دانشگاه آزاد اسلامی واحد دامغان

دانشکده فنی و مهندسی

پایان ‌نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق قدرت

موضوع

شبیه سازی و کنترل یک سیستم تولید توان ترکیبی پیل سوختی/باطری/ ابر خازن به مقصود تغذیه یک موتور الکتریکی جریان مستقیم

استاد راهنما

جناب آقای دکتر حاجی زاده

استاد مشاور

جناب آقای دکتر حاجی زاده

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد
تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
 
چکیده
در این پایان نامه یک سیستم ترکیبی تولید توان با بهره گیری از پیل سوختی/باتری/ابرخازن برای تغذیه یک خودوری برقی سبک با سیستم درایو موتور الکتریکی تحریک مستقل مورد مطالعه و شبیه سازی قرار گرفت. سیستم خودروی برقی از یک سیستم پیش خور و کنترلی، منابع چندگانه، واحد کنترل قدرت و سیستم مدیریت انرژی، ماشین DC تحریک مستقل و بار خودروی برقی تشکیل شده می باشد. مرجع سرعت سیستم مطابق درایو ECE-47 انتخاب شده می باشد. بعبارتی یک مدل شامل چند منبع انرژی، مبتنی بر قواعد منطقی، الگوریتم کنترلی و سیستم ذخیره انرژی برای یک خودروی برقی سه چرخ سبک ارائه گردیده می باشد. ویژگی اصلی خودروی برقی سبک از استراتژی کنترلی آن نشات می گیرد که سیستم مدیریت انرژی را برای باتری، پیل سوختی و ابرخازن تحت بار های مختلف پشتیبانی می کند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم کنترلی می تواند بصورت کاملاً برنامه ریزی شده، سیستم چند منبعی را مدیریت کند. کاربرد مهم سیستم مدیریت انرژی، مصالحه بین ذخیره سازی سوخت به همراه یک رانندگی پاک و همچنین کمک به موتور و باتری از نظر هزینه می باشد. در این پایان نامه در سیستم کنترل قدرت از کنترلرهای تناسبی-انتگرالی بهره گیری شده می باشد. نتایج شبیه سازی نشان داده می باشد که بهره گیری از کنترلرهای فازی پیش روی کنترلرهای بهره ثابت تناسبی-انتگرالی، قابلیت سیستم مورد مطالعه را در پیگیری سرعت مرجع بیشتر افزایش می دهد. کنترلرهای فازی نسبت به کنترلرهای تناسبی-انتگرالی که پیش روی نوسانات سرعت پارامترهای آن ها ثابت می باشد، پارامترهای خود را به روز کرده که به این کنترلرها خودتنظیم گفته می گردد. پس در برابر تغییرات سرعت عملکرد بهتری از خود نشان می دهند.
کلمات کلیدی: سیستم ترکیبی تولید توان، باتری، پیل سوختی، ابر خازن، الگوریتم کنترلی سیستم مدیریت انرژی، کنترلر فازی
فصل اول
ادبیات موضوع
1-1 مقدمه
صنعت حمل و نقل و ترابری غیر از صنایعی می باشد که همیشه مورد توجه متخصصین و صنعتگران می باشد. دانشمندان همیشه در این کوشش بوده اند تا خودروهایی تولید کنند که نسبت به خودروهای معمولی، عملکرد بهتر، مصرف سوخت پایین تر  و آلودگی کمتری داشته باشند. در این راستا کوشش قابل توجهی در جهت ارتقای کیفیت سوخت های مصرفی در خودرو ها از بنزینی به صورت های دیگر انجام پذیرفته می باشد. بعنوان مثال تحقیقات گسترده ای در مورد سوخت های هیدروژنی و پیل های سوختی[1] انجام شده می باشد. اما به دلیل هزینه تولید بالا و همچنین معضلات ناشی از ماهیت این نوع سوخت ها (اشتعال پذیری بالا و شرایط ذخیره سازی دشوار) مصرف آن ها بصورت فراگیر امکانپذیر نشده می باشد ]1[.
امروزه بهره گیری از خودروهای الکتریکی که در آن ها موتور الکتریکی به تنهایی نیروی پیشران را تولید می کند مرسوم نشده می باشد. اولین عامل هزینه بسیار بالای تولید این خودروها می باشد که باعث افزایش قیمت آن ها می گردد. به علاوه این خودروها به ازای هر بار شارژ شدن مسافت کمی را طی می کنند. از طرف دیگر مدت زمان لازم برای شارژ باطری در این خودروها بسیار زیاد می باشد که بهره گیری از این خودرو ها را نسبت به خودروهای احتراقی محدود نموده می باشد ]1[.
بر طبق آمار بدست آمده در سال 1980، حدود 30 در صد از کل آلودگی کربنی تولید شده در ایالات متحده در اثر بهره گیری از موتورهای احتراقی[2] بوده که این اندازه در سال 2000 به 40 درصد افزایش پیدا کرده می باشد. یک موتور احتراقی معمولا در بهترین شرایط، بازدهی در حدود 32 درصد دارد. در حالت عادی، بازده موتور احتراقی معمولی در شهر حدود 18 درصد و در بزرگراه ها حدود 26 درصد می باشد ]2[. یکی از راهکارهایی که برای بالا بردن بازده موتورهای احتراقی بکار میرود پایین آوردن مصرف سوخت آن ها می باشد. به این شکل آلودگی خودروها را نیز می توان کاهش داد.
از معایب خودروهای احتراقی می توان به موردها زیر تصریح نمود ]2[:

