با عنوان : شبیه سازی و کنترل یک سیستم تولید توان ترکیبی پیل سوختی/باطری/ ابر خازن 

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

دانشگاه آزاد اسلامی واحد دامغان

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

دانشكده فنی و مهندسی

پايان ‌نامه جهت دريافت درجه كارشناسي ارشد در رشته مهندسی برق قدرت

موضوع

شبیه سازی و کنترل یک سیستم تولید توان ترکیبی پیل سوختی/باطری/ ابر خازن به مقصود تغذیه یك 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)

 

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

چكيده

در اين پايان نامه يك سيستم تركيبي توليد توان با بهره گیری از پيل سوختي/باتري/ابرخازن براي تغذيه يك خودوري برقي سبك با سيستم درايو موتور الكتريكي تحريك مستقل مورد مطالعه و شبيه سازي قرار گرفت. سیستم خودروی برقی از یک سیستم پیش خور و کنترلی، منابع چندگانه، واحد کنترل قدرت و سيستم مديريت انرژي، ماشین DC تحریک مستقل و بار خودروی برقی تشکیل شده می باشد. مرجع سرعت سیستم مطابق درایو ECE-47 انتخاب شده می باشد. بعبارتي یک مدل شامل چند منبع انرژي، مبتنی بر قواعد منطقی، الگوریتم کنترلی و سیستم ذخیره انرژی برای یک خودروی برقی سه چرخ سبک ارائه گرديده می باشد. ویژگی اصلی خودروی برقی سبک از استراتژی کنترلی آن نشات می گیرد که سیستم مدیریت انرژی را برای باتری، پيل سوختي و ابرخازن تحت بار هاي 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 سيستم مديريت انرژي، مصالحه بین ذخیره سازی سوخت به همراه یک رانندگی پاک و همچنین کمک به موتور و باتری از نظر هزینه می باشد. در اين پايان نامه در سيستم كنترل قدرت از كنترلرهاي تناسبي-انتگرالي بهره گیری شده می باشد. نتايج شبيه سازي نشان داده می باشد كه بهره گیری از كنترلرهاي فازي پیش روی كنترلرهاي بهره ثابت تناسبي-انتگرالي، قابليت سيستم مورد مطالعه را در پيگيري سرعت مرجع بيشتر افزايش مي دهد. كنترلرهاي فازي نسبت به كنترلرهاي تناسبي-انتگرالي كه پیش روی نوسانات سرعت پارامترهاي آن ها ثابت مي باشد، پارامترهاي خود را به روز كرده كه به اين كنترلرها خودتنظيم گفته مي گردد. بنابراين در برابر تغييرات سرعت عملكرد بهتري از خود نشان مي دهند.

كلمات كليدي: سيستم تركيبي توليد توان، باتري، پيل سوختي، ابر خازن، الگوريتم كنترلي سيستم مديريت انرژي، كنترلر فازي

فصل اول

ادبيات موضوع

1-1 مقدمه

صنعت حمل و نقل و ترابري غیر از صنايعي می باشد كه هميشه مورد توجه متخصصين و صنعتگران مي باشد. دانشمندان هميشه در اين کوشش بوده اند تا خودروهايي توليد كنند كه نسبت به خودروهاي معمولی، عملكرد بهتر، مصرف سوخت پايين تر  و آلودگي كمتري داشته باشند. در اين راستا کوشش قابل توجهي در جهت ارتقاي كيفيت سوخت هاي مصرفي در خودرو ها از بنزيني به صورت هاي ديگر انجام پذيرفته می باشد. بعنوان مثال تحقيقات گسترده اي در مورد سوخت هاي هيدروژني و پيل هاي سوختي[1] انجام شده می باشد. اما به دليل هزينه توليد بالا و همچنين مشكلات ناشي از ماهيت اين نوع سوخت ها (اشتعال پذيري بالا و شرايط ذخيره سازي دشوار) مصرف آن ها بصورت فراگير امكانپذير نشده می باشد ]1[.

