بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روشهای کاهش آن

فصل اول در این فصل به بررسی مقدماتی در مورد هارمونیک ها و کیفیت برق داشته و همچنین تعریفی از هارمونیک ارائه شده می نماید در مورد بعضی از استانداردهای هارمونیکی نظیر THD و DIN نیز بحث می نماید

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	173 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	191

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست

عنوان

صفحه

چکیده................................... 1

مقدمه................................... 2

فصل اول: شناخت و بررسی مقدماتی هارمونیکها 3

(1-1) کلیات............................ 4

(1-2) اعوجاج هارمونیکی.................. 8

(1-3) اعوجاج ولتاژ و جریان.............. 10

(1-4) مقادیر مؤثر و اعوجاج ها هارمونیکی کل 12

(1-5) هارمونیک های مرتبه سه............. 14

فصل دوم : منابع تولید هارمونیکها........ 17

(2-1) مقدمه............................. 18

(2-2) منابع تغذیه تک فاز................ 18

(2-3) مبدل های قدرت سه فاز.............. 21

( 2-3-1 ) مبدل های AC/DC................ 21

(2-4) محرک های DC....................... 23

(2-5) محرکه های AC...................... 24

(2-6) تجهیزات قوس زننده................. 26

(2-6-1) کوره های الکتریکی............... 28

(2-7) جبران کننده های استاتیکی توان راکتیو 31

(2-8) ترانسفورمرهای قدرت................ 33

(2-8-1) اشباع ناشی از افزایش ولتاژ...... 34

(2-10) لامپهای تخلیه ای................. 35

(2-11) سایر منابع....................... 36

فصل سوم: آثار هارمونیکها................ 37

(3-1) مقدمه............................. 38

(3-2 ) خازنها........................... 39

(3-2-1) اثرات مستقیم.................... 39

(3-2-2) اثرات غیرمستقیم................. 40

(3-3) لامپ های روشنایی و المان‌های حرارتی. 44

(3-4) موتورهای آسنکرون................. 45

(3-5) ماشنیهای سنکرون................... 48

(3-6) ترانسفورماتورها................... 49

(3-6-1) افزایش تلفات گردابی در هادیها... 49

(3-6-2) افزایش تلفات هیسترزیس........... 50

(3-6-3) افزایش تلفات گردابی در هسته..... 51

(3-6-4) کاهش توان نامی ترانسفورماتور.... 52

(3-7) عملکرد رله ها..................... 53

( 3-8) وسایل اندازه گیری الکتریکی....... 56

(3-8-1) توان حقیقی...................... 57

(3-8-2) توان راکتیو..................... 58

(3-8-3) توان ظاهری...................... 60

(3-9) کلیدهای فشار قوی.................. 63

(3-10) عایق ها.......................... 65

(3-11) فیوزها........................... 65

(3-12) سیستمهای مخابراتی................ 65

(3-13) تاثیرات دیگر هارمونیکها.......... 66

فصل چهارم: روشهای حذف هارمونیکها........ 67

(4-1) مقدمه............................. 68

(4-2) روشهای چند پالسه.................. 69

(4-2-1) چگونگی حذف هارمونیکها........... 73

(4-2-2) ترانسفورمرهای دو سیم پیچه....... 76

(4-2-3) ترانسفورمرهای تک سیم پیچه....... 79

(4-3) فیلترهای غیر فعال................. 79

(4-3-1) انواع فیلترهای غیر فعال......... 80

(4-3-2) پارامترهای غیر فعال............. 81

(4-3-3) طراحی فیلترهای تک تنظیمه........ 84

(4-3-4) طراحی فیلترهای دو تنظیمه........ 86

(4-3-5) طراحی فیلترهای بالا گذر.......... 87

(4-3-6) طراحی بهینه فیلترهای غیر فعال... 89

(4-3-7) ملاحظات لازم در طراحی و نصب فیلترهای غیر فعال 89

( 4-4) فیلترهای غیر فعال................ 94

( 4-4-1) فیلترهای فعال موازی............ 96

( 4-4-2) فیلترهای فعال هایبرید.......... 98

( 4-5) سایر روشها....................... 103

(4-5-1) روش میکروپروسسوری تزریق جریان... 103

( 4-5-2) استفاده از ماشین سنکرون با مدار تحریک رزونانس........................................ 106

منابع و مؤاخذ........................... 111

چکیده :

فصل اول: در این فصل به بررسی مقدماتی در مورد هارمونیک ها و کیفیت برق داشته و همچنین تعریفی از هارمونیک ارائه شده می نماید. در مورد بعضی از استانداردهای هارمونیکی نظیر THD و DIN نیز بحث می نماید.

فصل دوم: در مورد منابعی که هارمونیک ها را تولید می نمایند بحث می نمایند که هارمونیک ها می توانند از مصرف کننده های فشار ضعیف مانند کامپیوترها و لوازم خانگی باشند تا کوره های الکتریکی و مبدل های AC/DC بزرگ

فصل سوم: در مورد اثرات هارمونیک ها بر روی عملکرد تغییرات و دستگاهها می‌باشد و همچنین در مورد آثار مضر آنها بر روی خازنها، دامپرهای روشنایی، موتورها، ترانسها، رله ها و ... بحث می‌شود.

همچنین بحثی نیز در مورد توان هارمونیکی نیز خواهد داشت.

فصل چهارم: فصل نهائی این پروژه راه کارهای ممکن جهت حذف هارمونیک ها را ارائه می نماید که می توان از روشهای چند پالسه، فیلترهای فعال و غیر فعال و روش تزریق جریان نام برد.

مقدمه :

با پیشرفت تکنولوژی و استفاده روز افزون از تجهیزات با تکنولوژی بالا مانند کامپیوترها و کنترل کننده های برنامه پذیر منطقی ( PLC) که وابستگی بیشتری به انرژی الکتریکی و کیفیت آن دارند، دیگر تنها استفاده از انرژی الکتریکی مورد پذیرش نبوده، بلکه کیفیت و خصوصیات برق تحویلی نیز مهم است. از سوی دیگر گسترش روز افزون استفاده از تجهیزاتی مانند کنترل کننده های سرعت، محرکه های تغییر دهنده فرکانس و خازن هایی که برای اصلاح توان راکتیو به کار می روند، همگی موجب کاش کیفیت برق و ایجاد مشکلات متعدد برای تجهیزات الکترونیکی می شود. لذا با در نظر گرفتن افزایش حساسیت تجهیزات و استفاده روز افزون از تجهیزاتی که موجب کاهش کیفیت برق می شوند، مبحث کیفیت برق روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می گردد.

شبکه قدرت ایده ال شبکه ای است که در آن انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فرکانس ثابت و در سطوح ولتاژ مشخص از سوی نیروگاه ها به مراکز مصرف منتقل می شوند. اما در عمل وجود و تجهیزات با مشخصه غیر خطی و بخصوص ادوات الکترونیک قدرت در بخش های مختلف تولید، انتقال و مصرف انرژی الکتریکی، موجب پیدایش اعوجاجات هارمونیکی در شکل موج سینوسی جریان ولتاژ در شبکه قدرت می شود. این موضوع اهمیت آشنایی و مطالعه هارمونیک ها در شبکه قدرت را به عنوان یک شاخه جدید در مهندسی قدرت مطرح می نماید.

لذا در این پروژه سعی بر آن داشتم که از چگونگی تولید هارمونیک ها و اثرات آنها تا راه های کاهش هارمونیک ها مباحثی هر چند اندک بیان شود. امید بر آن است که حق مطلب ادا گردیده باشد.

فصل اول

شناخت و بررسی

مقدماتی هارمونیک ها

(1-1) کلیات

یکی از مسائل و مشکلات کیفیت برق در سیستم های توزیع و انتقال، مسئله هارمونیک ها می باشد که توجه زیادی را به خود جلب نموده است به طوری که مطالب بسیاری را در این خصوص می توان در کتب و مقالات گوناگون جستجو نمود.

اعوجاجات هارمونیکی باعث ایجاد مشکلات خاصی در شبکه های قدرت می شوند. از جلمه این مشکلات می توان به عدم عملکرد مناسب تجهیزات و نیز کاهش عمر و پایان آمدن راندمان دستگاه ها اشاره نمود.

در چنین حالتی مطالعه هارمونیک ها و ارائه یکسری قوائد و مقررات اجتناب ناپذیر خواهد بود. محدد نمودن اعوجاج هارمونیکی هم از نظر شرکتهای برق و هم از نظر مشترکین لازم می باشد. شرکتهای برق باید محدودیتهایی را ارائه نماید تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین، اعم از مشترکین خانگی و صنعتی جلوگیری شود. از طرف دیگر با توجه به اینکه ایجاد یک موج کاملاً سینوسی از طرف شرکتهای برق نمی تواند تضمین شود، لذا مشترکین باید اعوجاج ها تولید شده توسط تجهیزات خود را محدود نمایند.

مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک ها مشکلات زیادتری از شرکت های برق را تحمل می کنند. مشترکین صنعتی که از محرک های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره‌های قوس الکتریکی، کوره های القایی و نظایر آن استفاده می کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربه پذیر از بقیه مشترکین میباشند.

شرکتهای برق فرض می کنند که موج ولتاژ سینوسی تولید شده در مراکز تولید انرژی الکتریکی، بدون هارمونیک است. در اغلب اعوجاج ولتاژ در سیستم های انتقال کمتر از یک درصد است. به هر حال هر چه به سمت مشترکین نزدیک تر شویم، میزان اعوجاج هارمونیکی بیشتر خواهد شد از سوی دیگر در بعضی بارها، موج جریان، کاملاً از حالت سینوسی خارج شده و دارای اعوجاج زیادی می گردد.

با وجود اینکه در برخی مواقع اعوجاج در سیستم به صورت تصادفی است لیکن اغلب اعوجاج ها به صورت پریرودیک هستند بدین معنی که سیکل های متوالی تقریباً شبیه به هم بوده و ممکن است به آرامی تغییر کنند.

این مفهوم در اصل همان واژه هارمونیک را توصیف می کند. وقتی که استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین در مورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط شبکه های قدرت را برانگیخت. پیش بینی های مأیوس کننده ای از سرنوشت سیستمهای قدرت در صورت اجازه استفاده از این تجهیزات انجام گرفت.

در حالی که بعضی از این نگرانی ها احتمالاً بیش از آنچه اهمیت داشت مورد توجه قرار گرفت، لیکن بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد به دلیل پیگیری آنها روی این مسأله جدید می باشد. بررسی مسائل هارمونیک ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطه نظرات بسیاری را در خصوص کیفیت برق ایجاد نمود. به نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز هم مهمترین مسأله کیفیت برق می باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی، مغایر است.

بنابراین در این خصوص با پدیده های ناآشنایی روبه رو می شویم که نیاز به ابزارهای پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تحلیل آنها دارد. در اینجا باید تمایزی بین مسأله هارمونیک ها و حالتهای گذرا قائل شد. در واقع به جای بسیاری از اعوجاج‌ها که گذرا هستند هارمونیک ها مورد مؤاخذه قرار می گیرند.

اندازه گیری هر پدیده ممکن است شکل موج اعوجاجی به فرکانس های بسیار بالا را نشان دهد. گر چه اعوجاج ها گذرا نیز شامل مؤلفه های فرکانس بالا می باشد، اما حالت های گذرا و هارمونیک ها پدیده های متمایزی بوده و به صورت متفاوتی بررسی و تحلیل می گردند.

حالتهای گذرا، دارای فرکانس های بالایی می باشند و تنها لحظه ای پس از یک تغییر ناگهانی در سیستم قدرت به وجود می آیند. این فرکانسها لزوماً فرکانس هارمونیکی نیستند و به عنوان مثال می توانند فرکانس طبیعی سیستم در لحظه کلید زنی باشند که ارتباطی با فرکانس مؤلفه اصلی سیستم ندارد. طبق تعریف، هارمونیک ها در حالت ماندگار اتفاق می افتند و مضرب صحیحی از فرکانس مؤلفه اصلی می باشند.

موجهای اعوجاج یافته که دارای هارمونیک هستند، به طور پیوسته وجود داشته و یا حداقل برای چندین ثانیه باقی می مانند. گذرا ها معمولاً در طی چندین سیکل از بین می روند. حالت گذرا در ارتباط با یک تغییر در سیستم مانند کلید زنی خازن ها رخ می‌دهد، در حالی که هارمونیک‌ها همراه با عملکرد پیوسته بار به وجود می آیند. حالتی که این تمایز را از بین می برد برق دار کردن ترانسفورماتور است. این پدیده گذرا به شمار می آید ولی موج اعوجاجی قابل ملاحظه ای را به مدت چند ثانیه تولید می کند. می تواند موجب ایجاد تشدید در سیستم شود. اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستم های قدرت به شمار نمی‌رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از ادوار در شبکه های جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه‌های قبل نشان می دهد که مقالات مختلفی در رابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناخته شده، ترانسفورماتور ها بودند و اولین مشکل در سیستم‌های تلفن به وجود آمد. استفاده گروهی و به تعداد زیاد از لامپهای قوس الکتریک نیز به دلیل مؤلفه های هارمونیکی، خود توجهات بسیاری را برانگیخت ولی اهمیت هیچکدام از موارد فوق به اندازه اهمیت مسأله مبدل های الکترونیک قدرت در سالهای اخیر نبوده است. اعوجاج های هارمونیکی تولید شده در شبکه های قدرت منشأ داخلی دارند. برای مثال ژنراتورها، ترانسفورماتورها و تجهیزات تریستوری کنترل شده مانند پست های تبدیل که در سیستم های HVDC استفاده می‌شوند می‌توانند باعث ایجاد اعوجاج های هارمونیکی گردند. خوشبختانه در طی این سالها پژوهشگران متوجه شده‌اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد. به نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیکها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهد بود گر چه این هارمونیک ها می توانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستم های قدرت، مشکلات زمانی بروز می کنند که خازن های موجود در شبکه باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها، بسیار بیش از مقادیر معمول خواهد بود. امکان ایجاد ای مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف نیز وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم های صنعتی به دلیل درجه بالایی از تشدید رخ می دهد.

