دانلود پایان نامه ارشد درباره ضریب تاثیر، شبیه سازی

دانلود پایان نامه ارشد

1 مقایسه جریان و ولتاژ ورودی و خروجی مبدل کاک و باک بوست
مبدل کاک
مبدل باک بوست
جریان ورودی پیوسته دارد.
دارای جریان ورودی پالسی است و نیاز به فیلتر ورودی دارد.
جریان خروجی پیوسته دارد.
جریان خروجی پالسی دارد و ریپل ولتاژ خروجی افزایش می یابد.
ولتاژ خروجی می تواند بیشتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشد.
ولتاژ خروجی می تواند بیشتر یا کمتر از ولتاژ ورودی باشد.

به طور کلی می توان گفت که در مبدل کاک عیب ها و مشکلاتی که در مبدل باک بوست وجود داشت تا حدودی برطرف شده است از جمله مشکل ناپیوستگی جریان در ورودی و خروجی که باعث صدمه دیدن مدار می شود.
ویژگی های مدار مبدل کاک که قرار است طراحی شود به این گونه است.که ولتاژ ورودی 22 ولت با تغییرات محدود می باشد و ولتاژ خروجی 48 ولت با ماکزیمم ریپل 3 درصد است.ماکزیمم جریان خروجی 10 آمپر است.بازده سیستم بالای 90 درصد است و فرکانس سوییچینگ 150 کیلو هرتز است.

فصل2-عملکرد کاری مبدل کاک

فصل2-عملکرد کاری مبدل کاک
در این قسمت عملکرد کاری مدار شرح داده می شود. مدار دارای دو مود کاری می باشد زمانی که سوییچ روشن یا خاموش است.
مود اول، زمانی که سوییچ روشن است مدار به شکل زیر تبدیل می شود که می توانید مشاهده کنید.

شکل 2- مبدل کاک در مود کاری اول، زمانی که سوییچ روشن است
معادلات مورد نظر را در مود اول کاری به گونه ای است که خازن انرژی خود را به خروجی مدار انتقال می دهد.
(2-1) VS=VL
(2-2) di/dt=Vs/L
(جریان افزایش می یابد)
(2-3) ⇒∆IL=VS × DT/L
    برای اندوکتانس خروجی:
(2-4)   VC+ VLo +VO=0
         
dILo/dt=- 1/L  (VC+VO)
(2-5)
همان طور که مشاهده می کنید ولتاژ منبع ورودی با ولتاژ سلف ورودی برابر است و سلف در حال شارژ شدن است و جریان سلف در حال افزایش است. و سلف خروجی در حال دشارژ شدن است و جریان آن در حال کاهش یافتن است.
مودکاری دوم ،برای زمانی است که سوییچ خاموش است و شکل مدار به فرم زیر می شود.

شکل 3 – مبدل کاک در مود کاری دوم، زمانی که سوییچ خاموش است و دیود روشن است.
-VS+VL+VC=0
(2-6)
برای اندوکتانس خروجی:
(2-7) VL- VCo =0
(2-8) dILo/dt= Vco/L    

با توجه به معادلات مربوطه نتیجه می گیریم که جریان خروجی در حال افزایش است و ولتاژ سلف خروجی با ولتاژ خازن خروجی برابر است و به نوعی انرژی خود را به خروجی می دهد.

همان طور که قبلا ذکر شد خازن ورودی برای انتقال انرژی به کار می رود که در مود اول کاری در حال شارژ شدن است رابطه ولتاژ خازن به صورت زیر است.
(2-9)

با در نظر گرفتن قانون تعادل ولتاژ سلف بدست می آید:

(2-10)

(2-11)
با در نظر گرفتن حالت ایده آل معادلات زیر بدست می آید:
(2-12)
(2-13)

(2-14)
(2-15)