امروزه بهره گیری از خودروهاي الكتريكي كه در آن ها موتور الكتريكي به تنهايي نيروي پيشران را توليد مي كند مرسوم نشده می باشد. اولين عامل هزينه بسيار بالاي توليد اين خودروها مي باشد كه باعث افزايش قيمت آن ها مي گردد. علاوه بر اين اين خودروها به ازاي هر بار شارژ شدن مسافت كمي را طي مي كنند. از طرف ديگر مدت زمان لازم براي شارژ باطري در اين خودروها بسيار زياد می باشد كه بهره گیری از اين خودرو ها را نسبت به خودروهاي احتراقي محدود نموده می باشد ]1[.

بر طبق آمار بدست آمده در سال 1980، حدود 30 در صد از كل آلودگي كربني توليد شده در ايالات متحده در اثر بهره گیری از موتورهاي احتراقي[2] بوده كه اين ميزان در سال 2000 به 40 درصد افزايش پيدا كرده می باشد. يك موتور احتراقي معمولا در بهترين شرايط، بازدهي در حدود 32 درصد دارد. در حالت عادي، بازده موتور احتراقي معمولي در شهر حدود 18 درصد و در بزرگراه ها حدود 26 درصد می باشد ]2[. يكي از راهكارهايي كه براي بالا بردن بازده موتورهاي احتراقي بكار ميرود پايين آوردن مصرف سوخت آن ها مي باشد. به اين صورت آلودگي خودروها را نيز مي توان كاهش داد.

از معايب خودروهاي احتراقي مي توان به موارد زير تصریح كرد ]2[:

  • اندازه موتور احتراقي بگونه اي می باشد كه بتوانند قدرت لازم جهت شتاب گيري مطلوب را براي خودرو فراهم كنند. لذا اين موتورها معمولا حجيم و سنگين هستند.
  • راندمان حرارتي اين موتورها بستگي زيادي به نقطه كار آن ها دارد و دائما در طول حركت اتومبيل بسته به شرايط تغيير مي كند. بعلاوه زیرا اين موتورها بايد بگونه اي طراحي شوند كه پاسخگوي نياز خودرو در هنگام شتاب گيري باشند، در مواقع عادي راندمان بسيار پاييني دارند.
  • كل انرژي جنبشي خودرو در هنگام ترمز گيري به گرما تبديل شده و به هدر مي رود.

با بررسي انجام شده توسط پژوهشگران متوجه اين مساله شده اند كه بهره گیری از خودرو هاي هيبريد الكتريكي مي تواند پاسخگوي مطالب بيان شده باشد. خودروي هيبريد[3] به خودرويي گفته مي گردد كه براي توليد قدرت از دو يا چند منبع توليد كننده انرژي و مبدل انرژي بهره مي برد. امروزه بهره گیری از منابع انرژي نو در خودروهاي هيبريد با استقبال چشمگيري روبرو شده می باشد. معمول ترين منبع انرژي نو كه در اين خودروها بكار ميرود، پيل سوختي مي باشد. همچنين از باطري نيز در اين خودروها بهره گیری مي گردد. با بكارگيري خودروهاي هيبريد امكان بهره گیری از قابليت هاي هر دو نوع خودروي احتراقي و الكتريكي فراهم مي گردد. بنابراين با بهره گیری از خودروهاي هيبريد آلودگي زيست محيطي كاهش مي يابد همچنين قدرت شتاب گيري ماشين تقويت مي گردد ]3[. با در نظر داشتن بهره گیری از دو منبع اصلي پيل سوختي و كمكي باطري، كنترل اين دو منبع مساله اي پيچيده مي باشد. با كنترل اين دو منبع مي توان ميزان مصرف سوخت خودرو، سطح آلودگي توليد شده و همجنين ميزان شارژ باطري ها را تعيين نمود.