(1-2) اعوجاج هارمونیکی

اعوجاج هارمونیکی در شبکه های قدرت ناشی از عناصر غیر خطی است. عنصر غیر خطی عنصری است که جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمی باشد. افزایش چند درصدی ولتاژ ممکن است باعث شود که جریان دو برابر شده و نیز شکل موج جریان فرم دیگری به خود بگیرد. این حالت، مورد ساده ای از تولید اعوجاج در سیستم قدرت می باشد.

همانطور که مشاهده می شود هر شکل موج اعوجاجی پریودیک را می توان به صورت جمع موجه ای سینوسی بیان نمود. یعنی هنگامی که شکل موج از یک سیکل به سیکل دیگر تغییر نکند، این موج را می توان به صورت جمع امواج سینوسی خالص که در آن فرکانس هر موج، ضریب صحیحی از فرکانس اصلی موج اعوجاجی است را نمایش داد.

این موجهای سینوسی که فرکانس آنها ضریب صحیحی از فرکانس اصلی می‌باشند را هارمونیک های مؤلفه اصلی می نامند. جمع این سینوسی ها به سری فوریه مربوط است، زیرا این مفهوم ریاضی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی مورد توجه قرار گرفت.

مزیت اصلی استفاده از سری فوریه در نمایش شکل موجهای هارمونیکی، سادگی به دست آوردن پاسخ سیستم به یک ورودی سینوسی است. همچنین در این حالت تکنیکهای معمولی حل شبکه در حالت ماندگار نیز قابل استفاده خواهد بود. در این روش، سیستم برای هر هارمونیک جداگانه بررسی شده و سپس خروجی ها در هر فرکانس ترکیب می گردند با پاسخ لازم یعنی شکل موج خروجی به دست آید.

وقتی که دو نیم سیکل مثبت و منفی یک موج شبیه یکدیگر باشند، سری فوریه فقط شامل هارمونیک های فرد است. این مطالب مطالعه روی هارمونیک ها را ساده تر می سازد، زیرا اغلب وسایل هارمونیک زا در برابر هر دو نیم سیکل مثبت و منفی رفتار یکسانی را از خود نشان می دهند. در حقیقت وجود هارمونیک های زوج اغلب نشان دهنده اشکالی در سیستم است. این اشکال می تواند ناشی از بار و یا ترانسدیوسر (که برای اندازه گیری استفاده می شود) باشد. استثنائاتی در این مورد

مانند یکسو کننده های نیم موج و کوره های قوس الکتریک که در آن بروز قوس به صورت اتفاقی می باشد نیز وجود دارد.

معمولاً، دامنه هارمونیک های مرتبه بالا( بالاتر از 50 ام) در سیستم های قدرت ناچیز می باشند. البته این هارمونیک ها می توانند سبب اختلال در عملکرد وسایل الکتریکی قدرت پایین شوند، لیکن معمولاً آسیبی به سیستم های قدرت وارد نمی آورند.

اگر سیستم قدرت را به عناصر سری و موازی ( همچنانکه در عمل هستند) تقسیم کنیم، بخش عمده ای از عناصر غیر خطی در سیستم قدرت جزء عناصر موازی محسوب می شوند (بارها). امپدانس های سری در سیستم قدرت ( امپدانس اتصال کوتاه بین منبع و بار) معمولاً خطی می باشند. شاخه موازی ( امپدانس مغناطیس کننده ) در معادل ترانسفورماتور، منبع تولید هارمونیک می باشد. این جمله به این معنا نیست که تمام مشترکین که اعوجاج هارمونیکی بر آنها اعمال می شود. خود منبع تولید هارمونیک هستند بلکه باید گفت که اعوجاج هارمونیکی بعضی از مشترکین و یا از ترکیبی از آنها معمولاً می توانند عامل تولید هارمونیک باشد.

(1-3) اعوجاج ولتاژ و جریان

کلمه هارمونیک غالب بدون هیچگونه کلمه توصیفی دیگر و به تنهایی استفاده می شود. برای مثال، بسیار شنیده می شود که یک محرکه موتور با قابلیت تنظیم سرعت یا یک کوره القایی به دلیل وجود هارمونیک ها نمی توانند به شکل مناسبی کار کنند. چرا این مسأله پدید آمده است؟ جواب می تواند یکی از موارد زیر باشد:

- هارمونیک ولتاژ آنقدر زیاد است که سیستم کنترل زاویه آتش به خوبی عمل نمی کند.

- هارمونیک جریان زیادتر از ظرفیت بعضی از تجهیزات در شبکه تغذیه ( مانند ترانسفورماتور و موتور) است که باید در زیر قدرت نامی خود کار کنند.

- هارمونیک ولتاژ زیاد است زیرا هارمونیک جریانی ناشی از آن وسیله زیاد می باشد.

همچنانکه این موارد نشان می دهد دلایل و اثرات جداگانه ای برای ولتاژ و جریان و همچنین روی بعضی روابط بین این دو وجود دارد. بنابراین، واژه ها هارمونیک به تنهایی مبهم بوده و نمی توان به کمک آن به صورت دقیق یک مسئله را توصیف کرد.

بارهای غیر خطی، منبع تولید هارمونیک های جریان هستند و باعث تزریق این هارمونیک ها به شبکه قدرت می شوند. برای بیشتر مطالعات، کافی است که بارهای تولید کننده هارمونیک در سیستم را به صورت منبع جریان مدل سازی نمود. البته استثنائاتی در این زمینه وجود دارد که در ادامه توضیح داده خواهد شد. اعوجاج ولتاژ در اثر عبور جریان اعوجاجی از امپدانس سری و خطی سیستم انتقال می گردد.

گرچه در این جا فرض شده است که منبع فقط شامل ولتاژ با فرکانس اصلی است، لیکن جریان های هارمونیکی عبور کننده از امپدانس سیستم باعث ایجاد افت ولتاژ برای هر هارمونیک خواهد شد. و در نتیجه باعث ایجاد ولتاژ هارمونیکی در دو سربار می گردد. مقدار اعوجاج ولتاژ بستگی به امپدانس جریان دارد. با فرض این که اعوجاج شینه در حد قابل قبولی باقی بماند ( مثلاً کمتر از 5 درصد)، مقدار جریان هارمونیکی تولید شده توسط بار تقریباً برای هر سطح باری ثابت است.

در حالی که هارمونیک های جریان ایجاد شده توسط بار در نهایت باعث اعوجاج ولتاژ می گردند. لیکن باید اشاره نمود که بار هیچگونه کنترلی روی اعوجاج ولتاژ ندارد. یک بار یکسان در دو محل مختلف یک سیستم قدرت دو مقدار متفاوت اعوجاج ولتاژ ایجاد می کند. درک این حقیقت پایه ای برای تقسیم مسئولیت ها در کنترل هارمونیک ها خواهد بود. مقدار هارمونیک جریان تزریق شده به سیستم می بایستی در نقطه اتصال مشترک به شبکه کنترل گردد.

با فرض این که هارمونیک جریان تزریقی در حد مجاز است، اعوجاج ولتاژ را می توان با کنترل بر روی امپدانس سیستم در حد مجاز قرار داد.

هارمونیکسیستم های فشار قویولتاژ و جریانترانسفورمر

بررسی موتور آسنکرون سه فاز

از آنجایی که امروزه راه اندازی موتورهای الکتریکی یکی از مسائل و دغدغه های بزرگ کارخانه های صنعتی و شرکت های تولیدی و نیز تولید کنندگان نیروی برق و شرکت های وابسته میباشد در این پروژه به بررسی برخی از این راه اندازها می پردازیم و محاسن و معایب آنها را مورد بررسی علمی قرار میدهیم

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	2291 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	108

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

مقدمه:

از آنجایی که امروزه راه اندازی موتورهای الکتریکی یکی از مسائل و دغدغه های بزرگ کارخانه های صنعتی و شرکت های تولیدی و نیز تولید کنندگان نیروی برق و شرکت های وابسته میباشد در این پروژه به بررسی برخی از این راه اندازها می پردازیم و محاسن و معایب آنها را مورد بررسی علمی قرار میدهیم.

از دلایل اهمیت موضوع شوک های الکتریکی و مکانیکی شدیدی می باشد که در زمان راه اندازی به شبکه برق رسانی و موتور وارد و سبب استهلاک شدید دستگاه های موجود و بالا بردن هزینه های اقتصادی می شود . بنابراین استفاده از راه انداز های مناسب بخصوص در مورد موتورها با توان های بیش از چندین اسب بخار در کاهش هزینه های برق مصرفی و نیز هزینه های نگهداری و تعمیر تاثیر بسزایی دارد.

فهرست:

1 ) کلیات موتور آسنکرون سه فاز : ...................................................................1

1 - 1 ) ساختمان موتورهای القایی سه فاز :...................................................................2

1-1 - 1 ) استاتور : .................................................................................................2

1-1 - 2 ) رتور : .......................................................................................................3

1-1 -3 ) حلقه های لغزان : .....................................................................................4

1 - 1 -4 ) جاروبک ها : ...........................................................................................4

1 - 1- 5 ) یاتاقان و بدنه : ......................................................................................4

1 – 2 ) عملکرد موترهای القایی سه فاز : .......................................................................5

1 – 2 – 1 ) موتور ساکن .........................................................................................5

1 – 2 -2 ) مکانیزم تولید گشتاور در موتور القایی ( آسنکرون ) : ................9

1 – 2 – 3 ) موتور گردان : ....................................................................................14

1 – 2 – 4 ) موتور در شرایط ماندگار : .............................................................22

1 - 3 ) موتور فقس سنجابی : .......................................................................................25

2 ) انواع روشهای راه اندازی موتور القایی سه فاز: .....................................28

2 – 1 ) روش راه اندای مستقیم : ..................................................................................30

2 – 2 ) روش راه اندازی توسط افزایش مقاومت رتور : ..........................................31

2 – 2 – 1 ) موتورهای رتور سیم پیچی شده : ................................................31

2 – 2 – 2 ) Liquide starter : .........................................................................37

فهرست:

2 – 2 – 3 ) درایور راه اندای کرامی : .................................................................38

2 – 2 – 4 ) راه اندازی موتورهای قفس سنجابی با توجه

به جریان و مقاومت رتور : .............................................................40

الف – کلاس A : ................................................................................................40

ب – کلاس D : ...................................................................................................41

ج – کلاسهای C , B : .......................................................................................41

د – رتورهایی با میله های عمیق : .................................................................41

ه – موتورهای قفس سنجابی دوبل : ..............................................................42

2-3) انتخاب ولتاژ موتور :.............................................................................................43

2-3-1) راه اندازی موتور قفسه ای با کاهش ولتاژ استاتور :........................43

2-4 ) راه اندازی با استفاده از کلید ستاره مثلث : ....................................................46

2-5) روش کلاج گریز از مرکز :.....................................................................................49

2-6) پیک جریان حین راه اندازی :................................................................................50

2-7) دینامیک راه اندازی :..............................................................................................51

موتور با بار خالص : ...........................................................................................53

گرم شدن رتور : .....................................................................................................53

2-8) راه اندازی موتورهای بزرگ به کمک خازن :......................................................54

2-8-1) مشکل راه اندازی موتورهای القایی بزرگ : ........................................55

فهرست:

2-8-2) عملکرد یک سیستم راه اندازی خازنی :................................................56

3) راه اندازی تریستوری موتورهای القایی :..................................................57

مقدمه:...............................................................................................................................58

3-2 ( مدهای کنترل:.........................................................................................................62

3-2-1( کنترل راه اندازی:.....................................................................................63

3-2-2( کنترل شتاب راه اندازی:..........................................................................63

3-3) مشخصات راه اندازهای تریستوری:...................................................................67

3 -4( شرح مدارهای متداول راه اندازهای تریستوری:.............................................68

3- 5) مدار قدرت:...............................................................................................................68

3-5-1( معرفی تریستور:......................................................................................69

3-5-1-1) مدل دو ترانزیستوری تریستور:...............................................70

3-5-1-2) روش های روشن شدن تریستور:.............................................71

3-6) مدار فرمان:...............................................................................................................72

3-6-1) مدار آتش کننده:........................................................................................74

3-6-2 ) مدار تقویت کننده: ..................................................................................75

3-6-3) مزیت عمده راه اندازی موتور به شیوه تریستوری و

انتقال زاویه آتش:....................................................................................76

3-6-4 ) مدار خطای جریان:...................................................................................77

3-7) طراحی و بررسی مدارعملی و ساده راه انداز نرم موتور

آسنکرون (القایی):.................................................................................................77

3-7-1) کنترل:..........................................................................................................79

3-7-2) نوسانساز موج دندانه اره ای:................................................................84

3-7-3 ) کنترل زاویه آتش :..................................................................................86

3-7-4 ) مقایسه کننده:...........................................................................................88

3-7-5) ایزوله کننده مدار قدرت و مدار فرمان:................................................89

3-7-6) رلة اضافه ولتاژ و افت ولتاژ:.................................................................90

3-7-7) رلة اضافه جریان (Over Current) :.................................................92

3-8) نظام هماهنگ و :.....................................................................................93

3-8-1) لزوم استفاده از نظام ثابت:.............................................................95

3-8-2) توضیح دربارة PWM :.........................................................................97

3-8-3) مدارات اینورتر:......................................................................................100

3-8-4) رکتیفایرها:..............................................................................................102

3-9 ) مقایسه قیمت تمام شده انواع راه اندازها : .....................................................111

3-10) نتیجه : .................................................................................................................113

فصل اول :

« کلیات موتور آسنکرون سه فاز »

1 - 1 ) ساختمان موتورهای القایی سه فاز :

شکل ( 1-1 ) تصویر یک موتور القایی سه فاز و قطعات آن را نشان میدهد .