شکل 4- به ترتیب از بالا ولتاژدوسر سوییچ ،ولتاژ خازن ،جریان سلف ورودی و خروجی ،ولتاژ خازن خروجی ، جریان خروجی
با توجه به دست آوردن معادلات ولتاژ و جریان المان های مدار می توان نمودار مربوطه را رسم کرد که در شکل 3 قابل مشاهده می باشد.
مقادیر المان های اصلی مدار از جمله سلف و خازن به این گونه تعیین می شوند:

(2-16)
(2-17)

(2-18)
(2-19)

(2-20)
برای این که مبدل در شرایط درست کار کند و دچار اشکال مدار نشود هر المان مد نظر باید از یک مقدار مینیمم بیشتر باشد.
(2-21)
(2-22)

(2-23)
(2-24)

با توجه به معادلات فوق برای اینکه مدار مورد نظر بهترین عملکرد را داشته باشد مقادیر زیر برای هرالمان در حالت ایده آل بدست می آید.

فصل 3- محاسبه المان های مدار در حالت غیر ایده آل

فصل 3- محاسبه المان های مدار در حالت غیر ایده آل
3-1-خازن خروجی(C2)
از قسمت قبل بدست آوردیم که مقدار خازن برای داشتن عملکرد مناسب 330 میکروفاراد انتخاب می شود. استرس ولتاژ روی خازن خروجی50 ولت با توجه به نمودارهای شبیه سازی که در فصل آخر آمده است بدست می آید. با توجه به مقادیر فوق اقدام به انتخاب خازن مورد نظر می کنیم و خازن الکترولیتی آلومینیم مینیاتور شعاعی دارای عمر بلند به 048 RMLراکه استرس ولتاژ 100 ولت دارد رابرای اطمینان بیشتر انتخاب می کنیم.جدول مشخصات خازن به فرم زیر می باشد.
جدول2- مشخصات عمومی خازن آلومینیم سری 150RML

در جدول 2 مشخصات عمومی این نوع خازن را مشاهده می کنید به طور مثال رنج ولتاژی خازن که از 10 ولت تا 100 ولت می باشد ورنج دمای که از 55- درجه تا 105+ درجه و بازه اندازه خازن که از 22 میکروفاراد تا 8200 میکرو فاراد را شامل می شود و ابعاد خازن و عمر مفید در دماهای مختلف و دیگر ویژگی های کلی بیان شده است.

جدول 3-چارت مربوط به اندازه خازن واسترس ولتاژ و ابعاد مورد نظر

درجدول 3 می توانید ارتباط بین اندازه خازن وولتاژ مربوطه و ابعاد مورد نظربرحسب میلی متر را مشاهده کنید و متوجه می شویم با افزایش ولتاژ ابعاد هم افزایش می یابد.
جدول 4-اطلاعات مورد نیاز الکتریکی خازن

در جدول 4 می توانید اطلاعات مورد نیازی که برای محاسبه مقادیر پارازیتی خازن ضروری است را بدست آورد به طور نمونه مقدار سلف نشتی خازن با توجه به ابعاد مورد نظر و مقدار مقاومت معادل با توجه به زاویه و مقدار خازن و نمودار مورد نظر بدست می آید. با استفاده از این معادله (3-1)می توان مقدار المان پارازیتی اولیه که در نمودار نیاز است را محاسبه کرد.
(3-1)

شکل5-رابطه بین جریان و دما با عمرمدار

شکل6-ارتباط بین مقدار ESRو فرکانس کاری

با توجه به شکل 6 ،و فرکانس و ولتاژ مورد نظر مقدار ESR خازن را بدست می آوریم.

با توجه به جدول 4 مقدار المان ESL خازن با درنظر گرفتن ابعاد خازن که بزرگتر از 12.5 میلی متر است بدست می آید.