با در نظر داشتن مطالب مطرح شده، هدف بهره گیری از خودروهاي هيبريد اين می باشد كه از مزاياي هر دو موتور احتراقي و الكتريكي بهره گیری شده و معايب آن ها نيز مرتفع گردد. برخي از نقاط ضعف موتورهاي احتراقي در زير ارائه شده می باشد ]2[.

  • با بكارگيري سيستم رانش الكتريكي در كنار سيستم رانش احتراقي، بخش عمده اي از توان خودرو در مواقع شتاب گيري و شيب پيمايي توسط سيستم الكتريكي تامين مي گردد. بنابراين اندازه موتور احتراقي كاهش مي يابد.
  • شرايط كاري موتور احتراقي بطور كامل يا جزيي از شرايط كاري خودرو نظير سرعت، شتاب، گشتاور و توان مي باشد و در نتيجه موتور احتراقي در اكثر موارد در محدوده راندمان حداكثر خودش كار مي كند.
  • در هنگام ترمز گيري، موتور الكتريكي بصورت ژنراتور اقدام كرده و انرژي جنبشي خودرو را تا اندازه زياد بازيافت مي كند. اين انرژي در هنگام شتاب گيري مجددا به خودرو برگردانده مي گردد.

با در نظر داشتن خودروهاي هيبريدي در سال هاي اخير مطالعات بسياري درمورد طراحي و ساخت اين نوع از خودروها انجام شده می باشد.

1-2 ساختارهاي نوين در خودرو

يكي از مسائل مهم در بهره گیری از خودروهاي با موتور احتراقي، آلودگي محيط زيست مي باشد. بهره گیری از خودروهاي احتراقي باعث آسيب هاي جدي محيط زيست و در نتيجه آن براي بشر شده می باشد. ارتباط تنگاتنگي بين آلودگي محيط زيست بويژه در مناطق شهري با نحوه عملكرد خودروها هست. با بررسي انواع آلودگي هاي ناشي از خودروها و اثرات هر يك از آنها در آسيب رساندن به محيط زيست، استانداردها و حدود مشخصي براي هر يك از آلاينده ها تعيين كرده اند. هيدروكربن ها، اكسيدهاي نيتروژن، منوكسيد كربن و ذرات معلق مهمترين پارامترهايي هستند كه در تمامي استانداردهاي مطرح شده مورد توجه قرار گرفته اند. دي اكسيد كربن و دي اكسيد گوگرد از محصولات ناشي از احتراق سوخت هاي فسيلي در موتورهاي احتراق داخلي مي باشند ]4[.

با در نظر داشتن طریقه رو به كاهش سوخت هاي فسيلي و نوسان هاي شديد بازار نفت، تحول در فن آوریهاي معمول مورد بهره گیری در صنعت خودرو امري ضروري بنظر مي رسد. همچنين مصرف انرژي هر روز در حال افزايش می باشد كه اين افزايش را مي توان در كاهش مقدار ذخاير نفت در انبار هاي كشورهاي صنعتي و قيمت جهاني نفت ملاحظه كرد. از طرفي تعداد خودروهاي در حال بهره گیری روز به روز در حال افزايش می باشد. بنابراين با در نظر داشتن مباحث مطرح شده منابع موجود قادر به تامين نيازهاي انرژي جامعه بشري نمي باشد.

تا به اينجا برخي از مشكلات بهره گیری از خودروهاي احتراقي مطرح گرديد. بنابراين بايستي براي غلبه بر مشكلات ذكر شده خودرو هاي با مصرف سوخت  و آلودگي كمتر  را بكار گرفت.

1-3 تاريخچه خودروهاي هيبريدي

در سال 1898 دكتر پورشه[4] مهندس آلماني اولين خودروي الكتريكي را ساخت. اين خودرو فقط با باطري قابليت طي مسافت 40 مايل را داشت. در سال 1903 ميلادي يك خودروي بنزيني-الكتريكي بوسيله شركت انگليسي كريگر[5] طراحي و ساخته گردید. در سال 1905 يك خودروي هيبريد توسط يك مهندس آمريكايي به نام پايپر[6] ساخته گردید. در اين خودرو، از موتور الكتريكي به عنوان يك موتور كمكي بهره گیری گردید زيرا موتورهاي بنزيني آن وقت داراي قدرت بالايي نبودند. خودروي ساخته شده در مدت زمان 10 ثانيه قادر بود سرعت خود را از صفر به 40 كيلو متر در ساعت برساند. پس از آن در سال 1964 ميلادي شركت گالت موتور كانادايي، يك خودرو هيبريد جديد كم مصرف را وارد بازار كرد. اين خودرو داراي يك موتور احتراقي دو زمانه كوچكي بود كه با دو پيستون، تواني برابر 10 اسب بخار توليد مي كرد. محور خروجي موتور احتراقي در اين خودرو به يك ژنراتور وصل شده بود كه داراي دو خروجي بود. يكي از خروجي ها به موتور الكتريكي و ديگري به باطري متصل بود و موتور الكتريكي نيز مستقيما به ديفرانسيل وصل مي گردید. اين خودرو فقط با مصرف 4 ليتر بنزين قادر بود مسافت 110 كيلومتر را با سرعت 50 كيلو متر در ساعت طي كند. به تدريج با افزايش قدرت موتورهاي احتراقي و عدم نياز به موتور الكتريكي بعنوان كمكي، ايده خودروهاي هيبريد به فراموشي سپرده گردید تا اينكه در سال 1968 ميلادي شركت جنرال موتورز خودروي هيبريدي را وارد بازار كرد. اين خودرو داراي موتور استرلينگ با توان 80 اسب بخار بود كه به يك ژنراتور متصل مي گردید. در اين خودرو براي جبران كمبود توان موتور از 14 عدد باطري بهره گیری شده بود. اين خودرو داراي دو موتور القايي سه فاز 20 اسب بخاري بود ]5[.

در اواخر دهه 1990 دو خودروي هيبريدي جديد براي شركت هاي تويوتا و هوندا وارد بازار شدند ]6[. خودروي تويوتا يك خودرو با ظرفيت 4 نفر بود. موتور بكار رفته در آن خودرو 4 سيلندر بنزيني بود. اين خودر داراي طراحي بسيار دقيقي بود. راندمان اين خودرو بالا و آلودگي آن بسيار كم بود. اين موتور به يك گيربكس متغير كوپل شده می باشد كه بصورت الكتريكي كنترل مي گردد. در اين خودرو از 38 عدد باطري بهره گیری شده می باشد. خودروي تويوتا از يك موتور الكتريكي 40 اسب بخار و يك ژنراتور مستقل براي بازيابي انرژي ناشي از ترمز بهره گیری مي كند. اين خودرو براي پيمودن 100 كيلومترمسافت حدود 4 ليتر بنزين مصرف مي كند. پیش روی خودروي هوندا يك خودروي نيمه هيبريد می باشد كه توسط يك موتور بنزيني 3 سيلندر 50 كيلوواتي تغذيه مي گردد. همچنين يك موتور الكتريكي 10 كيلوواتي بعنوان منبع دوم توليد توان در كنار موتور بنزيني بكار گرفته شده می باشد. اين خودرو براي پيمودن 100 كيلومترمسافت حدود 4/3 ليتر بنزين مصرف مي كند.

1-4 ساختار خودروهاي هيبريد

خودروي هيبريد از دو يا چند منبع انرژي و مبدل انرژي براي توليد قدرت بهره گیری مي كند. اگر يكي از منابع بكار رفته منبع الكتريكي باشد، به خودرو هيبريد الكتريكي گفته مي گردد. در شكل زير ساختار خودروهاي هيبريد الكتريكي نشان داده شده می باشد.

تعداد صفحه :123

قیمت : چهارده هزار و هفتصد تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       ———- (فقط پيامک)        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.

***  ***