شکل ( 1-1)

1-1 - 1 ) استاتور :

هستۀ استاتور به صورت ورقه ورقه ( لایه لایه ) از جنس فولاد مرغوب ساخته می شوند و علت مورق بودن استاتور جلوگیری از جریان فوکو و تلفات ناشی از آن می باشد .

سطح داخلی استاتور حاوی شیارهای متعددی جهت سیم پیچ های سه فاز است .

شکل ( 2-1)

هر کلاف در دو شیار می نشیند و طول استوانه ها مقداری بیشتر از طول کلاف ها خواهند بود . سیم بندی استاتور به صورت مثلث و یا ستاره قابل تنظیم می باشد .

شکل ( 3-1)

1-1 - 2 ) رتور : هستۀ روتور نیز مورق ساخته شده ( لایه لایه ) و از جنس مواد فرو مغناطیسی مرغوب ساخته می شود سطح خارجی رتور همانند استاتور دارای شیارها یی است و هادی های رتور در آن جاسازی می شوند . رتور از نظر ساختمانی به دو نوع تقسیم می شوند :

1 – موتور سیم پیچی شده که درون شیارهای رتور میله های مسی یا آلومینیومی قرار میگیرد .

2 – موتور قفس سنجابی که درون شیارهای رتور میله های مسی یا آلومینیومی قرار می گیرد .

شکل ( 4-1)

باید دانست در رتور قفس سنجابی میله ها از دو سمت توسط حلقه های انتهایی به هم متصل یا به عبارت بهتر اتصال کوتاه شده اند . در رتور سیم پیچی شده در حقیقت یک اتصال کوتاه شده داریم .

1-1 -3 ) حلقه های لغزان :

کارخانه های سازنده سه پایۀ رتور را از درون به یکدیگر وصل کرده وهر سه پایانۀ دیگر را از ماشین خارج و به حلقه های لغزان بر روی محور رتور متصل می سازند .

شکل ( 5-1)

1 - 1 -4 ) جاروبک ها :

بر روی حلقه های لغزان جاروبک نصب شده که ساکن است و می توان از این طریق مقاومت رتور را تغییر داد .

1 - 1- 5 ) یاتاقان و بدنه :

شکل (6-1)

1 – 2 ) عملکرد موترهای القایی سه فاز :

شکل ( 7 – 1 ) یک موتور دو قطبی را نشان میدهد . در این دیاگرام فقط یک دسته هادی برای هر فاز نشان داده شده است . البته هر یک از اینها نشان دهنده یک سری سیم بندی در شیارهای مختلف است به طوریکه یک توزیع سینوسی از نیروی محرکه القایی در فاصله هوایی ایجاد شود می توان یک مدل الکتریکی برای موتورهای القایی ارائه داد .

شکل ( 7-1)

1 – 2 – 1 ) موتور ساکن :

اگر استاتور موتر شکل ( 7 – 1 ) بوسیلۀ یک منتبع سه فاز متقارن تحریک شود آنگاه یک میدان گردان در فاصلۀ هوایی ایجاد خواهد شد . این میدان گردان از هادی های رتور عبور کرده و در آنها ولتاژ القا می کند این ولتاژها سینوسی هستند و با هم اختلاف فاز دارند . بنابراین اگر موتور ساکن باشد به سادگی یک ترانسفورماتور عمل می کند . ممکن است فرض شود سیم بندی استاتور و رتور هر دو ستاره باشند بدون اینکه توجه به واقعیت آنها بشود . چون موتور شبیه به ترانسفور ماتور سه فاز عمل می کند می توانیم مدار معادل یک فاز آن را بکشیم .

شکل ( 8 – 1 ) مدار معادل تک فاز را نشان می دهد .

شکل (8-1)

فرض کنید سیم پیچ رتور مدار باز باشد و یک شبکه سه فاز متقارن استاتور را با فرکانس w_s تغذیه کند . ولتاژ فاز آن برابر V_a باشد . جریان متنجه I_a و دیگر جریان های منتجه در فازهای دیگر یک میدان گردان در فاصلۀ هوایی ایجاد می کنند که باعث ایجاد ولتاژ القایی E_ma در فاز a می شود . مقداری فلوی پراکنده نیز هست که آن را به صورت _lsدر مدار نشان می دهند که یک افت ولتاژ القایی در مدار ایجاد می کند . بعلاوه به دلیل وجود مقاومت سیم پیچ یک افت ولتاژ اهی نیز خواهیم داشت که در مدار به صورت مقاومت R_s نشان داده شده است .

هنگامی که رتور مدار باز باشد در ترانسفور ماتور ایده ال جریان نداریم بنابر این I_a همان جریان مغناطیس کنندگی I_ma می باشد . میدان گردان ولتاژ القایی E_ma را در فاز a ایجاد می کند ضمناً در اثر همین میدان گردان ولتاژ E_ma نیز در رتور القا خواهد شد .

بنابر این :

(1-1)
اما به دلیل وجود زاویۀ بین استاتورور تور مطابق شکل بین ولتاژها اختلاف فاز به وجود خواهد آمد ولتاژهای القایی استاتورور تور در یک زمان به مقدار پیک نمی رسند بلکه زمانی به اندازۀ طول می کشد . بنابر این نسبت ولتاژهای استاتور ورتور مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(2-1)
اگر با متعادل به رتور و صل شود و استاتور با شبکه سه فاز متعادل تغذیه شود آنگاه جریان های متعادل با فرکانس W_r = Ws در رتور خواهیم داشت و معادلات آنها به صورت زیر می باشد .

(3-1)

این جریان ها باعث ایجاد یک میدان گردان می شوند .

(4-1)

اما چون W_r = W_s می باشد .

(5-1)

(6-1)
در یک ترانسفور ماتور تک فاز نیروی محرکۀ مغناطیسی تولید شده توسط ثانویه با نیروی محرکۀ مغناطییبی مؤلفۀ بار اولیه I₂ مساوی و مخالف می باشد .

(7-1)

در یک موتور سه فاز ساکن مانند یک ترانسفورماتور سه فاز عمل می شود . نیروی محرکۀ مغناطیسی که توسط جریان های فاز I_c , I_b , I_a جریان های استاتور از زابطۀ زیر محاسبه می شوند .

(8-1)

و همچنین :

(9-1)

میدان گردانی با معادلۀ زیر در فاصلۀ هوایی ایجاد می شود .

(10-1)

(11-1)

اگر میدانهای گردان در رابطۀ ( 10-1 ) و ( 5-1 ) با هم برابر باشند .

(12-1)
(13-1)

این حالت در شکل ( 9 - 1 ) نشان داده شده است . جهت جریان ها در سیم پیچ ها ، در یک لحظۀ بخصوص مشخص شده است .

شکل (9-1)

ولتاژ القایی هادی های استاتورو رتور در یک جهت می باشند این مسئله قابل پیش بینی بود . چون آنها توسط یک میدان گردان ایجاد شده اند اما همانطور که در شکل ( 9 - 1 )

مشخص است جریانهای استاتور ورتور مخالف هم می باشند .

برای راحتی جریانهای فاز i_A , i_a در معادلات ( 3-1 ) و ( 9-1 ) نسبت به فاز تعریف می شود .

(14-1)

(15-1)
بنابراین :

(16-1)
با استفاده از معادلات ( 12-1 ) و ( 13-1 ) و ( 16-1 ) داریم:

(17-1)
معادلۀ ( 17-1 ) نسبت جریان ترانسفور ماتور ایده آل شکل ( 8-1 ) را نشان می دهد . نسبت امپدانس ترانسفورماتور ایده آل با استفاده از رابطه ( 17-1 ) و ( 2-1 ) بدست می آید .

(18-1)

قدرت ورودی به یک فاز ترانسفورماتور ایده آل در اولیه با قدرت خروجی آن فاز در ثانویه برابر خواهد بود .

(19-1)

1 – 2 -2 ) مکانیزم تولید گشتاور در موتور القایی ( آسنکرون ) :

محاسبات قبل توانایی آن را می د هد که عملکرد موتر آسنکرون را پیشگویی کنیم . با یک دید فیزیکی به مسئله یادگیری ما افزایش می یابد . شباهتها و تفاوت ها را با ماشین های الکتریکی دیگر بهت ر تشخیص می دهیم . یک مدل ساده که در آن مقاومت و راکتانس پراکندگی استاتور صرف نظر شده است . در شکل ( 10-1 ) نشان داده شد ه است .

شکل نشان دهندۀ حالت یک فاز می باشد .

شکل (10-1)

دو فاز دیگر به صورتی که t متغییرها اختلاف فاز دارند و سیفت پیدا می کنند قابل کشیدن هستند ( نسبت به a در استاتور و A در رتور ) . جریانهای I_A , I_B , I_C در رتور تولید یک میدان گردان می کنند که درفاصلۀ هوایی می چرخد .

جریان نیز تولید میدان گردان می کنند که مطابق با قانون آمپر این دو میدان باید برابر و مخالف یکدیگر باشند . در یک ماشین ایده آل نیروی محرکۀ منتجه صفر است .

(20-1)

ولی در یک ماشین واقعی دو میدان یکدیگر را خنثی نمی کنند . منتجۀ دو میدان در واقع میدانی است که توسط جریانهای مغناطیس کنندۀ سه فاز تولید شده اند جریان استاتور در فاز a از رابطۀ زیر بدست می آید .

(21-1)
مؤلفه های مغناطیس کنندۀ جریان های استاتور تولید میدان گردان در فاصله هوایی می کنند . این میدان ولتاژهای القایی E_ma , E_mb , E_mc را در استاتور ایجاد می کند . در مدار شکل ( 10-1 ) مقدار ولتاژ القایی در فاز a

(22-1)

اگر رتور هم جهت و هم سرعت با میدان گردان حرکت کند لغزش صفر می شود (S=0) و ولتاژ القایی در فاز A رتور

(23-1)

می باشد . در این شرایط هر دو صفر می باشند . جریان فاز a استاتور هان جریان مغناطیس کنندگی I_ma می باشد این جریان نسبت به ولتاژ V_a مقدار 90 درجه اختلاف فاز دارد و پس فاز می باشد .

حالا شرایطی را در نظرمی گیریم که رتور با سرعت کمتر از سرعت سنکرون دوران کند. بنابر این می باشد و ولتاژ القایی E_ma در رتور ایجاد می شود که جریانی در رتور با فرکانس W_r = SW_s ایجاد می کند . مقدار جریان برابر مقدار زیر

(24-1)

می باشد . مؤلفۀ جریان قدرت در مدار استاتور

(25-1)

جریان نسبت به ولتاژ القایی پس فاز است همانقدر که نسبت به پس فاز می باشد . مقدار زاویه برابر

(26-1)

دیاگرام فازی معادلۀ ( 21-1 ) در شکل ( 10-1 ) b نشان داده شده است . یک میدان گردان متناظر با این دیاگرام در شکل ( 10-1 ) c نشان داده شده است .

در لحظه ای که I_ma مقدار ماکزیمم خود را دارد به صورت عمود رو به پایین می باشد . بردارها در شکل ( 10-1 ) d نشان داده شده است .

میدان گردان استاتور منتاسب با جریان می باشند و وقفۀ هم نام نسبت به دارد که اندازۀ آن همان زاویه بین می باشد . میدان گردان مؤلفه جریان های قدرت را میتوان از دیاگرام فازی بدست آورد . اما میدان گردان ناشی از جریان های رتور I_A , I_B , I_C به صورت در شکل نمایش داده شده است . از شکل d(10-1)

(27-1)

گشتاور تولیدی در اثر میدان گردان مطابق رابطۀ زیر می باشد .

(28-1)

زاویه ای است که از محور استاتور به محور رتور اندازه گیری می شود . شکل ( 10-1 ) d حالت موتوری را نشان می دهد .

با افزایش لغزش s ولتاژ القایی E_ma افزایش می یابد . جریان رتور I_A و میدان گردان نیز افزایش پیدا می کند . جریان استاتور زیاد می شود تا میدان گردان زیاد شده و در نتیجه برآیند دو میدان ومیدان گردان با مقدار ثابتی باشد F_mg . با افزایش لغزش و افزایش می یابند و افزایش آنها طوری است که sin کاهش می یابد . تغییرات گشتاور سرعت را با استفاده از دیاگرام ( 11-1 ) بهتر می توان مشخص کرد .

