فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق
سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 102، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علیرضا باقریان، توحید نوری*، مهدی شانه، مهدی رادمهر صفحات 217-227
    در این مقاله یک مبدل اینترلیود DC-DC با بهره ولتاژ زیاد ارایه شده است که مبتنی بر سلف تزویج، ترانسفورماتور جاسازی شده (BIT) و کلیدزنی خازنی می باشد. با قرار گیری سیم پیچ های ثانویه سلف تزویج بین سیم پیچ های اولیه آن و سیم پیچی اولیه BIT، بهره ولتاژ خروجی متناسب با حاصل ضرب نسبت دور سیم پیچ های سلف تزویج و BIT خواهد شد. همچنین تنش ولتاژ رو کلیدهای قدرت به مقدار قابل ملاحظه ایی کاهش یافته است که در نتیجه آن می توان از نیمه هادی هایی با مقاومت هدایتی کمتر استفاده نمود که سبب کاهش تلفات هدایتی و قیمت مبدل می شود. با استفاده از کلمپ اکتیو نه تنها کلیدزنی در ولتاژ صفر (ZVS) در لحظه های روشن و خاموش شدن برای کلیدهای قدرت مهیا می شود بلکه انرژی سلف های نشتی نیز به صورت موثری بازیابی خواهد شد. همچنین به دلیل کنترل شدن شیب جریان کاهشی دیودها توسط سلف های نشتی، این نیمه هادی ها در جریان صفر (ZCS) خاموش می شوند که در نتیجه آن مشکلات بازیابی معکوس حل شده و عملکرد مبدل بهبود می یابد. در پایان، جهت بررسی عملکرد مبدل یک نمونه آزمایشگاهی 600 وات، 22 به 380 ولتی با فرکانس کلیدزنی 100کیلوهرتز ساخته می شود.
    کلیدواژگان: بهره ولتاژ زیاد، مبدل اینترلیود، سلف تزویج، ترانسفورماتور جاسازی شده، کلیدزنی در ولتاژ صفر، کلیدزنی در جریان صفر
  • مهدیه بزرگی*، محمود رفائی بوکت صفحات 229-237
    در این مقاله، طراحی و شبیه سازی لنزی تنظیم پذیر با فراسطح پلاسمونی ارایه می شود که روی زیرلایه ناهمسانگرد تک محور چاپ شده است. سلول واحد این ساختار، نانوآنتنی Vشکل از جنس طلاست که بر روی لایه نازک دی اکسید تیتانیوم (TiO2) قرار می گیرد. نانوآنتن مذکور دارای دو درجه آزادی در استخراج دیاگرام فازی است که یکی از آن ها، پارامتر طول بازوی عنصر نانوآنتن و دیگری زاویه بین دو بازوی Vشکل است. استفاده از زیرلایه TiO2 هم انعطاف بیشتری به سلول واحد اضافه می کند که به تغییر میزان ناهمسانگردی زیرلایه در طول موج های نوری برمی گردد. به کمک روش ممان، دیاگرام های دامنه و فاز میدان پراکنده شده با قطبش متعامد از سلول واحد برای حالتی که محور نوری زیرلایه ناهمسانگرد در جهت محور x قرار دارد، محاسبه می شود و در طراحی لنز مسطح استفاده می شوند. با استفاده از دیاگرام فازی حاصل و اصل طول نوری یکسان، نانوآنتن های خاصی در سطح لنز چیده می شوند تا جابجایی فاز لازم را برای ایجاد نقاط متمرکز کننده نور در کانون های لنز تامین کنند. در مرحله پایانی، لنز طراحی شده، شبیه سازی می شود و نشان داده می شود که در اثر تابش موج صفحه ای به سطح لنز، دو نقطه کانونی برای تمرکز نور در قسمتهای جلویی و پشتی آن حاصل می شود که با تغییر زاویه بین محور نوری زیرلایه ناهمسانگرد و جهت میدان الکتریکی موج تابشی، شدت نور در کانون ها تنظیم می شود. چنین رفتاری با چرخش محور نوری زیرلایه ناهمسانگرد یا تغییر قطبش موج تابشی حاصل می شود.
    کلیدواژگان: زیرلایه ناهمسانگرد، فراسطح پلاسمونی، روش ممان، لنز پلاسمونی تنظیم پذیر
  • مهرداد جعفربلند*، بهروز مینایی، بهنام جعفربلند صفحات 239-247

