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 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

فهرست مطالب

مقدمه1

فصل اول: شناخت ترانسفورماتور6

1-1 مقدمه7

2-1 تعریف ترانسفورماتور7

3-1 اصول اولیه7

4-1 القاء متقابل7

5-1 اصول کار ترانسفورماتور9

6-1 مشخصات اسمی ترانسفورماتور12

1-6-1 قدرت اسمی12

2-6-1 ولتاژ اسمی اولیه12

3-6-1 جریان اسمی12

4-6-1 فرکانس اسمی12

5-6-1 نسبت تبدیل اسمی13

7-1 تعیین تلفات در ترانسفورماتورها13

1-7-1 تلفات آهنی13

2-7-1 تلفات فوکو در هسته13

3-7-1 تلفات هیسترزیس14

4-7-1 مقدار تلفات هیسترزیس16

5-7-1 تلفات مس16

8-1 ساختمان ترانسفورماتور17

1-8-1 مدار مغناطیسی (هسته17

2-8-1 مدار الكتریكی (سیم پیچها17

1-2-8-1 تپ چنجر18

2-2-8-1 انواع تپ چنجر18

3-8-1 مخزن روغن19

مخزن انبساط19

4-8-1 مواد عایق19

الف - كاغذهای عایق20

ب - روغن عایق20

ج - بوشینكهای عایق20

5-8-1 وسایل حفاظتی21

الف – رله بوخهلتس21

ب – رله كنترل درجه حرارت سیم پیچ22

ج – ظرفیت سیلی گاژل23

9-1 جرقه گیر24

1-10 پیچ ارت24

فصل دوم: بررسی بین منحنی B-H و آنالیز هارمونیكی جریان مغناطیس كننده 26

1-2 مقدمه27

2-2 منحنی مغناطیس شوندگی27

3-2 پس ماند (هیسترزیس30

4-2 تلفات پس ماند (تلفات هیسترزیس32

5-2 تلفات هسته32

6-2 جریان تحریك33

7-2 پدیده تحریك در ترانسفورماتورها33

8-2 تعریف و مفهوم هارمونیك ها36

1-8-2 هارمونیك ها36

2-8-2 هارمونیك های میانی37

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

10-2 واكنشهای فركانسی AC-DC37

11-2 چگونگی ایجاد ناپایداری39

12-2 تحلیل ناپایداری40

13-2 كنترل ناپایداری41

14-2 جریان مغناطیس كننده ترانسفورماتور42

1-14-2 عناصر قابل اشباع42

2-14-2 وسایل فرومغناطیسی43

فصل سوم : تأثیر هارمونیكهای جریان ولتاژ روی ترانسفورماتورهای قدرت 46

1-3 مقدمه47

2-3 مروری بر تعاریف اساسی47

3-3 اعوجاج هارمونیكها در نمونه هایی از شبكه49

4-3 اثرات هارمونیك ها51

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

1-5-3 توزیع هارمونیكهای جریان در یك سیستم قدرت بدون خازن 52

2-5-3 توزیع هارمونیكهای جریان در یك سیستم پس از نصب خازن 52

6-3 رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونیكهای جریان54

7-3 عیوب هارمونیكها در ترانسفورماتور54

1-7-3 هارمونیكهای جریان54

1) اثر بر تلفات اهمی54

2) تداخل الكترومغناطیسی با مدارهای مخابراتی54

3) تأثیر بر روی تلفات هسته55

2-7-3 هارمونیك های ولتاژ55

1) تنش ولتاژ روی عایق55

2) تداخل الكترواستاتیكی در مدارهای مخابراتی55

3) ولتاژ تشدید بزرگ56

8-3 حذف هارمونیكها56

1) چگالی شار كمتر56

2) نوع اتصال57

3) اتصال مثلث سیم پیچی اولیه یا ثانویه57

4) استفاده از سیم پیچ سومین57

5) ترانسفورماتور ستاره – مثلث زمین57

9-3 طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیك ها58

10-3 چگونگی تعیین هارمونیكها59

11-3 اثرات هارمونیكهای جریان مرتبه بالا روی ترانسفورماتور 59

12-3 مفاهیم تئوری60

1-12-3 مدل سازی60

13- 3 نتایج عمل61

14-3 راه حل ها62

15-3 نتیجه گیری نهایی62

فصل چهارم: بررسی عملكرد هارمونیك ها در ترانسفورماتورهای قدرت 63

1-4 مقدمه64

2-4- پدیده هارمونیك در ترانسفورماتور سه فاز64

3-4 اتصال ستاره68

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 Yy ستاره با نقطه خنثی72

5-4 اتصال Dy72

6-4 اتصال yd73

7-4 اتصال Dd74

8-4 هارمونیك های سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز74

9-4 سیم پیچ ثالثیه یا پایداركننده76

10-4 تلفات هارمونیك در ترانسفورماتور77

1-10-4 تلفات جریان گردابی در هادی های ترانسفورماتور77

2-10-4 تلفات هیسترزیس هسته77

3-10-4 تلفات جریان گردابی در هسته78

4-10-4 كاهش ظرفیت ترانسفورماتور79

فصل پنجم: جبران كننده های استاتیك80

1-5 مقدمه81

2-5 راكتور كنترل شده با تریستور TCR81

1-2-5 تركیب TCR و خازنهای ثابت موازی87