  • اندازه موتور احتراقی بگونه ای می باشد که بتوانند قدرت لازم جهت شتاب گیری مطلوب را برای خودرو فراهم کنند. پس این موتورها معمولا حجیم و سنگین هستند.
  • راندمان حرارتی این موتورها بستگی زیادی به نقطه کار آن ها دارد و دائما در طول حرکت اتومبیل بسته به شرایط تغییر می کند. بعلاوه زیرا این موتورها بایستی بگونه ای طراحی شوند که پاسخگوی نیاز خودرو در هنگام شتاب گیری باشند، در مواقع عادی راندمان بسیار پایینی دارند.
  • کل انرژی جنبشی خودرو در هنگام ترمز گیری به گرما تبدیل شده و به هدر می رود.

با مطالعه انجام شده توسط پژوهشگران متوجه این مساله شده اند که بهره گیری از خودرو های هیبرید الکتریکی می تواند پاسخگوی مطالب اظهار شده باشد. خودروی هیبرید[3] به خودرویی گفته می گردد که برای تولید قدرت از دو یا چند منبع تولید کننده انرژی و مبدل انرژی بهره می برد. امروزه بهره گیری از منابع انرژی نو در خودروهای هیبرید با استقبال چشمگیری روبرو شده می باشد. معمول ترین منبع انرژی نو که در این خودروها بکار میرود، پیل سوختی می باشد. همچنین از باطری نیز در این خودروها بهره گیری می گردد. با بکارگیری خودروهای هیبرید امکان بهره گیری از قابلیت های هر دو نوع خودروی احتراقی و الکتریکی فراهم می گردد. پس با بهره گیری از خودروهای هیبرید آلودگی زیست محیطی کاهش می یابد همچنین قدرت شتاب گیری ماشین تقویت می گردد ]3[. با در نظر داشتن بهره گیری از دو منبع اصلی پیل سوختی و کمکی باطری، کنترل این دو منبع مساله ای پیچیده می باشد. با کنترل این دو منبع می توان اندازه مصرف سوخت خودرو، سطح آلودگی تولید شده و همجنین اندازه شارژ باطری ها را تعیین نمود.
با در نظر داشتن مطالب مطرح شده، هدف بهره گیری از خودروهای هیبرید این می باشد که از مزایای هر دو موتور احتراقی و الکتریکی بهره گیری شده و معایب آن ها نیز مرتفع گردد. بعضی از نقاط اشکال موتورهای احتراقی در زیر ارائه شده می باشد ]2[.

