• • • 1. 1. سلول‌های چندبلوری

لایه های چندبلوری به وسیله فرایند ریخته‌گری تهیه می شوند . سیلیسیم مذاب را در یک قالب می ریزندو اجازه می دهند متبلور شوند. لایه های چند بلوری که به وسیله ریخته‌گری درست شده‌اند عمدتاً ارزان‌تر هستند و بازده پایین‌تر دارند ( به خاطر نقص در ساختار بلور حاصل از فرایند ریخته‌گری) .

• • • 1. 1. سیلیسیم بی شکل

اگر یک لایه سیلیسیم روی شیشه یا یک ماده دیگر قرار گیرد معروف به سلول لایه بی شکل یا نازک است. ضخامت این لایه کمتر از یک میکرومتر است(ضخامت یک موی انسان: ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر ) بنابراین تولید این سلول ها و هزینه آن پایین‌تر است.به هر حال، بازده سلول‌های بی شکل خیلی پایین‌تر از دو سلول دیگراست. به این علت است که، اساساً آنها در وسائل با توان کم به کار رفته‌اند .

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

• 1. 1. سیلیکون چگونه سلول خورشیدی را می‌سازد؟

سیلیکون خواص شیمیایی ویژ‌ه‌ای بخصوص در ساختار بلورینش دارد. یک اتم سیلیکون، ۱۴ الکترون دارد که در سه پوسته‌ی محتلف روی هم قرار گرفته‌‌اند. دولایه‌ی اول نزدیک‌تر به مرکز کاملاً پر شده‌اند. ولی لایه‌ی بیرونی با داشتن ۴ الکترون نیمه‌پر است. به طوری که اتم سیلیکون همیشه در جستجوی راهی برای پر کردن لایه‌ی اخر است (تا ۸ الکترون را کامل بگیرد). برای انجام این کار، این الکترون‌ها را با ۴ تا از اتم‌های سیلیکون همسایه‌اش شریک خواهد کرد.
هر اتم تمایل دارد که موقعیت خود را با اتم‌های همسایه‌اش حفظ کند، فقط در این مورد هر اتم از ۴ سمت به ۴ همسایه‌اش متصل است. این قالب ساختار بلوری است و ایجاد این ساختار برای این نوع سلول PV اهمیت دارد. سیلیکون بلوری خالص را تعریف کردیم. سیلیکون خالص رسانای ضعیف الکتریکی است، زیرا هیچ‌یک از الکترون‌های آن مثل الکترون‌ها در رساناهای خوبی چون مس، به اطراف حرکت نمی‌کنند. در عوض الکترون‌ها در ساختار بلوری کاملاً قفل شده‌ای قرار دارند. سیلیکون در یک سلول خورشیدی کمی تغییر می‌کند؛ چراکه همچون یک سلول خورشیدی عمل خواهد کرد.
سلول خورشیدی سیلیکون را به همراه ناخالصی‌هایی دارد (اتم‌های دیگری با اتم‌های سیلیکون آمیخته می‌شوند، با تغییر دادن روش‌هایی که یک ذره‌ی عمل می‌کند). معمولاً تصور می‌کنیم که ناخالصی‌‌ها چیزهای نامطلوبی‌اند. ولی در اینجا سلول بدون وجود ناخالصی به کار نمی‌افتد! این ناخالصی‌ها به منظور خاصی افزوده می‌شوند. سیلیکون را با یک اتم فسفر در دوطرف در نظر بگیرید؛ شاید برای هر یک میلیون اتم سیلیکون فسفر در لایه‌ی خارجی‌اش ۵ الکترون دارد نه ۴ تا. همیشه با اتم‌های سیلیکون مجاورش پیوند می‌خورد، ولی به یک مفهوم، فسفر الکترونی دارد که از هیچ طرف به چیزی متصل نیست. بخشی از یک پیوند شکل نمی‌گیرد،‌ولی یک پروتون مثبت در هسته‌ی فسفر آن‌را در جایی نگه می‌دارد.
وقتی انرژی به سیلیکون خالص اضافه می‌شود (مثلاً به‌صورت گرما)، می تواند موجب شود که پیوند تعدادی از الکترون‌ها شکسته شود و اتم‌هایشان را ترک کنند. یک حفره در هر نمونه از آزاد شده است. سپس این الکترون‌ها، به طور اتفاقی پیرامون شبکه‌ی بلوری پراکنده می‌شوند و حفره‌ی دیگری را جستجو می‌کنند که درون آن سقوط کنند. این الکترون‌ها «حامل‌های آزاد» نامیده می‌شوند و می‌توانند جریان الکتریکی را جابه‌جا کنند. بنابراین تعداد کمی از آن‌ها در سیلیکون خالص وجود دارند (هر چند خیلی مفید نیستند). سیلیکون ناخالص که با اتم‌های فسفر ترکیب شده داستانی متفاوت دارد. انرژی بسیار کم‌تری برای ضربه‌زدن به یکی از الکترون‌های سُست «اضافی» فسفر صرف می‌شود؛ زیرا آن‌ها در یک پیوند، مقید نشده‌اند (همسایگانشان مانع آن‌ها نشده‌اند). این فرایند اضافه کردن ناخالصی را «ناخالص سازی» می‌نامیم. سیلیکون به‌دست آمده به دلیل پخش الکترون‌های آزاد «نوع N» نامیده می‌شود (Negative). سیلیکون آلاییده‌ی نوع N ، رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون خالص است.
در واقع فقط بخشی از سلول خورشیدی از نوع N است. سایر قسمت‌ها با «بور» آلاییده می‌شوند که به جای ۴ الکترون فقط ۳ الکترون در لایه‌ی بیرونی خود دارد، بدین ترتیب سیلیکون نوع p می‌شود. سیلیکون نوعp ، (Positive) به جای داشتن الکترو‌ن‌های آزاد، حفره‌ی آزاد دارد. حفره‌ها در واقع فقط فقدان الکترون‌ها هستند. پس آن‌ها بار قرینه(+) حمل می‌کنند. آن‌ها فقط در اطراف الکترو‌هایی با عملکرد مشابه حرکت می کنند. قسمت جالب وقتی آغاز می‌شود که سیلیکون نوع N را با سیلیکون نوع P به کار ببرید. به یاد داشته باشید که هر سلول PV در نهایت یک میدان الکتریکی دارد. بدون میدان الکتریکی سلول کار نخواهد کرد، و این میدان نیز هنگامی به‌وجود می‌آید که سیلیکون نوع N و نوع P در تماس هستند. فوراً الکترون‌های آزاد سمت N که همدیگر جستجوی حفره ‌ای برای سقوط در آن‌ها می‌باشند، حفره های آزاد سمت P را دیده و در یک یورش ناگهانی آن‌ها را پُر می‌کنند.

