amir_mirnaa
عضو جدید
اشباع در هسته ترانسجریان هجومی‌ترانسفورماتور، اثرات مخربی روی ترانسفورماتور و سایر تجهیزات موجود درشبکه دارد. هرچه میزان این جرایان ازلحاظ اندازه و زمان بیشتر باشد اثراتش بمراتب مشهود تراست. با توجه به حساسیت جریان هجومی‌به مشخصات ساختمانی ترانسفورماتور و شبکه الکتریکی، دو دسته اصلاحات داخلی وخارجی برای کاهش این جریان مغناطیسی پیشنهاد می‌گردد.
هدف ازاین مقاله ارائه راههای عملی کاهش جریان هجومی‌ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز وتک فاز می‌باشد.جریان هجومی‌ترانسفورماتور، اثرات مخربی روی ترانسفورماتور و سایر تجهیزات موجود درشبکه دارد. هرچه میزان این جرایان ازلحاظ اندازه و زمان بیشتر باشد اثراتش بمراتب مشهود تراست. با توجه به حساسیت جریان هجومی‌به مشخصات ساختمانی ترانسفورماتور و شبکه الکتریکی، دو دسته اصلاحات داخلی وخارجی برای کاهش این جریان مغناطیسی پیشنهاد می‌گردد. هدف ازاین مقاله ارائه راههای عملی کاهش جریان هجومی‌ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز وتک فاز می‌باشد.
1-مقدمه براثر اعمال ولتاژبه سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور،هسته به حالت اشباع رفته ورلوکتانس هسته افزایش می‌یابد و بدنبال آن اندوکتانس کاهش یافته ونهایتاً جریان زیادی توسط ترانسفورماتور ازشبکه کشیده خواهد شد،که این جریان زیاد را، جریان مهاجم مغناطیسی گویند. جریان هجومی اثرات مخاطره انگیزی برای ترانسفورماتور و شبکه الکتریکی دارد که میتوان به موارد زیراشاره نمود:پدیدار شدن نیروهای مکانیکی شدید بین سیم پیچ های ترانسفورماتور ،صدمه دیدن عایق سیم پیچ های ترانسفورماتور و آرمیچر ژنراتور، عملکرد نامناسب رله‌های حفاظتی، وارد شدن شوک شدید به ژنراتور و صدمه دیدن رتور بعلت وجود مؤلفه های منفی جریان.که این اثرات درطولانی مدت بخاطر تعداد زیاد دفعات کلیدزنی موجب صدمه دیدن ترانسفورماتورو تجهیزات شبکه خصوصاً ژنراتور می‌گردد. برای کاهش جریان هجومی باتوجه به وابستگی آن به مشخصات ترانسفورماتور وشبکه دودسته اصلاحات داخلی و خارجی پیشنهاد می‌گردد. نتایج و نمودارها از شبیه سازی یک شبکه محلی با نرم افزارEMTP حاصل شده است.
2- اصلاحات داخلیبا یک سری اصلاحات داخلی روی ترانسفورماتور وژنراتور (درصورت وجود شبکه محلی) میتوان جریان هجومی را کاهش داد. میدانیم که هرچه اندوکتانس هسته بیشتر باشد مقدار جریان هجومی‌کاهش می‌یابد. اندوکتانس با تعداد دورسیم پیچ‌ها نسبت مستقیم و با رلوکتانس هسته نسبت معکوس دارد.برای کاهش رلوکتانس هسته میتوان کارهای زیر را انجام داد:- بزرگترکردن سطح مقطع هسته- کوچکترکردن ابعاد هسته (طول وارتفاع هسته)- ساخت هسته ازموادمغناطیسی باقابلیت گذردهی بالاترجریان هجومی‌شدیداً به مقدار پسماندوابسته است، البته پسماند می‌تواند جریان هجومی‌را افزایش و یاکاهش دهد، اما بدلیل اینکه مقدار پسماند مشخص نیست ازآن بعنوان یک عامل مزاحم یاد میشود شبیه سازی نشان می‌دهد، هرچه مقدار مقاومت سیم پیچ میرایی محور مستقیم(d) ژنراتورسنکرون بیشترباشد، جریان هجومی‌کمتر میشود.پس بطور کلی راههای زیربعنوان اصلاحات داخلی پیشنهاد می‌گردد:
1)1) افزایش تعداد دورسیم پیچ ها 2)2) افزایش سطح مقطع هسته 3)3) کاهش ابعادهسته 4)4) ساخت هسته ازمواد مغناطیسی باقابلیت گذردهی بالاتر5 )5) ساخت هسته ازمواد مغناطیسی باحلقه هیسترزیس دراز وباریک 6)6) افزایش مقاومت سیم پیچ (یاسیم پیچ های)میرائی محورd ژنراتورهای سنکرونبا توجه به اینکه اصلاحات فوق مربوط به ساختمان داخلی ترانسفورماتور وژنراتور ساخته شده نمی‌توان آنها را بکار برد، همچنین بعضی از راه حل های بالا با توجه به پارامترهای دیگر طراحی ،باید بصورت بهینه انتخاب شوند. پس توجه اصلی روی اصلاحات خارجی است که درقسمت بعد بطورمفصل مورد تجزیه وتحلیل قرار می‌گیرد.
