منبع تغذيۀ كورۀ قوس الكتريكي DC مبتني بر برشگر IGBT

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

كوره‌هاي قوس الكتريكي، يكي از دستاوردهاي مهم صنايع فولاد به شمار مي‌آيند. در سال‌هاي اخير، اين كوره‌ها به دليل هزينه سرمايه‌گذاري پايين و انرژي مورد نياز كمتر نسبت به كوره‌هاي بلند و كوره‌هاي بر پايه اكسيژن، به شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند. كوره‌هاي قوس الكتريكي، علي‌رغم مزايايي كه دارند، بارهايي غيرخطي، پرنوسان و شديداً متغير با زمان هستند كه اين امر، خود منجر به مسائل كيفيت توان نظير نوسانات لحظه‌اي توان اكتيو و راكتيو، هارمونيك، ضريب توان پايين و فليكر مي‌شود. كوره‌هاي قوس به طور كلي به دو دستۀ كوره‌هاي قوس الكتريكي AC و كوره‌هاي قوس الكتريكي DC تقسيم مي‌شوند. با گسترش فناوري ذوب‌آهن و فولاد و نيز پيشرفت‌هاي سريع و چشمگير در نيمه‌هادي‌ها و مبدل‌هاي توان بالاي الكترونيك قدرت، كاربرد كوره‌هاي قوس DC در اين صنايع نيز افزايش يافته است. لذا در اين پايان‌نامه، تمركز بر روي كوره‌هاي قوس DC قرار گرفته است. منابع تغذيۀ مورد استفاده براي كوره‌هاي قوس الكتريكي DC به طور كلي به دو دستۀ منابع تغذيۀ مبتني بر يكسوسازهاي تريستوري و منابع تغذيه مبتني بر برشگرهاي IGBT تقسيم‌بندي مي‌شوند. در ابتدا با انجام بررسي مقايسه‌اي، نشان داده مي‌شود كه منابع تغذيۀ مبتني بر سوئيچ‌هاي IGBT نسبت به منابع تغذيۀ مبتني بر يكسوساز‌هاي تريستوري داراي برتري هستند. پس از آن، با بررسي جامع مدل‌هاي كورۀ قوس، مدلي دقيق و كاربردي براي شبيه‌سازي رفتار غيرخطي و تصادفي كورۀ قوس الكتريكي DC استخراج شده است. اين مدل، از جمله مدل‌هاي مبتني بر آشوب است كه مدل‌هاي مناسبي براي شبيه‌سازي رفتار غيرقابل پيش‌بيني و متغير با زمان كورۀ قوس الكتريكي DC هستند. مدل آشوب مورد استفاده در اين پايان‌نامه، مدل چوآ بوده كه با مدل استاتيكي كوره نيز جمع شده است و در نهايت مدلي جامع و كامل براي شبيه‌سازي ارائه مي‌دهد. سپس، با مطالعۀ مبدل‌هاي DC-DC توان بالا، مبدل تمام پل كه مبتني بر سوئيچ‌هاي IGBT است، به عنوان منبع تغذيۀ قوس الكتريكي DC انتخاب مي‌شود. استراتژي كنترلي پيشرفته‌اي نيز براي كنترل اين مبدل مورد استفاده قرار گرفته است. اين استراتژي كنترلي بر اين اساس عمل مي‌كند كه فرآيند ذوب را شامل دو مرحلۀ ذوب و حرارت‌دهي مدنظر قرار مي‌دهد. از آنجا كه در مرحلۀ ذوب نوسانات جريان قوس بسيار بالا است، از استراتژي كنترل جريان ثابت و از آنجايي كه در مرحلۀ حرارت‌دهي، نوسانات جريان تا حد مطلوبي كاهش يافته و نيازمند انتقال توان نسبتاً ثابت به كوره هستيم، از استراتژي كنترل توان ثابت استفاده شده است. در نهايت، نتايج شبيه‌سازي‌هاي انجام شده در محيط سيمولينك نرم‌افزار متلب به وضوح نشان مي‌دهد كه سيستم پيشنهادي قادر است با موفقيت، نوسانات شديد قوس را در مراحل مختلف ذوب كاهش دهد.

235404

الكترونيك-قدرت و ماشين‌هاي الكتريكي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان