11651

10698

كارشناسي ارشد

الكترونيك

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده برق و كامپيوتر

1395

ده،[73]ص.: مصور،جدول،نمودار

ص.ع.به فارسي و انگليسي

احسان اديب

حسين فرزانه فرد

مهدي نيرومند، شهاب الدين رحمانيان

1395/08/09

مهندسي برق و كامپيوتر

ID10698

چكيده امروزه با پيشرفت روز افزون در صنعت هوافضا و هوانوردي سيستمهاي الكتريكي جايگزين سيستمهاي هيدروليكي و الكترومكانيكي شدهاند با افزايش تعداد اين سيستمهاي الكتريكي ميزان توان مصرفي نيز افزايش يافته است از اين رو نياز به سيستم توان با چگالي توان و راندمان باال امري ضروري است در هواپيماهاي مدرن 787 B توان سيستمهاي الكتريكي توسط باس ولتاژ باال 270 V DC تأمين ميشود براي تأمين توان در شرايط اضطراري باتريهاي هواپيما از طريق اين باس ولتاژ باال شارژ شده تا در صورت قطع اين باس توان مورد نياز بارهاي اضطراري را تأمين كند از اين رو به يك مبدل دوجهتهي DC DC نياز است تا در شرايط عادي باتري را در جهت كاهنده از طريق باس ولتاژ باال شارژ كرده و در شرايط اضطراري ولتاژ باتري را به سطح ولتاژ باال رسانده و توان بارهاي اضطراري را تأمين كند مبدلهاي دوجهتهي DC DC نوع DAB به دليل داشتن قابليت ايزوالسيون و چگالي توان باال به عنوان يك ساختار پايه در اين كاربرد استفاده ميشود وجود سلف نشتي در اين مبدل منجر به افزايش استرس ولتاژ كليدها از دست رفتن شرايط كليدزني نرم در بار سبك وكاهش راندمان مبدل ميشود درتحقيقات انجام شده تكنيكهاي شامل اسنابر فعال مدار رزونانسي CLLC وكلمپ فعال جهت ايجاد شرايط كليدزني نرم در ساختار مبدل DAB ارائه شده است اضافه شدن المانهاي كمكي به منظور ايجاد شرايط كليدزني نرم و متغير بودن فركانس كليدزني را ميتوان از جمله مشكالت اين روشها ذكر كرد در اين پايان نامه ابتدا يك ساختار مبدل دوجهتهي DC DC ايزوله نوع DAB در كاربرد سيستمهاي هوافضا پيشنهاد شده است در اين مبدل از سلف نشتي ترانسفورمر و يك خازن كوچك سري با آن به عنوان شبكه رزونانس استفاده شده است بدين ترتيب شرايط كليدزني نرم ZVZCS با استفاده از روش كنترل شيفت فاز و بدون استفاده از كليد يا مداركمكي برقرار شده است به طوري كه حتي در بار سبك نيز شرايط كليدزني در شرايط ZVZCS فراهم شده است در اين مبدل فركانس كليدزني و فركانس رزونانس برابر بوده و به ساده شدن مدار كنترل و طراحي بهينه فيلترهاي مبدل كمك ميكند در مبدل پيشنهادي دوم از ساختار نيم پل و مدار دوبرابر كننده ولتاژ در سمت ولتاژ باال استفاده است در اين مبدل نيز شرايط كليدزني نرم براي تمامي كليدها فراهم شده است استفاده از مدار دوبرابركننده ولتاژ نسبت دور ترانسفورمر را به نصف كاهش ميدهد معموال براي افزايش طول عمر باتري جريان شارژ آن را كاهش ميدهند بنابراين توان مبدل در جهت كاهنده كاهش يافته و باتري در زمان بيشتري شارژ ميشود از اين رو با كاهش توان شارژ باتري استفاده از ساختار نيم پل به جاي تمام پل مناسب بوده و باعث كاهش تعداد كليدهاي مبدل ميشود نمونه آزمايشگاهي مبدل پيشنهادي اول با توان 330 وات ولتاژ 30 ولت سمت ولتاژ پايين و330 ولت سمت ولتاژ باال فركانس كليدزني 57 كيلوهرتز طراحي و ساخته شده است نتايج نمونه ساخته شده صحت عملكرد مبدل و فراهم شدن شرايط كليدزني نرم ZVZCS را نشان ميدهد واژههاي كليدي 6 مبدل دوجهته ايزوله 2 مبدل نوع 0 DAB كليدزني نرم 4 كليدزني نرم در ولتاژ و جريان صفر

Investigation and Improvement of Bidirectional DC DC Converters for Aerospace Applications Hossein Asgari h asgari@ec iut ac ir June 5 2016 Department of Electrical and Computer Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Language Farsi Degree M Sc Supervisor Dr Ehsan Adib e adib@cc iut ac irAbstract Today with the development of aerospace and aviation industry the electromechanical and hydraulicsystems have been replaced by electrical systems Also Increment of electrical systems increases the requiredpower In modern aircrafts B787 the power of electrical systems is provided via the high voltage 270VDC bus The batteries of power system are charged by this high voltage bus to provide the power for emergencyconditions So a bidirectional DC DC converter is required to charge the batteries in step down mode undernormal conditions and increase the voltage of the battery to the bus voltage in step up mode and supply thepower of emergency loads Bidirectional DAB DC DC converters because of the isolation and high powerdensity are the basic structure of this application The leakage inductance of this converter leads to high voltagestress of the switches and switching losses and reduces the efficiency In the recent researches techniques suchas active snubber active clamp and resonant circuit CLLC are applied to provide the soft switching conditionsof the DAB converter Auxiliary elements for soft switching and variable switching frequency are the maindrawbacks of these techniques In this thesis a bidirectional isolated DAB DC DC converter for aerospace applications has beenproposed The leakage inductance of the transformer and a small series capacitor are the resonant network Inthe proposed converter the soft switching conditions ZVZCS using phase shift control without the use ofauxiliary switch or circuit is achieved So that even in the light load conditions switching in ZVZCS isprovided The switching frequency and the resonant frequency of the proposed converter are equal whichsimplifies the control circuit and optimize the size of the filters In the second proposed converter the highvoltage side is composed of half bridge structure and voltage doubler circuit and the soft switching conditionsfor all switches are provided This method reduces the transformer ratio to half of the first converter and so decreases the transformer leakageinductance Usually the charge current of the battery is reduced to extendbattery life So the converter power in step down mode can be reduced and charging time is increased Thus by reducing the power in the charging mode the use of half bridge instead of full bridge is suitable and thenumber of switches is reduced In this thesis design and implementation of a 300W 30V 300V prototype ofthe proposed converter with 75 kHz switching frequency is presented The experimental results are inagreement with theoretical and simulation analysis and soft switching condition is provided Keywords 1 Isolated Bidirectional Converter 2 DAB Conveter 3 Soft Switching 4 ZeroVoltage Zero Current Switching ZVZCS

احسان اديب

حسين فرزانه فرد

مهدي نيرومند، شهاب الدين رحمانيان