3- اصلاحات خارجی هر چه مقدار شارهسته بیشترشود، جریان هجومی افزایش می‌یابد، که منحنی اشباع هسته این موضوع را بوضوح نشان می‌دهد.جدول –1تأثیر مقاومت پیچ های میراکننده محورهای q,d روی جریان هجومی‌برحسب آمپرشکل 1-منحنی اشباع هسته ترانسفورماتورBmوin بترتیب ماکزیمم مقدارچگالی شاروجریان بی باری قبل از ارائه اصلاحات خارجی مدارساده زیررادرنظر گرفته وشاربرای آن محاسبه میشود.شکل2- مدار RL خطی با منبع سینوسیمنبع را بصورت زیر در نظر می‌گیریم:بترتیب ماکزیمم مقدار وفاز اولیه منبع ولتاژهستند.حال شاردرون سلف رابدست می‌آوریم:معادله دیفرانسیل (1) دارای دوجواب حالت گذرا وحالت دائمی‌است که فرم کلی آن بشکل زیر است:برای بدست آوردن ثابتC ازفلوی پسماند بعنوان شرط اولیه استفاده می‌کنیم. اگر فلوی پسماند برابر باباشد،معادله کلی شار بصورت زیراست:قسمت اول درسمت راست تساوی،جواب حالت پایداروقسمت دوم درسمت راست تساوی، جواب حالت گذاری شاراست. قسمت گذرا باعث جریان هجومی میشود، و باید تا آنجا که ممکن است این ترم کاهش یابد. راههای کاهش جواب گذرا عبارتند از:
1)1) ازبین بردن پسماند 2)2) کاهش ولتاژ راه اندازی 3)3) افزایش فرکانس راه اندازی 4)4) کلیدزنی درولتاژماکزیمم 5)5) افزایش مقاومت راه اندازی روشهای 1 تا 3 برای شبکه محلی قابل استفاده است. اما روشهای 4 و 5 برای شبکه محلی و سراسری می‌تواند بکار گرفته شود، و بهترین حالت نیز استفاده از این دو روش است که در قسمتهای بعد این روشها را بطور مفصل بررسی می‌کنیم.
4- افزایش مقاومت راه اندازیهرچه مقاومت راه انداز بزرگتر باشد شار زودتر به حالت پایدار خود رسیده، و جریان هجومی‌کمتر میشود. این مقاومت در لحظات اولیه راه اندازی وارد مدارشده وپس ازمدتی (حدوداً یک ثاینه) رله تأخیر زمانی عمل کرده وکلید قدرت موازی مقاومت بسته شده و عملاً مقاومت ازمدار خارج میشود (شکل –3).شکل-3 راه اندازی ترانسفورماتور با مقاومت کمکیکه جدول-2 تأثیر مقاومت کمکی روی جریان هجومی را نشان می‌دهد.شکل-4 و شکل-5 بترتیب جریان هجومی ترانسفورماتور قدرت سه فازی را بدون مقاومت و با مقاومت کمکی نشان می‌دهد همانگونه که ملاحظه می‌شودجریان هجومی‌فازاول ازدوفاز دیگر بیشتر و در اولین پیک به 5/7106 آمپر می‌رسد، در صورتیکه اگر ترانسفورماتور با مقاومت کمکی 5 اهمی راه اندازی شود، این جریان در اولین پیک حداکثر به 7/688 آمپر رسیده، و جریان خیلی سریع میرا خواهدشد.جدول –2کاهش جریان هجومی‌توسط مقاومتمقدارمقاومت راه اندازی به دوعامل زیربستگی دارد:- افت ولتاژ مقاومت درحالت پایدار(درلحظه خروج مقاومت)- میزان جذب انرژی توسط مقاومت دو عامل ذکر شده درخلاف جهت یکدیگر می‌باشند چراکه بایستی حداکثر انرژی جذب شده توسط مقاومت و همچنین میزان افت ولتاژآن درلحظه خروج مقاومت کم باشد،درصورتیکه مقاومت بزرگترباعث جذب انرژی کمترشده، امادرعوض افت ولتاژ آن در حالت پایدار بیشتر میشود.شکلهای 6و7 انرژی جذب شده توسط مقاومت راه اندازی سه فاز را بازاء مقاومتهای 5و10 اهمی نشان می‌دهند.