• • • 1. 1. ساخت سلول های خورشیدی

(۱-۶CCD ( یا CMOS…………………………………………………………………………………………………………..11
(۳-۱) Leakage Current- Dynamic Power- Short Circuit Current ………………………….21
…………………………………………………….۲۲Adiabatic Circuits – Charge Recovery Logic (3-2)
…………………………………………………………………………………………………………………۲۳Static NOR (3-3)
…………………………………………………………………………………………………………..۲۳Dynamic NOR (3-4 )
……………………………………………………………………………………………….۲۴Pass Transistor Logic (3-5)
……………………………………………………………………………………………..۲۵Glitch Free AND Gate (3-6)
……………………………………………………………………………………………..۲۷Variable Body Biasing (3-7) ………………………………………………………………….28Circuit Design with Sleep Transistors (3-8)
…………………………………………………………………………………………………………۲۹DTMOS Circuit (3-9) ……………………………………………………………..30Short Circuit Power in CMOS Circuits (3-10)
(۴- ۱ ) ساختار اصلی مدار……………………………………………………………………………………………………………۳۳
(۴- ۲) شماتیک مدار تقویت کننده ارائه شده…………………………………………………………………………………..۳۴
(۴-۳) شماتیک مدار در تکنولوژی ۹۰ نانومتر به همراه ابعاد ترانزیستورها…………………………………………..۳۹
(۴-۴) شماتیک مدار در تکنولوژی ۱۸۰ نانومتر به همراه ابعاد ترانزیستورها…………………………………………۴۰
(۴-۵) شکل موج ورودی – شکل موج خروجی………………………………………………………………………………۴۱
(۴-۶) منحنی سیگنال نمونه جهت محاسبه اندازه حاشیه فاز۱…………………………………………………………….۴۳
(۴-۷) منحنی سیگنال نمونه جهت محاسبه اندازه حاشیه فاز۲…………………………………………………………….۴۴
(۴-۸) جریان بایاس تطبیقی IADP و شکل موج های ورودی و خروجی…………………………………………۴۵
(۴-۹) پالس ولتاژ خروجی……………………………………………………………………………………………………………۴۶
(۴-۱۰) نمودار تغییرات جریانIADP……………………………………………………………………………………………47
(۴-۱۱) دیاگرام Bode خروجی مدار با تکنولوژی ۹۰ nm……………………………………………………………..49
(۴-۱۲) دیاگرام Bode خروجی مدار با تکنولوژی ۰.۱۸ um………………………………………………………….50 (4-13) مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC …………………………………………………………………………… 51
(۴-۱۴) منحنی حاشیه فاز و بهره مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۰.۱۸ um……….52
(۴-۱۵) منحنی حاشیه فاز و بهره مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۹۰ nm…………..53
(۴-۱۶) منحنی SR مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۰.۱۸ um…………………………54
(۴-۱۷) منحنی SRمدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۹۰ nm…………………………….55
فهرست جداول
۴-۱ مشخصه های خروجی تقویت کننده………………………………………………………………………………………..۴۸
۴-۲ مقایسه پارامترهای حاصل از شبیه سازی مدار تقویت کننده در تکنولوژی های ۰.۱۸ um و ۹۰nm در دوحالت همراه و بدون بلوک ABCC……………………………………………………………………………………….56
چکیده :
در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی تقویت کننده مبتنی بر تکنولوژی CMOS با توان مصرفی پایین برای کاربرد در سنسورهای تصویری می باشد.بدین منظور تقویت کننده ای که از مدار ABCC (مدار هوشمند جریان بایاس) بهره میگیرد معرفی شده است.این مدار ولتاژهای ورودی را کنترل میکند سپس جریان بایاس تقویت کننده را به منظور دستیابی به پایداری و توان مصرفی مطلوب و سرعت بالا فراهم می سازد.این مدار با بهره گرفتن از نرم افزار Hspice در تکنولوژی های ۰.۱۸ um و ۹۰ nm مبتنی برCMOS در دو حالت ، همراه و بدون مدارABCC مورد تحلیل و شبیه سازی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد طراحی با تکنولوژی ۹۰ نانو از لحاظ بهره، حاشیه فاز، سرعت پاسخ دهی وتوان مصرفی در مقایسه با تکنولوژی ۰.۱۸ um ازکارایی بهتری برخوردار است.هم چنین مشاهده کردیم با حذف مدار ABCC علی رغم افزایش بهره ، پایداری مدار دچار خدشه خواهد شد و سیستم بصورت کاملا ناپایدار عمل می کند.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

