بررسی طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت

بررسی طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3.459 مگا بایت
تعداد صفحات	151

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

چکیده :

توسعه شبکه های قدرت نوسانات خود به خودی با فرکانس کم را، در سیستم به همراه داشته است. بروز اغتشاش هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم می شود. در حالت عادی این نوسانات بسرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمی رود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم ممکن است این نوسانات برای مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها نیز افزایش یابد. امروزه جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم، در اغلب شبکه های قدرت پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) به کار گرفته می شود.

این پایدار کننده ها بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایتِ سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند. بنابراین ممکن است با تغییر پارامترها و یا تغیر نقطه کار شبکه، پایداری سیستم در نقطه کار جدید تهدید شود.

موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترهای بر پایداری
سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پایدار کردن
مجموعه ای از مدلهای سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

فصل اول

1-1- پیشگفتار:

افزایش روز افزون مصرف انرژی الکتریکی، توسعه سیستم های قدرت را بدنبال داشته است بطوریکه امروزه برخی از سیستم های قدرت در جغرافیایی به وسعت یک قاره گسترده شده اند. به موازات این توسعه که با مزایای متعددی همراه است، در شاخه دینامیک سیستم های قدرت نیز مانند سایر شاخه ها مسائل جدیدی مطرح شده است. از جمله این مسائل می توان به پدیده نوسانات با فرکانس کم، تشدید زیر سنکرون (SSR)، و سقوط ولتاژ اشاره کرد.

پدیده نوسانات با فرکانس کم در این میان از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در بحث پایداری دینامیکی سیستم های قدرت مورد توجه قرار می گیرد. بروز
اغتشاش های مختلف در شبکه، انحراف سیستم از نقطه تعادل پایدار را به دنبال دارد، در چنین وضعیتی به شرط اینکه سنکرونیزم شبکه از دست نرود، سیستم با نوسانات فرکانس کم به نقطه تعادل جدید نزدیک می شود. هنگامی که یک ژنراتور به تنهایی کار می کند، نوسانات با فرکانس کم به دلیل میرایی ذاتی به شکل نسبتاً قابل قبولی میرا می شوند. اما کاربرد برخی از المان ها مانند تحریک کننده های سریع، با اثر دینامیک قسمت های مختلف شبکه ممکن است باعث تزریق میرایی منفی به شبکه شود، به طوریکه نوسانات فرکانس کم شبکه به شکل مطلوبی میرا نشده و یا حتی از میرایی منفی برخوردار شوند. بدیهی است افزایش میرایی مودهای الکترومکانیکی سیستم در چنین وضعیتی می تواند به عنوان یک راه حل مورد استفاده قرار گیرد. بر این اساس پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایت طراحی شده و در محدوده وسیعی به کار گرفته می شوند. از دید تئوری کنترل، پایدار کننده های فوق در واقع یک کنترل کننده کلاسیک با تقدیم فاز[1] می باشد که بر اساس مدل خطی سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند.

همراه با پیشرفت های چشمگیری در تئوری سیستم ها و کنترل، روش های جدید برای طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت ارائه شده است، که به عنوان نمونه می توان به کنترل کنده های طرح شده بر اساس تئوری های کنترل تطبیقی، کنترل مقاوم، شبکه های عصبی مصنوعی و کنترل فازی اشاره کرد [5-1]. در همه این روش ها سعی بر اینست که نقایص موجود در طراحی کلاسیک مرتفع شده به طوریکه کنترل کننده به شکل موثرتری بر پایداری سیستم و بهبود میرایی نوسانات اثر گذارد.

روش های کنترل مقاوم، که در این پایان نامه مورد توجه است به شکل جدی از اوایل دهه هشتاد (1980) مطرح شد و خود به شاخه های متعددی تقسیم می شود. قبل از هر توضیحی درباره کنترل مقاوم نخست به بیان مفهوم عدم قطعیت در مدل
می پردازیم. در کنترل کلاسیک طراحی بر اساس مدل مشخصی از سیستم صورت
می گیرد. مدل سیستم تنها یک تقریب از دینامیک های واقعی سیستم است. حذف دینامیک های سریع به منظور ساده سازی، تغییر مقادیر پارامترهای مدل به دلایل مختلف از منابع ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم ها می باشد. بنابراین بدلیل وجود چنین عدم قطعیت هایی در مدلسازی ، اهداف مورد نظر طراح ممکن است توسط کنترل کننده های طرح شده بر اساس مدل تحقق نیابند.

به منظور رفع این مشکل در کنترل مقاوم بر اینستکه عدم قطعیت های حائز اهمیت موجود در مدل، در طراحی کنترل کننده لحاظ شوند. معمولاً مدلسازی عدم قطعیت در اکثر شاخه های کنترل مقاوم خانواده ای از سیستم ها را بوجود می آورد، حال کنترل کننده مقاوم بایستی چنان طرح شود که برای هر یک از اعضاء این خانواده اهداف مورد نظر در طراحی برآورده شود.

موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترها بر پایداری
سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پاردار کردن مجموعه ای از مدل های سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

1-2- رئوس مطالب :

بخش بعدی این فصل به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه طراحی پایدار
کننده های مقاوم سیستم های قدرت اختصاص داده شده است.