بازاء مقاومت 5 اهمی حداکثر انرژی جذب شده توسط مقاومتهای سه فاز پس از10سیکل بترتیب برابربا5751،2488،1589 ژول و بازاء مقاومت 10 اهمی برابر با 3317 ،1644و1116 ژول می‌باشد. البته باید توجه داشت که بیشترین میزان انرژی درنیم سیکل اول، توسط مقاومتهای جذب میشود. شکلهای 8 و 9 بترتیب افت ولتاژ دو سر مقاومتهای 5و10 اهمی در هر سه فاز را نشان می‌دهند.6- الف (فاز اول)6- ب (فاز دوم)7- الف (فاز اول)7- ب (فاز دوم)8- ج (فاز سوم)شکل8- میزان افت ولتاژ دو سر مقاومتهای راه اندازی 5 اهمی در هر سه فاز9- ج (فاز سوم)شکل9- میزان افت ولتاژ دو سر مقاومتهای راه اندازی 10 اهمی در هر سه فازهمچنانکه ملاحظه میشود میزان افت ولتاژ در نیم سیکل اول زیاد با مقدار مقاومت حساس نیست،اما پس از، بین رفتن جریانهای هجومی افت ولتاژ دو سر مقاومتها مستقیماً به اندازه مقاومتهای راه اندازی بستگی دارد، یعنی هرچه مقاومت بزرگتر باشد میزان افت ولتاژ دوسر مقاومتهای سه فاز بازاء مقاومت 5اهمی در نیم سیکل اول بترتیب برابر با3440،2080،1600 ولت و در حالت پایدار برابر با 53،42،52 ولت می‌باشد. و بازاء مقاومت 10 اهمی در نیم سیکل اول بترتیب برابر با 3227،2179و1593 ولت و درحالت پایدار برابر با 105،84،105ولت میشود، یعنی افت ولتاژ دوسر مقاومتها در حالت پایدار تقریباً برابربا جریان بی باری در اندازه مقاومت است. هرچه مقاومت راه اندازی بزرگتر باشد میزان جذب انرژی آن کمتر شده و از لحاظ اقتصادی بهتر است اما افت ولتاژ آن نیز در حالت پایدار (لحظه خروج مقاومت راه اندازی) بیشتر شده و ممکن است در لحظه خروج حالتهای گذرای شدیدی بوجود آید که ترانسفورماتور را مجدداً به حالت اشباع ببرد و یا مسائل دیگری در رابطه با حفاظت و ایمنی پیش آید. درآخر بایستی به این نکته هم توجه نمودکه اندازه مقاومت باجذب انرژی (بالارفتن درجه حرارت) افزایش می‌یابد، و ممکن است افت ولتاژ آن درحالت پایدار بیش ازحد مورد انتظار باشد. برای این منظور مقدار مقاومت رابه ازاء انرژی جذب شده درنیم سیکل اول (بیش از97%کل انرژی جذب شده) محاسبه نموده و آنرا در جریان بی باری ضرب نموده وافت ولتاژ را بدست می‌آوریم. میزان افت ولتاژ مجاز به ولتاژ شبکه، ساختمان داخلی ترانسفورماتور،حفاظت وایمنی بستگی دارد. افت ولتاژحدود10% بهترین حالت است.
5- کلیدزنی درلحظه مناسبمیدانیم که شار با ولتاژ90 درجه اختلاف فاز دارد،وقتیکه ولتاژماکزیمم است ،شار صفراست. پس اگر کلیدزنی در لحظه ماکزیمم ولتاژ صورت گیرد، شار و نهایتاًَ جریان هجومی حداقل است. جدول-3 حداکثر جریان را با در نظرگرفتن شارپسماند نشان می‌دهد. با پیشرفت تکنولوژی شارپسماند هسته ترانسفورماتورهای قدرت کمتراز75%شار ماکزیمم است، با احتساب حداکثر مقدار پسماند، اگرکلیدزنی درلحظه مناسب باشد بازمی‌توان ازاین روش بخوبی استفاده کرد.جدول –3تأثیر کلیدزنی وشارپسمانددرمقدارجریان هجومی
6- نتایجدو راه عملی کاهش جریان هجومی‌یعنی «کلیدزنی درلحظه مناسب واستفاده ازمقاومت کمکی هریک دارای مزایا و معایبی است.* استفاده ازمقاومت کمکیمزایا: قابلیت اطمینان بالاسادگی قابل استفاده برای ترانسفورماتورتک فازوسه فازمعایب: هزینه بالا احتیاج به فضای زیاد بعلت بزرگ بودن مقاومتها* کلید زنی درلحظه مناسبمزایا: هزینه پائین احتیاج به فضای کم معایب: بدلیل وجود پسماند کلیدزنی دقیق نیست امابهینه است کاربرد آن برای کلیدهای سریع و ترانسفورماتورهای تک فاز است.
7- مراجع1- مطلبی علی ترانسفورماتورهای تک فازوسه فاز
در این پروژه با توجه به اثرات مخربی که جریان هجومی می تواند برای ترانسفورماتور و شبکه داشته باشد ، روش های مختلف کاهش و یا حذف جریان هجومی مورد بررسی قرار گرفته شده است این روش ها به ترتیب زیر می باشند.