هدف
امروزه هدف اصلی در صنعت VLSI کاهش توان تلفاتی و مصرف انرژی تراشه است.تکنیک های مختلف براساس مدهای ذخیره توان مصرفی،طراحی ساختاروبازسازی مدارها توسعه داده شده اند.سیستمهای کدگذاری متفاوت برای کاهش کار سوییچینگ مدار توسعه داده شده است.هم اکنون صنعت بسوی نانوتکنولوژی درحال حرکت است ، به همین دلیل در این تحقیق سعی شده است تا با بهره گرفتن از ترانزیستورهایی در مقیاس نانو و کاهش ولتاژ منبع تغذیه با توجه به تکنولوژی در نظر گرفته شده در هر مرحله ، توان مصرفی را در مدار تا حد امکان کاهش دهیم .
از جمله چالشهای اساسی و مهم ” توان مصرفی“ می باشد.هر قدر توان مصرفی تراشه بیشتر باشد زمان بهره برداری از آن کاهش می باید.به عنوان مثال در سنسورهای تصویری مصرف توان پائین به معنی این است که قادر به گرفتن تصاویر در بازه زمانی طولانی تر است.در این مقاله در جهت کاهش توان مصرفی مدارهای مجتمع، مداری با توان مصرفی پایین ارائه و با بهره گرفتن از توسط نرم افزار Hspice در تکنولوژی های۹۰ و ۱۸۰ نانو شبیه سازی شده و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.که این شبیه سازیها، حاکی از کاهش قابل توجه توان مصرفی نسبت به روش های دیگر است.
ساختار این پایان نامه بدین ترتیب سازماندهی شده است. در فصل اول سنسورهای تصویر و توان مصرفی آنها موردمطالعه قرار گرفته است.در فصل دوم درباره اهمیت کاهش توان مصرفی در مدارات بحث می شود.در فصل سوم پیشینه تکنولوژی های طراحی شده برای کاهش توان مصرفی در مدارات مجتمع ارائه شده است.در فصل چهام مدار تقویت کننده ارائه شده و با بهره گرفتن از شبیه سازی در برنامه Hspice مورد تحلیل قرار می گیرد.در فصل آخر نتایج حاصل از شبیه سازی مدار در تکنولوژی های مورد بررسی با هم مقایسه می شوند.
فصل اول – آشنایی با سنسورهای تصویر و توان مصرفی آنها
مقدمه
دوربین دیجیتال یک دستگاه الکترونیکی است که برای گرفتن عکس و ذخیره آن به جای فیلم عکاسی از حسگرهای حساس به نور معمولاً از نوع CCD یا CMOS استفاده می‌کند و تصویر گرفته شده توسط سنسور طی چند مرحله به حافظه دوربین برای استفاده فرستاده می‌شود. در دوربین دیجیتال، تصویربرداری بر روی فیلم صورت نمی‌گیرد بلکه توسط یک حسگر حساس (CCD یا CMOS) انجام می‌پذیرد. از لحاظ عملکرد ، دوربین‌های دیجیتال بسیار شبیه به دوربین‌های عکاسی دارای فیلم یا غیر دیجیتال می‌باشند. این دوربینها همانند دوربین‌های معمولی دارای یک منظره یاب، لنز برای کانونی کردن تصویر بر روی یک وسیله حساس به نور، وسیله‌ای برای نگهداری و انتقال چند تصویر گرفته شده در دوربین و یک محفظه شامل تمام این تجهیزات می‌باشد. در یک دوربین معمولی فیلم حساس به نور تصویر را ذخیره می‌سازد و بعد از عملیات شیمیایی برای نگهداری تصویر از آن استفاده می‌شود. در حالی که در دوربین دیجیتال این کار با بهره گرفتن از ترکیبی از فناوری پیشرفته سنسور تصویر و ذخیره آن در حافظه انجام می‌گیرد و اجازه می‌دهد که تصاویر در شکل دیجیتال ذخیره شوند و به سرعت بدون نیاز به عملیات خاصی (نظیر عملیات شیمیایی بر روی فیلم) در دسترس باشند.
به عنوان نمونه میتوان کپسول آندوسکوپی که از یک دوربین بی سیم کوچک و قابل بلع برای تصویربرداری بدون درد از روده باریک طراحی شده است،نام برد. کپسول تنها ۱۱ میلیمتر در ۲۶ میلیمتر اندازه دارد و شامل دوربین، منبع نور، رادیوترانسمیتر و باتری است. بیمار به راحتی می تواند آن را ببلعد و دوربین کپسول می تواند حدود ۲ تصویر در هر ثانیه و در حین عبور از مجرای گوارشی بگیرد.
یکی از مهم ترین چالشها در این تکنولوژی ” کاهش توان مصرفی مدار“ می باشد. چراکه این امر سبب افزایش زمان بهره برداری خواهد شد.راه های گوناگونی از جمله طراحی تقویت کننده های عملیاتی با توان مصرفی کم صورت گرفته است.در این تحقیق مدار تقویت کننده ای ارائه شده که با بهره گرفتن از آن می توان به مقدار قابل توجهی میزان توان مصرفی را کاهش داد.
در ادامه با سنسورهای تصویری و هم چنین عملکرد آنها آشنا شده و خصوصیات آنها را با هم مقایسه خواهیم کرد.
۱-۱) سنسور تصویربرداری و کاربرد آنها در زمینه نانو دوربین های پزشکی
یک سنسور تصویربرداری وسیله ایست که به نور حساس است و سیگنال های نوری را به سیگنال های دیجیتال ( اطلاعات RGB ) تبدیل میکند. دو نوع متداول از این سنسورها CCD و CMOS هستند و معمولا در دوربین های دیجیتال و سایر دستگاه های تصویر برداری استفاده میشوند. کاربردهای سنسور تصویر برداری محدود به دوربین های دیجیتال نمیشود و سنسورهای تصویربرداری در زمینه های دیگری نظیر موارد ذیل استفاده میشوند :
فضانوردی و صنایع مربوط به آن مثل تلسکوپ فضایی هابل
ماشین های بینایی
طیف سنجی نورهای ماوراء بنفش
هر دو نوع سنسور CCD و CMOS با بهره گرفتن از مدار تشخیص نور کار میکنند که به نور واکنش نشان میدهند واین سیگنال های آنالوگ را بعنوان اطلاعات دیجیتال عکس ذخیره میکنند که البته هر کدام به روش متفاوتی برای دستیابی به این هدف عمل میکنند.
۱-۲ ) آشنائی با Charge-Coupled Devices) CCD)
هر CCD از میلیونها سلول بنام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌نمایند. وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترونهایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می‌ گردد. هر چه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترونهای بیشتری آزاد می شود. هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترونهای آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند. بنابر این هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود می باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشنتری را ایجاد می کند.
مرحله بعدی در این فرایند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می شود، مثل اینست که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و سپس وارد ADC می شوند.
فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می دهند، نه به رنگ. رنگ با بهره گرفتن از فیلترهای قرمز ، سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده شده است شناسایی می شود. برای اینکه CCD با چشم انسان سازگاری داشته باشد،نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است. این بخاطر اینست که چشم انسان به رنگهای زرد و سبز حساس تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند، رنگ واقعی با بهره گرفتن از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میانگین رنگ مشهور است، ایجاد می شود.
شکل (۱-۱) CCD –sensor
۱- ۳ ) آشنائی با ( Complementary Metal Oxide Semiconducter) CMOS
تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیونها ریزپردازنده و حافظه مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که روی این تکنولوژی فعالیتهای زیادی صورت گرفته و تولید آن در حجم انبوه می باشد، ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می آید. دیگر مزیت این سنسورها نسبت به CCD اینست که توان مصرفی آنها پایینتر می باشد.
در یک سنسور CMOS ، هر پیکسل در کنار ترانزیستور هایی قرار میگیرد که تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال را انجام میدهند. هر کدام از این سنسورهای پیکسلی یک سنسور فعال پیکسلی (APS) (Active Pixle Sensor)نامیده میشود.
در این تکنولوژی، منطق کلیه مراحل تصویربرداری بر روی یک تراشه CMOS قرار داده میشود و بصورت مدار مجتمع در می آید.. APSها بر پایه ترانزیستور هستند، این بدین معنی است فراِیند ساخت آنها از لحاظ هزینه بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.
شکل (۱-۲) CMOS-sensor
۱-۴ ) ساختار سنسورهایCCD و CMOS

