25684

طراحي، شبيه سازي و ساخت مبدل DC-DC سه درگاهي

كارشناسي ارشد

راه آهن برقي

1397

1400/8/11

دكتر سيد سعيد فاضل

راه آهن

همراه با رشد چشمگير الكترونيك قدرت در دهه هاي اخير و كاربرد روز افزون آن، مبدلهاي DC-DC نيز كاربرد و اهميت ويژه اي پيدا كرده اند. در ساليان اخير موضوع مديريت انرژي در راه آهن برقي كه يك بار مهم و بزرگ براي شبكه اصلي شناخته مي شود بسيار مورد توجه قرار گرفته است، يكي از مهمترين بخش ها براي عملي كردن مديريت هاي ارائه شده استفاده از مبدل هاي كارامد و مناسب براي كاربرد مورد نظر است. در اين پروژه يك مبدل DC-DC براي اجراي يك سيستم با منبع (پنل خورشيدي)، سيستم ذخيره انرژي (باتري) و بار پيشنهاد شده است. در ابتدا مروري كلي بر ساختارهاي ارائه شده براي مبدل هاي DC-DC چنددرگاهه، صورت گرفته است. در مطالعات اخير، جوانب مختلف اين مبدل ها نظير عملكرد افزاينده، كاهنده و يا كاهنده- افزاينده، قابليت انتقال توان دوطرفه، تعداد عناصر (كليدها و ديودهاي قدرت، سلف ها، خازنها و ...)، تنش ولتاژ و جريان عبوري روي كليدها و ديودها و بازدهي كلي مبدل مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به بررسي ها و مطالعات صورت گرفته، سعي شده است كه يك ساختار مناسب طراحي و انتخاب شود كه از جنبه هاي مختلف عملكرد قابل قبولي داشته باشد و در عمل نيز قابليت اجرايي شدن را داشته باشد. از مهمترين نكاتي كه در طراحي پروژه به آن توجه شده است كليدزني نرم و بازدهي سيستم مورد نظر است. براي اين منظور ساختارهاي رزونانسي مورد توجه قرار گرفته اند و تلاش شده است تا تلفات كليدزني مدار كه در فركانس هاي بالا به شدت افزايش مي يابد با استفاده از ويژگي هاي مبدل رزونانسي LLCبه حداقل برسد. در ادامه پروژه براي كنترل و بررسي دقيق تر سيستم مدلسازي رياضي ساختار پيشنهادي محاسبه و ارائه شده است. سپس جهت بررسي صحت عملكرد مبدل طراحي شده و روابم به دست آمده شبيهسازي سيستم مورد نظر در محيم نرم افزار MATLAB انجام شده است و اصلاحاتي براي بهبود عملكرد مبدل با استفاده از نتايج شبيه سازي صورت گرفته است. در نهايت در اين پروژه يك مبدل سه درگاهي LLC اجرايي شده است كه مبدل پورت ورودي، مبدل پورت ذخيره انرژي (باتري) و مبدل پورت بار با هم ادغام شده و به صورت يك مبدل يكپارچه به كار گرفته شده است. يك مدولاسيون پهناي باند و روش كنترلي شيفت فاز براي توپولوژي پيشنهادي استفاده شده است. اين ساختار با مدهاي عملكرد متفاوت، انرژي جابجا شده بين پورت ورودي، پورت ذخيره سازي و پورت بار را مديريت مي كند و از سويي ديگر به دليل استفاده از مبدل تشديد LLC مي تواند براي سوئيچ ها و ديودها كليدزني نرم را مهيا كند. ساختار بررسي شده در اين پروژه براي مديريت و كنترل انرژي هاي تجديدپذير در كنار سيستم ذخيره انرژي مناسب و كاربردي است

1400/09/15

Design, Simulation and Prototyping of Three-Port Converter (TPC)

11/2/2022 12:00:00 AM

Along with the remarkable growth of power electronics in recent decades and its increasing usage, DC-DC converters have also found special application and importance. In recent years, the topic of energy management in the railway, which is considered as an important and heavy load for the main network, has received much attention. Using efficient and suitable converters is one of the most important parts for the implementation of the proposed energy management. In this project, a DC-DC converter is proposed to run a system with a PV source, energy storage system (battery) and load. First, an overview of the proposed structures for multi-port DC-DC converters is provided. In recent studies, various aspects of these converters such as buck, boost or buck-boost performance, bidirectional capability, number of elements (switches and power diodes, inductors, capacitors, etc.), voltage stress and current flow on the switches and diodes and the efficiency of the converter have been investigated. According to the studies, it is desirable to design and select an appropriate structure that has acceptable performance in various aspects and can be implemented in reality. One of the most important points in the design of the project is soft switching and system efficiency. For this purpose, resonant structures have been considered to minimize switching losses that increase at high frequencies using the features of resonant LLC converters. Afterward, the mathematical model of the proposed structure has been calculated and presented for the control section. Then, to validate the accuracy of the converter performance and the obtained equations, the simulation of the system has been performed in MATLAB software. By using the simulation results some modifications have been made to improve the converter performance. Finally, a three-port LLC converter has been implemented, which has integrated the input converter, energy storage converter (battery) and load converter, and has been used as an integrated converter. Pulse-width modulation and phase shift control methods are used for the proposed topology. With different operating modes, this structure manages the energy transferred between the input, storage and load ports. Due to the use of the LLC converter, it can provide soft switching for all switches and diodes. The proposed structure is suitable for the management and control of renewable energy along with the energy storage system.

مبدل DC-DC سه درگاهي , LLC , كنترل سيكل وظيفه و شيفت فاز , فتوولتائيك و باتري

Three-port DC-DC converter , LLC , duty cycle and phase shift control , photovoltaic and battery.