در فصل دوم نخست به بیان مفاهیم اساسی در پایداری دینامیکی، و تشریح پدیده نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت پرداخته می شود. مدلسازی سیستم تک ماشینه به منظور مطالعه پدیده نوسانات با فرکانس کم، و روش طراحی PSS به کمک این مدل در قسمت های بعدی این فصل صورت می گیرد. در بخش آخر فصل نیز مدلسازی سیستم های قدرت چند ماشینه و نکات مربوط به آن مورد بررسی قرار می گیرد.

در فصل سوم ابتدا صورت مسئله کنترل مقاوم به طور کامل تشریح می شود. سپس به تاریخچه کنترل مقاوم و سیر پیشرفت برخی از شاخه ای آن پرداخته می شود. در پایان فصل طی دو بخش جداگانه به توضیح روش های - Pick Nevanlinna و Kharitonov که در ادامه مورد استفاده قرار می گیرند، می پردازیم.

طراحی کنترل کننده مقاوم با استفاده از روش - Pick Kharitonov برای سیستم قدرت تکماشینه و نقد و بررسی یک مقاله در این زمینه در ابتدای فصل چهارم (بخش (4-2)) صورت می گیرد. در بخش (4-3) پس از بدست آوردن معادلات فضای حالت برای سیستم های قدرت چند ماشینه، به بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم سه ماشینه در نقاط کار مختلف و طراحی PSS در یک نقطه کار ناپایدار می پردازیم. در بخش (4-4) اثر تغییر پارامترها بر پایداری این سیستم مطالعه شده و روش Kharitonov جهت طراحی پایدار کننده های مقاوم مورد استفاده قرار می گیرد. در بخش (4-5) به ارائه یک روش جدید که با الهام از روش Kharitonov شکل گرفته است، می پردازیم. سپس این روش به منظور طراحی یک کنترل کننده مقاوم که در محدوده وسیعی از تغییر شرایط نقطه کار پایداری سیستم را تضمین می کند، به کار گرفته می شود.

در فصل پنجم ابتدا روش فوق در حل مسئله تداخل PSS ها مورد استفاده قرار
می گیرد. سپس به طراحی کنترل کننده های فیدبک حالت بهینه بر اساس مجموعه ای از مدلهای سیستم، و پاره ای نکات در این زمینه می پردازیم.

فصل ششم نیز به یک جمع بندی کلی از پایان نامه و بیان نتایج اختصاص داده شده است.

1-3- تاریخچه

بررسی همه کارهای انجام شده در جهت بهبود پایداری دینامیکی سیستم های قدرت حتی به صورت مختصر، به دلیل مطالعات و تحقیقات متعددی که در این زمینه صورت گرفته است، گزارش مفصلی را طلب می کند.در این زیر بخش ضمن اشاره مختصر به شاخه های مهم تحقیق، کارهای انجام شده بر اساس شاخه کنترل مقاوم را مرور خواهیم کرد.

با بروز نا پایداری دینامیکی در سیستم های قدرت تحقیقات گسترده ای در این زمینه آغاز شد. مفاهیم اساسی پایداری دینامیکی برای ژنراتور سنکرون متصل به شین بینهایت، اولین بار توسط Demello و Concordia به شیوه ای زیبا در سال 1969 بیان شد [6]. در این مقاله با معرفی مفاهیم گشتاورهای سنکرون کننده و میرا کننده اثر پارامترهای مختلف سیستم و شرایط نقطه کار بر پایداری دینامیکی ماشین سنکرون تشریح شده، و بدنبال آن با استفاده از تئوری جبران فاز به طراحی PSS پرداخته شد. به دلیل اهمیت این مطالب در فصل دوم، به طور مفصل به بررسی پایداری دینامیکی سیستم های قدرت خواهیم پرداخت.

در مرجع [7] اثر دینامیک ماشین های سنکرون یک سیستم قدرت چند ماشینه بر پایداری دینامیکی ماشین i ام این شبکه بررسی شده است. حاصل این مطالعه چند توصیه مفید در طراحی PSS برای ماشین های سنکرون در سیستم های چند ماشینه می باشد.

همچنین از آنجایی که پایدار کننده های سیستم قدرت بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایت طراحی می شود، هماهنگ سازی این پایدار کننده ها در سیستم های قدرت چند ماشینه اجتناب ناپذیر است. بدین منظور روش های مختلفی (مانند
روش های طراحی ترتیبی و افزایش پهنای باند PSS‌ها) در جهت هماهنگ سازی PSS ها ارائه شده است. [13-8] .

از دیگر مسائل مورد مطالعه در زمینه پایداری دینامیکی سیستم های قدرت، تعیین بهترین محل برای نصب PSS در شبکه های بزرگ به منظور بهبود میرایی یک مود خاص شبکه می باشد. این موضوع که هم اکنون نیز در رأس تحقیقات قرار دارد در مراجع [8 و 14] مورد بررسی قرار گرفته است .

همگام با توسعه تئوری های کنترل روش های پایدار سازی سیستم های قدرت نیز بهبود یافت. از اوائل دهه 1970 کاربرد کنترل بهینه در بهبود پایداری دینامیکی به طور چشمگیری افزایش یافت. در مرجع [1] روش طراحی پایدار کننده با استفاده از تئوری کنترل بهینه به سیستم های قدرت چند ماشینه می باشد.