شکل ۴-۳: ساختار یک مولد سلول سیلیکونیPV

• سیستم های فتوولتائیک

  1. 1. معرفی پدیده فتوولتائیک

پدیده ای که در اثر تابش نور خورشید بدون استفاده از مکانیزم های محرک الکتریسیته تولید کند ، پدیده فتوولتائیک گویند و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند ، سیستم فتوولتائیک گویند . در این روش انرژی تشعشعات خورشید بدون هیچ واسطه ای و فقط به کمک سلول های فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تبدیل می شود . مبنای اصلی این پدیده بر مبنای اثر فتوالکتریک است بیان می داشت ، انرژی نور باعث می شود تا الکترون ها از ماده جدا شوند و این اثر ، اساس کار سلول های فتوولتائیک می باشد که در قسمت های بعد به عنوان اصلی ترین قسمت یک سیستم فتوولتائیک با طرز کار آن آشنا خواهیم شد.
این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می‌باشد. لازم به این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده وتوان ورودی پنل ها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری تزریق و کنترل می‌کند لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی و مصرف کننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر می‌کند.
با توجه به خروجی DC پنل های فتوولتائیک، مصرف کننده می‌تواند دو نوع DC یا AC باشد، همچنین با آرایش های مختلف پنل های فتوولتائیک می‌توان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توان های متفاوت تأمین نمود. با توجه به کاهش روز افزون ذخائر سوخت فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاه های اتمی، گمان قوی وجود دارد که در آینده‌ای نه چندان دور سلول های خورشیدی به انرژی برق به‌عنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوخت های فسیلی و نیروگاه های اتمی توسط بشر بکار گرفته شود.]۲[

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

• معرفی سیستم های فتوولتائیک و مزایا و معایب این سیستم ها

  1. 1. مزایای تولید الکتریسته با بهره گرفتن از سیستم های فتوولتائیک

• در این روش از یک انرژی تجدید پذیر و پاک به عنوان سوخت اصلی استفاده می شود که پایان ناپذیر است و به صورت رایگان در اختیار بشر قرار گرفته است.

• در این روش هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد بنابراین هزینه تعمیرات و نگهداری آن پایین می باشد.