1) روش استفاده از مقاومت راه انداز سری شده :در این روش از یک مقاومت سری شده با هر فاز استفاده شده است که در قسمت اولیه ترانسفورماتور قرار می گیرد ، این مقاومت اثر میرا کننده بر جریان گذرنده از هر فاز را دارد و باعث می شود که جریان با سرعت بیشتری به مقدار ماندگار خود برسد ، مقدار این مقاومت هر چقدر بیشتر باشد سرعت میرا شدن جریان نیز بیشتر می باشد این مقاومت فقط چند سیکل اول در مدار می باشد و بعد از آن زمان اتصال کوتاه می شود و از مدار خارج می شود . چنانچه مقدار مقاومت بسیار زیاد باشد باعث می شود که هنگام خارج کردن مقاومت از مدار مقداری جریان هجومی دوباره در ترانسفورماتور ایجاد شود و برای جلوگیری از این حالت باید مقاومت در زمان کوتاهتری از مدار خارج شود پس در این روش در انتخاب مقدار مقاومت و زمان خارج کردن آن از مدار باید دقت بسیاری شود تا هم جریان سریع تر میرا شود و اثرات مخرب جریان هجومی کمتر باشد و هم اینکه در هنگام خارج کردن مقاومت از مدار جریان هجومی جدیدی ایجاد نشود .از نکات مثبت این روش این است که این روش برای انواع ترانسفورماتور های تکفاز و سه فاز قابل استفاده می باشد در این پروژه با توجه به محدودیتی که نرم افزار MATLAB دارد و ترانسفورماتور های سه فاز آن از ترانسفورماتور با سه هسته تکفاز می باشند فقط این نوع ترانسفورماتور ها مورد بررسی قرار گرفته شده است ولی با توجه به اینکه این روش از طریق میرا کردن جریان عمل می کند پیش بینی می شود که در مورد دیگر انواع ترانسفورماتور ها با اتصالات مختلف نیز مفید باشد و نکته مفید دیگر این روش این است که باعث می شود بعد از چند سیکل جریان هجومی به طور کامل حذف شود .از معایب مهم این روش این است که استفاده از سه مقاومت با توان بالا و همچنین سه کلید برای خارج کردن آنها هزینه زیادی خواهد داشت.
2) روش استفاده از مقاومت زمین شده:در این روش در سر وسط اولیه ترانسفورماتور مقاومتی قرار داده می شود که بتوان با استفاده از آن جریان سه فاز را میرا کرد و این مقاومت نیز باید به دلیل تلفاتی که ایجاد می کند بعد از راه اندازی از مدار خارج گردد. در این روش با انجام شبیه سازی های مختلف مشاهده می شود که چنانچه هر سه فاز در یک زمان وصل شوند این روش اثر مطلوبی بر کاهش جریان هجومی ندارد ولی چنانچه در وصل فاز های مختلف فاصله زمانی چند سیکلی ایجاد شود اثر خوبی بر حذف جریان هجومی دارد که این اثر بیشتر بر جریان فاز اول می باشد .این روش همچنین برای راه اندازی ترانسفورماتور سه فاز با اتصالاتی که اولیه آنها به صورت Yg می باشد به صورت اولیه Y نیز استفاده می شودکه این روش در قسمت کنترل کلید زنی مورد بررسی قرار گرفته شده است.از مزایای این روش می توان به استفاده از تنها یک مقاومت ویک کلید قدرت اضافی اشاره کرد که باعث می شود هزینه کمتری صرف شود ولی برای اینکه بتوان جریان هجومی را به خوبی از طریق این روش کاهش ویا حذف نمود باید در کلید زنی فاز های مختلف کنترل هایی انجام شود که باعث افزایش هزینه می شود.از معایب این روش یک مورد این است که این روش تنها در مورد ترانسفورماتور هایی قابل استفاده است که اتصال اولیه آنها Y باشد و مورد دیگر این است که چنانچه برای کارایی بیشتر آن از کنترل کلید زنی بعضی از فاز ها استفاده شود روش کنترل کلید زنی به صرفه تر می باشد .
3) روش استفاده از ***** پایین گذر:در این روش با توجه به وجود هارمونیک های فرکانس بالا در جریان هجومی ترانسفورماتور ها از یک ***** پایین گذر استفاده می شود تا این هارمونیک ها را حذف کند در این روش با توجه به مقدار اندوکتانس ***** مقدار خازن مورد نیاز ***** مشخص می گردد .در این روش با تغییر مقدار خازن تغییرات شدیدی در اندازه جریان هجومی و ولتاژ خروجی ترانسفورماتور ایجاد می شود پس در انتخاب خازن باید دقت بسیاری شود و همچنین تغییرات جزیی مقاومت و اندوکتانس ***** تاثیر چندانی بر ولتاژ خروجی ندارد ولی در صورتی که اندوکتانس خیلی کم باشد سبب ایجاد جریان هجومی بزرگتر می گردد . در این روش با توجه به تلفاتی که مقاومت و اندوکتانس ایجاد می کنند بعد از مدتی باید ***** خارج شود که این باعث ایجاد مقداری جریان هجومی بیشتر می شود که البته از حالتی که از ***** استفاده نشود کمتر می باشد.از معایب این روش یک مورد این است که تغییرات زیادی در ولتاژ خروجی ترانسفورماتور مشاهده می شود که باعث اختلال در عملکرد وسایل الکتریکی متصل به ترانسفورماتور می شود و عیب دیگر اینکه در هنگام وصل و خارج کردن ***** جریان بسیار زیادی از منبع کشیده می شود و عیب دیگر این است که با وجود تمامی هزینه هایی که انجام می شود باز هم جریان هجومی در ترانسفورماتور ایجاد می شود .