شکل (11-1)

(29-1)

با جایگزینی در رابطۀ زیر داریم:

(30-1)

معادلۀ ( 22-1 ) نشان می دهد . E_ma ثابت است . بنابر این نیز ثابت خواهد بود . در لغزش کم از معادلۀ ( 26 - 1 ) نتیجه می شود است . در شکل

( 10-1 ) d تقریباً عمود بر می باشد . با افزایش لغزش با نسبت کمتری افزایش می یابد . زیرا راکتانس اثر القایی از خود نشان میدهد . زاویه نیز افزایش می یابد . بنابر این افزایش گشتاور منتاسب با افزایش لغزش نیست . در لغزش زیاد از معادلات ( 23-1 ) و ( 24-1 ) داریم :

(31-1)

با افزایش لغزش ، به سمت یک مقدار ثابت میل می کند . ولی بسمت صفر میل می کند . کل تغییرات با استفاده از معادله ( 30 -1 ) قابل بیان می باشد . در لغزش زیاد با هم زاویۀ حدود درجه می سازد .

با افزایش لغزش ابتدا گشتاور زیاد می شود اما بعد از رسیدن به یک مقدار ماکزیمم شروع به کاهش می کند .

با استفاده از شکل ( 10-1 ) دیده می شود قدرت ورودی به هر فاز برابر مقدار زیر

(32-1)

می باشد . با جایگزیین در معادلۀ ( 30-1 ) گشتاور توسعه یافته در ماشین P = 2 قطبی بدست می آید .

(33-1)

این معادله را می توان با معادلۀ ( 30-1 ) مقایسه کرد . متناسب با می باشد و متناسب با می باشد .

بحثهای بالا بطریق مشابه می توانند در مورد ژنراتور آسنکرون ربع دوم شکل ( 17-1 ) تکرار شود .

1 – 2 – 3 ) موتور گردان :

در موتور گردان اندکتانس و مقاومت عوض نمی شود . اما رابطه ولتاژ القایی اولیه و ثاونویه ( استاتور و رتور ) تغییر خواهد کرد . فرکانس نیروی محرکه القایی رتور از رابطه زیر تعیین می شود .

(34-1)
این سرعت ها اگر بر حسب زاویۀ الکتریکی باشند برای موتورهای چند قطبی صادق هستند در غیر این صورت معادله زیر نوشته می شود که معادله بر حسب سرعت زاویه ای مکانیکی می باشد .

(35-1)

مدار معادل موتور گردان در شکل ( 12-1 ) نشان داده شده است . رتور ممکن است اتصال کوتاه در نظر گرفته شود و امپدانس Z_A فقط شامل مقاومت رتور و امپدانس پراکندگی باشد . شرط انیکه ماشین اندوکسیدنی در حالت موتر کار کند .

(36-1)

بنابراین رتور باید از میدان گردان آهسته تر دوران کند . تعریف لغزش از رابطه زیر مشخص می شود .

(37-1)

این عامل در نیروی محرکه القایی ، امپدانس ، نسبت توان موتور القایی مؤثر واقع می شود .

رابطۀ ولتاژ القایی رتور و استاتور مطابق رابطۀ زیر می باشد .

موتور آسنکرون سه فازموتورهای رتورمدار قدرت

دانلود تشخیص به موقع فحلی و آبستنی

بی گمان مهمترین کمک در تشخیص فحلی داشتن سیستم رکورد برداری می باشد یکی از روشهای رکوردبرداری استفاده از تابلوی گردان تولید مثل می باشد یک تابلوی مدیریت تولید مثل در خیلی از گاوداری ها به عنوان پرونده موقتی اطلاعات و وسیله برای کمک کردن به تصمیم گیری مناسب مورد استفاده قرار می گیرد

دسته بندی	دام و طیور
فرمت فایل	doc
حجم فایل	11 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	8

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 7169

تمام فایل ها

کلیدهای مناسب برای مدیریت تولید مثل گاوهای شیرده

مقدمهتولید مثل عاملی کلیدی در تعیین بازده پرورش گاوهای شیرده می باشد. در بهترین شرایط هر ماده گاو، سالانه یک گوساله تولید خواهد کرد. از نظر اقتصادی، باروری معمولا با توجه به فاصله زایش پی در پی دو گوساله ارزیابی می شود. معیارهای اندازه گیری بازده تولید مثل، شامل تعداد تلقیحات به ازای آبستنی، میزان آبستنی در ازای اولین تلقیح، تعداد روزهای باز و فاصله زایش می باشد. فاصله زایش مطلوب در بیشتر گاوداریها 12-13 ماه است. در بیشتر گاوداریها درصد آبستنی با اولین تلقیح بین 50-60 % است و برای 55% آبستنی ها به حدود 8/1 تلقیح برای هر آبستنی نیاز است. یکی از دلایل مهم اقتصادی نبودن پرورش گاو شیری در استان، پایین بودن راندمان تولید مثلی در گله هاست. ضعف در تشخیص بموقع فحلی و آبستنی موجب می شود تا فحلیهای زیادی در زمان طول عمر اقتصادی گاو از دست برود که این امر به خودی خود سبب طولانی شدن فاصله دو زایمان و به تبع آن ضررهای مالی فراوان به دامداران می گردد. این مقاله ترویجی، که با همکاری کارشناسان مرکز تحقیقات و معاونت امور دام و بخش ترویج استان تهیه شده است، سعی دارد که دامداران استان را با روشهای سنتی و علمی تشخیص به موقع قحلی و آبستنی متعاقب تلقیح آشنا کند.

مدیریت تولید مثل گاوهای شیردهمعیارهای اندازه گیری بازده تولیدبازده پرورش گاوهای شیردهجنبه های اقتصادی تشخیص فحلی

بررسی نحوه تامین انرژی و عملکرد خودروی برقی

این پروژه بر اساس تحقیق و طراحی یکی از برنامه های اصلی صنعت در چند ساله اخیر در مورد خودروهای برقی تهیه و تدوین شده است واین پروژه به بررسی سیستم انتقال قدرت در خودروهای برقی و مقایسه آن با سیستم انتقال قدرت در خودروهای احتراق داخلی می پردازد سالهای ابتدایی ساخت خودروهای برقی به سال 1900 میلادی بر می گردد که در آن زمان از یک طرف به علت مشکلات

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3712 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	143

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست مطالب

عنوان صفحه

بخش اول : نحوه تأمین انرژی و عملکرد خودروی برقی

مقدمه............................................ 2

فصل اول: خصوصیات خودرو برقی

1-1 تعریف خودرو برقی............................. 3

1-2 تاریخچه تولید خودرو برقی..................... 4

1-3 انواع موتورهای الکتریکی و مقایسه آن.......... 6

1-3-1 موتورهای الکتریکی جریان مستقیم............. 7

1-3-2 موتورهای الکتریکی جریان متناوب............. 8

1-4 باتری های قابل استفاده در خودروی برقی........ 10

1-5 سیستم های تولید و انتقال نیروبرای خودرو های الکتریکی تولید انبوه................................................. 15

1-5-1 خودرو برقی با موتورجریان مستقیم dc ........ 17

1-5-2 خودروی برقی با موتورجریان متناوب ac ....... 19

1-5-3 خودروهای دو منظوره......................... 21

1-6 مشکلات تحقیقاتی و نتیجه گیری.................. 24

فصل دوم: سیستم انتقال قدرت و محاسبه توان مورد نیاز

2-1 تأثیر وزن در خودروی برقی..................... 25

2-1-1 تأثیر وزن بر شتاب.......................... 26

2-1-2 تأثیر وزن در شیب ها........................ 26

2-1-3 تأثیر وزن بر سرعت.......................... 27

2-1-4 تأثیر وزن بر مسافت طی شده.................. 27

2-1-5 توزیع وزن.................................. 27

2-2 نیروی مقاومت هوا............................. 28

2-3رانندگی در جاده............................... 31

2-3-1 توجه به تایر های خودرو..................... 32

2-3-2 محاسبه نیروی مقاومت غلتشی یک خودرو......... 34

2-4 تجهیزات انتقال قدرت.......................... 34

2-4-1 سیستم های انتقال قدرت...................... 35

2-4-2 تفاوت مشخصات موتور الکتریکی وموتور احتراقی 36

2-4-3 بررسی دنده ها.............................. 39

2-4-4 جعبه دنده اتوماتیک و دستی.................. 40

2-4-5 سیستم های انتقال قدرت و سیال های سبک یا سنگین برای روان کاری................................................. 40

2-5 مشخصات خودروهای برقی......................... 42

2-5-1 توان و گشتاور.............................. 43

2-5-2 محاسبه گشتاور لازم خودرو.................... 46

2-5-3 محاسبه گشتاور خروجی موتور.................. 46

2-5-4 مقایسه منحنی های گشتاور لازم وگشتاورخروجی موتور 47

فصل سوم: طراحی سیستم انتقال قدرت پیکان برقی تبدیلی

3-1مشخصات کلی خودروی درون شهری پیکان برقی........ 49

3-1-1 شتابگیری مناسب............................. 49

3-1-2 سرعت میانگین پیشینه........................ 49

3-1-3 تأثیر شیب.................................. 50

3-1-4 برد........................................ 50

3-2 محاسبه توان مورد نیاز خودرو.................. 50

3-2-1 محاسبه نیروی شتابگیری...................... 51

3-2-2 نیروی حرکت در شیب.......................... 53

3-2-3 نیروی مقاومت غلتشی......................... 53

3-2-4 نیروی مقاومت هوا........................... 53

3-2-5 نیروی مقاومت وزش باد....................... 54

3-2-6 رسم منحنی گشتاور و توان.................... 54

3-3 طراحی قطعات مورد نیاز سیستم انتقال قدرت...... 58

3-3-1 فلایول...................................... 58

3-3-2 بوش نگهدارنده فلایول........................ 61

3-3-3 محاسبه فلنج پوسته.......................... 63

3-3-4 طراحی شاسی زیر موتور....................... 64

بخش دوم: نحوه تأمین انرژی و عملکرد خودروی خورشیدی

مقدمه............................................ 68

فصل اول : سلولهای خورشیدی

1-1 توضیحات کلی.................................. 72

2-1 بازدهی سلول.................................. 73

3-1 انواع سلولهای سیلیکونی....................... 73

4-1 فناوریهای تولید.............................. 74

1-4-1 Screen printed................................ 74

5-1 مکانیزم کارکرد سلولهای خورشیدی............... 74

1-5-1 نحوه کارکردن سلولهای خورشیدی(فتوولتاییکpv). 74

2-5-1 سیلیکون در سلولهای خورشیدی................. 76

3-5-1هنگامی که نور به سلولهای خورشیدی برخورد می کند 80

فصل دوم: طراحی بدنه و شاسی

1-2 مقدمه........................................ 81

2-2 بارهای وارده به شاسی......................... 83

1-2-2 بارهای استاتیکی............................ 83

2-2-2 بارهای دینامیکی(مربوط به سیستم تعلیق)...... 83

3-2-2 نیاز مندیها................................ 83

4-2-2 انواع شاسیها............................... 84

5-2-2 فرم فضایی.................................. 84

6-2-2 مواد به کار رفته در شاسیها................. 85

7-2-2 مونوکوکهای کامپوزیتی....................... 86

8-2-2 جای راننده................................. 86

فصل سوم: ناحیه خورشیدی

1-3 مقدمه........................................ 87

2-3 بررسی عوامل گوناگون.......................... 87

1-2-3 خنک نگهداشتن ناحیه......................... 87

2-2-3 چیدن سلولها................................ 87

3-2-3 اتصال داخلی سلولها......................... 88

4-2-3 پوششها..................................... 88

3-3 حفاظ سلولها.................................. 88

1-3-3 فناوریها................................... 89

4-3 تکسچرد کردن و ضد انعکاس کردن پوشش AR ....... 89

5-3 طراحی ناحیه سلولهای خورشیدی و زیر ساخت آن برای یک مدل کوچکتر 90

1-5-3 وضعیت الکتریکی ناحیه پانل خورشیدی.......... 93

2-5-3 نکات استنتاجی.............................. 96

6-3 نتایج بدست آمده برای یک نمونه ناحیه خورشیدی.. 96

1-6-3 مشخصات ناحیه............................... 96

فصل چهارم: تحلیل آیرودینامیکی

1-4 مقدمه........................................ 97

2-4 طراحی پیکره اصلی............................. 97

1-2-4 قوانین مسابقه.............................. 97

3-4 نحوه طراحی با توجه به قوانین مسابقه.......... 97

4-4 نحوه طراحی برای دراگ پایین................... 99

5-4 نحوه طراحی برای یک پایداری مناسب........... 101

6-4 نیازهای اضافی توان خورشیدی................. 102

7-4 نحوه طراحی ناحیه خورشیدی................... 103

8-4 ساختن شکل اصلی به صورت تجربی............... 106

9-4 تحلیل طراحی................................ 106

10-4 خواندن نقشه ها برای CFD................... 107

11-4 نتایج CFD................................. 108

12-4 طراحی دوباره براساس CFD................... 110

13-4 نتایج CFD از تحلیل دوم.................... 110

14-4 نتایج بدست آمده در مورد شکل و ترکیب بدنه.. 110

فصل پنجم : سیستم های مکانیکی

1-5 مقدمه...................................... 112

2-5 سیستم رانش ................................ 114

1-2-5 بررسی عملکرد سیستم رانش.................. 115

2-2-5 انواع مکانیزمها.......................... 115

3-2-5 انواع سیستمهای انتقال قدرت............... 117

3-5 سیستم تعلیق ............................... 118

1-3-5 معایب.................................... 118

2-3-5 مزایا.................................... 118

3-3-5 رفتارهای دلخواه از تعلیق................. 119

4-3-5 اجزا..................................... 119

5-3-5 انواع سیستم تعلیق........................ 119

4-5 ترمزها..................................... 121

1-4-5 انواع ترمزها............................. 121

2-4-5 مشکلات.................................... 122

3-4-5 توضیح.................................... 122

5-5 چرخ ها و تایرها ........................... 122

1-5-5 انواع چرخها.............................. 122

2-5-5 تایرها................................... 124

3-5-5 تأثیر عوامل مختلف بر مقاومت غلتش تایرها.. 124

فصل ششم : موتور

1-6 انواع موتور ............................... 126

1-1-6 القاییAC................................. 126

2-1-6 مقاومت متغیر............................. 126

3-1-6 DC جارو بک شده........................... 126

4-1-6 DC بدون جاروبک........................... 127

5-1-6 موتورهای چرخ............................. 127

غزال ایرانی ................................... 128

چکیده غیر فارسی ............................... 139

منابع ......................................... 140

چکیده :

این پروژه بر اساس تحقیق و طراحی یکی از برنامه های اصلی صنعت در چند ساله اخیر در مورد خودروهای برقی تهیه و تدوین شده است واین پروژه به بررسی سیستم انتقال قدرت در خودروهای برقی و مقایسه آن با سیستم انتقال قدرت در خودروهای احتراق داخلی می پردازد .

