مقدمه 1

فصل اول: شناخت ترانسفورماتور 6

1-1 مقدمه 7

2-1 تعريف ترانسفورماتور 7

3-1 اصول اوليه 7

4-1 القاء متقابل 7

5-1 اصول کار ترانسفورماتور 9

6-1 مشخصات اسمي ترانسفورماتور 12

1-6-1 قدرت اسمي 12

2-6-1 ولتاژ اسمي اوليه 12

3-6-1 جريان اسمي 12

4-6-1 فرکانس اسمي 12

5-6-1 نسبت تبديل اسمي 13

7-1 تعيين تلفات در ترانسفورماتورها 13

1-7-1 تلفات آهني 13

2-7-1 تلفات فوکو در هسته 13

3-7-1 تلفات هيسترزيس 14

4-7-1 مقدار تلفات هيسترزيس 16

5-7-1 تلفات مس 16

8-1 ساختمان ترانسفورماتور 17

1-8-1 مدار مغناطيسي (هسته) 17

2-8-1 مدار الكتريكي (سيم پيچها) 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 عايق 19

الف - كاغذهاي عايق 20

ب - روغن عايق 20

ج - بوشينكهاي عايق 20

5-8-1 وسايل حفاظتي 21

الف – رله بوخهلتس 21

ب – رله كنترل درجه حرارت سيم پيچ 22

ج – ظرفيت سيلي گاژل 23

9-1 جرقه گير 24

1-10 پيچ ارت 24

فصل دوم: بررسي بين منحني B-H و آناليز هارمونيكي جريان مغناطيس كننده 26

1-2 مقدمه 27

2-2 منحني مغناطيس شوندگي 27

3-2 پس ماند (هيسترزيس) 30

4-2 تلفات پس ماند (تلفات هيسترزيس) 32

5-2 تلفات هسته 32

6-2 جريان تحريك 33

7-2 پديده تحريك در ترانسفورماتورها 33

8-2 تعريف و مفهوم هارمونيك ها 36

1-8-2 هارمونيك ها 36

2-8-2 هارمونيك هاي مياني 37

9-2 ناپايداري هارمونيكي مرتبط با هسته ترانس در سيستمهاي AC-DC 37

10-2 واكنشهاي فركانسي AC-DC 37

11-2 چگونگي ايجاد ناپايداري 39

12-2 تحليل ناپايداري 40

13-2 كنترل ناپايداري 41

14-2 جريان مغناطيس كننده ترانسفورماتور 42

1-14-2 عناصر قابل اشباع 42

2-14-2 وسايل فرومغناطيسي 43

فصل سوم : تأثير هارمونيكهاي جريان ولتاژ روي ترانسفورماتورهاي قدرت 46

1-3 مقدمه 47

2-3 مروري بر تعاريف اساسي 47

3-3 اعوجاج هارمونيكها در نمونه هايي از شبكه 49

4-3 اثرات هارمونيك ها 51

5-3 نقش ترميم در سيستمهاي قدرت با استفاده از اثر خازنها 52

1-5-3 توزيع هارمونيكهاي جريان در يك سيستم قدرت بدون خازن 52

2-5-3 توزيع هارمونيكهاي جريان در يك سيستم پس از نصب خازن 52

6-3 رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونيكهاي جريان 54

7-3 عيوب هارمونيكها در ترانسفورماتور 54

1-7-3 هارمونيكهاي جريان 54

1) اثر بر تلفات اهمي 54

2) تداخل الكترومغناطيسي با مدارهاي مخابراتي 54

3) تأثير بر روي تلفات هسته 55

2-7-3 هارمونيك هاي ولتاژ 55

1) تنش ولتاژ روي عايق 55

2) تداخل الكترواستاتيكي در مدارهاي مخابراتي 55

3) ولتاژ تشديد بزرگ 56

8-3 حذف هارمونيكها 56

1) چگالي شار كمتر 56

2) نوع اتصال 57

3) اتصال مثلث سيم پيچي اوليه يا ثانويه 57

4) استفاده از سيم پيچ سومين 57

5) ترانسفورماتور ستاره – مثلث زمين 57

9-3 طراحي ترانسفورماتور براي سازگاري با هارمونيك ها 58

10-3 چگونگي تعيين هارمونيكها 59

11-3 اثرات هارمونيكهاي جريان مرتبه بالا روي ترانسفورماتور 59

12-3 مفاهيم تئوري 60

1-12-3 مدل سازي 60

13- 3 نتايج عمل 61

14-3 راه حل ها 62

15-3 نتيجه گيري نهايي 62