اگر چه استفاده از روش های کنترل بهینه[2] مورد استقبال فراوان محققان دانشگاهی قرار گرفت و مقالات متعددی در جهت توسعه این روشها در پایدار سازی سیستم های قدرت انتشار یافت، اما هرگز به شکل جدی در صنعت برق مطرح نشد. گذشته از مشکلات اجرایی استفاده از روش های کنترل بهینه در عمل، نقص اصلی این روش ها بی توجهی به مسئله عدم قطعیت های[3] مختلف موجود در مدل سیستم می باشد [18]. تغییر پارامترهای سیستم، صرفنظر از دینامیک های سریع و دینامیک های مدل نشده فرکانس بالا در مدلسازی ، از مهمترین منابع ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم ها
می باشد. چشم پوشی از عدم قطعیت های مختلف موجود در مدل ممکن است، نتایج گمراه کننده ای را به دنبال داشته باشد، به طوریکه اهداف مورد نظر در کنترل با به کارگیری کنترل کننده طرح شده بر اساس مدل سیستم، در سیستم واقعی تحقق نیابد.

در ادامه این زیر بخش کارهای انجام شده در جهت بهبود پایداری سیستم های قدرت که بر مبنای تئوری کنترل مقاوم شکل گرفته است را توضیح می دهیم.

بررسی استحکام پایداری[4] با استفاده از مفاهیم مقادیر تکین[5] ماتریس ها (که عمدتاً بر قضیه Nyquist تعمیم یافته استوارند) به منظور تحلیل پایداری دینامیکی سیستم های قدرت، اولین بار در سال 1984 به کار رفت [19]. Chan و Athans در این مقاله ابتدا با استفاده از گشتاورهای سنکروه کننده و میرا کننده یک مدل ماتریس تابع انتقال (s) G برای سیستم قدرت ارائه کردند. سپس با مدلسازی عدم قطعیت های ناشی از دینامیک های مدل نشده مودهای پیچشی شافت ژنراتور، تغییر مقادیر گشتاورهای سنکرون کننده و میرا کننده بدلیل تغییر شرایط نقطه کار، و تغییر در دینامیک های تحریک کننده های[6] سیستم به صورت عدم قطعیت های ضرب شوند به تحلیل پایداری سیستم پرداختند. این مقاله بیشتر جنبه تحلیل داشته و توصیه های مفیدی را در طراحی کنترل کننده های مقاوم به دنبال ندارد.

Ohtsuka و همکارانش در سال 1992 از تئوری کنترل در طراحی کنترل فیدبک حالت برای یک توربوژنراتور استفاده کردند [20]. آنها با استفاده از یک روند ماتریس گین فیدبک حالت را چنان طراحی کردند که نرم تابع انتقال حلقه بسته سیستم
می نیمم شود. مهمترین مزیت این روش بهبود پایداری و قابلیت بالا در دفع اغتشاش است. اشکال اصلی آن نیز افزایش مقادیر گین های فیدبک حالت نسبت به گین های بدست آمده از روش کنترل بهینه می باشد.

در مرجع [3]، Chow و همکارانش روش طراحی کنترل کننده های مقاوم را به منظور طراحی PSS مقاوم برای یک سیستم تک ماشینه بکار بردند. در این مقاله مقدار راکتانس خط انتقال بین ژنراتور سنکرون و شین بینهایت قطعی نبوده و عامل ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم می باشد. مهمترین مزیت این روش مقاوم بودن پایداری در برابر تغییرات راکتانس خط انتقال است. عیب این روش، بالا بودن مرتبه PSS مقارم می باشد.

در مرجع [21] تئوری Nevanlinna - Pick به منظور طراحی پایدار کننده مقاوم برای سیستم قدرت تک ماشین شین بینهایت به کار گرفته شده است. در ادامه بحث ضمن توضیح مفصل این تئوری به نقد و بررسی این مقاله نیز در انتهای بخش (4-2) خواهیم پرداخت.

طراحی کنترل کننده های فیدبک حالت غیر حساس نسبت به تغییر پارامترهای سیستم، در مرجع [22] مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از تئوری Lyapunov و معادله ریکاتی کنترل فیدبک حالت برای سیستم تک ماشین – شین بینهایت چنان طراحی
می شود که عملکرد سیستم در برابر تغییر پارامترهای ژنراتور سنکرون حساس نباشد. مزیت مهم این روش عدم نیاز به مقادیر واقعی پارامترهای ماشین است، تنها محدوده تغییر این پارامترها جهت طراحی مورد نیاز است.

در مرجع [18] تئوری کنترل به منظور طراحی یک کنترل کننده مقاوم برای سیستم توربو ژنراتور مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله سیگنال کنترل به طور همزمان به اکتساتیروگاورنر اعمال می شود. استفاده از روش فوق ضمن بهبود پارداری دینامیکی و گذرا در محدوده وسیعی از شرایط نقطه کار خطر تحریک مودهای پیچشی شفت را نیز به دنبال ندارند.

موضوع مرجع [23] که بر پایه نتایج فصل چهارم این پایان نامه استوار است، طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت چند ماشینه می باشد. در این مقاله ابتدا اثر تغیر پارامترها بر پایداری دینامیکی یک سیستم قدرت سه ماشینه مطالعه شده سپس یک روش جدید جهت طراحی PSS ارائه می شود. در این روش طراحی پاردار کننده مقاوم بر اساس مجموعه ای از مدل های سیستم در نقاط کار مختلف صورت می گیرد. مزیت اصلی این پایدار کننده ها که دارای ساختاری مشابه با PSS معمولی می باشند، بهبود پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترهای سیستم است.