    برای اندازه‏ گیری جریان گذرای مدارهای باسرعت کلیدزنی بسیار سریع به حسگرهای با پهنای باند فرکانسی زیاد نیاز است. برای چنین سنسور جریان دقیقی بایستی ولتاژی که از دو سر هادی سنسور اندازه ‏گیری می‏شود در همه شرایط با جریان عبوری متناسب باشد. مشکل اصلی این سنسورها، تغییر اندازه امپدانس این هادی در فرکانس‏های مختلف است. به این طریق رابطه ولتاژ اندازه‏ گیری شده با جریان مورد نظر خطی نیست و مقدار اندازه ‏گیری شده اعتبار ندارد. همچنین تغییر مقاومت هادی به‏ واسطه اثر پوستی نیز می‏تواند مزید بر علت باشد. در این مقاله نشان داده شده که بر اساس سنسورهای شنت کواکسیال و انتخاب ضخامت هادی‏های سنسور، اثر اندوکتانس هادی داخلی و اثر پوستی در پهنای باند دلخواه قابل حذف است. هادی لوله داخلی سنسور به چند قسمت موازی تقسیم شده که باعث افزایش بیشتر نسبت مقاومت اهمی به اندوکتانس می‏شود. همچنین اندوکتانس این هادی بصورت تحلیلی محاسبه شده است. برای طراحی سنسور بر اساس پهنای باند فرکانس و مشخصات پالس جریان، فلوچارت طراحی سنسور پیشنهاد شد و بر اساس آن یک سنسور جریان برای پهنای باند فرکانسی MHz و یک سنسور برای پهنای باند GHz طراحی شده است سپس و یک سنسور جریان نمونه ساخته شده و توسط آن پالس مسطح جریان با دامنه A146و پهنای ms 2.5 و پالس جریان استاندارد µs 8.20 با دامنه KA2 و پهنای µs32 با دقت خوب اندازه گیری شده است.

    کلیدواژگان: جریان ضربه، اثر پوستی، شنت مقاومتی، شنت کواکسیال، منگنین
  • محمد حاج زمان، فرید کربلایی* صفحات 249-258

    در مناطقی که بار موتوری، بار غالب آن مناطق است در هنگام وقوع اتصال کوتاه به سبب کاهش ولتاژ، سرعت موتورها کاهش یافته و توان راکتیو مصرفی آن ها افزایش می یابد، این موضوع باعث می شود که پس از رفع اتصال کوتاه بازیابی ولتاژ با تاخیر همراه باشد. این تاخیر می تواند سبب عملکرد سیستم های حفاظتی و قطع بار شود. تاخیر در بازیابی ولتاژ به سبب وقوع خطا پدیده ای است که در آن سطح ولتاژ پس از رفع خطا بلافاصله به مقدار قبل از خطا نرسیده و با تاخیر همراه است. اگر تاخیر در بازیابی ولتاژ مدت زمان قابل توجهی طول بکشد نیروگاه بادی از سیستم قدرت جداشده و همین امر سبب مشکلات دیگری در سیستم قدرت می شود. هدف از این مقاله ارزیابی اثر کنترل های مختلف نیروگاه بادی بر روی تاخیر در بازیابی ولتاژ است. مدل سازی نیروگاه بادی بر اساس استاندارد IEC61400-27-1 صورت گرفته است. در این مقاله هم چنین اثر مکان نیروگاه بادی و  قابلیت گذر از ولتاژ پایین این نیروگاه  نیز در نظر گرفته شده است. تمام شبیه سازی ها در نرم افزار دیگسایلنت پاور فکتوری 2021 انجام شده است.

    کلیدواژگان: بارموتوری، اتصال کوتاه، مدهای کنترلی، نیروگاه بادی، قابلیت گذر از ولتاژ پایین
  • خدیجه کرم زاده، مسعود تیموری*، مسعود دوستی، پویا ترک زاده صفحات 259-268