فصل چهارم: بررسي عملكرد هارمونيك ها در ترانسفورماتورهاي قدرت 63

1-4 مقدمه 64

2-4- پديده هارمونيك در ترانسفورماتور سه فاز 64

3-4 اتصال ستاره 68

1-3-4 ترانسفورماتورهاي با مدار مغناطيسي مجزا و مستقل 68

2-3-4 ترانسفورماتورها با مدار مغناطيسي پيوسته يا تزويج شده 71

4-4 اتصال Yy ستاره با نقطه خنثي 72

5-4 اتصال Dy 72

6-4 اتصال yd 73

7-4 اتصال Dd 74

8-4 هارمونيك هاي سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز 74

9-4 سيم پيچ ثالثيه يا پايداركننده 76

10-4 تلفات هارمونيك در ترانسفورماتور 77

1-10-4 تلفات جريان گردابي در هادي هاي ترانسفورماتور 77

2-10-4 تلفات هيسترزيس هسته 77

3-10-4 تلفات جريان گردابي در هسته 78

4-10-4 كاهش ظرفيت ترانسفورماتور 79

فصل پنجم: جبران كننده هاي استاتيك 80

1-5 مقدمه 81

2-5 راكتور كنترل شده با تريستور TCR 81

1-2-5 تركيب TCR و خازنهاي ثابت موازي 87

3-5 راكتور اشباع شدهSCR 88

1-3-5 شيب مشخصه ولتاژ 89

نتيجه گيري  91

منابع و مآخذ 92

چكيده به زبان انگليسي 94

 

فهرست تصاوير

فصل اول 6

شكل1-1: نمايش خطوط شار 8

شكل2-1: شماي كلي ترانسفورماتور 9

شكل3-1: رابطه فوران و نيروي محركه مغناطيسي 11

شكل4-1: نمايش منحني هاي هيستر زيس 15

شكل5-1: نمايش بوشيگ هاي عايق 20

شكل6-1: يك نمونه رله 22

شكل7-1: رله كنترل درجه حرارت سيم پيچ ها 23

شكل8-1: ظرف سيلي كاژل 23

شكل9-1: شماي كلي يك ترانسفورماتور با مخزن روغن و سيستم جرقه گير 24

شكل10-1: نمايش پيچ ارت 25

فصل دوم 26

شكل1-2: نمايش شدت جريان در هسته چنبره شكل 28

شكل2-2: منحني مغناطيس شوندگي 29

شكل3-2: منحني مغناطيس شوندگي 29

شكل4-2: منحني هاي هيستر زيس 31

شكل5-2: حلقه هاي ايستا و پويا 32

شكل6-2: شكل موج جريان مغناطيس كننده 34

شكل7-2: شكل موج جريان تحريك با پسماند 35

شكل8-2: شكل موج شار  براي جريان مغناطيس كننده سينوسي 36

شكل9-2: نمايش هارمونيك هاي توالي مثبت و منفي 38

شكل10-2: تركيبdc توالي منفي توليد شده توسط مبدلHVDC 39

شكل11-2: نمايش امپدانس هايAC,DC در روش سيستم حوزه فركانس 40

شكل12-2: مقايسه حالات مختلف اشباع 41

شكل13-2: مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور 42

شكل14-2: جريان مغناطيس كننده ترانس و محتواي هارمونيكي آن 43

شكل15-2: مدار معادلT براي يك ترانسفورماتور 44

شكل16-2: منحني شار مغناطيسي برحسب جريان ترانسفورماتور 44

شكل17-2: نمونه شكل موج جريان مغناطيسي براي يك ترانسفورماتور 44

فصل سوم 46

شكل1-3: مولدهاي هارموني جريان 47

شكل2-3: هارمونيك پنجم با ضريب35% 48

شكل3-3: طيف هارمونيك ها 50

شكل4-3: جريان تحميل شده روي جريان اصلي 50

شكل5-3: طيف هارمونيك ها 50

شكل6-3: جريان تحميل شده روي جريان اصلي 50

شكل7-3: مسير هارمونيكي جريان در سيستم بدون خازن 52

شكل8-3: مسير هارموني هاي جريان در سيستم پس از نصب خازن 53

شكل9-3: تداخل الكترو استاتيكي با مدارهاي مغناطيسي 55

شكل10-3: ولتاژ تشديد بزرگ در اثر هارمونيك سوم 56

شكل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمين، براي حذف هارمونيك هاي مضرب3 58