  • با بکارگیری سیستم رانش الکتریکی در کنار سیستم رانش احتراقی، بخش عمده ای از توان خودرو در مواقع شتاب گیری و شیب پیمایی توسط سیستم الکتریکی تامین می گردد. پس اندازه موتور احتراقی کاهش می یابد.
  • شرایط کاری موتور احتراقی بطور کامل یا جزیی از شرایط کاری خودرو نظیر سرعت، شتاب، گشتاور و توان می باشد و در نتیجه موتور احتراقی در اکثر موردها در محدوده راندمان حداکثر خودش کار می کند.
  • در هنگام ترمز گیری، موتور الکتریکی بصورت ژنراتور اقدام کرده و انرژی جنبشی خودرو را تا اندازه زیاد بازیافت می کند. این انرژی در هنگام شتاب گیری مجددا به خودرو برگردانده می گردد.

با در نظر داشتن خودروهای هیبریدی در سال های اخیر مطالعات بسیاری درمورد طراحی و ساخت این نوع از خودروها انجام شده می باشد.
1-2 ساختارهای جدید در خودرو
یکی از مسائل مهم در بهره گیری از خودروهای با موتور احتراقی، آلودگی محیط زیست می باشد. بهره گیری از خودروهای احتراقی باعث آسیب های جدی محیط زیست و در نتیجه آن برای بشر شده می باشد. ارتباط تنگاتنگی بین آلودگی محیط زیست بویژه در مناطق شهری با چگونگی عملکرد خودروها هست. با مطالعه انواع آلودگی های ناشی از خودروها و اثرات هر یک از آنها در آسیب رساندن به محیط زیست، استانداردها و حدود مشخصی برای هر یک از آلاینده ها تعیین کرده اند. هیدروکربن ها، اکسیدهای نیتروژن، منوکسید کربن و ذرات معلق مهمترین پارامترهایی هستند که در تمامی استانداردهای مطرح شده مورد توجه قرار گرفته اند. دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد از محصولات ناشی از احتراق سوخت های فسیلی در موتورهای احتراق داخلی می باشند ]4[.
با در نظر داشتن طریقه رو به کاهش سوخت های فسیلی و نوسان های شدید بازار نفت، تحول در فن آوریهای معمول مورد بهره گیری در صنعت خودرو امری ضروری بنظر می رسد. همچنین مصرف انرژی هر روز در حال افزایش می باشد که این افزایش را می توان در کاهش مقدار ذخایر نفت در انبار های کشورهای صنعتی و قیمت جهانی نفت ملاحظه نمود. از طرفی تعداد خودروهای در حال بهره گیری روز به روز در حال افزایش می باشد. پس با در نظر داشتن موضوعات مطرح شده منابع موجود قادر به تامین نیازهای انرژی جامعه بشری نمی باشد.
تا به اینجا بعضی از معضلات بهره گیری از خودروهای احتراقی مطرح گردید. پس بایستی برای غلبه بر معضلات ذکر گردیده خودرو های با مصرف سوخت  و آلودگی کمتر  را بکار گرفت.
1-3 تاریخچه خودروهای هیبریدی
در سال 1898 دکتر پورشه[4] مهندس آلمانی اولین خودروی الکتریکی را ساخت. این خودرو فقط با باطری قابلیت طی مسافت 40 مایل را داشت. در سال 1903 میلادی یک خودروی بنزینی-الکتریکی بوسیله شرکت انگلیسی کریگر[5] طراحی و ساخته گردید. در سال 1905 یک خودروی هیبرید توسط یک مهندس آمریکایی به نام پایپر[6] ساخته گردید. در این خودرو، از موتور الکتریکی به عنوان یک موتور کمکی بهره گیری گردید زیرا موتورهای بنزینی آن وقت