سالهای ابتدایی ساخت خودروهای برقی به سال 1900 میلادی بر می گردد که در آن زمان از یک طرف به علت مشکلاتی که موتورهای الکتریکی دارا بودند و از طرف دیگر اکتشاف جدید نفت و تولید فراوان آن در پیشرفت چشمگیر موتورهای احتراق داخلی ساخت این خودروها مورد توجه قرار نمی گرفت . ولی با به وجود آمدن جنگهای جهانی و کشمکش های بر سرنفت باعث شد این ماده ارزش بیشتری پیدا کند و توجه ها بیشتر به خودروهای برقی جذب شود و این بود که از سال 1990 میلادی تولید خودروهای برقی به طور جدی تری مورد توجه قرار گرفت .

در خودروهای برقی سیستم تأمین قدرت شامل یک موتور الکتریکی ، کنترلر ، باتریها و شارژر آن می باشد مجموعه محرک برقی خودروی برقی وظیفه دارد جریان مستقیم تولید شده توسط باتری را به انرژی مکانیکی تبدیل نماید که منظور از مجموعه محرک کلیه قطعاتی است که جریان مستقیم باتری ها را به نیروی کششی و گشتاور لازم برای حرکت چرخها تبدیل می کنند از مهمترین ویژگیهای خودروی برقی برد و قدرت حرکت (‌شتاب ، سرعت ، شیب روی ، و بارگیری و انعطاف پذیری) و مدت شارژ و قیمت بالای باتریها در اغلب خودروهای برقی موجود مجموعه محرک است .

بخش اول:

نحوة تأمین انرژی و عملکرد خودروی برقی

مقدمه :

به علت پیشرفت روز افزون صنعت خودرو و تولید انبوه خودروهای احتراق داخلی که مشکلات گوناگونی از قبیل آلودگی هوا بوجود می آورد و نیز محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی و گران بودن آن تحقیق و طراحی در مورد خودروهای برقی به یکی از برنامه های اصلی صنعت خودرو مخصوصاً در کشورهای پیشرفته اروپایی و آمریکایی بدل شده است ایران نیز در چند ساله اخیر تحقیقاتی در این زمینه انجام داده است شرکتهای ایران خودرو، سایپا و کیش خودرو تحقیقات در این زمینه را ادامه می دهند این تحقیقات به تولید نمونه هایی در شرکتهای ایران خودرو و سایپا منجر شده که در نمایشگاههای خودرو به معرض دید عموم قرار گرفته است شرکت کیش خودرو نیز در حال ساخت خودرو برقی نمونه می باشد.

این پروژه به بررسی سیستم انتقال قدرت در خودروهای برقی و مقایسه آن با سیستم انتقال قدرت در خودروهای احتراق داخلی می پردازد.

فصل اول : خصوصیات خودروی برقی

در این فصل پس ازمعرفی و تعریف خودروی برقی و شرح مختصری در مورد تاریخچه خودرو برقی به بررسی مزیتهای این نوع خودرو می پردازیم ابتدا مزیت خودروی برقی از نظر نوع انرژی و سپس مزیت تجهیزات الکتریکی مورد استفاده و مشکلات موجود در خودروی برقی می پردازیم .

1-1- تعریف خودروی برقی

در یک خودروی برقی مجموعه محرک برقی آن وظیفه دارد جریان مستقیم تولید شده توسط باتری را به انرژی مکانیکی تبدیل نماید منظور از مجموعه محرک کلیه قطعاتی است که جریان مستقیم باتریها را به نیروی کششی و گشتاور لازم برای حرکت چرخها تبدیل می کنند مهمترین ویژگی خودروهای برقی عبارتند از : برد و قدرت حرکت (شتاب ، سرعت ، شیب روی و بارگیری و انعطاف پذیری ) و مدت شارژ و قیمت بالای باتریها ، در اغلب خودروهای برقی موجود مجموعه محرک تشکیل شده است از کنترلر (عضو تنظیم کننده) ، موتور الکتریکی ، جعبه دنده با نسبت کاهنده روی اکسل ها و جعبه تقسیم برای دو یا چهارچرخ ، راه حل های دیگر نیز بکار رفته اند بطور مثال دو موتور همراه با جعبه دنده و یا بدون جعبه دنده . مجموعه محرک باید خواسته های متعدد و متنوعی را برآورده کند که از آنها بعنوان معیار برای ارزیابی و مقایسه راه حل های مختلف استفاده می شود بطور مثال برخی از مهمترین این معیارها عبارتنداز :

- کاربری ساده

- راندمان بالا

- هزینه پایین

- اطمینان بالا

- عدم نیاز به سرویس و نگهداری

- وزن کم

- حجم ساختمانی کم

باید توجه داشت که نمی توان همه این معیارها را به خوبی در یک مجموعه محرک جمع نمود بطوریکه عموماً راندمان بالا با هزینه پایین متضادند علاوه براین بایستی توجه داشت که انواع خودروهای مختلف مراکز خواسته ها را تعریف می کنند بطور مثال در خودروی باری برقی حجم ساختمانی نقش کم اهمیت تری پیدا می کند.

1-2- تاریخچه تولید خودروی برقی و مزیت آن نسبت به خودرو احتراقی خودروی برقی از حدود سال 1900 میلادی تولید می شده است و تا سال 1915 روند تولید افزایش نسبتاً خوبی داشته است به دلیل مشکلاتی که موتورهای الکتریکی داشتند تولید خودرو برقی مورد استقبال قرار نگرفت اکتشافات جدید نفت و تولید فراوان آن همچنین پیشرفت چشمگیر موتورهای احتراق داخلی سالهای 1915 الی 1990 را در انحصار خودروهای با موتور احتراقی در آورد . بروز جنگهای جهانی ، جنگها و کشمکش هایی که نفت موضوع اصلی یا مورد استفاده آنها بود باعث شد که به ارزش واقعی این ماده پی برده شود و قیمت آن افزایش یابد اکنون که منابع جدید و قابل توجه نفت کشف نشده است و پیش بینی می شود ذخائر نفت به اتمام برسد، کشورهای صنعتی به استفاده از منابع دیگر انرژی ترغیب شده اند انرژی خورشیدی ، باد، سدهای آبی و انرژی هسته ای منابع جدید تأمین انرژی هستند و براحتی به انرژی الکتریکی تبدیل می شوند از سال 1990 تولید خودروی برقی مورد توجه قرار گرفت چون خودروها که یکی از منابع عمده مصرف انرژی هستند می توانند به مصرف انرژی هستند می توانند به مصرف کننده الکتریسیته تبدیل شوند با پیشرفت فن آوری ساخت موتورهای الکتریکی ، خودروهای برقی دارای مزیت نسبی نسبت به خودروهای معمولی شده اند در خودروهای برقی سیستم تأمین قدرت شامل یک موتور الکتریکی ، کنترلر ، باتریها و شارژر آن می باشد همه این تجهیزات پیشرفت چشمگیری داشته اند بطوریکه تعمیرات به حداقل می رسد خودرو معمولی شامل موتور احتراق داخلی با سیستم پیچیده ای است و تجهیزاتی به آن اضافه می شود. مانند :

1- تجهیزات خروج و تصفیه دود شامل انباره ، اگزوز و ...

2- سیستم سرمایش موتور شامل رادیاتور، پمپ آب ، محفظه سرمایش ، ترموستات و سنسورها

3- سیستم تولید جرقه شامل دلکو ، شمع ها و ...

4- سیستم سوخت رسانی شامل کاربراتور پمپ سوخت رسانی ، سیستم تزریق ، سوخت داخل سیلندر ، فیلترهای هوا و سوخت .

5- سیستم مکانیکی موتور شامل میل لنگ ، پیستونها ، رینگهای آب بندی ، پمپ روغن ، چرخ زنجیر، واشرهای آب بندی و استارتر. این تجهیزات احتیاج به سرویس و تعمیرات مداوم دارند در حالیکه در خودرو برقی تجهیزات پیچیده ای وجود ندارد.

1-3- انواع موتورهای الکتریکی و مقایسه آنها

موتورهای الکتریکی دارای استاتور یا قسمت ساکن و روتور یا قسمت متحرک هستند موتورهای الکتریکی فقط دارای یک قسمت متحرک هستند در حالیکه موتورهای احتراقی قطعات متحرک زیادی دارند راندمان این موتورها بالاست و اغلب بیش از 90% است انواع موتورهای الکتریکی را می توان در محدوده وسیع قدرت و در اندازه های مختلف و شکلهای مختلف از نوع dc یا ac طراحی کرد.

موتور الکتریکی وسیله مکانیکی است که انرژی مکانیکی را به حرکت تبدیل می نماید و این حرکت می تواند برای تولید کار ، کشیدن ، هل دادن ، بالا بردن ، تکان دادن یا ایجاد نوسان بکار رود.

موتور الکتریکی از قوانین کلاسیک و مغناطیس استفاده می نماید هر کدام از انواع موتورها دارای مشخصه های سرعت ، گشتاور و مشخصه برقی خاص هستند و برای استفاده در خودرو برقی دارای مزایا و معایبی می باشند انواع موتورهای برقی مناسب برای استفاده در خودرو برقی که به صورت انبوه تولید می شوند به طور اختصار معرفی می گردد.

1-3-1- موتورهای الکتریکی جریان مستقیم

در این نوع موتورها جریان اصلی از کویل های هسته عبور می نماید و باعث چرخش هسته و ایجاد گشتاور در آن می گردد استاتور شامل قطب های آهن ربایی است هسته شامل شافت اصلی موتور و چند کویل است هر یک از کویل ها به کویل بعدی متصل است و جریان در کل آنها وجود دارد البته نوع اتصال کویل ها به یکدیگر خواص مختلفی ایجاد می نماید که انواع مختلف موتورهای dc را به وجود می آورد.

1- سری

2- شانت : در این نوع موتور به علت وجود کوماتاتور متحرک جریان در آرمیچر مرتباً تغییر جهت می دهد.

3- ترکیبی : که ترکیب نوع 1 و 2 می باشد.

4- با مغناطیس دائم

5- بدون جاروبک

6- جامع

مدار جریان در کویل انواع مختلف موتور dc و مشخصه های هر کدام از این نوع موتورها در شکل 1-1 ترسیم شده است.

موتورهای جریان مستقیم عموماً دارای مدار اینورتر ساده و ارزان با قابلیت بسیار بالا می باشند و سرعت موتور به راحتی قابل کنترل است وزن و حجم زیاد ، قیمت بالا پیچیدگی ساخت ، هزینه تعمیر و نگهداری بالا ، راندمان پائین و وجود جاروبک از معایب این موتورها می باشد در موتورها بدون نگهداری بالا ، راندمان پایین و وجود جاروبک از معایب این موتورها می باشد در نوع موتور بدون جاروبک که جاروبک وجود ندارد ، کنترل سرعت براحتی انجام می شود و موتور دارای دانسیته قدرت بالا می باشد این نوع موتور در سرعتها بالا کاربرد دارد حجم موتور کم و نویز نسبت به موتورهای دیگر کمتر می باشد عیب این نوع پیچیده بودن ساخت موتور و قیمت بالای آن است.

1-3-2- موتورهای الکتریکی جریان متناوب

جریان ac خصوصیات خوبی دارد از جمله می تواند در ولتاژهای بالا به راحتی انتقال یابد و با وجود ترانسفورماتور تبدیل مقدار ولتاژ نیز به راحتی انجام می شود به علت در دسترس بودن این نوع موتور برای خودرو برقی نیز بیشتر استفاده می گردد.

مهمترین و پراستفاده ترین موتور ac ، موتور قفسه ای است در این نوع موتور که اساس آن مانند یک ترانسفورماتور متحرک است وجود جریان در سیم پیچ استاتور باعث القاء جریان در سیم پیچ هسته می شود بنابراین نیروهای حاصل از میدان جریان در هسته باعث چرخش آن و تولید گشتاور می شود.

مهمترین خصوصیات موتور القائی قفسه ای به شرح زیر است :

1- هیچگونه جاروبک یا کوماتاتوری نیاز نمی باشد.

2- دارای کمترین تعمیرات لازم است .

3- مناسب باری کار در محیط های کثیف است .

4- قابلیت اطمینان بالا دارد .

5- راندمان بالا دارد.

6- سختی و عمر بالا.

7- هزینه ، وزن ، حجم و ممان اینرسی کم .

ذیلاً در مورد سه نوع موتور جریان متناوب که برای استفاده در خودروی برقی در نظر گرفته شده توضیحات بیشتری داده می شود.