شكل12-3: طراحي ترانسفورماتور براي سازگاري با هارمونيك ها 58

شكل13-3: مدار معادل ساده شده سيم پيچ ترانسفورماتور 60

شكل14-3: توزيع ولتاژ در طول يك سيم پيچ 61

فصل چهارم 63

شكل1-4: نمودار برداري ولتاژهاي مؤلفه اصلي، سوم، پنجم و هفتم 65

شكل2-4: نمودار برداري ولتاژهاي اصلي، هارمونيك پنجم وهفتم 66

شكل3-4: نمايش نيروي محركه الكتريكيemf اتصال ستاره در هر لحظه 66

شكل4-4:نمايش هارمونيك هاي سوم در اتصال مثلث 66

شكل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثي 70

شكل6-4: مسير پارهاي هارمونيك سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهاي سه فاز 

نوع هسته اي 71

شكل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار 75

شكل8-4: سيم پيچ سومين (ثالثيه) 77

فصل پنجم 80

شكل1-5: ساختمان شماتيكTCR 81

شكل2-5: منحني تغييرات  بر حسب زاويه هدايت  و زاويه آتش  83

شكل3-5: مشخصه ولتاژ- جريانTCR 84

شكل4-5: يك نمونه صافي با استفاده ازL.C 85

شكل5-5: حذف هارمونيك سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره 86

شكل6-5: حدف هارمونيك هاي پنجم وهفتم با استفاده از مدار TCR با اتصال ستاره 86

شكل7-5: بررسي اختلال در شبكه قدرت قبل و بعد از استفاده از جبران كننده با خازن 87

شكل8-5: منحني مشخصه ولتاژ- جريانSR 88

شكل9-5: حذف هارمونيك هاي شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شدهSR 88

شكل10-5: منحني مشخصه ولتاژ- جريانSR با خازن اصلاح شيب 89

شكل 11-5 : حذف هارمونيكهاي شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شده SR 89

شكل 12-5: منحني مشخصه ولتاژ – جريان SR  با خازن اصلاح شيب 90

 

فهرست جداول

 

فصل دوم

جدول1-2: مقادير هارمونيك ها در جريان مغناطيسي يك ترانسفورماتور 45

 

 

مقدمه : 

در ترانسفورماتورهاي قدرت و توزيع جريان تحريك تنها درصد كوچكي ( 2 تا 6%) از جريان نامي است . پديده هارمونيك در ترانسفورماتورهاي قدرت بسيار مهم است . زيرا تحت شرايط معيني هارمونيك هاي جريان تحريك باعث عمل عمدي تجهزات حفاظتي مي گردند ممكن است باعث تداخل در مدارهاي مخابراتي شوند . نظر به اين مسئله مهندسين مخابرات و سيستم  انرژي بايد قادر به بررسي و حذف چنين شرايط باشند . از اين رو هارمونيك در ترانسفورماتور از اهميت ويژه اي برخوردار است . 

اولين مورد از مشكلات اعوجاجات هارمونيكي در سال 1893 در شهر هارتفورد امريكا پيش آمد،به اين صورت كه يك موتور الكتريكي با گرم شدن زياد باعث خرابي عايقبندي خود شد. پس از آزمايشات معلوم شد كه علت اين امر تشديد ايجاد شده در خط انتقال ، ناشي از وجود هارمونيكها بوده است.

مشكل بعدي ،يك ژنراتور سه فاز 125 هرتز با ولتاژ 8/3  كيلوولت ساخت شركت جنرال الكتريك امريكا بود. در اين موردهمه محاسبات با تقريبهاي خوبي انجام شده بودولي بازهم تشديد در خط انتقال بود . با محاسبه اندوكتانس و ظرفيت خازني خط انتقال و احتمالاً اندوكتانس بار،مشاهده شد كه در فركانس حدود 1600 هرتز ( هارمونيك سيزدهم‌ ) در خط تشديد ايجاد مي شود.شكل موجهاي ولتاژ ژنراتور نيروگاه و موتور سنكرون داراي مؤلفه هاي هارمونيكي قابل توجه بودند.