3-2- خازن ورودی(C1)
برای عملکرد مناسب مدار با توجه به رابطه های مدار مقدار 100 میکروفاراد برای خازن انتخاب شد. استرس ولتاژ روی خازن 75 ولت با توجه به نمودارهای شبیه سازی در فصل آخر بدست آمد برای تعیین المان های پارازیتی مدار مجددا کارهای مشابه که برای تعیین خازن خروجی را مجددا انجام می دهیم. انتخاب خازن آلومینیوم با سری 152 RMH که انتخاب مناسبی برایمان است.

جدول5- مشخصات عمومی خازن آلومینیم سری 152RMH

در جدول 5 مشخصات عمومی این نوع خازن را مشاهده می کنید به طور مثال رنج ولتاژی خازن که از 200ولت تا 450 ولت می باشد ورنج دمای که از 40- درجه تا 105+ درجه و اندازه خازن که ازرنج 1.5 میکروفاراد تا 220 میکرو فاراد را شامل می شود و ابعاد می باشد. که ما خازن 100 میکروفاراد با استرس ولتاژ 200 ولت را انتخاب می کنیم.
جدول6-ارتباط بین اندازه خازن و استرس ولتاژ و ابعاد آن

شکل7-ارتباط بین دمای محیط و جریان ریپل و عمر موثر
همان طور که می بینید در جدول و شکل 7 در مورد بدست آوردن عمر موثر قطعه با توجه به شرایط محیط و عوامل مختلف دیگر می توان عمر موثر را بدست آورد.

جدول7- اطلاعات مورد نیاز الکتریکی خازن مورد نیاز

شکل8-ارتباط بین مقدار ESRو فرکانس کاری
با توجه به شکل 8 و رابطه مربوط به مقدار اولیه بدست می آید.

به دلیل بزرگتر بودن ابعاداز 12.5 میلی متر با توجه به جدول 7 بدست می آید.

3-3-طراحی و محاسبه سلف خروجی(L2):
مرحله اول انتخاب نوع هسته با توجه به فرکانس کاری می باشد که هسته فریت انتخاب می شود.
مرحله دوم محاسبه جریان پیک و انرژی و ضرایب Ke,Kg می باشد.
(3-2)
(3-3)
(3-4)
(3-5)

(3-6)
(3-7)

مرحله سوم انتخاب بهترین نوع هسته فریت با توجه به مقدار Kg میباشد.

هسته EE-625 یکی از مناسب ترین انتخاب ها برای طراحی این سلف می باشد.

شکل9-ابعاد طرح کلی از هسته فریت EE
در شکل 9 می توانید ابعاد و نمای کلی این هسته با پارت نامبر خاص خود را ببینید.
مرحله چهارم محاسبه چگالی جریان با استفاده از مساحت سطح مد نظر می باشد.
(3-8)
مقدار J بایدکمتراز5 باشد که باتبدیل واحد مقدار J برابر با4.08 میشود.
مرحله پنجم محاسبه مقدار موثر جریان خروجی می باشد.
(3-9)

مرحله ششم محاسبه مساحت سیم دور هسته کشیده شده می باشد.
(3-10)
مرحله هفتم انتخاب سیم با توجه به جدول AWGمی باشد.که نزدیک ترین گزینه را انتخاب می کنیم.

مرحله هشتم محاسبه تعداد دور سیم پیچ است.
(3-11)
مرحله نهم محاسبه طول فاصله هوایی مورد نیاز می باشد.
(3-12)

مرحله دهم محاسبه ضریب تاثیر شار فرینجینگ است
(3-13)

مرحله یازدهم محاسبه جدید تعداد دور با توجه به اثر فرینجینگ می باشد.
(3-14)

مرحله دوازدهم محاسبه مقاومت سیم پیچ می باشد.
(3-14)
مرحله سیزدهم محاسبه تلفات مسی می باشد.
(3-15)

مرحله چهاردهم محاسبه ضریب تنظیم می باشد.
(3-16)
با توجه به کمتر بودن مقدار از یک درصد نشان دهنده درستی جواب است.
مرحله پانزدهم محاسبه چگالی شار مغناطیسی می باشد.
(3-17)

مرحله شانزدهم محاسبه میلی وات بر گرم برای هسته فریت می باشد.
(3-18)
مرحله هفدهم محاسبه تلفات هسته می باشد.
(3-19)

مرحله هجدهم محاسبه تلفات کل می باشد.
(3-19)
مرحله نوزدهم محاسبه چگالی وات می باشد.
(3-20)
مرحله بیستم محاسبه دمای افزایشی می باشد.
(3-21)
مرحله بیست و یکم محاسبه چگالی شار ماکزیمم می باشد.