بررسی نوسان سازهای سینوسی

بررسی نوسان سازهای سینوسی

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	24 کیلو بایت
تعداد صفحات	17

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

نوسان ساز های سینوسی

نوسان ساز های سینوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارند.این نوسان سازها منبع حامل فرستنده ها را تامین می کنند و بخشی از مبدل فرکانس را در گیرنده های سوپر هتروداین تشکیل می دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن و تولید مغناطیسی در ضبط مغناطیسی و زمان بندی پالس های ساعت در کار های دیجیتال به کار می روند.بسیاری از وسایل اندازه گیری الکترونیکی مثل ظرفیت سنج ها نوسان ساز دارند

نوسان ساز های سینوسی انواع مختلفی دارند اما همه آنها از دو بخش اساسی تشکیل می شوند:

بخش تعیین کننده فرکانس که ممکن است یک مدار تشدید یا یک شبکه خازن مقاومتی باشد.مدار تشدید بسته به فرکانس لازم می تواند ترکیبی از سلف و خازن فشرده طولی از خط انتقال یا تشدید کننده حفره ای باشد.البته شبکه های خازن مقاومتی فرکانس طبیعی ندارند ولی می توان از جا به جایی فاز آنها برای تعیین فرکانس نوسان استفاده کرد.

دوم بخش نگهدارنده که انرژی را به مدار تشدید تغذیه می کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به یک تغذیه نیاز دارد. در بسیاری از نوسان ساز ها این قسمت قطعه ای فعال مثل یک ترانزیستور است که پالس های منظمی را به مدار تشدید تغذیه می کند.

شکل دیگری از بخش نگهدارنده تشدید نوسان ساز یک منبع با مقاومت منفی یعنی قطعه یا مداری الکترونیکی است که افزایش ولتاژ اعمال شده به آن سبب کاهش جریان آن می شود. قطعات نیمه رسانا یا مدار های متعددی وجود دارند که دارای چنین مشخصه ای هستند.

سه دسته مشخص از نوسان ساز ها را می توان دسته بندی کرد که در ادامه این تحقیق آمده است.

نوسان ساز های فیدبک مثبت

ابتدا بهتر است تا کمی درباره فیدبک توضیح داده شود.

به طور کلی هر سیستم دارای ورودی و خروجی می باشد حالا اگر بنا به هر علتی مقداری از خروجی را با ورودی ترکیب کرده و وارد یک سیستم کنیم به این کار فیدبک گفته می شود که کار برد های فراوانی در دنیای تکنولوژی دارد. برای نمونه از فیدبک برای کنترل فرآیند یک سیستم استفاده می شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما یک سیستم خیلی مدرن هستید که اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز میفرستید و در آنجا پردازش شده و تصمیم میگیرید که چه کار کنید. اما در مورد فیدبک مثبت شایان ذکر است که دو نوع فیدبک را می توان در نظر گرفت منفی و مثبت. در فیدبک مثبت که یک مثال جالب از آن در بالا بیان شد هدف، اغلب، کنترل یک فرایند است. یک مثال دیگر: فرض کنید یک ظرف از مایعی که در حال جوشیدن است در تماس با یک منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بیش از حد مایع از ظرف بیرون می ریزد و آتش را کم می کند و دمای مایع را کاهش می دهد وبا کاهش دمای مایع آتش دوباره احیا می شود و مایع دو باره گرم شده و سر ریز می کند و دوباره ... اما در فیدبک مثبت ، خروجی به ورودی اضافه می شود و از فیدبک مثبت به همین دلیل برای تشدید استفاده می شود همان مثال قبل را در نظر بگیرید با یک مایع آتش زا این بار با گرم شدن مایع و سر ریز آن آتش شدیدتر می شود و همین طور تا آخر.

نکته مهم این است که در دنیای مادی همه چیز روبه میرایی و مردن میرود و چیزهایی مثل اصطکاک همیشه مزاحم هستند . در باره نوسان هم میرایی باعث کاهش دامنه نوسان و از بین رفتن آن می شود بنا براین از فیدبک مثبت برای جبران این میرایی استفاده می کنیم.

انواع مختلفی از نوسان ساز ها که از فیدبک مثبت استفاده می کنند وجود دارد.

نوسان ساز هارتلی

این نوسان ساز نمونه ای از نوسان ساز های فرکانس پایین است که با استفاده از مدار ، فرکانس را تعیین می کند و یک ترانزیستور نیز تامین کننده پالس های نگه دارنده است.مدار بالا یک تقویت کننده امیتر مشترک را نشان می دهد که مدار بین کلکتور و بیس آن متصل شده است . سر وسط سلف به طور موثر به امیتر متصل شده است ( مقاومت منبع تغذیه برابر صفر فرض می شود). تقویت کننده امیتر مشترک سیگنال ورودی خود را معکوس می کند و سیگنال خروجی آن با سر وسط زمین شده سلف قبل از اعمال به بیس معکوس می شود.در نتیجه در این مدار ورودی را خود تقویت کننده تا -مین می کند . یعنی فیدبک مثبت قابل توجهی که وجود دارد باعث ایجاد نوسان می شود و دامنه سیگنال (در فرکانس تشدید ) به سرعت افزایش می یابد. پالس های ناشی از جریان ، بیس را پر می کنند در نتیجه جهت ولتاژ تولید شده بیس را به طور منفی بایاس می کند با افزایش دامنه سیگنال ولتاژ دو سر نیز زیاد می شود تا به حالت تعادل برسد. حالت تعادل زمانی روی می دهد که اتلاف مدار ناشی از بار شدن خروجی مقاومت اهمی و جریان بیس با انرژی وارد شده از کلکتور به این خازن برابر شود.در این شرایط نهایی ترانزیستور می تواند به خوبی در بیشتر قسمتهای سیکل قطع باشد و در هر قله مثبت بیس پالس ناگهانی به جریان بیس (و جریان کلکتور)اعمال شود.در فاصله زمانی بین دو قله متوالی از طریق شروع به تخلیه می کند. اما اگر یک ثابت زمانی در مقایسه با زمان تناوب نوسان، بزرگ باشد، مقدار کمی از ولتاژ دو سر در این فاصله زمانی از بین می رود و آن را می توان به عنوان یک منبع ثابت بایاس منفی در نظر گرفت . در بسیاری از نوسان سازها از این روش بایاس کردن استفاده می شود. این روش دارای مزیت جبران سازی برای هر گونه افت دامنه نوسان در اثر افزایش بار خروجی یا افت ولتاژ منبع تغذیه است.کاهش دامنه نوسان باعث کاهش بایاس می شود به طوری که ترانزیستور پالس های جریان بزرگتری برای ثابت نگه داشتن دامنه می گیرد.