4) روش کنترل کلید زنی در این روش با توجه به رابطه ای که بین ولتاژ و شار ترانسفورماتور های تکفاز و ترانسفورماتور های سه فاز با سه هسته تکفاز وجود دارد ، حالت هایی بررسی می شود که با وصل کردن یک یا دو فاز ولتاژی در ترانسفورماتور ایجاد شود و به وسیله این ولتاژ در فاز های مختلف نیز ولتاژ به وجود می آید و با وصل کردن فازهای باقیمانده ولتاژ جدیدی در هر سه فاز ایجاد می شود که با بررسی روابط شار بر حسب ولتاژ در سه فاز می توان زوایای بهینه را برای کلید زنی محاسبه کرد . همین روش برای ترانسفورماتور تکفاز نیز انجام می شود با این تفاوت که درترانسفورماتور های تکفاز دانستن مقدار شار پسماند الزامی می باشد در این روش از ابتدا جریان هجومی وجود نخواهد داشت و تنها روشی است که جریان هجومی را به طور کامل حذف می کند و معایب دیگر روش ها را ندارد و تنها کمبودی که در این روش وجود دارد این است که این روش با توجه به کمبودی که در نرم افزار MATLAB در مورد ترانسفورماتور های سه فاز با هسته یکپارچه وجود دارد و با توجه به اینکه رلوکتانس ساق های مختلف متفاوت می باشد و شار القایی در فاز های مختلف ترانسفورماتور بر فاز های دیگر نیز اثر دارد ، پس نمی توان از رابطه بین ولتاژ و شار استفاده کرد . پس پیشنهادی که در مورد این پروژه وجود دارد بررسی کلید زنی در ترانسفورماتور های سه فاز. با هسته یکپارچه می باشد.
هدف ازاین مقاله ارائه راههای عملی کاهش جریان هجومی‌ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز وتک فاز می‌باشد.جریان هجومی‌ترانسفورماتور، اثرات مخربی روی ترانسفورماتور و سایر تجهیزات موجود درشبکه دارد. هرچه میزان این جرایان ازلحاظ اندازه و زمان بیشتر باشد اثراتش بمراتب مشهود تراست. با توجه به حساسیت جریان هجومی‌به مشخصات ساختمانی ترانسفورماتور و شبکه الکتریکی، دو دسته اصلاحات داخلی وخارجی برای کاهش این جریان مغناطیسی پیشنهاد می‌گردد. هدف ازاین مقاله ارائه راههای عملی کاهش جریان هجومی‌ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز وتک فاز می‌باشد.
1-مقدمه براثر اعمال ولتاژبه سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور،هسته به حالت اشباع رفته ورلوکتانس هسته افزایش می‌یابد و بدنبال آن اندوکتانس کاهش یافته ونهایتاً جریان زیادی توسط ترانسفورماتور ازشبکه کشیده خواهد شد،که این جریان زیاد را، جریان مهاجم مغناطیسی گویند. جریان هجومی اثرات مخاطره انگیزی برای ترانسفورماتور و شبکه الکتریکی دارد که میتوان به موارد زیراشاره نمود:پدیدار شدن نیروهای مکانیکی شدید بین سیم پیچ های ترانسفورماتور ،صدمه دیدن عایق سیم پیچ های ترانسفورماتور و آرمیچر ژنراتور، عملکرد نامناسب رله‌های حفاظتی، وارد شدن شوک شدید به ژنراتور و صدمه دیدن رتور بعلت وجود مؤلفه های منفی جریان.که این اثرات درطولانی مدت بخاطر تعداد زیاد دفعات کلیدزنی موجب صدمه دیدن ترانسفورماتورو تجهیزات شبکه خصوصاً ژنراتور می‌گردد. برای کاهش جریان هجومی باتوجه به وابستگی آن به مشخصات ترانسفورماتور وشبکه دودسته اصلاحات داخلی و خارجی پیشنهاد می‌گردد. نتایج و نمودارها از شبیه سازی یک شبکه محلی با نرم افزارEMTP حاصل شده است.