• سلول های خورشیدی از سیلیکن ساخته شده که از عناصری می باشند که در بستر رودخانه ها به فراوانی یافت می شوند و بسیار ارزان هستند .

• سلول ها دارای نسبت توان به وزن بالایی هستند که برای استفاده در ادوات فضایی مناسب می باشند در این روش هیچ نوع آلودگی یا ماده اضافی برای تولید برق ایجاد نمی شود.

• مراحل ساخت و تحقیقات سیستم های فتوولتائیک با سرعت بسیار در حال توسعه است و روز به روز قیمت سلول های خورشیدی کاهش می یابد .

مکان اتصال اینکدر به اینورتر که باعث می شود دور یک موتور با موتور دیگر یکسان شود .کنترل دور به صورت خودکار در مواردی که لازم است دور موتور بسته به میزان محصول تولید شده تغییر کند . استفاده از اینورترها بر روی پمپ و فن و کمپرسورها در طی سال های اخیر بسیار گسترش یافته است .استفاده از آنها برای کنترل دور موتورها مزایای زیادی دارد که مهمترین آنها عبارتند از :

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱- عدم نیاز به دستگاه های کنترل دبی مکانیکی.
۲- ذخیره انرژی تا ۵۰%
۳- نبودن شوک راه اندازی.
۴- افزایش عمر مفید قطعات مکانیکی.
از اینورترها در سه ناحیه استفاده می گردد :
۱- فعالیتهای گشتاور ثابت مثل میکسرها , اکسترودرها , نوارهای نقاله و . . .
۲- فعالیتهای توان ثابت مثل کشش و دستگاه های ماشینی.
۳- فعالیتهای گشتاور متغیر مثل فن و پمپ.
در پمپها و فنها میزان دبی با سرعت موتور متناسب است. اما توان مصرفی با مکعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به میزان ۵۰% کاهش یابد آنگاه توان مصرفی لازم ۱۲٫۵% خواهد بود و این به مفهوم ۸۷٫۵% صرفه جویی در انرژی است.]۱۴[
فصل دوم: مروری بر گذشته

• • 1. 1. انواع اینورترها

بسته به نوع کاربرد ، نوع کلید ، نوع شبکه که اینورتر به آن وصل می شود و… اینورترهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. در این قسمت به بررسی کوتاهی راجع به این انواع میپردازیم.
در حالت کلی از لحاظ نوع تغذیه اینورتر و باری که اینورتر انرا تغذیه می کند ، می توان اینورترها را به دو گروه زیر تفسیم کرد :
۱:اینورترهای منبع ولتاژ VSI .
۲- اینورترهای منبع جریان CSI.
اینورترهای منبع جریان بیشتر در کاربردهای درایوهای ماشینهای بزرگ صنعتی کاربرد دارند یا در جاهائی که بحث توان بالا وجود دارد در این اینورترها ورودی DC اینورتر جریان می باشد و خروجی AC سینوسی آن ولتاژ . اما اینورترهای منبع ولتاژی برعکس می باشد یعنی ورودی DC ولتاژ و خروجی AC سینوسی جریان می باشد . در هر دو این اینورترها توان قابلیت انتقال در هر دو سمت را دارا می باشد یعنی در صورتی که ولتاژ و جریان هم علامت باشند سیستم بصورت اینورتر و در صورتی که مختلف العلامت باشند سیستم بصورت رکتیفایر عمل می کند.