اين فرايند محاسبات واندازه گيري توسط يك موج نماي ساده در آن سال انجام شد كه شكل موج را به صورت نقطه به نقطه از طريق قطع و وصل مرتب يك زبانه ،نمونه گيري مي كرد. امروزه با استفاده از هارمونيك سنجهاي ديجيتال و با بكارگيري الگوريتم هاي سريع " تبديل فوريه گسسته " مي توان بصورت بدون وقفه اعوجاجات هارمونيكي را اندازه گيري كرد.

دو سال بعداز اولين مورد مشاهده مشكلات هارمونيكي ، شركتهاي وستينگهاوس و جنرال الكتريك، طرحهاي جديدي را براي ژنراتورها معرفي نمودند كه در اين طرح ها، از سيم پيچهاي غير متمركز در آرميچر استفاده كردند و به تبع آن شكل موج را بهبود بخشيده و به اصطلاح سينوسي تر كردند.

مشكل ديگر هارمونيكها در شكل موج ژنراتورها ، مربوط به جريان بسيار زياد نول ژنراتورهايي بود كه به صورت موازي نصب و مستقيماً زمين مي شدند. امروزه اين مساله كاملاً شناخته شده است و مربوط به هارمونيك سوم ولتاژ و صفر بودن توالي اين هارمونيك در ماشينهايي مي باشد كه به صورت ستاره بسته شده اند. 

مشكل ديگر ، " هماهنگي هارمونيكي " يا همان " ضريب تداخل تلفني TIF " مي باشد.

 

 ـ  فيلتر كردن هارمونيكها :

از اولين سالهائي كه مشكلات اعوجاجات هارمونيكي شناخته شدند ،‌از خازن شانت shunt براي بهبود ضريب توان در سيستم هاي الكتريكي استفاده مي شد.امروزه بسياري از اين خازنها به يك سلف سري مجهز و تبديل به يك فيلتر هارمونيكي تك تنظيمه شده اند .

 ـ هارمونيكها در شبكه قدرت :

اكثر اعوجاجات ايجاد شده در شكل موجهاي ولتاژ و جريان شبكه قدرت ناشي از بارهايي هستند كه داراي مشخصه غير خطي بوده ويا درآنها از عناصر الكترونيك قدرت استفاده مي شود. پيشرفت سريع نيمه هاديها انقلابي در كنترل فرآيندهاي صنعتي و تبديل انرژي بوجود آورده است .

از آن جهت كه نيمه هاديها ي قدرت در هر نقطه از شكل موج ولتاژ به ناگهان روشن يا خاموش مي شوند ، حالتهاي گذرائي با فركانس نوسان بالا ودامنه ميرا شونده پديد مي آورند . اگر در هر پريود عمل كليد زني  در نقطه مشابهي انجام شود ،‌حالت گذرا شكلي متناوب به خود مي گيرد .همچنين سيگنالهاي غير سينوسي را مي توان با استفاده از بسط سري فوريه بصورت مجموعي از امواج سينوسي بيان نمود كه به " هارمونيكهاي شبكه قدرت " موسومند و فركانس آنها مضربي صحيح از فركانس قدرت مي باشد. هنگامي كه اثر سلفها و خازنهاي شبكه نيز مد نظر قرار گيرد ، اهميت اعوجاجات هارمونيكي دو چندان مي شود . در حقيقت چون سيگنال اعوجاج يافته داراي مؤلفه هايي با فركانس هاي متفاوت مي باشد ، دريكي از اين فركانسها امكان ايجاد تشديد بين يكي از خازنها و سلف معادل شبكه وجود دارد كه به تبع آن ، دامنه هارمونيك مربوط به فركانس تشديد افزايش نيز مي يابد.

 

ـ منابع توليد هارمونيكها :

منابع توليد هارمونيكها به دو گروه « غير وابسته»‌ و « وابسته » به عناصر نيمه هادي تقسيم مي شوند . منابع غير وابسته به عناصر نيمه هادي عبارتند از :

ـ اعوجاجات مو جود در شكل موج ولتاژ ماشينهاي الكتريكي كه معمولاً ناشي از عدم توزيع يكنواخت سيم پيچ هاي اين ماشينها و وجود شيارها مي باشد .