2- اصلاحات داخلیبا یک سری اصلاحات داخلی روی ترانسفورماتور وژنراتور (درصورت وجود شبکه محلی) میتوان جریان هجومی را کاهش داد. میدانیم که هرچه اندوکتانس هسته بیشتر باشد مقدار جریان هجومی‌کاهش می‌یابد. اندوکتانس با تعداد دورسیم پیچ‌ها نسبت مستقیم و با رلوکتانس هسته نسبت معکوس دارد.برای کاهش رلوکتانس هسته میتوان کارهای زیر را انجام داد:- بزرگترکردن سطح مقطع هسته- کوچکترکردن ابعاد هسته (طول وارتفاع هسته)- ساخت هسته ازموادمغناطیسی باقابلیت گذردهی بالاترجریان هجومی‌شدیداً به مقدار پسماندوابسته است، البته پسماند می‌تواند جریان هجومی‌را افزایش و یاکاهش دهد، اما بدلیل اینکه مقدار پسماند مشخص نیست ازآن بعنوان یک عامل مزاحم یاد میشود شبیه سازی نشان می‌دهد، هرچه مقدار مقاومت سیم پیچ میرایی محور مستقیم(d) ژنراتورسنکرون بیشترباشد، جریان هجومی‌کمتر میشود.پس بطور کلی راههای زیربعنوان اصلاحات داخلی پیشنهاد می‌گردد:
1)1) افزایش تعداد دورسیم پیچ ها 2)2) افزایش سطح مقطع هسته 3)3) کاهش ابعادهسته 4)4) ساخت هسته ازمواد مغناطیسی باقابلیت گذردهی بالاتر5 )5) ساخت هسته ازمواد مغناطیسی باحلقه هیسترزیس دراز وباریک 6)6) افزایش مقاومت سیم پیچ (یاسیم پیچ های)میرائی محورd ژنراتورهای سنکرونبا توجه به اینکه اصلاحات فوق مربوط به ساختمان داخلی ترانسفورماتور وژنراتور ساخته شده نمی‌توان آنها را بکار برد، همچنین بعضی از راه حل های بالا با توجه به پارامترهای دیگر طراحی ،باید بصورت بهینه انتخاب شوند. پس توجه اصلی روی اصلاحات خارجی است که درقسمت بعد بطورمفصل مورد تجزیه وتحلیل قرار می‌گیرد.
3- اصلاحات خارجی هر چه مقدار شارهسته بیشترشود، جریان هجومی افزایش می‌یابد، که منحنی اشباع هسته این موضوع را بوضوح نشان می‌دهد.جدول –1تأثیر مقاومت پیچ های میراکننده محورهای q,d روی جریان هجومی‌برحسب آمپرشکل 1-منحنی اشباع هسته ترانسفورماتورBmوin بترتیب ماکزیمم مقدارچگالی شاروجریان بی باری قبل از ارائه اصلاحات خارجی مدارساده زیررادرنظر گرفته وشاربرای آن محاسبه میشود.شکل2- مدار RL خطی با منبع سینوسیمنبع را بصورت زیر در نظر می‌گیریم:بترتیب ماکزیمم مقدار وفاز اولیه منبع ولتاژهستند.حال شاردرون سلف رابدست می‌آوریم:معادله دیفرانسیل (1) دارای دوجواب حالت گذرا وحالت دائمی‌است که فرم کلی آن بشکل زیر است:برای بدست آوردن ثابتC ازفلوی پسماند بعنوان شرط اولیه استفاده می‌کنیم. اگر فلوی پسماند برابر باباشد،معادله کلی شار بصورت زیراست:قسمت اول درسمت راست تساوی،جواب حالت پایداروقسمت دوم درسمت راست تساوی، جواب حالت گذاری شاراست. قسمت گذرا باعث جریان هجومی میشود، و باید تا آنجا که ممکن است این ترم کاهش یابد. راههای کاهش جواب گذرا عبارتند از:
1)1) ازبین بردن پسماند 2)2) کاهش ولتاژ راه اندازی 3)3) افزایش فرکانس راه اندازی 4)4) کلیدزنی درولتاژماکزیمم 5)5) افزایش مقاومت راه اندازی روشهای 1 تا 3 برای شبکه محلی قابل استفاده است. اما روشهای 4 و 5 برای شبکه محلی و سراسری می‌تواند بکار گرفته شود، و بهترین حالت نیز استفاده از این دو روش است که در قسمتهای بعد این روشها را بطور مفصل بررسی می‌کنیم.
4- افزایش مقاومت راه اندازیهرچه مقاومت راه انداز بزرگتر باشد شار زودتر به حالت پایدار خود رسیده، و جریان هجومی‌کمتر میشود. این مقاومت در لحظات اولیه راه اندازی وارد مدارشده وپس ازمدتی (حدوداً یک ثاینه) رله تأخیر زمانی عمل کرده وکلید قدرت موازی مقاومت بسته شده و عملاً مقاومت ازمدار خارج میشود (شکل –3).شکل-3 راه اندازی ترانسفورماتور با مقاومت کمکیکه جدول-2 تأثیر مقاومت کمکی روی جریان هجومی را نشان می‌دهد.شکل-4 و شکل-5 بترتیب جریان هجومی ترانسفورماتور قدرت سه فازی را بدون مقاومت و با مقاومت کمکی نشان می‌دهد همانگونه که ملاحظه می‌شودجریان هجومی‌فازاول ازدوفاز دیگر بیشتر و در اولین پیک به 5/7106 آمپر می‌رسد، در صورتیکه اگر ترانسفورماتور با مقاومت کمکی 5 اهمی راه اندازی شود، این جریان در اولین پیک حداکثر به 7/688 آمپر رسیده، و جریان خیلی سریع میرا خواهدشد.جدول –2کاهش جریان هجومی‌توسط مقاومتمقدارمقاومت راه اندازی به دوعامل زیربستگی دارد:- افت ولتاژ مقاومت درحالت پایدار(درلحظه خروج مقاومت)- میزان جذب انرژی توسط مقاومت دو عامل ذکر شده درخلاف جهت یکدیگر می‌باشند چراکه بایستی حداکثر انرژی جذب شده توسط مقاومت و همچنین میزان افت ولتاژآن درلحظه خروج مقاومت کم باشد،درصورتیکه مقاومت بزرگترباعث جذب انرژی کمترشده، امادرعوض افت ولتاژ آن در حالت پایدار بیشتر میشود.شکلهای 6و7 انرژی جذب شده توسط مقاومت راه اندازی سه فاز را بازاء مقاومتهای 5و10 اهمی نشان می‌دهند.