نو سان ساز کولپیتس

نکته مهم در شکل بالا نیاز به وجود سه اتصال میان مدار تنظیم شده و ترانزیستور برای ایجاد فیدبک مثبت است. امیتر به سر وسط سلف متصل می شود ولی می توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سری مانند شکل بعد به شاخه خازنی مدار متصل کرد.در این نوسان ساز از یک فت اتصالی با مقاومت در مدار درین استفاده شده و مدار با خازن به درین متصل شده است. بنا بر این مدار بر خلاف تغذیه مستقیم شکل اول به طور موازی تغذیه می شود.

خازن های تعیین کننده فرکانس با خازن های ورودی و خروجی ترانزیستور موازی هستند و در نتیجه این خازن ها در تعیین فرکانس نوسان نیز تاثیر دارند. با بزرگتر کردن آنها تا حد امکان، تاثیر آنها نیز به حداقل می رسد.از سوی دیگر اگر به نوسانی با فرکانس بالا نیاز باشد، خازن های تنظیم، باید خیلی کوچک باشند. در این موارد می توان از خازن های ورودی و خروجی ترانزیستور به جای آن استفاده کرد. یک خازن متغییر کوچک مانند شکل سوم برای تنظیم به دو سر سلف متصل می شود. در این مدار نیز که با پالس های جریان، گیت شارژ و از طریق سلف تخلیه می شود. به طور خود کار بایاس لازم را تامین می کند. برای آنکه امکان زمین شدن سر متغییر خازن (و در نتیجه بیس ترانزیستور) وجود داشته باشد یک چوک با امپدانس زیاد در فرکانس کار به مدار امیتر افزوده می شود.

هر سه نوسان ساز بالا که شرح داده شد در کلاس برای دامنه های نوسان بزرگ عمل می کنند. برای به دست آوردن شکل موج سینوسی خروجی را باید از مدار گرفت. مثلا با سیم پیچی که مانند شکل اول و دوم به طور القایی به مدار متصل می شود.اگر خروجی از خود ترانزیستور گرفته شود مثلا از مقاومتی در مدار امیتر یا سورس قطار پالسی با فرکانس تکراری برابر با فرکانس تشدید به دست می آید.

نوسان ساز راینارتز

این نوسان ساز زیاد در گیرنده های ترانزیستوری استفاده می شود بنابر این خیلی مورد توجه قرار می گیرد..در این مدار فیدبک مثبت با اتصال مدار کلکتور به مدار امیتر با القای متقابل و تامین می شود. و هر دو به مدار تعیین کننده فرکانس نیز متصل هستند. این نوسان ساز به روش تقسیم ولتاژ پایدار می شود ولی همانطور که نشان داده شده است اثر بازوی پایینی مقسم ولتاژ باید با خازن کم مقاومتی خنثی شود تا سیگنال تولید شده در دو سر مستقیما بین بیس و امیتر اعمال شود . در نگاه اول به نظر می رسد که بخش تعیین کننده فرکانس در نوسان ساز راینارتز چهار اتصال دارد ولی اتصال مثبت و منفی منبع تغذیه در واقع مشترک هستند زیرا امپدانس منبع در فرکانس نوسان ناچیز است یا بهتر است که چنین باشد.

بررسی مشخص کردن راکتانس محورهای d وq از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون اندازه گیری موقعیت روتور

بررسی مشخص کردن راکتانس محورهای d وq از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون اندازه گیری موقعیت روتور

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	181 کیلو بایت
تعداد صفحات	52

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

مشخص کردن راکتانس محورهای d وq از مورتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون اندازه گیری وضعیت روتور

خلاصه مقاله :

اهمیت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم در زیاد شدن دامنه کاربردی آن است و در آینده بیشتر ( PMSM_s ) بدون سنسورشفت عمل خواهند کرد و مشخصات تجربی پارامترهای ماشین که مقداری هم تلورانس دارند اطلاعات با ارزشی خواهد بود.

بنابراین در این مقاله روشی بیان شده که در آن نیروی الکترو موتوری القایی و راکتانس محور d از آزمایش بی باری و راکتانس محور q و زاویه بار از آزمایش بارداری به وسیله یک روش تحلیلی مشخص شده اند.