ـ يكنواخت نبودن رلوكتانس فاصله هوائي بين دو قطب در ماشين سنكرون .

 ـ اعوجاج شار مغناطيسي ناشي از تغييرات نا گهاني بار در ماشين سنكرون .

ـ توزيع غير سينوسي شار مغناطيسي در فاصله هوائي ماشين سنكرون .

ـ جريان مغناطيس كنندگي ترانسفور ماتورها .

ـ ‌وجود بارهاي غير خطي نظير دستگاههاي جوش كاري ،‌كوره هاي الكتريكي و غيره .

منابع وابسته به عناصر نيمه هادي عبارتند از :

ـ تجهيزات كنترلي موتورها مانند كنترل كننده هاي سرعت براي سيستم هاي حمل ونقل برقي .

ـ سيستم انتقال انرژي جريان مستقيم ( HVDC ) .

ـ برقراري ارتباط بين دو نيروگاه بادي و خورشيدي و سيستم توزيع .

ـ كنترل كننده هاي ولتاژ ساكن ( SVC ) كه بطور گسترده به عنوان منبع توان راكتيو جايگزين كندانسورهاي سنكرون شده اند.

ـ وسايل نقليه الكتريكي كه با استفاده گسترده از آنها مقدار قابل توجهي انرژي براي شارژ كردن باطريها لازم مي باشد.

ـ مبدلهاي فركانسي كه در ماشين هايي كه سرعت كم وگشتاور بالا دارند كاربرد فراوان دارند.

ـ عناصر حرارتي كوره هاي بزرگ كه به روش PBM  كنترل مي شوند .

 

ـ آثـار  هارمونيكهـا :

برخي از آثار سوء هارمونيكها در شبكه قدرت كه ناكنون گزارش شده اند به قرار زير مي باشند :

ـ خرابي بانك خازني بدليل شكست عايقي يا افزايش بيش از حد توان راكتيو .

ـ‌ تداخل با سيستم هاي كنترل اعوجاج و PLC  و در نتيجه عدم كاركرد صحيح اين سيستم ها كه وظيفه انجام اعمالي چون كليد زني از راه دور ، كنترل بار واندازه گيري را بر عهده دارند.

ـ تلفات اضافي و ايجاد حرارت زياد در ماشينهاي سنكرون و القائي .

ـ اضافه ولتاژها و جريانهاي اضافي در سيستم كه ناشي از تشديد ولتاژها و جريانهاي هارمونيكي در شبكه هستند .

ـ شكست عايقي در كابل ها به خاطر اضافه ولتاژهاي هارمونيكي در سيستم .

ـ تداخل با سيستم هاي مخابراتي . 

ـ خطا در دستگاههاي اندازه گيري الكتريكي كه به روش القا كار مي كنند.

ـ عملكرد اشتباه رله ها ، بخصوص در سيستم هاي استاتيكي و ميكرو پروسسوري .

ـ تداخل در سيستم هاي كنترل موتوري بزرگ و سيستم هاي تحريك در نيروگاهها .

ـ نوسانات مكانيكي در ماشينهاي سنكرون و القائي .

ـ عملكرد نا پايدار مدارهاي آتش بخصوص مدارهائي كه بر اساس تشخيص نقطه صفر ولتاژ عمل مي كنند.

 ـ منابع عمده توليد هارمونيك در شبكه قدرت ايران  :

در كشور ما صنايع عظيم و فعالي وجود دارند كه داراي منابع بزرگ هارمونيكي هستند . در زير به چند نمونه از آنها اشاره خواهيم كرد :

ـ‌ مجتمع هاي فولاد و صنايع ذوب آهن نظير نورد اهواز، ذوب آهن اصفهان و . . . از كوره هاي عظيم قوس الكتريكي استفاده مي كنند كه در كنار اين كوره ها از SVC   براي تامين توان راكتيو مورد نياز جهت بهبود ضريب توان آنها استفاده مي شود . در قسمتهاي ديگر اين مراكز صنعتي انواع و اقسام موتورهاي AC   و DC در حال كار مي باشند و در كنارآنها نيز كنترل كننده هاي مربوطه در حال انجام وظيفه خود و در نتيجه تزريق هارمونيك در شبكه مي باشند.

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.