1- موتورهای سنکرون یا مغناطیس دائم

در این نوع موتور دانسیته قدرت بالا است به دلیل کنترل جریان و میدان استاتور، گشتاور بیشتری می توان تولید کرد جاروبک وجود ندارد و در سرعتهای بالا و محدوده وسیع سرعت قابل استفاده است .

2- موتورهای القائی سه فاز

ساخت موتور ساده است این موتور سبک، مقاوم ، کم حجم ، ارزان و دارای راندمان بالا می باشد و نیازی به جاروبک ندارد البته برای کنترل سرعت باید از سیستم کنترل پیچیده ای استفاده نمود و این سیستم قیمت بالایی خواهد داشت.

3- موتورهای شار محوری :

اخیراً موتورهای (Afm,Axial flux motor) یا موتورهای شار محوری نیز ساخته شده اند که دارای دو مدل استفاده از موتور در داخل چرخ خودرو (whell motor) و یا موتورهای با دو روتور و یک استاتور به صورتی که موتور به جای دیفرانسیل خودرو نصب می شود می باشند. البته دو موتور اخیر نیاز به فن آوری بالاتری برای ساخت و استفاده کردن داشته و قیمت بالاتری نیز دارند ولی بازده و عملکرد آنها بهتر از موتورهای القائی و PMSM معمولی می باشد دور موتور حداقل 3000 تا 3800 دور می باشد.

1-4- باتریهای قابل استفاده در خودرو برقی

ظرفیت و مقدار جریان دو فاکتور مشخصه باتریها هستند ظرفیت مقدار انرژی ذخیره شده در باتری است و به فاکتورهای زیادی وابسته هستند که مهمترین آنها عبارتند از:

1- سطح یا اندازه فیزیکی صفحاتی که توسط اکترولیت پوشیده می شوند.

2- وزن و مقدار مواد در صفحات

3- تعداد صفحات و نوع جدا کننده بین آنها

4- مقدار الکترولیت و جرم مخصوص آن

5- سن باتری

6- شرایط سلول – مقدار رسوب در ته سلول

7- دما

8- حد ولتاژ پایینی

9- نرخ دشارژ

ظرفیت باتری برحسب آمپر- ساعت مشخص می شود جریان مشخصه دیگری باتری است و برحسب آمپر می باشد مقدار جریان تعیین کننده نرخ انرژی هنگام شارژ یا دشارژ می باشد بطور مثال برای یک باتری 100 آمپر ساعت با جریان یک آمپر زمان دشارژ 100 ساعت می شود و این باتری با جریان 100/C مشخص می گردد.

شاید تنها ضعف خودرو برقی باتریهای آن باشد به علت چگالی کم انرژی ذخیره شده در باتری باید از تعداد زیادی باتری استفاده نمود که وزن خود را افزایش داده انرژی اضافه ای برای حمل این وزن مصرف می شود و مسافت پیموده شده در مقایسه با خودروهای احتراقی کمتر است همچنین شارژر این باتریها زمان برخواهد بود هزینه بالایی نیز صرف خرید باتریها خواهد شد اگر باتری های مناسبی برای خودرو ساخته شود که مشکلات فعلی را نداشته باشد یقیناً خودروهای با موتور احتراق داخلی کنار گذاشته می شوند.

انواع باتریهای شیمیایی ساخته می شوند از جمله باتریهای سرب اسیدی، نیکل کادمیوم، نیکل آهن ، نیکل منگنز ، سدیم سولفور و روی برم ، باتریهای سدیم سولفور بیشترین دانسیته انرژی حدود Wh/kg 150 را دارا می باشد اما قابل انفجار هستند باتریهای سرب اسیدی کمترین چگالی انرژی در حدود Wh/kg35 را دارا می باشند اما به علت عمر عملکرد خوب در حدود 750 سیکل شارژ و قابلیت اطمینان بالا و قیمت مناسب بیشترین استفاده می شوند.

سیستم ذخیره انرژی الکتریکی :

در بلوک دیاگرام شکل زیر انواع مختلف سیستم های ذخیره انرژی الکتریکی نشان داده شده است در خودروهای برقی معمولاً از باتریهای شیمیایی استفاده می شود که در زیر پارامترها و مشخصات کلی مربوط به باتریهای مورد استفاده در خودرو برقی آورده شده است .

خودروی برقینیروی مقاومت هواموتورهای الکتریکی

بررسی اثرات هارمونیک های ولتاژ و جریان بر روی ترانسفورماتورهای قدرت

در این پایان نامه (پژوهش) به مطالعه ارتباط بین منحنی مغناطیس شوندگی هسته ترانسفور ماتور و ناپایداریهای هارمونیکی ناشی از آن می پردازیم سپس انواع هارمونیک های ولتاژ و جریان و اثرات آنها را بر روی سیستم های قدرت ، در حالات مختلف مورد بررسی قرار می دهیم0 در قسمت بعد به بررسی چگونگی حذف هارمونیک ها در ترانسفور ماتور های قدرت با استفاده از اتصالات ست

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	7863 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	103

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

چکیده :

در این پایان نامه (پژوهش) به مطالعه ارتباط بین منحنی مغناطیس شوندگی هسته ترانسفور ماتور و ناپایداریهای هارمونیکی ناشی از آن می پردازیم .سپس انواع هارمونیک های ولتاژ و جریان و اثرات آنها را بر روی سیستم های قدرت ، در حالات مختلف مورد بررسی قرار می دهیم0 در قسمت بعد به بررسی چگونگی حذف هارمونیک ها در ترانسفور ماتور های قدرت با استفاده از اتصالات ستاره ومثلث سیم پیچی ها می پردازیم .و در نها یت نیز جبرانکننده ها ی استاتیک و فیلتر ها را به منظور حذف هارمونیک های سیستم قدرت مورد مطالعه قرار می دهیم.

کلمات کلیدی :

ناپایداری هارمونیکی ، منحنی مغناطیس شوندگی ، فیلترها ، سیستم قدرت ، هارمونیک ولتاژ و جریان ، جبرانساز استا تیک

این پروژه شامل پنج فصل است که :

فصل اول :در موردشناخت ترانسفورماتور و آشنایی کلی با اصول اولیه ترانسفورماتور اصول کار و مشخصات اسمی ترانسفورماتور و چگونگی تعیین تلفات در ترانسفورماتور و ساختمان ووسایل حفاظتی بکار رفته در ترانسفورماتور بحث می کند .

فصل دوم :در مورد رابطه بین B – H و منحنی مغناطیس شوندگی تلفات پس ماند هسته جریان تحریکی در ترانسفورماتورها و ناپایداری هارمونیکی مرتبط با هسته و چگونگی ایجاد ناپایداری کنترل ناپایداری و آنالیز هارمونیکی جریان مغناطیس کننده و عناصر اشباع را مورد بررسی قرار می دهد .

فصل سوم :در این فصل با هارمونیکهای جریان ولتاژ اثرات آنها و هارمونیکهای جریان در یک سیستم خازن و یک سیستم پس از نصب خازن و عیوب هارمونیکهای جریان و هارمونیکهای ولتاژ و چگونگی تعیین آنها را مورد بررسی قرار می دهد .

فصل چهارم : دراین فصل به بررسی عملکرد هارمونیک در ترانسفورماتور می پردازیم و انواع آن در اتصالات ترانس را مورد بررسی قرار می دهیم و هارمونیک سوم در ترانسفورماتور و ایجاد سیم پیچ ثالثیه یا پایدارکننده برای حذف هارمونیک و همچنین تلفات هارمونیکها در ترانسفورماتور می پردازیم .

فصل پنجم:در این فصل به منظورحذف هارمونیکهاواثرات آنها در سیستمهای قدرت،به مطالعه جبرانکننده های استاتیک می پردازیم. امروزه در سیستم های قدرت مدرت جبران کننده های استاتیک بعنوان کامل ترین جبران کننده ها مطرح هستند.

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

مقدمه................................ 1

فصل اول: شناخت ترانسفورماتور......... 6

1-1 مقدمه............................ 7

2-1 تعریف ترانسفورماتور.............. 7

3-1 اصول اولیه....................... 7

4-1 القاء متقابل..................... 7

5-1 اصول کار ترانسفورماتور........... 9

6-1 مشخصات اسمی ترانسفورماتور 12

1-6-1 قدرت اسمی...................... 12

2-6-1 ولتاژ اسمی اولیه............... 12

3-6-1 جریان اسمی..................... 12

4-6-1 فرکانس اسمی.................... 12

5-6-1 نسبت تبدیل اسمی................ 13

7-1 تعیین تلفات در ترانسفورماتورها 13

1-7-1 تلفات آهنی..................... 13

2-7-1 تلفات فوکو در هسته............. 13

3-7-1 تلفات هیسترزیس................. 14

4-7-1 مقدار تلفات هیسترزیس........... 16

5-7-1 تلفات مس....................... 16

8-1 ساختمان ترانسفورماتور............ 17

1-8-1 مدار مغناطیسی (هسته)........... 17

2-8-1 مدار الکتریکی (سیم پیچها) 17

1-2-8-1 تپ چنجر...................... 18

2-2-8-1 انواع تپ چنجر................ 18

3-8-1 مخزن روغن...................... 19

مخزن انبساط.......................... 19

4-8-1 مواد عایق...................... 19

الف - کاغذهای عایق................... 20

ب - روغن عایق........................ 20

ج - بوشینکهای عایق................... 20

5-8-1 وسایل حفاظتی................... 21

الف – رله بوخهلتس.................... 21

ب – رله کنترل درجه حرارت سیم پیچ 22

ج – ظرفیت سیلی گاژل.................. 23

9-1 جرقه گیر......................... 24

1-10 پیچ ارت......................... 24

فصل دوم: بررسی بین منحنی B-H و آنالیز هارمونیکی جریان مغناطیس کننده............................................ 26

1-2 مقدمه............................ 27

2-2 منحنی مغناطیس شوندگی............. 27

3-2 پس ماند (هیسترزیس)............... 30

4-2 تلفات پس ماند (تلفات هیسترزیس) 32

5-2 تلفات هسته....................... 32

6-2 جریان تحریک...................... 33

7-2 پدیده تحریک در ترانسفورماتورها 33

8-2 تعریف و مفهوم هارمونیک ها 36

1-8-2 هارمونیک ها.................... 36

2-8-2 هارمونیک های میانی............. 37

9-2 ناپایداری هارمونیکی مرتبط با هسته ترانس در سیستمهای AC-DC................................ 37

10-2 واکنشهای فرکانسی AC-DC.......... 37

11-2 چگونگی ایجاد ناپایداری.......... 39

12-2 تحلیل ناپایداری................. 40

13-2 کنترل ناپایداری................. 41

14-2 جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتور 42

1-14-2 عناصر قابل اشباع.............. 42

2-14-2 وسایل فرومغناطیسی............. 43

فصل سوم : تأثیر هارمونیکهای جریان ولتاژ روی ترانسفورماتورهای قدرت................................. 46

1-3 مقدمه............................ 47

2-3 مروری بر تعاریف اساسی............ 47

3-3 اعوجاج هارمونیکها در نمونه هایی از شبکه 49

4-3 اثرات هارمونیک ها................ 51

5-3 نقش ترمیم در سیستمهای قدرت با استفاده از اثر خازنها 52

1-5-3 توزیع هارمونیکهای جریان در یک سیستم قدرت بدون خازن..................................... 52

2-5-3 توزیع هارمونیکهای جریان در یک سیستم پس از نصب خازن..................................... 52

6-3 رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونیکهای جریان 54

7-3 عیوب هارمونیکها در ترانسفورماتور 54

1-7-3 هارمونیکهای جریان.............. 54

1) اثر بر تلفات اهمی................. 54

2) تداخل الکترومغناطیسی با مدارهای مخابراتی 54

3) تأثیر بر روی تلفات هسته........... 55

2-7-3 هارمونیک های ولتاژ............. 55

1) تنش ولتاژ روی عایق................ 55

2) تداخل الکترواستاتیکی در مدارهای مخابراتی 55

3) ولتاژ تشدید بزرگ.................. 56

8-3 حذف هارمونیکها................... 56

1) چگالی شار کمتر.................... 56

2) نوع اتصال......................... 57

3) اتصال مثلث سیم پیچی اولیه یا ثانویه 57

4) استفاده از سیم پیچ سومین.......... 57

5) ترانسفورماتور ستاره – مثلث زمین 57

9-3 طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیک ها 58

10-3 چگونگی تعیین هارمونیکها......... 59

11-3 اثرات هارمونیکهای جریان مرتبه بالا روی ترانسفورماتور..................................... 59

12-3 مفاهیم تئوری.................... 60

1-12-3 مدل سازی...................... 60

13- 3 نتایج عمل...................... 61

14-3 راه حل ها....................... 62

15-3 نتیجه گیری نهایی................ 62

فصل چهارم: بررسی عملکرد هارمونیک ها در ترانسفورماتورهای قدرت........................................ 63

1-4 مقدمه............................ 64

2-4- پدیده هارمونیک در ترانسفورماتور سه فاز 64

3-4 اتصال ستاره...................... 68

1-3-4 ترانسفورماتورهای با مدار مغناطیسی مجزا و مستقل 68

2-3-4 ترانسفورماتورها با مدار مغناطیسی پیوسته یا تزویج شده.................................. 71