• • • • 1. 1. اینورتر های ولتاژ

تبدیل dcبه acبه کمک اینورتر ها تحقق می یابد. اینورتراز یک منبع dc تغذیه می شود ولی ولتاژ و جریان خروجی مولفه های اصلی بزرگی با دامنه و فرکانس قابل تنظیم دارند. بسته به نوع ، اینورتر های ولتاژ (VSI ها) و اینورتر های جریان (CSI ها ) مشخص می شوند . علاوه بر یکسو کننده ها ، اینورتر های ولتاژ متداول ترین مبدل های الکترونیک قدرت به شمار می روند. ولتاژ ورودی dc برای یک اینورتر ولتاژ از یکسو کننده معمولاً کنترل نشونده دیودی یا از دیگر منابع dc مانند باتری ( مثلاً در خودرو های تغذیه شده توسط باتری ) تامین می شود. مطابق شکل ۲-۱ اگر از یکسو کننده استفاده شود ، اینورتر مشابه برشگر ها از طریق یک رابط LCdc، شبیه رابط به کار رفته در برشگر تغذیه می شود . خازن رابط مانند یک منبع ولتاژ عملی رفتار می کند، چون ولتاژ دو سر آن نمی تواند تغییرات لحظه ای داشته باشد . وظیفه اصلی القاگر جداسازی یکسوکننده تغذیه کننده و سیستم قدرت از مولفه فرکانس – بالای جریان ورودی اینورتر است. بر خلاف خازن ، وجود القاگر به طور ذاتی مورد نیاز نیست. در واقع در بعضی اینورتر های عملی ، به منظور کاهش ابعاد و قیمت مبدل و جلوگیری از کاهش ماکزیمم ولتاژ خروجی قابل دسترس به علت افت ولتاژ روی دو سر القاگر ، این القاگر حذف می شود. ]۱۶[
شکل۲-۱: ولتاژ تغذیه شده توسط یکسوکننده دیودی
اینورتر ها را می توان با هر تعداد فاز خروجی ساخت . در عمل ، اینورتر های تکفاز و سه فاز بیشتر به کار می روند. اما ، اخیراً ساخت موتور های ac با بیشتر از سه فاز به منظور بالا بردن قابلیت اطمینان در بعضی کاربردهای خاص پیشنهاد شده است. چنین موتور هایی از اینورتر های چند فازمناسب تغذیه می شوند.
در گذشته ،SCR ها در اینورتر های با توان بالا و متوسط به کار می رفتند. اینورتر های تویستوری نیاز به مدار های جا به جاگر برای خاموش کردن SCR دارند. مدار های جا به جاگر اندازه و قیمت اینورتر را بالا می برند و قابلیت اطمینان و فرکانس کلید زنی آن را کاهش می دهند. امروزه تقریباً تنها از کلید های قدرت نیمرسانای تمام کنترل شونده ، عمدتاً IGBT ها ( در اینورتر های با توان متوسط ) و GTO ها (در اینورتر های با توان بالا ) استفاده می شود]۱۶[
از لحاظ نوع شبکه متصل به اینورتر می توان آنها را به دو دسته زیر تقسیم کرد :
۱- اینورترهای حقیقی
۲- اینورترهای مجازی
اگر شبکه ای که اینورتر به آن وصل می باشد یک شبکه اکتیو باشد مثل کاربردهای تولید انرژی های نوین و HVDC در این صورت اینورتر یک اینورتر مجازی می باشد یعنی اینورتر در حقیقت یک مبدل پل تریستوری با زاویه آتش بزرگتر از ۹۰ درجه خواهد بود . اما در صورتی که این شبکه پسیو باشد اینورتر یک اینورتر حقیقی بوده و عمل تبدیل مستقیم DC به AC را انجام می دهد.
از لحاظ نوع کموتاسیون میتوان به دو دسته بندی زیر رسید :
۱- اینورترهای با کموتاسیون طبیعی ، کموتاسیون خط.
۲- اینورترهای با کموتاسیون اجباری
کموتاسیون طبیعی بیشتر در سیستمهای متصل به شبکه استفاده میگردد لیکن در کموتاسیون اجباری از طریق مدار جانبی کموتاسیون صورت میگیرد.
از لحاظ نوع شبکه نیز میتوان تقسیم بندی زیر را انجام داد :

که با ترکیب آن با معادله ۸ خواهیم داشت :

شکل ۲-۱۲: طیف هماهنگی جریان ورودی در اینورتر تکفاز : الف حالت موج مربعی بهینه ب) حالت حالت PWM N=20 (m=1)
معادلات ۲-۷ و ۲-۹ محاسبه ساده ولتاژ های خروجی خط به خط و خط به نول را برای حالت های مختلف اینورتر ممکن می سازند. جواب ها در جدول ۲-۳ آمده است . ولتاژ های خط به خط تنها سه مقدار ()

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

می توانند داشته باشند، در حالی که ولتاژ های خط به نول پنچ مقدار( (۰, , دارند.
اگر رشته حالت های ۵-۴-۳-۲-۱ به اینورتر تحمیل شده باشد ، که هر حالت به مدت یک ششم دوره مطلوب مولفه اصلی ولتاژ خروجی اعمال شود ، ولتاژ های خط به خط به نول شکل موج هایی مانند شکل ۲-۱۴ خواهند داشت . توجه داشته باشید که ولتاژ اگر چه سینوسی نیستند متعادل اند . در حالت موج مربعی کارکرد اینورتر که هر کلید اینورتر در هر سیکل ولتاژ خروجی تنها یک بار وصل و قطع می شود . عجیب نیست که بیشتر اینورتر های تریستوری قدیمی تنها در این حالت کار می کنند.
جدول ۲-۳: نتیجه ولتاژ خروجی خط به خط و خط به نول
شکل ۲-۱۳: اینورتر ولتاژ سه فاز
شکل ۲-۱۴: حالت ها ، متغییر های کلید زنی ، و شکل موج ولتاژ اینورتر ولتاژ سه فاز ،در حالت موج مربعی
مقدار اوج مولفه اصلی در ولتاژ خروجی خط به خط ، V_LL,1,p ، برابر با V_i1/1 V_i/ و در ولتاژ خط به نول V_LL,1,p برابر است با V_i64/0 V_i/2 است . هر دو این ولتاژ ها اعوجاج هماهنگی کل d_h یکسان و برابر با ۳۱/۰ را دارند. نسبت V_LL,1,p / V_i بیانگر بهره ولتاژ اینورتر است که در این حالت بزرگتر از یک است . همانند اینورتر تکفاز موج مربعی ، کنترل دامنه ولتاژ خروجی باید در طرف منبع تغذیه dc انجام شود . شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی یک فاز اینورتر در شکل ۲-۱۵نشان داده شده است . این شکل موج های مشابه شکل موج های اینورتر تک فاز در حالت یکسان اند و سر شار از هماهنگی های مرتبه – پایین بجز هماهنگی های مضرب سه هستند . این هماهنگی ها ، همانند مورد جریان ورودی در یکسوکننده های سه فاز در ولتاژ و جریان های سه فاز متوازن وجود ندارند. یک نمونه جریان ورودی در شکل ۲-۱۶رسم شده است . جریان ورودی i_i به صورت زیر به جریان های خروجی اینورتر i_A، i_B ،i_C مرتبط می شود .

بیشتر اینورتر های جدید به کمک مدوله سازی پهنای پالس کنترل می شوند .
شکل ۲-۱۵ : شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی ( بار RL )
شکل ۲-۱۶ : شکل موج جریان ورودی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی
به عنوان مثال یک روش PWM را که با قوانین کنترلی به دست می آید در نظر می گیریم .