در این روش محدودیت اندازه گیری زاویه بار vوجود ندارد این روش مناسب است برای ( PMSMs ) های که بصورت عادی با جریان منفی محور d عمل می‌کنند بنابراین اشباع در مسیر شار محورd وجود ندارد. خیلی بیشتر از اینها، روش بسیار ساده ای است برای انجام دادن بوسیله هر تکنسین آزمایشگاهی

I­-مقدمه:

اهمیت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ( PMSMs ) هست در افزایش دامنه کاربردی آنها و متفاوت است از مدلهای پیشرفته مانند سروموتورها تا کاربردهای که حرکت خطی دارند از قبیل فن ها و پمپ ها دو دلیل عمده برای تمایل به این ماشینها وجود دارد:

1- بازده بالا و کاهش تلفات روتور در این ( P MSMs ) ها.

2- پایین بودن قیمت انرژی مغناطیسی بالا ( صرفه جویی اقتصادی بالا ).

بیشتر ( PMSMs ) سه فازه در مدل پیشرفته بصورت محرکهای با سنسور شفت عمل می‌کنن بوسیله بکارگیری الگوریتم کنترل بدون سنسور برای محرکهای با سرعتهای متغیر و در مورد کاربردهای حرکت خطی طبیعتاً بواسطه اساس عملکرد سنکرون آنها نیاز به سنسور شفت وجود ندارد.

اگر سنسور شفت برداشته شود مشخصات تجربی از پارامترهای ماشین هر چند که مقداری هم تلورانس دارند بسیار با ارزش خواهد بود در زیر نشان خواهیم داد که راکتانس محورهای d و q که از آزمایشهای بارداری بدست آمده بر اساس تابعی از بیان شده است که می تواند مشخص شود بوسیله بعضی از انواع سنسورهای شفت یا ماشینهای سنکرون دیگری که کوپل شده‌اند با محور شفت ماشین سنکرونی که در حال بررسی است.

در این مقاله روشی بیان شده که در آن نیروی محرکه القایی و راکتانس محور d از آزمایش بی باری و راکتانس محور q آزمایش بارداری بدست آمده اند به نظر مولف آرمایشهای ساده ای هستند که نیاز به داشتن دانش بالا و وسایل در مقایسه با آزمایشهای تعیین استاندارد موتورهای القایی ندارد و انجام آن برای تکنسین های آزمایشگاهی آسان است هر چند که نمی تواند ضمانتی با حساسیت بالا برای ماشینهای با اشباع زیاد باشد.

در بخش II شاهد روشهای تجربی برای مشسخص کردن راکتانسها خواهیم بود در بخشی III دیاگرام فازوری ( PMSMs ) و بعضی روابط اساسی منشعب شده از آن بحث شده در بخش IV مشخص کردن زاویه بیان شده و در بخش V روشهای آزمایش توصیف شده اند و سرانجام در بخش VI یک نتیجه گیری شده است.

II ـ آزمایشهای برای مشخص کردن راکتانس:

روشهای آزمایش توصیف شده در بخش V اساساً هستند ترکیبی از آزمایشهای بی باری و بارداری، این چنین آزمایشهای جدید نیستند البته این یک گزارش جدید است در این نوشته چندین روش دیگر توصیف شده است برای مشخص کردن راکتانسهای محور

d و q بدون احتیاج به در رابطه قرار دادن اطلاعات وضعیت روتور به هر حال با متمرکز ساختن این روشها، برای نمونه ماشین با روی کاری مغناطیسی بدون مشخصه سیم پیچ دمپر با روشهای مختلفی می توان بدست آورد.

آزمایش روتور قفل شده که با یک ولتاژ تک فاز متناوب یا یک ولتاژ شیب سیم پیچ‌های استاتور تغذیه می شوند که برای وضعیتهای مختلف روتور آن را تکرار می کنند از تحلیل ساده نتیجها و مقایسه کردن آنها یک نتیجه دقیقی بدست می آید و انتخاب فرکانس برای ولتاژ متناوب زیاد اهمیت ندارد 50 یا 60 هرتز خوب است و در مورد ولتاژ شیب بزرگی مقدار ولتاژ زیاد اهمیت ندارد بلکه تنها شیب اولیه ولتاژ مهم می باشد روشهای بوده اند که اثرات اشباع را به حساب آورده اند برای این آزمایشها به نمایش در آمده اند ماشینهای با مشخصه سیم پیچ دمپر برای نمونه ( LSPMs ) نیاز دارند به یک روش آزمایش متفاوت با (موتورهای باروتورهای بدون قفسه ) و با وجود یک قفسه یا یک سیم پیچ دمپر راکتانس سنکرون باید با یک مقدار ثابت مشخص شود یا اقلاً نزدیک به یک مقدار ثابت. شار مغناطیسی در روتور وقتی که فرکانس ماشین بالا است شار هرگز عبور نخواهد کرد و روتور می بایست اثر حفاظتی روی قفسه داشته باشد در فرکانسهای بالا بنابراین تنها راکتانس پراکندگی مشاهده می شود و از راکتانس سنکرون می توان صرفنظر کرد.

وجود دارد سه روش خالص تجربی برای مشخص کردن راکتانسهای محور d و q

1) آزمایشهای یکنواخت بی باری و بارداری با شار ثابت در روتور.

2) آزمایشهای با یک شار متناوب فرکانس پایین در روتور.

3) آزمایش یک شار گذار در روتور.

روش1) یک روش بسیار آسان در هر آزمایشگاه موتور است و آزمایش استاندارد ساده‌ای که معمولاً استاندارهای موتور القایی را می سازند و تمامی تنکسین های آزمایشگاهی با مراحل آن آشنا می‌باشند.

