خلاصه پایان نامه بهینه سازی مولد پالسی با استفاده از الگوریتم های تکاملی
پایان‌نامه
مقطع کارشناسی ارشد
رشته :مهندسی برق گرایش قدرت
چکیده:
توان پالسی طرحی است برای تخلیه انرژی ذخیره شده الکتریکی بر روی بار در یک یا چند پالس کوتاه با نرخ تکرار قابل کنترل. فناوری تولید توان پالسی به دو شاخه پالسهای کم توان و پالسهای پر توان تقسیم می شود. پالسهای کم توان در حد چند مگا وات و پالسهای پرتوان دارای توانی در حد گیگا و تراوات یا بیشتر می باشد.
در این پایان نامه با هدف تولید شکل موج پالسی مورد نیاز برای تولید ورقهای فلزی از مولد مارکس تک قطبی با قطعات نیمه هادی استفاده شده؛ سپس با در مدار آوردن با تاخیر هر طبقه شکل موج مورد نیاز پالسی ساخته می شود. برای محاسبه زمان مناسب ورود هر طبقه به مدار الگوریتم ژنتیک به کار می رود.
با افزایش زمان، به دلیل افت ولتاژ خازنهای ذخیره کننده انرژی در مولد مارکس سطح پالس دچار افت و در نتیجه سبب خارج شدن شکل موج پالسی از حالت مورد نیاز می شود. برای از بین بردن این مشکل از جبران کننده فعال مدولاسیون عرض پالس استفاده می شود. به منظور کاهش هزینه و افزایش سادگی مدار در این پایان‌نامه طرح جدیدی برای جبران کننده فعال مدولاسیون عرض پالس ارائه شده است؛ در این طرح منبع تغذیه کمکی حذف و تعدادی از خازنهای مولد مارکس به عنوان جبران کننده پالس اصلی استفاده می‌شود.
تمامی شبیه سازی ها در محیط سیمولینک[1] و محاسبات ریاضی مربوط به نمونه برداری از پالس خروجی و مقایسه آن با پالس الگو و بدست آوردن تابع خطا در محیط برنامه نویسی متلب[2] انجام می گیرد و نوار ابزار «گوست[3]» برای محاسبه زمان تاخیر سوییچ های هر واحد استفاده می‌شود.
1مقدمه
توان پالسی طرحی است برای تخلیه انرژی ذخیره شده الکتریکی بر روی بار در یک پالس کوتاه یا پالسهایی کوتاه با نرخ تکرار قابل کنترل. فناوری تولید توان پالسی به دو شاخه پالس های کم توان و پالسهای پر توان تقسیم می شود. پالسهای کم توان در حوزه مخابرات، الکترونیک سرعت بالا، اندازه گیری و پالسهای پرتوان دارای توانی در حد چند مگاوات یا بیشتر بوده ویژگی این پالسها در جدول زیر نشان داده شده است.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
فناوری پالس های پرقدرت ایده اصلی آن مبتنی بر جمع آوری انرژی از منابع عادی اولیه در سطوح پایین توان و چگالی توان اندک و در درمرحله بعد ذخیره سازی موقت آن انرژی است سپس انرژی به سرعت از منبع ذخیره موقت رها می شود و شکل پالسی می یابد. و در نهایت پس از فشرده سازی توان پالسی، انرژی الکتریکی با سطوح بالای توان و چگالی توان به بار انتقال می یابد.[1]
علاوه بر توان و انرژی، پالسها با نوع شکل شان نیز شناسایی می شوند. مثلاً با زمان صعود، زمان افت، عرض پالس یا صافی سطح پالس. معمولاً عرض پالسها توان بالا بین چند نانو ثانیه تا چند میکروثانیه در نظر گرفته می شود.(شکل 1-1)
زمان صعود زمانی است که ولتاژ از 10% تا 90% اندازه نهایی افزایش می یابد. زمان افت نیز مدت زمان افت ولتاژ از 90% تا 10% است. زمان افت و صعود تا حدود زیادی به امپدانس بار بستگی دارد که با زمان معمولاً متغیر است. تعریف واحدی برای عرض پالس در منابع وجود ندارد اما برای برخی کاربردها بهتر است مدت زمانی که شکل موج حداقل 90% مقدار بیشینه را دارد تعریف گردد.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
Pulsed power is a scheme for electrical stored energy on the load in a short pulse or short pulses with controllable repetition rate. Pulsed power technology is divided into generating low power and high power pulses. Low power pulses are in the range of megawatts and high power pulses is in the range of some tera watts.