که در آنها F(m,. قطار های پالس نمونه کلید زنی و شکل موج های ولتاژ های خروجی (m=0/75,N=12) در شکل ۲-۱۷ نشان داده شده اند. برای نمایش اثر زاویه بار بر جریان خروجی ، شکل موج های یکی از ولتاژ های خط به نول و جریان خروجی مربوط به آن در شکل ۲-۱۸رسم شده است . زاویع بار در شکل ۲-۱۸ (الف) ۳۰ درجه و شکل ۲-۱۸ (ب) ۶۰ درجه است . هرچه اندوکتانس بار بزرگتر باشد جریان هموار تر می شود .
شکل ۲-۱۷:شکل موج های متغییر کلید زنی و ولتاژ خروجی در اینورتر در یه حالت PWM (N=10 ,m=0/75)
شکل ۲-۱۸:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL)
الف ) زاویه بار ۳۰درجه ب) زاویه بار ۶۰ درجه (N=12 ,m=0/75)
شکل ۲-۱۹:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL)
الف ) زاویه بار ۳۰درجه ب) زاویه بار ۶۰ درجه (N=12 ,m=0/75)
شکل موج های جریان های ورودی مربوط به جریان خروجی شکل ۲-۱۸ در شکل ۲-۱۹رسم شده اند. جالب است که در فرکانس اصلی جریان ورودی در اینورتر های PWM سه برابر فرکانس خروجی است ، در حالی که همان طور که قبلاً ذکر شد ، در اینورتر هایی که در حالت موج مربعی کار می کنند ۶ برابر است . توجه کنید که به علت امکان وجود جریان ورودی منفی در اینورتر های ولتاژ استفاده از خازن رابط dc ضروری است . چون کلید های نیمرسانا در یکسو کننده نمی توانند چنین جریانی را هدایت کنند . به طور مشابه با اینورتر تکفاز که در بخش قبل تحلیل شد . جریان ورودی در حالت PWM در اینورتر تکفاز که در بخش قبل تحلیل شد جریان ورودی در حالت PWM در اینورتر سه فاز ، علاوه بر مولفه dc تعداد زیادی هماهنگی های مرتبه بالا دارد. بنابراین ، برای تضعیف محتوای هماهنگی فرکانس بالای جریان کشیده شده از منبع تغذیه المان های استفاده شده در رابط dc می توانند خیلی کوچکتر از آنهایی باشند که در حالت موج مربعی به کار می روند.
وقتی که از یکسوکننده دیودی استفاده می کنیم اینورتر ولتاژ امکان معکوس کردن جهت انتقال توان را ندارد. این موضوع در بعضی از کاربرد ها ، مانند راه اندازی های ac با سرعت قابل تنظیم که در آنها بار نیز قابلیت تولید توان نامطلوب است. بنابراین باید از یک مقاومت ترمزی مانند مقاومت به کار رفته در سیستم های برشگر در رابط dc و یا از یک یکسوکننده کنترل شونده استفاده کرد.
که در واقع به نوع بار و نوع کاربرد بستگی دارند خود اینورترهای تک فاز نیز دارای انواع مختلفی میباشند مانند اینورترهای نیم موج ، تمام موج و پوش پول که هر کدام در کاربردهای مخصوصی مورد استفاده دارند
همچنین از بابت نوع مدار تحریک عناصر کلیدی می توان اینورترها را به انواع زیر تقسیم بندی کرد:
اینورترهای موج مربعی که در این انواع عمل کنترل ولتاژ از طریق رکتیفایر کنترل میگردد تا اینکه دامنه موج AC خروجی را کنترل کند و اینورتر فقط عمل کنترل فرکانس را انجام می دهد . شکل موج خروجی در این حالت مربعی می باشد.
اینورترهای با مدولاسیون پالسی: در این سیستمها رکتیفایر معمولا بصورت دیودی بوده و عمل کنترل ولتاژ و فرکانس فقط توسط اینورتر صورت میگیرد . این کار از طریق اعمال الگوهای مختلف پالس به کلیدهای اینورتر صورت میگیرد . الگوهای مختلفی برای نزدیک تر کردن سیگنال خروجی به فرم سینوسی وجود دارند از جمله: PWM,SPWM,PAM,SVM,… که هرکدام درکاربردهای بخصوصی استفاده میگردند.