روش2) بوسیله آزمایش روتور قفل شده که می‌تواند انجام شود با تغذیه کردن سیم پیچها با یک ولتاژ متناوب فرکانس پایین و یک شار مغناطیسی فرکانس پایین در روتور بدست می آید و با تغییر وضعیت روتور در گامهای کوچک و با تکرار اندازه گیری پیاپی راکتانس های محورهای dو q می توانند مشخص شوند از اندازه گیریهای ولتاژ و جریان و انتخاب فرکانس چندان مهم نیست و یک منبع ولتاژ فرکانس متغیر برای تهیه کردن فرکانس پایین مساعد است.

روش3) می تواند انجام شود بوسیله آزمایش روتور قفل شده در این مورد یک ولتاژ شیب سیم پیچ های استاتور را تغذیه می کند اگر جریان گذرا تحلیل شود و اندوکتانس برای یک وضعیت مخصوص بدست می آید با تکرار این اندازه‌گیریها برای وضعیتهای مختلف روتور اندوکتانسهای محور d و q می توانند مشخص شوند البته آنالیزهای جریان حالت گذرا به هر حال مشکل است و باید ثابت زمانیهای متفاوت از هم جدا شوند.

دو روش 2) و 3) با استفاده از مشخصه فرکانس پایین بدست می آیند در روش 2) تحلیلها بر اساس محدوده فرکانس و اما در روش 3) تحلیلها برای محدوده زمانی ساخته می شوند. هر دو روش 2) و 3) اشباع می تواند به حساب آورده شود.

مشخصه‌های فرکانس پایین می توانند مورد تحقیق قراربگیرند با روشهای معتبر برای نمونه، ترکیبی از انرژی تداخل با آنالیزهای تقریبی المان محدود و همچنین از دیگر روشهای شامل روش المان محدود با ترکیبی از اندازه گیریها در مقالات مطرح شده و تمامی روشهای آنالیز المان محدود مورد نیاز هستند و روشهایی بسیار پیچیده و مهم هستند که برای حل آنها نیاز به داشتن جزئیات هندسی ماشین هست و این روشها به مشخصه های استانداردی که تکنسین های آزمایشگاهی استفاده می کنند شبیه نیستند در روشهای بیان شده در مقالات ]10[ - ] 12[ مرجع نیاز به اندازه گیری دقیق زاویهاست بوسیله اسبابی نظیر اسیلسکوپ و سنور شفت یا بوسیله قرار دادن ماشین سنکرون دیگری روی شفت در مرجع ]10[ پیشنهاد می شود. مسأله بسیار مهم برای تمامی روشها این است که چگونه با اشباع برخورد کنیم در ]10[ بیان شده است که امکان ندارد نیروی محرکه القایی E را از L_d و X_d که از بار تولید شده اند جدا کنیم این یک مسأله ویژه است که Eشاید با بار تغییر کند بواسطه اشباع این مسأله در نظر گرفته شده در ]9[ مرجع اما روش المان محدود نیاز است.

در نتیجه باید معین شود راکتانس که به دقت اندازه‌گیری شده آیا هست معتبر برای هر نوع ماشین و برای همه نقاط کار و اگر تمامی اثرات اشباع در نظر گرفته شود.

در روش ارائه شده در این مقاله یک مقدار ساده تر شده نتایج معتبر است بشرط که اشباع محور d بواسطه جریانهای پایه ای d و q صورت نگیرد.

III - دیاگرام فازوری موتورهای سنکرون مغناطیس دائم باردار:

در شکل (1) دیاگرام فازوری یک موتور سنکرون مغناطیس دائم باردار نشان داده شده است و شکل برای عملکرد یکنوع خاص مانند ( LSPMs ) قطب صاف نمایش داده شده است و موتور عمل می کند با یک جریان کوچک منفی محور d و مسیر شارها اشباع نشده می باشند و E هست مقدار فازی نیروی محرکه القایی و U هست ولتاژ فازری تغذیه و R_s هست مقاومت هر فاز استاتور و X_d و X_qبه ترتیب راکتانهای محورهای d و q می باشند و هست زاویه بین E و U که برای موتور مثبت لحاظ می‌شود و هست زاویه بین جریان استاتور I و مقدار ولتاژ U و I_d و L_q جریانهای جزئی محورهای d و q هستند ازدیاگرام فازوری می توان نوشت:

شکل (1 ) دیاگرام فازوری بارداری یک موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM))

(1)

(2)

(3)

(4)

و اگر U و I و قدرت داخلی اکیتو اندازه گیری شود زاویه بدست می آید از رابطة زیر

(5)

فرض کنیم مدار سه فاز باشد و زاویه بارباشد نمی توان آن را مشخص کرد مگر اندازه گیری به صورت جدا انجام شود که این نیاز به یک اسیلسکوپ یا سنسور شفت دارد در بخش جدید نشان خواهیم داد که چگونه می‌تواند مشخص شود بدون جدا کردن اندازه گیری زاویه بار.

راه حل معادلات ماشین قبلاً به نمایش در نیامده اند این روش تحلیلی است که مراحل آزمایش را آسان می سازد و یک روش حساب شده ای که برای محاسبه نیاز هست.