بازاء مقاومت 5 اهمی حداکثر انرژی جذب شده توسط مقاومتهای سه فاز پس از10سیکل بترتیب برابربا5751،2488،1589 ژول و بازاء مقاومت 10 اهمی برابر با 3317 ،1644و1116 ژول می‌باشد. البته باید توجه داشت که بیشترین میزان انرژی درنیم سیکل اول، توسط مقاومتهای جذب میشود. شکلهای 8 و 9 بترتیب افت ولتاژ دو سر مقاومتهای 5و10 اهمی در هر سه فاز را نشان می‌دهند.6- الف (فاز اول)6- ب (فاز دوم)7- الف (فاز اول)7- ب (فاز دوم)8- ج (فاز سوم)شکل8- میزان افت ولتاژ دو سر مقاومتهای راه اندازی 5 اهمی در هر سه فاز9- ج (فاز سوم)شکل9- میزان افت ولتاژ دو سر مقاومتهای راه اندازی 10 اهمی در هر سه فازهمچنانکه ملاحظه میشود میزان افت ولتاژ در نیم سیکل اول زیاد با مقدار مقاومت حساس نیست،اما پس از، بین رفتن جریانهای هجومی افت ولتاژ دو سر مقاومتها مستقیماً به اندازه مقاومتهای راه اندازی بستگی دارد، یعنی هرچه مقاومت بزرگتر باشد میزان افت ولتاژ دوسر مقاومتهای سه فاز بازاء مقاومت 5اهمی در نیم سیکل اول بترتیب برابر با3440،2080،1600 ولت و در حالت پایدار برابر با 53،42،52 ولت می‌باشد. و بازاء مقاومت 10 اهمی در نیم سیکل اول بترتیب برابر با 3227،2179و1593 ولت و درحالت پایدار برابر با 105،84،105ولت میشود، یعنی افت ولتاژ دوسر مقاومتها در حالت پایدار تقریباً برابربا جریان بی باری در اندازه مقاومت است. هرچه مقاومت راه اندازی بزرگتر باشد میزان جذب انرژی آن کمتر شده و از لحاظ اقتصادی بهتر است اما افت ولتاژ آن نیز در حالت پایدار (لحظه خروج مقاومت راه اندازی) بیشتر شده و ممکن است در لحظه خروج حالتهای گذرای شدیدی بوجود آید که ترانسفورماتور را مجدداً به حالت اشباع ببرد و یا مسائل دیگری در رابطه با حفاظت و ایمنی پیش آید. درآخر بایستی به این نکته هم توجه نمودکه اندازه مقاومت باجذب انرژی (بالارفتن درجه حرارت) افزایش می‌یابد، و ممکن است افت ولتاژ آن درحالت پایدار بیش ازحد مورد انتظار باشد. برای این منظور مقدار مقاومت رابه ازاء انرژی جذب شده درنیم سیکل اول (بیش از97%کل انرژی جذب شده) محاسبه نموده و آنرا در جریان بی باری ضرب نموده وافت ولتاژ را بدست می‌آوریم. میزان افت ولتاژ مجاز به ولتاژ شبکه، ساختمان داخلی ترانسفورماتور،حفاظت وایمنی بستگی دارد. افت ولتاژحدود10% بهترین حالت است.
5- کلیدزنی درلحظه مناسبمیدانیم که شار با ولتاژ90 درجه اختلاف فاز دارد،وقتیکه ولتاژماکزیمم است ،شار صفراست. پس اگر کلیدزنی در لحظه ماکزیمم ولتاژ صورت گیرد، شار و نهایتاًَ جریان هجومی حداقل است. جدول-3 حداکثر جریان را با در نظرگرفتن شارپسماند نشان می‌دهد. با پیشرفت تکنولوژی شارپسماند هسته ترانسفورماتورهای قدرت کمتراز75%شار ماکزیمم است، با احتساب حداکثر مقدار پسماند، اگرکلیدزنی درلحظه مناسب باشد بازمی‌توان ازاین روش بخوبی استفاده کرد.جدول –3تأثیر کلیدزنی وشارپسمانددرمقدارجریان هجومی
6- نتایجدو راه عملی کاهش جریان هجومی‌یعنی «کلیدزنی درلحظه مناسب واستفاده ازمقاومت کمکی هریک دارای مزایا و معایبی است.* استفاده ازمقاومت کمکیمزایا: قابلیت اطمینان بالاسادگی قابل استفاده برای ترانسفورماتورتک فازوسه فازمعایب: هزینه بالا احتیاج به فضای زیاد بعلت بزرگ بودن مقاومتها* کلید زنی درلحظه مناسبمزایا: هزینه پائین احتیاج به فضای کم معایب: بدلیل وجود پسماند کلیدزنی دقیق نیست امابهینه است کاربرد آن برای کلیدهای سریع و ترانسفورماتورهای تک فاز است.