(3-22)

مقادیر چگالی شار ماکریمم و دمای افزایشی وضریب تنظیم با توجه به کمتر بودن از مقدار مجاز دمای 25 درجه و چگالی شار کمتر از 0.3 تسلا ،بیان کننده صحت درستی می باشد.
-4-3طراحی و محاسبه سلف ورودی(L1):
مانند قبل تمامی مراحل را دوباره تکرار می کنیم مرحله اول انتخاب نوع هسته با توجه به فرکانس کاری می باشد که هسته فریت انتخاب می شود.
مرحله دوم محاسبه جریان پیک و انرژی و ضرایب Ke,Kg می باشد.
(3-23)

(3-24)

(3-25)

(3-26)
مرحله سوم انتخاب بهترین نوع هسته فریت با توجه به مقدار Kg میباشد.

هسته EE-21 یکی از مناسب ترین انتخاب ها برای طراحی این سلف می باشد.
شکل10-ابعاد طرح کلی از هسته فریت EE
در شکل 10 می توانید ابعاد و نمای کلی این هسته با پارت نامبر خاص خود را ببینید.
مرحله چهارم محاسبه چگالی جریان با استفاده از مساحت سطح مد نظر می باشد.
(3-27)
مقدار J بایدکمتراز5 باشد که باتبدیل واحد درستی آن اثبات میشود
مرحله پنجم محاسبه مقدار موثر جریان خروجی می باشد.
(3-28)

مرحله ششم محاسبه مساحت سیم دور هسته کشیده شده می باشد.
(3-29)

مرحله هفتم انتخاب سیم با توجه به جدول AWGمی باشد.که نزدیک ترین گزینه را انتخاب می کنیم.

مرحله هشتم محاسبه تعداد دور سیم پیچ است.
(3-30)
مرحله نهم محاسبه طول فاصله هوایی مورد نیاز می باشد.

(3-31)

مرحله دهم محاسبه ضریب تاثیر شار فرینجینگ است
(3-32)

مرحله یازدهم محاسبه جدید تعداد دور با توجه به اثر فرینجینگ می باشد.
(3-33)
مرحله دوازدهم محاسبه مقاومت سیم پیچ می باشد.
(3-34)
مرحله سیزدهم محاسبه تلفات مسی می باشد.
(3-35)
مرحله چهاردهم محاسبه ضریب تنظیم که کمتر از یک درصد است.و نشان دهنده صحیح بودن است.

مرحله پانزدهم محاسبه چگالی شار مغناطیسی می باشد.
(3-36)
مرحله شانزدهم محاسبه میلی وات بر گرم برای هسته فریت می باشد.
(3-37)
مرحله هفدهم محاسبه تلفات هسته می باشد.
(3-38)
مرحله هجدهم محاسبه تلفات کل می باشد.
(3-39)
مرحله نوزدهم محاسبه چگالی وات می باشد.
(3-40)
مرحله بیستم محاسبه دمای افزایشی می باشد.
(3-41)

مرحله بیست و یکم محاسبه چگالی شار ماکزیمم می باشد.
(3-42)

مقادیر چگالی شار ماکریمم و دمای افزایشی وضریب تنظیم با توجه به کمتر بودن ا

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه ارشد درباره روش ترکیبی، شبیه سازی، ایفای نقش Next Entries منابع پایان نامه ارشد درباره قابلیت اطمینان، بازار برق، مصرف کننده، مصرف کنندگان