    در این مقاله، یک مقایسه گر برای استفاده در سنسورهای تصویر CMOS معرفی شده است که  علاوه بر عملیات مقایسه ولتاژ برای مبدل داده، نویز FPN پیکسل را نیز می تواند حذف کند. به علت وجود  تعداد زیادی مدار در سنسورهای تصویر ستون-موازی ، این تکنیک با ادغام مدار حذف  نویز در مبدل داده، می تواند به صرفه جویی در مصرف توان، سطح سیلیکونی و زمان عکس برداری کمک کند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مقایسه گر پیشنهادی برای محدوده ورودی7/0 تا 7/1 ولت با دقت 1 میلی ولت می تواند عملیات مقایسه و حذف نویز را در25 نانوثانیه انجام دهد. کل توان مصرفی مقایسه گر 64 میکرووات می باشد که دارای تغذیه 8/1 و 5/2 ولتی بوده و نویز FPN تا دامنه 50 میلی ولت را با دقت خوبی حذف می نماید. همچنین کل نویز ارجاع شده به ورودی مقایسه کننده برای پهنای باند 1 هرتز تا 1 گیگاهرتز 500 میکرو ولت به دست آمد. جانمایی مدار مقایسه گر 380×7 میکرومتر مربع می باشد. تمامی مدارها با تکنولوژی 0.18μm CMOS طراحی و توسط شبیه ساز Spectre شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: سنسور تصویر CMOS، ADC تک شیب، نمونه برداری دوگانه همبسته، سوئیچ خازنی، FPN
|
  • A. Bagherian, T. Nouri *, M. Shaneh, M. Radmehr Pages 217-227
    The proposed converter is an interleaved ultra-large gain converter based on coupled-inductor (CI), built-in transformer (BIT) and switched capacitor (SC). The main novelty of the proposed converter is that the voltage gain can be achieved in proportionate to the multiplication of the turn ratios of the CIs and BIT that increase the voltage gain of the proposed converter. Also, through this topology, the voltage stresses across the power switches are effectively reduced and as a result MOSFETs with low ON-state resistances can be implemented that reduces the cost and conduction losses. Implementation of active clamp technique not only facilitates zero voltage switching (ZVS) turn-ON and turn-OFF for all switches, but also recycles the energy of the leakage inductances. Moreover, due to the presence of the leakage inductances, all of the diodes are turned OFF with zero current switching (ZCS) performance and the associated reverse recovery problem is solved, effectively. Through extensive comparison discussion, it is concluded that the proposed converter with low number of components outperforms previously presented ones in the terms of the voltage gain and voltage stresses across switches. Finally, the performance of the proposed converter is validated through developing a 100kHz 600W 22-380V prototype.
    Keywords: Ultra-high step-up, interleaved converter, coupled inducter (CI), built-in transformer (BIT), zero voltage switching, zero current switching
  • M. Bozorgi *, M. Rafaei-Booket Pages 229-237
    A reconfigurable plasmonic metasurface lens using TiO2 thin film is designed and simulated. Such a planar lens consists of an array with gold nano-antennas mounted on an uniaxial anisotropic substrate. The element of this array is a class of V-shaped nano-antenna with two freedom degrees for extracting phase diagram needed for plasmonic lens design. Two different parameters of this element are the length V arms and its angle. The used Titanium dioxide (TiO2) as a substrate of this metasurface leads to adding another freedom degree into the unit cell due to its anisotropy property at optical regime. Such a unit cell is analyzed using Method of Moments (MoM) in which its dyadic Green's function is evaluated by means of the Equivalent Transmission Line Model (ETLM). Using MoM/ETLM, the cross-polar phase diagram of unit cell is extracted once the optical axis of anisotropic thin film is aligned in x-direction. Then, the elements' dimensions of the lens's array is selected by means of the obtained phase diagram and the equal optical length principle to fulfill the required phase discontinuities of each cell and produce double focus points. Finally, the entire of structure is simulated using a Finite Element Method (FEM) based simulator. It is numerically shown that a double focus planar lens is achieved once lens surface is illuminated by a plane wave and the intensity of lens focuses can be controlled by rotation of TiO2 optic axis. Such a controllable behavior can also be achieved by changing the incident polarization.
    Keywords: Anisotropic substrate, Plasmonic Metasurface, Method of Moments (MoM), Reconfigurable optical lens
  • M. Jafarboland *, B. Minaei, B. Jafarboland Pages 239-247

    To measure the transient current of very fast switching circuits, sensors with a high frequency bandwidth are needed. For such an accurate current sensor, the voltage measured from the two ends of the sensor conductor must be proportional to the passing current in all conditions. The main problem of these sensors is the change in the impedance of this conductor at different frequencies. In this way, the relationship between the measured voltage and the desired current is not linear and the measured value is not valid. Also, the change of conductor resistance due to skin effect can also be the cause. In this article, it is shown that based on coaxial shunt sensors and the selection of the thickness of the sensor conductors, the effect of internal conductor inductance and skin effect can be eliminated in the desired bandwidth. The conductor of the inner pipe of the sensor is divided into several parallel parts, which causes a greater increase in the ratio of ohmic resistance to inductance. Also, the inductance of this conductor has been calculated analytically. To design the sensor based on the frequency bandwidth and current pulse characteristics, the sensor design flowchart was proposed and based on that, a current sensor for the MHz frequency bandwidth and a sensor for the GHz frequency bandwidth were designed and then a sample current sensor was made. And by that, the flat current pulse with the amplitude of 146A and the width of 2.5ms and the standard current pulse of 20.8µs with the amplitude of 2kA and the width of 32µs have been accurately measured.