Some decades ago pulsed power science was born when east and west were in the challenge to invent new weapons such as laser guns and atomic bombs. But now-a-days researchers have explored new applications for pulsed power. Like: tumor treatment, exhausted gas refinement produced by fossil fuels, oil refinement, water and waste water refinement, microbial inactivation of foods and producing metal foils.
In this thesis it is aimed to produce a pulsed shape that is needed in manipulating metal foils using all solid state mono polar Marx generator. Then by delayed starting of each floor in Marx generator, the supposed shape can be produced. For calculation the delay time of start command, genetic algorithm is used.
Voltage droop in energy storing capacitors leads to droop in pulse surface and results in deforming of output pulse shape. For this problem the PWM[1] compensator is used.
All simulations was performed in Simulink and mathematical calculations related to delay start time was done in MATLAB programing environment, GOSET[2] toolbox was used for genetic optimization.
فهرست پایان نامه بهینه سازی مولد پالسی با استفاده از الگوریتم های تکاملی
فهرست:
مفاهیم اساسی
1-1مقدمه 2
1-2 ذخیره سازی 6
1-2-1منابع پالسی خازنی 6
1-2-2 منابع پالسی سلفی 7
1-2-3 نوسان ساز جبران کننده پالسی 7
1-2-4 مولد های تک قطبی HPG 8
1-2-5 نوسان ساز دیسکی 10
1-3 سوییچ های بسته شونده 10
1-3-1 سوییچ های گازی 10
1-3-2 سوییچ های بسته شونده نیمه هادی 11
1-3-3 سوییچ های مغناطیسی 12
1-4 سوییچ های باز شونده 14
1-4-1 فیوز 14
1-4-2 قطع کننده مکانیکی 15
1-4-3 سوییچ باز شونده ابر رسانا 15
1-4-4 سویچ سیال (پلاسمایی) 15
1-4-5 سوییچ باز شونده نیمه هادی 16
1-5 خطوط انتقال 17
2 کاربرد های توان پالسی
2-1 گداخت هسته ای 19
2-2 اثرات میدان الکتریکی پالسی بر روی ریز موجودات زنده 19
2-2-1 غیر فعال سازی میکروبی 20
2-3 کاربرد ها در درمان سرطان 24
2-4 ساخت مواد 27
2-4-1 ورقهای فلزی 27
2-4-2 پرداخت اولیه چوب با پالسهای لیزر 27
2-4-3 لایه نشانی سخت 29
2-4-4 شکل دادن فلز در سرعت بالا 29
2-4-4-1 هیدرو پالسر 30
2-5 نفت و صنایع شیمیایی 31
2-5-1 تولید اُزن 31
2-5-2 شکستن امولسیون نفت خام با میدانهای الکتریکی ولتاژ بالای پالسی 32
2-6 تصفیه گاز 33
2-7 تصفیه آب و فاضلاب 34
3 پیشینه تحقیق و روش پیشنهادی
3-1 نیازمندیهای مولد پالسی در مهندسی مواد 37
3-2 مولد مارکس 38
3-3 مولد پالسی مارکس تکرار شونده حالت جامد 40
3-3-1 شارژ 40
3-4 معرفی کلید زنی پیشنهادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک 44
3-4-1 الگورییتم ژنتیک 46
3-4-2 مزایای استفاده از الگوریتم ژنتیک 50
3-5 جبران سازی لبه پالس ولتاژ 50
3-5-1 روش جبران سازی مدولاسیون عرض پالس 52
3-5-2 طراحی پارامتر های جبران کننده مدولاسیون عرض پالس 53
3-5-3 سیگنال فرمان MOSFET 54
3-5-4 ولتاژ منبع تغذیه کمکی 57
3-5-5 خازن Ccp 57
3-6 مدار پیشنهادی برای جبران‌سازی مولد مارکس 58
4 نتایج شبیه سازی
4-1 تنظیم زمانهای تریگر واحدها 60
4-2 جبران سازی لبه پالس 64
4-3 بهبود شکل پالس به کمک جبران سازی 71
5 نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نتیجه گیری 74
5-2 پیشنهادات 74
مراجع 76
چکیده انگلیسی 79
ضمیمه
منبع:
بالی لاشک عارف، بررسی مبانی نظری و اصول عملکرد در فناوری توان پالسی و کاربرد های آن، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1387
مهدی قربانلو، "شبیه سازی و طراحی منابع پالسی خازنی"، دانشگاه علم و صنعت، پایان نامه شماره 187
امیر حسین عباسی، بررسی کلید باز شونده SOS در کاربرد های توان پالسی، دانشگاه تهران
مظالعه شکست الکتریکی به منظور طراحی کلید بسته شونده با زمان عملکرد زیر نانو ثانیه با فشار کمتر از یک اتمسفر، دانشگاه تهران
سعیده سادات میر سعید قاضی «بهینه سازی چند هدفه پارتو با روش احتمالی» پایان نامه دانشگاه پیام نور رشته ریاضی کاربردی آبان 1390
کاویانی چراتی حنیف،استریلیزه کردن مایعات با استفاده از میدان های الکتریکی پالسی ولتاژ بالا،دانشگاه علم و صنعت ایران
Hanjoachim Bluhm, “pulsed power system” principles and applications, library of congress control number:2005929279, Murch 2006
En.Wikipedia.com
Mansson-EPRI project manager, “pulsed power technology and applications-scandinavia, TR-112566, final report, april 1999
Tkotnik, p.kramar, g.pucihar and d.miklavcic, “Cell membrane electroporation-part1:the phenomena”, IEEE trans, elec.ins, vol.28,no.5, September 2012
Kang huang, jianping wong, “design of pulsed electronic fields treatment chambers for liquid foods pasteurization process: a review”, Elsevier, food eng., vol.95, pages:227-239, june 2009
Bveridge, mac georgar, marila, “comparison of the effectiveness of biphase and monophase rectangular pulses for the inactivation of micro organisms using pulsed electric fields”, IEEE.trans, plasma, vol.30, no.4,august 2002
Chen, zhang, xiao, “influence of pulse rise time on inactivation of staphyloccus aureus by pulsed electric fields”, IEEE.trans, plasma, vol.38,no.8, august 2010
Yao, jiang, li, “a ns-us duration, milliesta, exponential decay pulsed magnetic fields generator for tumor treatment”, IEEE.trans, dielec, vol.18, no.4, august 2011
Sundarajan, jan, xiao, salameh, “effective proliferation control of human cancer cellsusing electrical pulses”, IEEE.trans, dielec, vol.19, no.6, December 2012
www.kebaila.com
Vaze, arjunan, Gallagher, vasiliet, “air and water sterilization using non thermal plasma”, IEEE 2007
E. kuffel,W.S.zaengl, j.kuffel “High voltage engineering” fundumentals ,second edition, ISBN:0 7506 3634 3, 2000
L.M. Redondo, J. Fernando Silva, P. Tavares, Elmano Margato, “All Silicon Marx-bank topology for high-voltage,high-frequency rectangular pulses”, IEEE 2005
Steven F. Glover, E. Whit, Kim W. Reed, and Michael J. Harden, “GeneticOptimization for Pulsed-Power System Configuration”, IEEE. Trans.plasma, vol.37, NO. 2, FEBRUARY 2009
Bob Richardson, tudor pike, “pulse droop compensation using a pwm technique”, IEEE 2008, e2v Technologies, Waterhouse Lane , Chelmsford, Essex, CM1
S.D.sudhoff, “GOSET Genetic Optimization System Engineering Tool” for use with MATLAB, http://cobweb.ecn.purdue.edu/~sudhoff/ 2010,
www.voltagezone.com-2014/19/1
www.overunity.com-2014/19/1
www.forums.tdiclub.com-2014/19/1
www.watchtv.net-2014/19/1
www.photocamel.com-2014/19/1