4-4 اتصال Y_y ستاره با نقطه خنثی 72

5-4 اتصال Dy......................... 72

6-4 اتصال yd......................... 73

7-4 اتصال Dd......................... 74

8-4 هارمونیک های سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز 74

9-4 سیم پیچ ثالثیه یا پایدارکننده 76

10-4 تلفات هارمونیک در ترانسفورماتور 77

1-10-4 تلفات جریان گردابی در هادی های ترانسفورماتور 77

2-10-4 تلفات هیسترزیس هسته........... 77

3-10-4 تلفات جریان گردابی در هسته 78

4-10-4 کاهش ظرفیت ترانسفورماتور 79

فصل پنجم: جبران کننده های استاتیک 80

1-5 مقدمه............................ 81

2-5 راکتور کنترل شده با تریستور TCR 81

1-2-5 ترکیب TCR و خازنهای ثابت موازی 87

3-5 راکتور اشباع شدهSCR.............. 88

1-3-5 شیب مشخصه ولتاژ................ 89

نتیجه گیری .......................... 91

منابع و مآخذ......................... 92

چکیده به زبان انگلیسی................ 94

فهرست تصاویر

عنوان

صفحه

فصل اول................................. 6

شکل1-1: نمایش خطوط شار.................. 8

شکل2-1: شمای کلی ترانسفورماتور.......... 9

شکل3-1: رابطه فوران و نیروی محرکه مغناطیسی 11

شکل4-1: نمایش منحنی های هیستر زیس....... 15

شکل5-1: نمایش بوشیگ های عایق............ 20

شکل6-1: یک نمونه رله.................... 22

شکل7-1: رله کنترل درجه حرارت سیم پیچ ها. 23

شکل8-1: ظرف سیلی کاژل................... 23

شکل9-1: شمای کلی یک ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر................................ 24

شکل10-1: نمایش پیچ ارت.................. 25

فصل دوم................................. 26

شکل1-2: نمایش شدت جریان در هسته چنبره شکل 28

شکل2-2: منحنی مغناطیس شوندگی............ 29

شکل3-2: منحنی مغناطیس شوندگی............ 29

شکل4-2: منحنی های هیستر زیس............. 31

شکل5-2: حلقه های ایستا و پویا........... 32

شکل6-2: شکل موج جریان مغناطیس کننده..... 34

شکل7-2: شکل موج جریان تحریک با پسماند... 35

شکل8-2: شکل موج شار برای جریان مغناطیس کننده سینوسی 36

شکل9-2: نمایش هارمونیک های توالی مثبت و منفی 38

شکل10-2: ترکیبdc توالی منفی تولید شده توسط مبدلHVDC 39

شکل11-2: نمایش امپدانس هایAC,DC در روش سیستم حوزه فرکانس........................................ 40

شکل12-2: مقایسه حالات مختلف اشباع........ 41

شکل13-2: مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور... 42

شکل14-2: جریان مغناطیس کننده ترانس و محتوای هارمونیکی آن........................................ 43

شکل15-2: مدار معادلT برای یک ترانسفورماتور 44

شکل16-2: منحنی شار مغناطیسی برحسب جریان ترانسفورماتور 44

شکل17-2: نمونه شکل موج جریان مغناطیسی برای یک ترانسفورماتور........................... 44

فصل سوم................................. 46

شکل1-3: مولدهای هارمونی جریان........... 47

شکل2-3: هارمونیک پنجم با ضریب35%........ 48

شکل3-3: طیف هارمونیک ها................. 50

شکل4-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی.. 50

شکل5-3: طیف هارمونیک ها................. 50

شکل6-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی.. 50

شکل7-3: مسیر هارمونیکی جریان در سیستم بدون خازن 52

شکل8-3: مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن 53

شکل9-3: تداخل الکترو استاتیکی با مدارهای مغناطیسی 55

شکل10-3: ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیک سوم 56

شکل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیک های مضرب3........................................ 58

شکل12-3: طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیک ها........................................ 58

شکل13-3: مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور 60

شکل14-3: توزیع ولتاژ در طول یک سیم پیچ.. 61

فصل چهارم............................... 63

شکل1-4: نمودار برداری ولتاژهای مؤلفه اصلی، سوم، پنجم و هفتم.................................... 65

شکل2-4: نمودار برداری ولتاژهای اصلی، هارمونیک پنجم وهفتم........................................ 66

شکل3-4: نمایش نیروی محرکه الکتریکیemf اتصال ستاره در هر لحظه.................................... 66

شکل4-4:نمایش هارمونیک های سوم در اتصال مثلث 66

شکل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثی........ 70

شکل6-4: مسیر پارهای هارمونیک سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهای سه فاز

نوع هسته ای.............................. 71

شکل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار 75

شکل8-4: سیم پیچ سومین (ثالثیه).......... 77

فصل پنجم................................ 80

شکل1-5: ساختمان شماتیکTCR............... 81

شکل2-5: منحنی تغییرات بر حسب زاویه هدایت و زاویه آتش...................................... 83

شکل3-5: مشخصه ولتاژ- جریانTCR........... 84

شکل4-5: یک نمونه صافی با استفاده ازL.C.. 85

شکل5-5: حذف هارمونیک سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره................................... 86

شکل6-5: حدف هارمونیک های پنجم وهفتم با استفاده از مدار TCR با اتصال ستاره.............................. 86

شکل7-5: بررسی اختلال در شبکه قدرت قبل و بعد از استفاده از جبران کننده با خازن............................ 87

شکل8-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR...... 88

شکل9-5: حذف هارمونیک های شبکه قدرت با استفاده از راکتور اشباع شدهSR............................. 88

شکل10-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR با خازن اصلاح شیب 89

شکل 11-5 : حذف هارمونیکهای شبکه قدرت با استفاده از راکتور اشباع شده SR............................. 89

شکل 12-5: منحنی مشخصه ولتاژ – جریان SR با خازن اصلاح شیب........................................ 90

فهرست جداول

عنوان

صفحه

فصل دوم.................................

جدول1-2: مقادیر هارمونیک ها در جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور........................... 45

مقدمه :

در سیستم های قدرت پیشرفته انرژی الکتریکی توسط ژنراتورهای سه فاز تولید می شود که پس از انتقال به صورت سه فاز توزیع می شود . به دلایل اقتصادی از ایستگاه تا مصرف ولتاژ چندین بار افزایش و کاهش می یابد .در هر باز افزایش و کاهش ولتاژ ت سه فاز موردنیاز است . بدین جهت در سیستم های قدرت سه فاز از تعداد زیادی ترانسفورماتور سه فاز استفاده می شود . برای هر تبدیل ولتاژ از مقداری به مقدار دیگر ممکن است از سه واحد ترانسفورماتور تک فاز یا یک واحد ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود . در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع جریان تحریک تنها درصد کوچکی ( 2 تا 6%) از جریان نامی است . پدیده هارمونیک در ترانسفورماتورهای قدرت بسیار مهم است . زیرا تحت شرایط معینی هارمونیک های جریان تحریک باعث عمل عمدی تجهزات حفاظتی می گردند ممکن است باعث تداخل در مدارهای مخابراتی شوند . نظر به این مسئله مهندسین مخابرات و سیستم انرژی باید قادر به بررسی و حذف چنین شرایط باشند . از این رو هارمونیک در ترانسفورماتور از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

اولین مورد از مشکلات اعوجاجات هارمونیکی در سال 1893 در شهر هارتفورد امریکا پیش آمد،به این صورت که یک موتور الکتریکی با گرم شدن زیاد باعث خرابی عایقبندی خود شد. پس از آزمایشات معلوم شد که علت این امر تشدید ایجاد شده در خط انتقال ، ناشی از وجود هارمونیکها بوده است.

مشکل بعدی ،یک ژنراتور سه فاز 125 هرتز با ولتاژ 8/3 کیلوولت ساخت شرکت جنرال الکتریک امریکا بود. در این موردهمه محاسبات با تقریبهای خوبی انجام شده بودولی بازهم تشدید در خط انتقال بود . با محاسبه اندوکتانس و ظرفیت خازنی خط انتقال و احتمالاً اندوکتانس بار،مشاهده شد که در فرکانس حدود 1600 هرتز ( هارمونیک سیزدهم‌ ) در خط تشدید ایجاد می شود.شکل موجهای ولتاژ ژنراتور نیروگاه و موتور سنکرون دارای مؤلفه های هارمونیکی قابل توجه بودند.

این فرایند محاسبات واندازه گیری توسط یک موج نمای ساده در آن سال انجام شد که شکل موج را به صورت نقطه به نقطه از طریق قطع و وصل مرتب یک زبانه ،نمونه گیری می کرد. امروزه با استفاده از هارمونیک سنجهای دیجیتال و با بکارگیری الگوریتم های سریع " تبدیل فوریه گسسته " می توان بصورت بدون وقفه اعوجاجات هارمونیکی را اندازه گیری کرد.

دو سال بعداز اولین مورد مشاهده مشکلات هارمونیکی ، شرکتهای وستینگهاوس و جنرال الکتریک، طرحهای جدیدی را برای ژنراتورها معرفی نمودند که در این طرح ها، از سیم پیچهای غیر متمرکز در آرمیچر استفاده کردند و به تبع آن شکل موج را بهبود بخشیده و به اصطلاح سینوسی تر کردند.

مشکل دیگر هارمونیکها در شکل موج ژنراتورها ، مربوط به جریان بسیار زیاد نول ژنراتورهایی بود که به صورت موازی نصب و مستقیماً زمین می شدند. امروزه این مساله کاملاً شناخته شده است و مربوط به هارمونیک سوم ولتاژ و صفر بودن توالی این هارمونیک در ماشینهایی می باشد که به صورت ستاره بسته شده اند.

مشکل دیگر ، " هماهنگی هارمونیکی " یا همان " ضریب تداخل تلفنی TIF " می باشد.

ـ فیلتر کردن هارمونیکها :

از اولین سالهائی که مشکلات اعوجاجات هارمونیکی شناخته شدند ،‌از خازن شانت shunt برای بهبود ضریب توان در سیستم های الکتریکی استفاده می شد.امروزه بسیاری از این خازنها به یک سلف سری مجهز و تبدیل به یک فیلتر هارمونیکی تک تنظیمه شده اند .

ـ هارمونیکها در شبکه قدرت :

اکثر اعوجاجات ایجاد شده در شکل موجهای ولتاژ و جریان شبکه قدرت ناشی از بارهایی هستند که دارای مشخصه غیر خطی بوده ویا درآنها از عناصر الکترونیک قدرت استفاده می شود. پیشرفت سریع نیمه هادیها انقلابی در کنترل فرآیندهای صنعتی و تبدیل انرژی بوجود آورده است .

از آن جهت که نیمه هادیها ی قدرت در هر نقطه از شکل موج ولتاژ به ناگهان روشن یا خاموش می شوند ، حالتهای گذرائی با فرکانس نوسان بالا ودامنه میرا شونده پدید می آورند . اگر در هر پریود عمل کلید زنی در نقطه مشابهی انجام شود ،‌حالت گذرا شکلی متناوب به خود می گیرد .همچنین سیگنالهای غیر سینوسی را می توان با استفاده از بسط سری فوریه بصورت مجموعی از امواج سینوسی بیان نمود که به " هارمونیکهای شبکه قدرت " موسومند و فرکانس آنها مضربی صحیح از فرکانس قدرت می باشد. هنگامی که اثر سلفها و خازنهای شبکه نیز مد نظر قرار گیرد ، اهمیت اعوجاجات هارمونیکی دو چندان می شود . در حقیقت چون سیگنال اعوجاج یافته دارای مؤلفه هایی با فرکانس های متفاوت می باشد ، دریکی از این فرکانسها امکان ایجاد تشدید بین یکی از خازنها و سلف معادل شبکه وجود دارد که به تبع آن ، دامنه هارمونیک مربوط به فرکانس تشدید افزایش نیز می یابد.

ـ منابع تولید هارمونیکها :

منابع تولید هارمونیکها به دو گروه « غیر وابسته»‌ و « وابسته » به عناصر نیمه هادی تقسیم می شوند . منابع غیر وابسته به عناصر نیمه هادی عبارتند از :

ـ اعوجاجات مو جود در شکل موج ولتاژ ماشینهای الکتریکی که معمولاً ناشی از عدم توزیع یکنواخت سیم پیچ های این ماشینها و وجود شیارها می باشد .

ـ یکنواخت نبودن رلوکتانس فاصله هوائی بین دو قطب در ماشین سنکرون .

ـ اعوجاج شار مغناطیسی ناشی از تغییرات نا گهانی بار در ماشین سنکرون .

ـ توزیع غیر سینوسی شار مغناطیسی در فاصله هوائی ماشین سنکرون .

ـ جریان مغناطیس کنندگی ترانسفور ماتورها .

ـ ‌وجود بارهای غیر خطی نظیر دستگاههای جوش کاری ،‌کوره های الکتریکی و غیره .

منابع وابسته به عناصر نیمه هادی عبارتند از :

ـ تجهیزات کنترلی موتورها مانند کنترل کننده های سرعت برای سیستم های حمل ونقل برقی .

ـ سیستم انتقال انرژی جریان مستقیم ( HVDC ) .

ـ برقراری ارتباط بین دو نیروگاه بادی و خورشیدی و سیستم توزیع .

ـ کنترل کننده های ولتاژ ساکن ( SVC ) که بطور گسترده به عنوان منبع توان راکتیو جایگزین کندانسورهای سنکرون شده اند.

ـ وسایل نقلیه الکتریکی که با استفاده گسترده از آنها مقدار قابل توجهی انرژی برای شارژ کردن باطریها لازم می باشد.

ـ مبدلهای فرکانسی که در ماشین هایی که سرعت کم وگشتاور بالا دارند کاربرد فراوان دارند.

ـ عناصر حرارتی کوره های بزرگ که به روش PBM کنترل می شوند .