    Keywords: Impulse current, Skin effect, resistance shunt, coaxial shunt, manganin
  • M. Hajzaman, F. Karbalaei * Pages 249-258

    In areas where the motor load is the predominant load, when the short circuit occurs, the speed of the motors decreases and their power reactive consumption increases, which causes some delays in voltage recovery after fault clearance. This delay can cause operation of protection systems and load shedding. Fault-Induced Delayed Voltage Recovery is a phenomenon in which the voltage level does not reach the pre-fault value immediately after the fault is cleared. If the Voltage recovery delay is significant, the wind power plant will be disconnected from the power system, which causes other problems in the power system. The purpose of this paper is to evaluate the effect of different wind power plant controls on voltage recovery delay. Wind power plant modeling is based on IEC61400-27-1 standard. Also in this paper the effect of location of wind power plant and the ability to Low Voltage Rid Through of wind power plant is considered. All the simulations are performed in DIgSILENT PowerFactory 2021 software.

    Keywords: Motor load, Short circuit, Control modes, Wind power plant, Low Voltage Rid Through
  • Khadijeh Karamzadeh, Masood Teymouri *, Massoud Dousti, Pooya Torkzadeh Pages 259-268

    In this paper, a comparator is introduced for use in CMOS image sensor which can suppress the FPN noise of the pixel in addition to comparing voltages. Due to a large number of circuits in the column-parallel image sensors, this technique can help save power, silicon area, and imaging time by merging the noise suppression circuit in the data converter. Simulation results show that the proposed comparator for the input range of 0.7 to 1.7 volts with an accuracy of 1 mV can do the comparison and subtraction in 25 nanoseconds. The total power consumption of the comparator is about 64 microwatts, which has 1.8- & 2.5-volt power supply and removes FPN noise up to the range of 50 mV with good accuracy. Total noise referred to the input of the comparator for the bandwidth of 1 Hz to 1GHz was obtained 500µV. All circuits are designed in 0.18μm CMOS technology and simulated by Specter simulator.

    Keywords: Keywords CMOS Image Sensor, Single-Slope ADC, Correlated Double Sampling, Switch Capacitor, FPN
  • A. Ghorbannia Delavar *, K. Beigi Pages 269-280
    One of the obvious reasons for most disorders in network service provisioning is network path congestion. Congestion avoidance in today's networks is too costly and sometimes impossible. With the introduction of SDN, centralizing the equipment's control plane has become possible. This paper presents an enhanced method named ESV-DBRA to avoid congestion in multi-tenant SDN networks. At first, ESV-DBRA monitors the traffic load and delay of all network paths for each tenant individually. Then, by merging the parameters obtained from the monitoring, the Service Level Agreements (SLA), and a novel proposed cost function, it calculates the cost of the network paths per tenant. As a result, traffic for each tenant is routed through the path/paths at the lowest possible cost from the tenant's perspective. Next, the bandwidth quotas will be calculated and assigned to the tenants over their optimal routes. Afterward, whenever congestion is likely to occur in a path, ESV-DBRA automatically changes the route or bandwidth of the tenants' traffic related to this path to avoid congestion. Related algorithms are also proposed.Eventually, simulations show that the proposed method effectively increases bandwidth utilization by 10.76%.
    Keywords: Virtual tenant networks (VTN), Software-Defined Networks (SDN), OpenFlow, Dynamic bandwidth resource allocation (DBRA), Congestion avoidance, Path Cost Estimation
  • E. Zafarani-Moattar, M. R. Kangavari *, A. M. Rahmani Pages 281-291
    Automatic topic detection seems unavoidable in social media analysis due to big text data which their users generate. Clustering-based methods are one of the most important and up-to-date categories in topic detection. The goal of this research is to have a wide study on this category. Therefore, this paper aims to study the main components of clustering-based-topic-detection, which are embedding methods, distance metrics, and clustering algorithms. Transfer learning and consequently pretrained language models and word embeddings have been considered in recent years. Regarding the importance of embedding methods, the efficiency of five new embedding methods, from earlier to recent ones, are compared in this paper. To conduct our study, two commonly used distance metrics, in addition to five important clustering algorithms in the field of topic detection, are implemented by the authors. As COVID-19 has turned into a hot trending topic on social networks in recent years, a dataset including one-month tweets collected with COVID-19-related hashtags is used for this study. More than 7500 experiments are performed to determine tunable parameters. Then all combinations of embedding methods, distance metrics and clustering algorithms (50 combinations) are evaluated using Silhouette metric. Results show that T5 strongly outperforms other embedding methods, cosine distance is weakly better than other distance metrics, and DBSCAN is superior to other clustering algorithms.
    Keywords: Topic Detection, Transfer learning, Embedding Methods, Distance Metrics, Clustering Methods, Covid-19