دارای قدرت بالایی نبودند. خودروی ساخته شده در مدت زمان 10 ثانیه قادر بود سرعت خود را از صفر به 40 کیلو متر در ساعت برساند. پس از آن در سال 1964 میلادی شرکت گالت موتور کانادایی، یک خودرو هیبرید جدید کم مصرف را وارد بازار نمود. این خودرو دارای یک موتور احتراقی دو زمانه کوچکی بود که با دو پیستون، توانی برابر 10 اسب بخار تولید می نمود. محور خروجی موتور احتراقی در این خودرو به یک ژنراتور وصل شده بود که دارای دو خروجی بود. یکی از خروجی ها به موتور الکتریکی و دیگری به باطری متصل بود و موتور الکتریکی نیز مستقیما به دیفرانسیل وصل می گردید. این خودرو فقط با مصرف 4 لیتر بنزین قادر بود مسافت 110 کیلومتر را با سرعت 50 کیلو متر در ساعت طی کند. به تدریج با افزایش قدرت موتورهای احتراقی و عدم نیاز به موتور الکتریکی بعنوان کمکی، ایده خودروهای هیبرید به فراموشی سپرده گردید تا اینکه در سال 1968 میلادی شرکت جنرال موتورز خودروی هیبریدی را وارد بازار نمود. این خودرو دارای موتور استرلینگ با توان 80 اسب بخار بود که به یک ژنراتور متصل می گردید. در این خودرو برای جبران کمبود توان موتور از 14 عدد باطری بهره گیری شده بود. این خودرو دارای دو موتور القایی سه فاز 20 اسب بخاری بود ]5[.
در اواخر دهه 1990 دو خودروی هیبریدی جدید برای شرکت های تویوتا و هوندا وارد بازار شدند ]6[. خودروی تویوتا یک خودرو با ظرفیت 4 نفر بود. موتور بکار رفته در آن خودرو 4 سیلندر بنزینی بود. این خودر دارای طراحی بسیار دقیقی بود. راندمان این خودرو بالا و آلودگی آن بسیار کم بود. این موتور به یک گیربکس متغیر کوپل شده می باشد که بصورت الکتریکی کنترل می گردد. در این خودرو از 38 عدد باطری بهره گیری شده می باشد. خودروی تویوتا از یک موتور الکتریکی 40 اسب بخار و یک ژنراتور مستقل برای بازیابی انرژی ناشی از ترمز بهره گیری می کند. این خودرو برای پیمودن 100 کیلومترمسافت حدود 4 لیتر بنزین مصرف می کند. پیش روی خودروی هوندا یک خودروی نیمه هیبرید می باشد که توسط یک موتور بنزینی 3 سیلندر 50 کیلوواتی تغذیه می گردد. همچنین یک موتور الکتریکی 10 کیلوواتی بعنوان منبع دوم تولید توان در کنار موتور بنزینی بکار گرفته شده می باشد. این خودرو برای پیمودن 100 کیلومترمسافت حدود 4/3 لیتر بنزین مصرف می کند.
1-4 ساختار خودروهای هیبرید
خودروی هیبرید از دو یا چند منبع انرژی و مبدل انرژی برای تولید قدرت بهره گیری می کند. اگر یکی از منابع بکار رفته منبع الکتریکی باشد، به خودرو هیبرید الکتریکی گفته می گردد. در شکل زیر ساختار خودروهای هیبرید الکتریکی نشان داده شده می باشد.

تعداد صفحه :123
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با موضوع:تعیین محل بهینه DG با در نظر گیری شاخصهای قابلیت اطمینان به روش PSO

***

—-

پشتیبانی سایت :       (فقط پیامک)        serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***

دسته‌ها: مهندسی برق