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 منظور 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 شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پایان نامه یک سیستم ترکیبی تولید توان با استفاده 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 است. مرجع سرعت سیستم مطابق درایو ECE-47 انتخاب شده است. 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 است. 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 است. در این پایان نامه در سیستم کنترل قدرت از کنترلرهای تناسبی-انتگرالی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان داده است که استفاده از کنترلرهای فازی در مقابل 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 در مقابل نوسانات سرعت پارامترهای آن ها ثابت می باشد، پارامترهای خود را به روز کرده که به این کنترلرها خودتنظیم گفته می شود. بنابراین 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

1-1 مقدمه

صنعت حمل و نقل و ترابری جز صنایعی است که همیشه مورد توجه متخصصین و صنعتگران می باشد. دانشمندان همیشه در این تلاش 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 تلاش قابل توجهی در جهت ارتقای کیفیت سوخت های مصرفی در خودرو ها از بنزینی به صورت های دیگر انجام پذیرفته است. بعنوان مثال تحقیقات گسترده ای در مورد سوخت های هیدروژنی و پیل های سوختی^[1] انجام شده است. اما به دلیل هزینه تولید بالا و همچنین مشکلات ناشی از ماهیت این نوع سوخت ها (اشتعال پذیری بالا و شرایط ذخیره سازی دشوار) مصرف آن ها بصورت فراگیر امکانپذیر نشده است ]1[.

امروزه استفاده از خودروهای الکتریکی که در آن ها موتور الکتریکی به تنهایی نیروی پیشران را تولید می کند مرسوم نشده است. اولین عامل هزینه بسیار بالای تولید این خودروها می باشد که باعث افزایش قیمت آن ها می گردد. علاوه بر این 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 است که استفاده از این خودرو ها را نسبت به خودروهای احتراقی محدود نموده است ]1[.

بر طبق آمار بدست آمده در سال 1980، حدود 30 در صد از کل آلودگی کربنی تولید شده در ایالات متحده در اثر استفاده از موتورهای احتراقی^[2] بوده که این میزان در سال 2000 به 40 درصد افزایش پیدا کرده است. 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 است ]2[. یکی از راهکارهایی که برای بالا بردن بازده موتورهای احتراقی بکار میرود پایین آوردن مصرف سوخت آن ها می باشد. به این صورت آلودگی خودروها را نیز می توان کاهش داد.

از معایب خودروهای احتراقی می توان به موارد زیر اشاره کرد ]2[:

• اندازه موتور احتراقی بگونه ای است که بتوانند قدرت لازم جهت شتاب گیری مطلوب را برای خودرو فراهم کنند. لذا 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 چون این موتورها باید 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 بررسی انجام شده توسط پژوهشگران متوجه این مساله شده اند که استفاده از خودرو های هیبرید الکتریکی می تواند پاسخگوی مطالب بیان شده باشد. خودروی هیبرید^[3] به خودرویی گفته می شود که برای تولید قدرت از دو یا چند منبع تولید کننده انرژی و مبدل انرژی بهره می برد. امروزه استفاده از منابع انرژی نو در خودروهای هیبرید با استقبال چشمگیری روبرو شده است. معمول ترین منبع انرژی نو که در این خودروها بکار میرود، پیل سوختی می باشد. همچنین از باطری نیز در این خودروها استفاده می شود. با بکارگیری خودروهای هیبرید امکان استفاده از قابلیت های هر دو نوع خودروی احتراقی و الکتریکی فراهم می گردد. بنابراین با استفاده از خودروهای هیبرید آلودگی زیست محیطی کاهش می یابد همچنین قدرت شتاب گیری ماشین تقویت می شود ]3[. با توجه به استفاده 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 میزان مصرف سوخت خودرو، سطح آلودگی تولید شده و همجنین میزان شارژ باطری ها را تعیین نمود.

با توجه به مطالب مطرح شده، هدف استفاده از خودروهای هیبرید این است که از مزایای هر دو موتور احتراقی و الکتریکی استفاده شده و معایب آن ها نیز مرتفع گردد. برخی از نقاط ضعف موتورهای احتراقی در زیر ارائه شده است ]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 شود. بنابراین 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 موارد در محدوده راندمان حداکثر خودش کار می کند.
• در هنگام ترمز گیری، موتور الکتریکی بصورت ژنراتور عمل کرده و انرژی جنبشی خودرو را تا اندازه زیاد بازیافت می کند. این انرژی در هنگام شتاب گیری مجددا به خودرو برگردانده می شود.

با توجه به خودروهای هیبریدی در سال های اخیر مطالعات بسیاری درباره طراحی و ساخت این نوع از خودروها انجام شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 748