بررسی اثرات هارمونیک های ولتاژ و جریان بر روی ترانسفورماتورهای قدرت (آپدیت شده)

برق، الکترونیک، مخابرات
دانلود پایان نامه مهندسی برق قدرت بررسی اثرات هارمونیک های ولتاژ و جریان بر روی ترانسفورماتورهای قدرت (بصورت جامع و کامل در قالب 135 صفحه) چكیده : در این پایان نامه (پژوهش) به مطالعه ارتباط بین منحنی مغناطیس شوندگی هسته ترانسفور ماتور و ناپایداریهای هارمونیکی ناشی از آن می پردازیم انواع هارمونیک های ولتاژ و جریان و اثرات آنها را بر روی سیستم های قدرت ، در حالات مختلف مورد بررسی قرار می دهیم. 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 : هارمونیک های ولتاژ هارمونیک های جریان ترانسفورماتورهای قدرت ناپایداری هارمونیکی هسته ترانسفورماتور این پروژه شامل پنج فصل است كه : فصل اول :در موردشناخت ترانسفورماتور و آشنایی كلی با اصول اولیه ترانسفورماتور اصول كار و مشخصات اسمی ترانسفورماتور و چگونگی تعیین تلفات در ترانسفورماتور و ساختمان ووسایل حفاظتی بكار رفته در ترانسفورماتور بحث می كند . فصل دوم :در مورد رابطه بین B – H و منحنی مغناطیس شوندگی تلفات پس ماند هسته جریان تحریكی در ترانسفورماتورها و ناپایداری هارمونیكی مرتبط با هسته و چگونگی ایجاد ناپایداری كنترل ناپایداری و آنالیز هارمونیكی جریان مغناطیس كننده و عناصر اشباع را مورد بررسی قرار می دهد . فصل سوم :در این فصل با هارمونیكهای جریان ولتاژ اثرات آنها و هارمونیكهای جریان در یك سیستم خازن و یك سیستم پس از نصب خازن و عیوب هارمونیكهای جریان و هارمونیكهای ولتاژ و چگونگی تعیین آنها را مورد بررسی قرار می دهد . فصل چهارم : دراین فصل به بررسی عملكرد هارمونیك در ترانسفورماتور می پردازیم و انواع آن در اتصالات ترانس را مورد بررسی قرار می دهیم و هارمونیك سوم در ترانسفورماتور و ایجاد سیم پیچ ثالثیه یا پایداركننده برای حذف هارمونیك و همچنین تلفات هارمونیكها 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 كننده های استاتیك بعنوان كامل ترین جبران كننده ها مطرح هستند. فهرست مطالب 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 الكتریكی (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 - كاغذهای عایق 20 ب - روغن عایق 20 ج - بوشینكهای عایق 20 5-8-1 وسایل حفاظتی 21 الف – رله بوخهلتس 21 ب – رله كنترل 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 هارمونیكی جریان مغناطیس كننده 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 تحریك 33 7-2 پدیده تحریك در ترانسفورماتورها 33 8-2 تعریف و مفهوم هارمونیك ها 36 1-8-2 هارمونیك ها 36 2-8-2 هارمونیك های میانی 37 9-2 ناپایداری هارمونیكی مرتبط با هسته ترانس در سیستمهای AC-DC 37 10-2 واكنشهای فركانسی AC-DC 37 11-2 چگونگی ایجاد ناپایداری 39 12-2 تحلیل ناپایداری 40 13-2 كنترل ناپایداری 41 14-2 جریان مغناطیس كننده ترانسفورماتور 42 1-14-2 عناصر قابل اشباع 42 2-14-2 وسایل فرومغناطیسی 43 فصل سوم : تأثیر هارمونیكهای جریان ولتاژ روی ترانسفورماتورهای قدرت 46 1-3 مقدمه 47 2-3 مروری بر تعاریف اساسی 47 3-3 اعوجاج هارمونیكها در نمونه هایی از شبكه 49 4-3 اثرات هارمونیك ها 51 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 جریان 54 7-3 عیوب هارمونیكها در ترانسفورماتور 54 1-7-3 هارمونیكهای جریان 54 1) اثر بر تلفات اهمی 54 2) تداخل الكترومغناطیسی با مدارهای مخابراتی 54 3) تأثیر بر روی تلفات هسته 55 2-7-3 هارمونیك های ولتاژ 55 1) تنش ولتاژ روی عایق 55 2) تداخل الكترواستاتیكی در مدارهای مخابراتی 55 3) ولتاژ تشدید بزرگ 56 8-3 حذف هارمونیكها 56 1) چگالی شار كمتر 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 هارمونیك ها 58 10-3 چگونگی تعیین هارمونیكها 59 11-3 اثرات هارمونیكهای 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 عملكرد هارمونیك ها در ترانسفورماتورهای قدرت 63 1-4 مقدمه 64 2-4- پدیده هارمونیك 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 Yy ستاره با نقطه خنثی 72 5-4 اتصال Dy 72 6-4 اتصال yd 73 7-4 اتصال Dd 74 8-4 هارمونیك های سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز 74 9-4 سیم پیچ ثالثیه یا پایداركننده 76 10-4 تلفات هارمونیك 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 كاهش ظرفیت ترانسفورماتور 79 فصل پنجم: جبران كننده های استاتیك 95 1-5 مقدمه 97 2-5 راكتور كنترل شده با تریستور TCR 105 1-2-5 تركیب TCR و خازنهای ثابت موازی 110 3-5 راكتور اشباع شدهSCR 108 1-3-5 شیب مشخصه ولتاژ 115 نتیجه گیری 125 منابع و مآخذ 127 چكیده به زبان انگلیسی 130 فهرست تصاویر فصل اول 6 شكل1-1: نمایش خطوط شار 8 شكل2-1: شمای كلی ترانسفورماتور 9 شكل3-1: رابطه فوران و نیروی محركه مغناطیسی 11 شكل4-1: نمایش منحنی های هیستر زیس 15 شكل5-1: نمایش بوشیگ های عایق 20 شكل6-1: یك نمونه رله 22 شكل7-1: رله كنترل درجه حرارت سیم پیچ ها 23 شكل8-1: ظرف سیلی كاژل 23 شكل9-1: شمای كلی یك ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر 24 شكل10-1: نمایش پیچ ارت 25 فصل دوم 26 شكل1-2: نمایش شدت جریان در هسته چنبره شكل 28 شكل2-2: منحنی مغناطیس شوندگی 29 شكل3-2: منحنی مغناطیس شوندگی 29 شكل4-2: منحنی های هیستر زیس 31 شكل5-2: حلقه های ایستا و پویا 32 شكل6-2: شكل موج جریان مغناطیس كننده 34 شكل7-2: شكل موج جریان تحریك با پسماند 35 شكل8-2: شكل موج شار برای جریان مغناطیس كننده سینوسی 36 شكل9-2: نمایش هارمونیك های توالی مثبت و منفی 38 شكل10-2: تركیبdc توالی منفی تولید شده توسط مبدلHVDC 39 شكل11-2: نمایش امپدانس هایAC,DC در روش سیستم حوزه فركانس 40 شكل12-2: مقایسه حالات مختلف اشباع 41 شكل13-2: مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور 42 شكل14-2: جریان مغناطیس كننده ترانس و محتوای هارمونیكی آن 43 شكل15-2: مدار معادلT برای یك ترانسفورماتور 44 شكل16-2: منحنی شار مغناطیسی برحسب جریان ترانسفورماتور 44 شكل17-2: نمونه شكل موج جریان مغناطیسی برای یك ترانسفورماتور 44 جدول1-2: مقادیر هارمونیك ها در جریان مغناطیسی یك ترانسفورماتور 45 فصل سوم 46 شكل1-3: مولدهای هارمونی جریان 47 شكل2-3: هارمونیك پنجم با ضریب35% 48 شكل3-3: طیف هارمونیك ها 50 شكل4-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی 50 شكل5-3: طیف هارمونیك ها 50 شكل6-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی 50 شكل7-3: مسیر هارمونیكی جریان در سیستم بدون خازن 52 شكل8-3: مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن 53 شكل9-3: تداخل الكترو استاتیكی با مدارهای مغناطیسی 55 شكل10-3: ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیك سوم 56 شكل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیك های مضرب3 58 شكل12-3: طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیك ها 58 شكل13-3: مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور 60 شكل14-3: توزیع ولتاژ در طول یك سیم پیچ 61 فصل چهارم 63 شكل1-4: نمودار برداری ولتاژهای مؤلفه اصلی، سوم، پنجم و هفتم 65 شكل2-4: نمودار برداری ولتاژهای اصلی، هارمونیك پنجم وهفتم 66 شكل3-4: نمایش نیروی محركه الكتریكیemf اتصال ستاره در هر لحظه 66 شكل4-4:نمایش هارمونیك های سوم در اتصال مثلث 66 شكل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثی 70 شكل6-4: مسیر پارهای هارمونیك سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهای سه فاز نوع هسته ای 71 شكل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار 75 شكل8-4: سیم پیچ سومین (ثالثیه) 77 فصل پنجم 80 شكل1-5: ساختمان شماتیكTCR 81 شكل2-5: منحنی تغییرات بر حسب زاویه هدایت و زاویه آتش 83 شكل3-5: مشخصه ولتاژ- جریانTCR 84 شكل4-5: یك نمونه صافی با استفاده ازL.C 85 شكل5-5: حذف هارمونیك سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره 86 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- جریانSR 88 شكل9-5: حذف هارمونیك های شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شدهSR 88 شكل10-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR با خازن اصلاح شیب 89 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 شیب 90