inverter based microgrid, natural reference frame
  • Sadegh Heidari Beni, Mohammad Mehdi Mirtalaee * Pages 15-24
    Because the traditional fossil energy is not renewable modern societies, are facing energy shortages. As a result, it is necessary to develop new energy that is clean and renewable to replace of fossil fuels. Solar energy, photovoltaic power generation, fuel cell and hydrogen energy are methods used to big - scale energy sources.
    In a mono - phase system with two - step structure if the line voltage is 220 volts, bus inverter voltage that connected to network, should be about 380 volts. However, the output voltage of the photovoltaic cells and fuel cells are generally between 25 to 40 volts this voltage is much lower than the bus voltage. So a high efficiency DC-DC converter output voltage is required to boost fuel cells and photovoltaic cells. In this research, will be presented an improved structure as high efficiency voltage boost converter with a voltage multiplier circuit for solar cell applications. In the proposed structure for efficiency improvement, used voltage multiplier circuit techniques and coupled inductors. We have the proposed converter using the active clamp circuit to achieve soft switching conditions and reduce switching losses. generally, the advantages of the proposed converter are high step-up voltage and high efficiency, low voltage stress for switches and diodes, providing soft switching conditions, and ultimately reducing the number of magnetic elements and the circuit's size. In this paper, in addition to describing the operation of the circuit and provide theoretical analyzes, validity of circuit performance will be evaluated through simulation software
    Keywords: Boost converter, Voltage multiplier, High step up converters, Coupled inductors, Voltage stress
  • Amir Baghi Rahin *, Vahid Baghi Rahin Pages 25-36
    A compressor is basic building blocks of many arithmetic circuits. Design of smaller area, low power consumption and high speed compressor is always in demand. As the channel length approaches nanometer scale, the use of MOSFET as the basic device in compressor now has reaching its performance limits such as average power dissipation and speed. In this paper, a 1-bit full adder cell using FinFET transistor based on PTM 32nm process model with 0.6 V supply voltage for mobile applications is proposed. Then, the proposed full adder cell is used in the structure of compressor and performance of the proposed 4: 2 compressor is evaluated with the simulation results obtained from HSPICE. The main parameters of proposed compressor such as power compression, delay, power-delay product (PDP) and energy-delay product (EDP) were measured and its superior performance has been proved by various simulations. Also, in comparison of MOSFET based compressor, the number of transistors is decreased to 42.
    Keywords: 4, 2 Compressor, full adder, ultra low, voltage, low power, FinFET transistor
  • Ehsan Asgari, Mojdeh Mahdavi *, Ruhollah Hafezifard Pages 37-46
    Monopulse is a technique which is used to detect radiation direction of waves. Radiation can be originated from active sources such as radar antennas, disturbances, etc., or passive sources, such as the reflector plates of an aircraft. Nowadays, monopulse technique has been used in many modern radar systems. In radar tracking accuracy, the criterion for evaluating the angulation function is the differential gradient. It needs to have accurate information about antenna dimensions and wavelengths. In this paper, the difference gradient value is normalized and can be completed with knowing the radiation pattern of the antenna without knowing wavelength and gate dimensions. Then, by choosing a four-horns feed, the feed is optimized based on the squint angle. The results indicate that in the whole functional range, the optimum squint angle has the least angular error. Simulations provide us with confidence in the superior performance of the radar tracker with an optimal squint angle for all target angles within the range of the pattern of monopulse radar.
    Keywords: Monopulse, Tracking Accuracy, Phased Array Radar, Squint Beams, Horn Feeds
  • Mohammad Reza Zobeyri, Ahmadreza Eskandari * Pages 47-61
    In this paper, there are three novel bandpass filters (BPFs), consist of single- and dual-band, presented in a same size, which all the filters, have been designed, optimized and finally fabricated and measured, based on a primary structure and using planar microstrip technology. Each of the generated passbands, is resonated by the use of one of the two existing types of resonator structures. The larger resonators, as main-structures of the filter with a stepped-impedance features, by appling 0°-feed structure and electrical coupling in-between, create the first passband at 0.9 GHz. The smaller resonators as sub-structures, with dual-spiral topology, are in the same size and uniform-impedance, and with symmetrical feeding and internal coupling, are embedded in the main-structures to generate and control the higher passband at 1.8GHz. The existence of a cross-coupling between the sub-structures, suppresses any harmonics in the stop-band and generates additional transmission zeros on both sides of the upper passband. Overal dimensions of the innovative filters with a miniaturizing approach, are reduced from 0.163λg*0.09λg to 0.092λg*0.08λg in terms of the guided wavelength, which is the most compacted structure compared with other filters. According to 0.7 dB and 0.5 dB, the obtained insertion losses of the first and second passbands of the dual-band BPF respectively, the lowest losses have been achieved, compared with other examined dual-band BPFs. Finally three prototypes for global systems for mobile communication, were fabricated and measured. A good agreement between the measured and simulated results indicates realizing the goals and ingenious methods of this design.
    Keywords: BandPass Filter (BPF), Global System for Mobile (GSM) communications, 0°, degree feed structure, Dual, spiral open, loop resonators, cross, coupling
  • Mohammad Behzad Es-Haghi, Mehran Zamanifar * Pages 62-73
    This paper aims to study the stability and dynamic behavior of a grid-connected electric arc furnace system, using bifurcation theory. This theory introduces a systematic method for stability analysis of dynamic systems, under changes in the system parameters. In fact, a parameter is constantly changed in each step, using MATLAB and/or AUTO software, and system eigenvalues are monitored simultaneously. Considering how the eigenvalues approach the system’s imaginary axis on S plain in accordance with the changes in the targeted parameter, the occurred saddle-node and/or Hopf bifurcation of the system is extracted. In this paper, at first, electric arc furnace is modeled by the differential-algebraic equations and then based on the projection method, two-dimensional center manifold at the Hopf bifurcation happens in the electric arc furnace system is achieved analytically. Projection method is discussed in the bifurcation theory and is presented totally in this paper. Finally, the results are compared by the computer simulations.
    Keywords: Electric arc furnace, bifurcation theory, projection method, center manifold