ـ آثـار هارمونیکهـا :

برخی از آثار سوء هارمونیکها در شبکه قدرت که ناکنون گزارش شده اند به قرار زیر می باشند :

ـ خرابی بانک خازنی بدلیل شکست عایقی یا افزایش بیش از حد توان راکتیو .

ـ‌ تداخل با سیستم های کنترل اعوجاج و PLC و در نتیجه عدم کارکرد صحیح این سیستم ها که وظیفه انجام اعمالی چون کلید زنی از راه دور ، کنترل بار واندازه گیری را بر عهده دارند.

ـ تلفات اضافی و ایجاد حرارت زیاد در ماشینهای سنکرون و القائی .

ـ اضافه ولتاژها و جریانهای اضافی در سیستم که ناشی از تشدید ولتاژها و جریانهای هارمونیکی در شبکه هستند .

ـ شکست عایقی در کابل ها به خاطر اضافه ولتاژهای هارمونیکی در سیستم .

ـ تداخل با سیستم های مخابراتی .

ـ خطا در دستگاههای اندازه گیری الکتریکی که به روش القا کار می کنند.

ـ عملکرد اشتباه رله ها ، بخصوص در سیستم های استاتیکی و میکرو پروسسوری .

ـ تداخل در سیستم های کنترل موتوری بزرگ و سیستم های تحریک در نیروگاهها .

ـ نوسانات مکانیکی در ماشینهای سنکرون و القائی .

ـ عملکرد نا پایدار مدارهای آتش بخصوص مدارهائی که بر اساس تشخیص نقطه صفر ولتاژ عمل می کنند.

ـ منابع عمده تولید هارمونیک در شبکه قدرت ایران :

در کشور ما صنایع عظیم و فعالی وجود دارند که دارای منابع بزرگ هارمونیکی هستند . در زیر به چند نمونه از آنها اشاره خواهیم کرد :

ـ‌ مجتمع های فولاد و صنایع ذوب آهن نظیر نورد اهواز، ذوب آهن اصفهان و . . . از کوره های عظیم قوس الکتریکی استفاده می کنند که در کنار این کوره ها از SVC برای تامین توان راکتیو مورد نیاز جهت بهبود ضریب توان آنها استفاده می شود . در قسمتهای دیگر این مراکز صنعتی انواع و اقسام موتورهای AC و DC در حال کار می باشند و در کنارآنها نیز کنترل کننده های مربوطه در حال انجام وظیفه خود و در نتیجه تزریق هارمونیک در شبکه می باشند.

ـ مجتمع های پتروشیمی و صنایع شیمیائی نظیر پتروشیمی اصفهان ، امام و اراک جهت انجام بسیاری از فرآیندهای شیمیائی به برق DC نیازمند می باشند که برای تامین این برق از یکسو سازهای پر قدرتی استفاده می شود که سهم قابل توجهی را در تولید هارمونیکهای شبکه خواهند داشت .

ـ سیستمهای انتقال ولتاژ بالای DC دارای دو ایستگاه مبدل در ابتدا و انتهای خط DC می باشند که یکی در حالت یکسوکنندگی و دیگری در وضعیت اینورتری کار می کنند . ایستگاههای مبدل فوق حاوی پل های سه فاز تریستوری می باشند و می دانیم که این پل ها در ردیف مهمترین تولید کنندگان هارمونیک می باشند. لازم به توضیح است فعلاً به دلیل عدم وجود سیستم HVDC در شبکه سراسری ایران ، این شبکه از این هارمونیکها مصون می باشد . مع الوصف چنانچه مساله اتصال برق شبکه های کشورهای همسایه مطرح شود بی شک باید هارمونیکهای تولید شده مورد توجه و بررسی قرار گیرند .

ـ سیستم حمل و نقل برقی شهری " مترو" ، جهت تغذیه و کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی متصل به لوکوموتیوها از محرکه هائی استفاده می کند که به نوبه خود در نقش منبع هارمونیک ، باعث ایجاد اعوجاج در شکل موج ولتاژ و جریان سیستمی می شود که شبکه مترو را تغذیه می کند . با توجه به اینکه در آینده نزدیک مترو در کلان شهرهایی نظیر اصفهان ، تبریز ، مشهد و غیره علاوه بر تهران شروع به کار خواهد کرد ، چنانچه بررسی های هارمونیکی به درستی انجام نگیرد ، ممکن است باعث بروز مشکلات زیادی در شبکه برق شهرهای مربوط و نیز شبکه سراسری شود .

ـ پیشرفت روز افزون عناصر نیمه هادی و کاربرد آنها در تجهیزات ادارات و بمارستانها و حتی منازل باعث ایجاد مشکلاتی در خود این مراکز یا مصرف کنندگان دیگر شبکه خواهد شد. لامپهای تخلیه ای ( مثل بخار جیوه ، بخار سدیم و فلور سنت ) مورد استفاده در این مراکز ، خود نیز باعث بروز هارمونیکها می باشند .

فصل اول

شناخت ترانسفورماتور

1-1 مقدمه :

قبل از اینکه به موضوعات اصلی نوشته حاضر که بررسی اثرات هارمونیکها در ترانسفورماتورهای قدرت می باشد بپردازیم در این فصل مروری بسیار مختصر بر روی تئوری ترانس و مفاهیم و همچنین شناسائی قسمتهای مختلف ان خواهیم داشت .

ترانسفورماتورهایی که در صنعت به کار می روند اکثرا سه فاز بوده و بر اساس قدرت و ولتاژ و دیگر مشخصات تقسیم بندی می شوند برای انتقال ولتاژ به صورت اقتصادی و کاهش تلفات در طول مسیر انتقال ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتورها افزایش داده و در مراکز مصرف با تقلیل دادن ولتاژ بصورت مرحله ای در چند مرحله ( در ایران از 400 به 230 به 132 به 63 و به 20کیلو ولت ) امکان استفاده از نیروی برق را حاصل خواهند نمود که در این راستا برای داشتن ولتاژ شهری در مراکز توزیع با استفاده از ترانسفورماتور کاهنده در قدرتهای پائین ولتاژ را به حدود V400 می رسانند

علاوه بر ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع انواع دیگری از ترانسفورماتور نیز وجود دارد که از جمله انها می توان ترانسهای ولتاژ – جریان و ترانسهای مخصوص کوره های القائی را نام برد که از بحث این جزوه خارج می باشد و سعی برآن است که بیشتر روی ترانسفورماتورهای تا قدرت KVA 1600 و ولتاژ KV 33 بحث شود .

2-1 تعریف ترانسفورماتور

ترانسفورماتور یک وسیله الکترومغناطیسی ساکنی است که توسط القاء الکترومغناطیسی بین دو یا چند سیم پیچ انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مداری به مدار دیگر با حفظ اندازه فرکانس انتقال می دهد و می تواند ولتاژ کم را به به زیاد و یا بلعکس تبدیل نماید .

3-1 اصول اولیه

همانطور که در تعریف ترانسفورماتور بیان شد اساس کاربر القاء متقابل بین دوبوبین بنا نهاده شده است این دوبوبین از لحاظ الکتریکی جدا از هم ولی از لحاظ مغناطیسی به هم مرتبط هستند .

4-1 القاء متقابل

بطوری که می دانیم تغییرات حوزه مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ها موجب پیدایش یک نیروی محرکه القائی می گردد . ظهور این پدیده با عبور جریان متناوب از سیم پیچ ها همیشه همراه است زیرا تغییرات جریان ، همواره باعث تغییر سیل مغناطیسی در بوبین ها می شود .

حال اگر دوبوبین A و B را که به ترتیب دارای اندوکتانس L₁ و L₂ هستند در مجاورت یکدیگر قرار دهیم قسمتی از سیل مغناطیسی که بر اثر عبور جریان iدرهسته بوبین A تولید می شود از داخل بوبین B نیز می گذارد و در سیم های آن هم نیروی محرکه القایی e₁ بوجود می آید بلعکس عبور هر جریان متناوبی از بوبین B موجب پیدایش نیروی محرکه القائی در بوبین A می شود این پدیده را القاء متقابل می گویند .

هر قدر ارتباط مغناطیسی بین دوبوبین کاملتر باشد اثر این پدیده شدیدتر است بطوریکه اگر تمام سیل مغناطیسی هسته بوبین A از هسته B بگذرد در هر حلقه از آنها نیروی محرکه مساوی القاء می شود .

شکل 1-1 نمایش خطوط شار

اگر فرض کنیم از سیل القائی که با نمایش می دهیم از هسته بوبین B بگذرد که تعداد حلقه های آن N₂ باشد القاء کننده در این بوبین خواهد بود و نیروی محرکه القائی در بوبین B از این لحاظ رابطه به دست می آید .

5-1 اصول کار ترانسفورماتور

اساس کار ترانسفورماتور عبارت است از دو سیم پیچ که در اثر عبور جریان از هر کدام روی یکدیگر القاء متقابل داشته و برای کوپلاژ کامل و هدایت سیل مغناطیسی دو سیم پیچ روی هسته ای از آهن با ضریب نفوذ مغناطیسی حتی الامکان زیاد پیچیده می شود .

شکل (2-1) شمای کلی ترانسفورماتور

اگر یک سیم پیچ با N دور داشته باشیم که در میدان مغناطیسی با فوران متغیر قرار داشته باشد ولتاژ القائی در آن سیم پیچ برابر خواهد بود با

بنابراین ولتاژ موثر برابر مقدار زیر است . E=4.44NF A_FeB_m

B_m دامنه چگالی فوران مغناطیسی سینوسی و A_Fe سطح مقطع خالص هسته ای که این فوران را عبور می دهد می باشد با توجه به رابطه فوق نسبت ولتاژهای القائی در شکل (2-1) با صرفنظر از تمام تلفات بدست خواهد آمد k را نسبت تبدیل ترانسفورماتور گویند .

اگر K>1 باشدترانسفورماتورافزاینده واگرk<1 باشدآنرا کاهنده گویند . همینطور با صرفنظر از تلفات و با توجه به برابری آمپر دوردر اولیه و ثانویه خواهیم داشت.

فلوی مغناطیسی در هسته تابعی غیر خطی از میزان جریان سیم پیچی روی آن می باشد رابطه فوران و نیروی محرکه مغناطیسی در منحنی شکل (3-1) نمایش داده شده است منحنی اشباع آهن (C-3-1) نشان می دهد . در فورانهای بالا آهن اشباع شده جریان مغناطیس کننده بشدت زیاد می شود علاوه بر آن طی یک سیکل کامل ولتاژ بافوران سینوسی بواسطه خاصیت پس ماند مغناطیسی آهن ، اندوکسیون بر حسب آمپر دور بجای یک خط مستقیم گذرا از مبدا یک حلقه بسته را تشکیل می دهد که موجب تلفاتی به اندازه سطح داخل حلقه یعنی در واحد حجم طی هر سیکل است در شکل (3-1) سطح داخلی هسته با ازدیاد فرکانس بزرگتر می شود و این به واسطه اضافه شدن تلفات جریان گردابی آهن بر تلفات هیسترزیس است منحنی DC را در این منحنی ها حلقه هیسترزیس می نامند .

شکل (3-1) رابطه فوران و نیروی محرکه مغناطیسی

(b) – برای اندوکسیون کم

( (a برای اندوکسیون زیاد

منحنی DC همان حلقه هیسترزیس

(c) – نمونه ای از منحنی اشباع شده

6-1 مشخصات اسمی ترانسفورماتور

منظور از مشخصات اسمی ترانسفورماتور مقادیری است نظیر قدرت ولتاژ جریان – فرکانس و غیره که روی صفحه مشخصات ( پلاک مشخصات ) نوشته شده آن به این معنی است که ترانسفورماتور در حالت کار عادی باید با آن مقادیر کار کند و طبق مقررات بین المللی یک ترانسفورماتور باید بتواند 8765 ساعت در سال با مشخصات اسمی بدون هیچگونه اشکالی کار کند همیشه مقادیر اسمی با اندیس n” نمایش می دهند مثلا u_in .

1-6-1 قدرت اسمی

قدرتی است که می تواند از قسمت ثانویه ترانسفورماتور گرفت و معمولا مقدار آن بر حسب KVA روی صفحه مشخصات نوشته شده است ( قدرت ظاهری PS)

2-6-1 ولتاژ اسمی اولیه

اختلاف سطح مجازی است که اولیه ترانسفورماتور باید با آن تغذیه شود U_in ولتاژ اسمی ثانویه ولتاژی است که می توان از ثانویه ترانسفورماتور بدون بار بوده و به اولیه ولتاژ اسمی داده شده باشد . U_2n به بیان دیگر ولتاژ اسمی عبارت است از ولتاژی که عملا کلیه عایقها و سیستم های عایق را بر اساس آن طراحی می کنند و ولتاژی است که در حالت بهره برداری عادی به ترانسفورماتور اعمال می شود . ولتاژهای استانداردی که در شبکه توزیع متوسط در ایران مورد استفاده قرار می گیرد در رنجهای 11 و 20 و 33 کیلو ولت می باشد . که بسته به موقعیت نصب ترانس در هر یک از شبکه ها از ولتاژ اسمی مناسب طراحی می شود .

3-6-1 جریان اسمی

جریان اسمی اولیه یا ثانویه جریانی است که روی پلاک مشخصات تعیین شده و یا می توان با قدرت ظاهری و ولتاژ اسمی محاسبه نمود از آنجا که نسبتا ضریب بهره ترانسفورماتور زیاد است قدرت اسمی اولیه و ثانویه را می توان یکی گرفت .

ناپایداری هارمونیکیفیلترهاهارمونیک ولتاژ و جریانسیستم قدرت