پایان نامه 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 الکتریکی (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 - کاغذهای عایق20

ب - روغن عایق20

ج - بوشینکهای عایق20

5-8-1 وسایل حفاظتی21

الف – رله بوخهلتس21

ب – رله کنترل 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 هارمونیکی جریان مغناطیس کننده 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 تحریک33

7-2 پدیده تحریک در ترانسفورماتورها33

8-2 تعریف و مفهوم هارمونیک ها36

1-8-2 هارمونیک ها36

2-8-2 هارمونیک های میانی37

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

10-2 واکنشهای فرکانسی AC-DC37

11-2 چگونگی ایجاد ناپایداری39

12-2 تحلیل ناپایداری40

13-2 کنترل ناپایداری41

14-2 جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتور42

1-14-2 عناصر قابل اشباع42

2-14-2 وسایل فرومغناطیسی43

فصل سوم : تأثیر هارمونیکهای جریان ولتاژ روی ترانسفورماتورهای قدرت 46

1-3 مقدمه47

2-3 مروری بر تعاریف اساسی47

3-3 اعوجاج هارمونیکها در نمونه هایی از شبکه49

4-3 اثرات هارمونیک ها51

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 جریان54

7-3 عیوب هارمونیکها در ترانسفورماتور54

1-7-3 هارمونیکهای جریان54

1) اثر بر تلفات اهمی54

2) تداخل الکترومغناطیسی با مدارهای مخابراتی54

3) تأثیر بر روی تلفات هسته55

2-7-3 هارمونیک های ولتاژ55

1) تنش ولتاژ روی عایق55

2) تداخل الکترواستاتیکی در مدارهای مخابراتی55

3) ولتاژ تشدید بزرگ56

8-3 حذف هارمونیکها56

1) چگالی شار کمتر56

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 هارمونیک ها58

10-3 چگونگی تعیین هارمونیکها59

11-3 اثرات هارمونیکهای 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 عملکرد هارمونیک ها در ترانسفورماتورهای قدرت 63

1-4 مقدمه64

2-4- پدیده هارمونیک 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 Y_y ستاره با نقطه خنثی72

5-4 اتصال Dy72

6-4 اتصال yd73

7-4 اتصال Dd74

8-4 هارمونیک های سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز74

9-4 سیم پیچ ثالثیه یا پایدارکننده76

10-4 تلفات هارمونیک 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 کاهش ظرفیت ترانسفورماتور79

فصل پنجم: جبران کننده های استاتیک80

1-5 مقدمه81

2-5 راکتور کنترل شده با تریستور TCR81

1-2-5 ترکیب TCR و خازنهای ثابت موازی87

3-5 راکتور اشباع شدهSCR88

1-3-5 شیب مشخصه ولتاژ89

نتیجه گیری 91

منابع و مآخذ92

چکیده به زبان انگلیسی94

فهرست تصاویر

 فصل اول6

شکل1-1: نمایش خطوط شار8

شکل2-1: شمای کلی ترانسفورماتور9

شکل3-1: رابطه فوران و نیروی محرکه مغناطیسی11

شکل4-1: نمایش منحنی های هیستر زیس15

شکل5-1: نمایش بوشیگ های عایق20

شکل6-1: یک نمونه رله22

شکل7-1: رله کنترل درجه حرارت سیم پیچ ها23

شکل8-1: ظرف سیلی کاژل23

شکل9-1: شمای کلی یک ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر24

شکل10-1: نمایش پیچ ارت25

فصل دوم26

شکل1-2: نمایش شدت جریان در هسته چنبره شکل28

شکل2-2: منحنی مغناطیس شوندگی29

شکل3-2: منحنی مغناطیس شوندگی29

شکل4-2: منحنی های هیستر زیس31

شکل5-2: حلقه های ایستا و پویا32

شکل6-2: شکل موج جریان مغناطیس کننده34

شکل7-2: شکل موج جریان تحریک با پسماند35

شکل8-2: شکل موج شار برای جریان مغناطیس کننده سینوسی36

شکل9-2: نمایش هارمونیک های توالی مثبت و منفی38

شکل10-2: ترکیبdc توالی منفی تولید شده توسط مبدلHVDC39

شکل11-2: نمایش امپدانس هایAC,DC در روش سیستم حوزه فرکانس40

شکل12-2: مقایسه حالات مختلف اشباع41

شکل13-2: مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور42

شکل14-2: جریان مغناطیس کننده ترانس و محتوای هارمونیکی آن43

شکل15-2: مدار معادلT برای یک ترانسفورماتور44

شکل16-2: منحنی شار مغناطیسی برحسب جریان ترانسفورماتور44

شکل17-2: نمونه شکل موج جریان مغناطیسی برای یک ترانسفورماتور44

فصل سوم 46

شکل1-3: مولدهای هارمونی جریان47

شکل2-3: هارمونیک پنجم با ضریب3548

شکل3-3: طیف هارمونیک ها50

شکل4-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی50

شکل5-3: طیف هارمونیک ها50

شکل6-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی50

شکل7-3: مسیر هارمونیکی جریان در سیستم بدون خازن52

شکل8-3: مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن53

شکل9-3: تداخل الکترو استاتیکی با مدارهای مغناطیسی55

شکل10-3: ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیک سوم56

شکل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیک های مضرب358

شکل12-3: طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیک ها58

شکل13-3: مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور60

شکل14-3: توزیع ولتاژ در طول یک سیم پیچ61

فصل چهارم63

شکل1-4: نمودار برداری ولتاژهای مؤلفه اصلی، سوم، پنجم و هفتم65

شکل2-4: نمودار برداری ولتاژهای اصلی، هارمونیک پنجم وهفتم66

شکل3-4: نمایش نیروی محرکه الکتریکیemf اتصال ستاره در هر لحظه66

شکل4-4:نمایش هارمونیک های سوم در اتصال مثلث66

شکل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثی70

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

نوع هسته ای 71

شکل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار75

شکل8-4: سیم پیچ سومین (ثالثیه77

فصل پنجم80

شکل1-5: ساختمان شماتیکTCR81

شکل2-5: منحنی تغییرات بر حسب زاویه هدایت و زاویه آتش83

شکل3-5: مشخصه ولتاژ- جریانTCR84

شکل4-5: یک نمونه صافی با استفاده ازL.C85

شکل5-5: حذف هارمونیک سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره86

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- جریانSR88

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

شکل10-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR با خازن اصلاح شیب89

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 شیب90

فهرست جداول

 فصل دوم

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