3-5 راكتور اشباع شدهSCR88

1-3-5 شیب مشخصه ولتاژ89

نتیجه گیری 91

منابع و مآخذ92

چكیده به زبان انگلیسی94

فهرست تصاویر

 فصل اول6

شكل1-1: نمایش خطوط شار8

شكل2-1: شمای كلی ترانسفورماتور9

شكل3-1: رابطه فوران و نیروی محركه مغناطیسی11

شكل4-1: نمایش منحنی های هیستر زیس15

شكل5-1: نمایش بوشیگ های عایق20

شكل6-1: یك نمونه رله22

شكل7-1: رله كنترل درجه حرارت سیم پیچ ها23

شكل8-1: ظرف سیلی كاژل23

شكل9-1: شمای كلی یك ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر24

شكل10-1: نمایش پیچ ارت25

فصل دوم26

شكل1-2: نمایش شدت جریان در هسته چنبره شكل28

شكل2-2: منحنی مغناطیس شوندگی29

شكل3-2: منحنی مغناطیس شوندگی29

شكل4-2: منحنی های هیستر زیس31

شكل5-2: حلقه های ایستا و پویا32

شكل6-2: شكل موج جریان مغناطیس كننده34

شكل7-2: شكل موج جریان تحریك با پسماند35

شكل8-2: شكل موج شار برای جریان مغناطیس كننده سینوسی36

شكل9-2: نمایش هارمونیك های توالی مثبت و منفی38

شكل10-2: تركیبdc توالی منفی تولید شده توسط مبدلHVDC39

شكل11-2: نمایش امپدانس هایAC,DC در روش سیستم حوزه فركانس40

شكل12-2: مقایسه حالات مختلف اشباع41

شكل13-2: مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور42

شكل14-2: جریان مغناطیس كننده ترانس و محتوای هارمونیكی آن43

شكل15-2: مدار معادلT برای یك ترانسفورماتور44

شكل16-2: منحنی شار مغناطیسی برحسب جریان ترانسفورماتور44

شكل17-2: نمونه شكل موج جریان مغناطیسی برای یك ترانسفورماتور44

فصل سوم 46

شكل1-3: مولدهای هارمونی جریان47

شكل2-3: هارمونیك پنجم با ضریب3548

شكل3-3: طیف هارمونیك ها50

شكل4-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی50

شكل5-3: طیف هارمونیك ها50

شكل6-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی50

شكل7-3: مسیر هارمونیكی جریان در سیستم بدون خازن52

شكل8-3: مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن53

شكل9-3: تداخل الكترو استاتیكی با مدارهای مغناطیسی55

شكل10-3: ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیك سوم56

شكل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیك های مضرب358

شكل12-3: طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیك ها58

شكل13-3: مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور60

شكل14-3: توزیع ولتاژ در طول یك سیم پیچ61

فصل چهارم63

شكل1-4: نمودار برداری ولتاژهای مؤلفه اصلی، سوم، پنجم و هفتم65

شكل2-4: نمودار برداری ولتاژهای اصلی، هارمونیك پنجم وهفتم66

شكل3-4: نمایش نیروی محركه الكتریكیemf اتصال ستاره در هر لحظه66

شكل4-4:نمایش هارمونیك های سوم در اتصال مثلث66

شكل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثی70

شكل6-4: مسیر پارهای هارمونیك سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهای سه فاز

نوع هسته ای 71

شكل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار75

شكل8-4: سیم پیچ سومین (ثالثیه77

فصل پنجم80

شكل1-5: ساختمان شماتیكTCR81

شكل2-5: منحنی تغییرات بر حسب زاویه هدایت و زاویه آتش83

شكل3-5: مشخصه ولتاژ- جریانTCR84

شكل4-5: یك نمونه صافی با استفاده ازL.C85

شكل5-5: حذف هارمونیك سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره86

شكل6-5: حدف هارمونیك های پنجم وهفتم با استفاده از مدار TCR با اتصال ستاره.. 86

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

شكل8-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR88

شكل9-5: حذف هارمونیك های شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شدهSR..... 88

شكل10-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR با خازن اصلاح شیب89

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

شكل 12-5: منحنی مشخصه ولتاژ – جریان SR با خازن اصلاح شیب90

فهرست جداول

 فصل دوم

جدول1-2: مقادیر هارمونیك ها در جریان مغناطیسی یك ترانسفورماتور 45