حال اگر اجزاء مولفه محور q و رابطه (1) مطالعه شوند می توان نوشت

(6)

با وارد کردن معادلات (3) و (4) در (6) داریم

(7)

(8)

(9)

رابطه (7) را می توان نوشت

(10)

که

(11)

(12)

حال رابطه (10) با استفاده از رابطة فرمولی زیر ساده می شود

(13 ) )

با توان دوم رساندن طرفین معادله می توان نوشت

(14)

با استفاده از جانشین سازی

(15)

با دوباره بازنویسی کردن (14) داریم

(16)

که هست یک معادله درجه دوم معمولی با حل yداریم:

(17)

که علامت تفریق معمولاً راه حل صحیح را می دهد که از شکل (1) می توان آن را مشاهده کرد و معمولاً از بزرگتر است که در نتیجه معنی آن این است که باید کوچکتر از مقدار اندازه گیری شده باشد و به راحتی می توان بررسی کرد که کدام روش مورد استفاده قرار بگیرد.

با دانستن ، I_d و I_q می توانند بدست آورده شوند از معادلات (3) و (4)و بوسیله داخل کردن I_d و I_q در (2) X_q مشخص می شود، ما در بخش بعد شاهد آزمایشهای

از این داده ها خواهیم بود.

V- آزمایشهای مشخص کردن X_d و X_q

آزمایشهای در دو مرحله انجام می شوند.

1) آزمایش بی باری با ولتاژ متغیر U.

2) آزمایش بارداری با ولتاژ اسمی U.

اول آزمایش بی باری توصیف می شود بعد آزمایش بارداری.

الف - آزمایش بی باری با دسترس بودن ولتاژ متغیر U

بوسیله ولتاژ متغیر U هر دو E و X_d می توانند مشخص شوند، آزمایش می تواند انجام شود با مقدار متفاوتی از جریان بوسیله تغییر دادن U که باید همگی به خاطر سپرده شوند.

بیشتر موتورهای با یک جریان پایه ای d در نقطه کارنامی عمل می کنند البته ( LSPMs) واقعاً حتی با یک جریان کوچک و منفی I_d عمل خواهند کرد هدف از این اندازه گیریها بدست آوردن مقدار E و X_d که معرفی کننده مقدار حقیقی بار هستند وقتی که مسیر شار محور d بطور طبیعی و اشباع نشده باشد و باید توجه کرد که برای ماشینهایی که مسیر شار محور d آنها در عملکرد طبیعی به اشباع می روند این روشها رد می شوند.

دانلود تشخیص ژنتیکی قبل از لقاح

دانلود تشخیص ژنتیکی قبل از لقاح

دسته بندی	دام و طیور
فرمت فایل	doc
حجم فایل	11 کیلو بایت
تعداد صفحات	9

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

PGD می تواند روی گیاهک تخم پیش از انتقال آن انجام شود . یک آزمایش شبیه اما کلی به نام هاپلوتپین قبل از لقاح صورت گرفت.

FCSI یک توسعه اخیر مربوط به Lrf است که اجازه می دهد اسپرم مستقیما به تخم منتقل شود . این وقتی استفاده می شود که اسپرم به سختی در تخمک نفوذ می کند و در این موارد ممکن است از نطفه ی اهدایی استفاده شود . FCSI وقتی استفاده می شود که تعداد اسپرم ها خیلی کم باشد . FCSI منجر به میزان موفقیتی برابر با Lrf می شود .

ZIFT

در فرآیند ZIFT ، تخم ها از زن گرفته ، بارور می شوند و سپس در لوله های فالوپین زن بیش از رحم قرار داده می شوند .

GIFI

در فرآیند GIFI ، تخم ها از زن گرفته می شوند در لوله های فالوپین با اسپرم مرد قرار داده می شوند . این اجازه می دهد که لقاح در درون بدن زن قرار می گیرد . بنابراین ، این تنوع در واقع لقاح مصنوعی است نه طبیعی .

اهدای گیاهک تخم

اولین انتقال گیاهک تخم از یک انسان به انسانی دیگر در جولای 1983 منجر به حاملگی شد که نتیجه ی Lrf بود . این با لقاح مصنوعی فرآیندی که از دامداری مشتق شده بود ، انجام شد. این فرآیند در مرکز پزشکی VCLA تحت نظارت دکتر جان بوته و دانشگاه کالیفرنیای لوس آنجلس صورت گرفت . در این فرآیند ، گیاهک تخمی که شروع به توسعه کرده از یک زن به زنی دیگر با لقاح مصنوعی منتقل می شود و 38 هفته بعد بچه به دنیا می آید اسپرم در تلقیح مصنوعی از شوهرزنی که بچه را می زاید گرفته می شود.

انتقال گیاهک تخم اهدا شده مکانیزمی را به زن برای باردار شدن و زایمان بچه ارائه می دهد که شامل ساختار ژنتیکی همسرش می شود . اگر چه انتقال گیاهک تخم امروزه از روش غیر جراحی ترفیع داده شده ، امروزه 5% لقاح مصنوعی را شامل می شود .

قبل از این ، زنی که کم بارور بود پذیرش مسیر مادی را داشت . این مرحله شامل مجوز و بحث کاندید شدن اهدای گیاهک تخم و انتقال آن می باشد . این پیشرفت راهی را برای اهدای گیاهک تخم انسان به عنوان عملی شایع شبیه به دیگر اهداها مثل خون و اهدای عضو ارائه کرده است . اینک حوادث با اخبار کلی و در مورد مباحث و مناظره ها سلامت در این تمرین ثبت می شوند .

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

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

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

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

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.