اینورتر از لحاظ تعداد سطوح:
اینورترهای دو سطحی: در این سیستمها شکل موج خروجی دارای دو سطح خروجی مثبت و منفی میباشد.
-اینورترهای سه سطحی: که در این سیسستمها علاوه بر دو سطح قبلی شکل موج سطح صفر نیز مابین آنها اضافه میگردد. این کار با انجام عمل حذف ولتاژی در اینورترها صورت میگیرد.
اینورترهای سه سطحی روش دیگری را برای حذف هارمونیک ها ارائه می کنند. اینورترهای سه سطحی شکل موجی را در خروجی ایجاد می کند که چندین پله مجزا از سطوح مختلف ولتاژ را ارائه می کند. برای مثال ممکن است که چند موج سینوسی را با داشتن ورودی های جریان مستقیم در دو سطح ولتاژ یا ورودی های مثبت و منفی با زمین مرکزی ایجاد کند. با اتصال ترمینال های خروجی اینورتر به ترتیب بین مثبت و زمین ، مثبت و منفی ، زمین و منفی ، سپس هر دو به زمین ، یک شکل موج پله ای در خروجی اینورتر تولید می شود. این مثالی از اینورتر سه سطحی است : دو ولتاژ و یک زمین.
اینورترهای چند سطحی: این اینورترها شامل آرایه ای از کلیدهای نیمه هادی قدرت و منابع ولتاژ خازنی یا منابع dcایزوله می باشند. کموتاسیون کلیدها باعث می شود که ولتاژ خازنها یا منابع DC مستقل باهم جمع شوند به نحوی که در خروجی اینورتر به مقادیر ولتاژ بالایی برسیم، در حالیکه ولتاژ نامی کلید قدرت به مراتب کمتر از مجموع ولتاژ خازنها می باشد. در این اینورترها، کموتاسیون کلید‌ها اجازه‌ی افزایش ولتاژ به ولتاژهای بالاتر در خروجی را در صورتی که نیمه‌هادی‌های الکترونیک-قدرت دارای ولتاژهای کم‌تری هستند را می‌دهند. موضوع اصلی برای مدولاسیون اینورتر‌های چند سطحی حذف هارمونیک است. چرا که این مبدل‌ها به دلیل دارا بودن آرایشی از المان‌های الکترونیک- قدرت، هارمونیک به شبکۀ قدرت سراسری تزریق می‌کنند که موجب افت کیفیت توان و در نتیجه کاهش اطمینان شبکه قدرت می‌شوند. روش کلید‌زنی در فرکانس اصلی به صورت ذاتی زمینه‌ای را برای حذف هارمونیک‌های مراتب بالای معین با تغییر زمان‌هایی که در آن‌ها کلیدهای مشخصی روشن و خاموش می‌شوند، فراهم می‌سازند. ولی اثر هارمونیک‌های مراتب پایین از بین نمی روند.
یک اینورتر n سطحی در خروجی، ولتاژی با n مقدارسطح ایجاد می کند. منظور از اینورتر nسطحی این است که تعداد پله های ولتاژ فاز نسبت به سر منفی اینورتر برابر n می باشد. اکر تعداد سطوح اینورتر n باشد در این حالت پله ها در ولتاژ بین دو فاز از رابطه زیر حاصل می شود:

با افزایش تعداد سطوح اینورتر، تعداد پله های شکل موج پلکانی خروجی افزایش می یابد و در نتیجه اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی کاهش خواهد یافت. ولی با افزایش تعداد سطوح، سیستم کنترل به شدت پیچیده می شود و بعلاوه متعادل نگه داشتن ولتاژهای مختلف نیز یکی دیگر از عوامل محدود نگه دارنده تعداد سطوح می باشد.

انواع اینورتر چند سطحی:
۱- دیود کلمپ شده یا نول کلمپ شده
۲-خازن کلمپ شده یا خازن معلق
۳-اینورتر با پل های متوالی یا منابع DC مجزا
مهمترین ویژگی های اینورترهای چندسطحی عبارتند از:
۱- می توانند ولتاژ خروجی با اعوجاج بسیار کم در خروجی تولید کنند.
۲-ولتاژ وجه مشترک کمتری تولید می کنند. بنابراین جریان نشتی در یاتاقان موتور را کاهش می دهند. علاوه بر این با بهره گرفتن از روش های مدولاسیون پیشرفته می توان ولتاژهای وجه مشترک را حذف کرد.
۳- می توانند در فرکانس کلیدزنی کمتری نسبت به اینورترهای دوسطحی عمل کنند.
اما انواع دیگری از اینورترهای پرکاربرد در صنعت وجود دارند که بیشتر برای کاربردهای فرکانس بالا استفاده میگردند و با نام اینورترهای تشدیدی خوانده می شوند.
در این اینورترها کلید زنی عناصر در لحظه صفر شدن ولتاژ یا جریان صورت میگیرد. لذا کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار تلفات سویچینگ بوجود میآورد. این اینورترها به دو دسته زیر تقسیم می گردند.:
۱-اینورترهای با تشدید بار : در این نوع مبدلها از یک بار LC برای ایجاد رزونانس استفاده می شود . لیکن بسته به مقادیر مختلف در مقدار ضریب میرایی و فرکانس اینورتر ؛ این سیستمها میتوانند حالتهای مختلف عملکردی داشته باشند که هریک برای کاربرد خاصی استفاده میگردند. خود این اینورترها دو نوع می باشند
الف – اینورترهای تشدیدی با مدار تشدید سری: که در این انواع از یک سیستم رزونانسی سری در خروجی اینورتر به همراه بار استفاده میگردد و وجود سلف سری باعث پیوستگی در جریان خروجی خواهد شد. لذا این اینورتر بایستی از طریق یک منبع ولتاژ تغذیه گردد یعنی یک اینورتر منبع ولتاژ می باشد
ب- اینورترهای تشدیدی با مدار تشدید موازی: که در این انواع از یک سیستم رزونانسی موازی در خروجی اینورتر به همراه بار استفاده میگردد و وجود خازن موازی باعث پیوستگی در ولتاژ خروجی خواهد شد. لذا این اینورتر بایستی از طریق یک منبع جریان تغذیه گردد یعنی یک اینورتر منبع جریان می باشد
۲- اینورترهای با لینک DC تشدیدی: در این سیستمها به ولتاژ DC ورودی به اینورتر اجازه داده میشود تا حول یک مقدار ثابت نوساناتی را داشته باشد ، معمولا بین صفر و یک مقدار مثبت، در این حالت ولتاژ ورودی طی زمان محدودی صفر می ماند و اجازه سویچینگ در این لحظات به کلیدهای اینورتر داده میشود.