7- مراجع1- مطلبی علی ترانسفورماتورهای تک فازوسه فاز
در این پروژه با توجه به اثرات مخربی که جریان هجومی می تواند برای ترانسفورماتور و شبکه داشته باشد ، روش های مختلف کاهش و یا حذف جریان هجومی مورد بررسی قرار گرفته شده است این روش ها به ترتیب زیر می باشند.
1) روش استفاده از مقاومت راه انداز سری شده :در این روش از یک مقاومت سری شده با هر فاز استفاده شده است که در قسمت اولیه ترانسفورماتور قرار می گیرد ، این مقاومت اثر میرا کننده بر جریان گذرنده از هر فاز را دارد و باعث می شود که جریان با سرعت بیشتری به مقدار ماندگار خود برسد ، مقدار این مقاومت هر چقدر بیشتر باشد سرعت میرا شدن جریان نیز بیشتر می باشد این مقاومت فقط چند سیکل اول در مدار می باشد و بعد از آن زمان اتصال کوتاه می شود و از مدار خارج می شود . چنانچه مقدار مقاومت بسیار زیاد باشد باعث می شود که هنگام خارج کردن مقاومت از مدار مقداری جریان هجومی دوباره در ترانسفورماتور ایجاد شود و برای جلوگیری از این حالت باید مقاومت در زمان کوتاهتری از مدار خارج شود پس در این روش در انتخاب مقدار مقاومت و زمان خارج کردن آن از مدار باید دقت بسیاری شود تا هم جریان سریع تر میرا شود و اثرات مخرب جریان هجومی کمتر باشد و هم اینکه در هنگام خارج کردن مقاومت از مدار جریان هجومی جدیدی ایجاد نشود .از نکات مثبت این روش این است که این روش برای انواع ترانسفورماتور های تکفاز و سه فاز قابل استفاده می باشد در این پروژه با توجه به محدودیتی که نرم افزار MATLAB دارد و ترانسفورماتور های سه فاز آن از ترانسفورماتور با سه هسته تکفاز می باشند فقط این نوع ترانسفورماتور ها مورد بررسی قرار گرفته شده است ولی با توجه به اینکه این روش از طریق میرا کردن جریان عمل می کند پیش بینی می شود که در مورد دیگر انواع ترانسفورماتور ها با اتصالات مختلف نیز مفید باشد و نکته مفید دیگر این روش این است که باعث می شود بعد از چند سیکل جریان هجومی به طور کامل حذف شود .از معایب مهم این روش این است که استفاده از سه مقاومت با توان بالا و همچنین سه کلید برای خارج کردن آنها هزینه زیادی خواهد داشت.
2) روش استفاده از مقاومت زمین شده:در این روش در سر وسط اولیه ترانسفورماتور مقاومتی قرار داده می شود که بتوان با استفاده از آن جریان سه فاز را میرا کرد و این مقاومت نیز باید به دلیل تلفاتی که ایجاد می کند بعد از راه اندازی از مدار خارج گردد. در این روش با انجام شبیه سازی های مختلف مشاهده می شود که چنانچه هر سه فاز در یک زمان وصل شوند این روش اثر مطلوبی بر کاهش جریان هجومی ندارد ولی چنانچه در وصل فاز های مختلف فاصله زمانی چند سیکلی ایجاد شود اثر خوبی بر حذف جریان هجومی دارد که این اثر بیشتر بر جریان فاز اول می باشد .این روش همچنین برای راه اندازی ترانسفورماتور سه فاز با اتصالاتی که اولیه آنها به صورت Yg می باشد به صورت اولیه Y نیز استفاده می شودکه این روش در قسمت کنترل کلید زنی مورد بررسی قرار گرفته شده است.از مزایای این روش می توان به استفاده از تنها یک مقاومت ویک کلید قدرت اضافی اشاره کرد که باعث می شود هزینه کمتری صرف شود ولی برای اینکه بتوان جریان هجومی را به خوبی از طریق این روش کاهش ویا حذف نمود باید در کلید زنی فاز های مختلف کنترل هایی انجام شود که باعث افزایش هزینه می شود.از معایب این روش یک مورد این است که این روش تنها در مورد ترانسفورماتور هایی قابل استفاده است که اتصال اولیه آنها Y باشد و مورد دیگر این است که چنانچه برای کارایی بیشتر آن از کنترل کلید زنی بعضی از فاز ها استفاده شود روش کنترل کلید زنی به صرفه تر می باشد .
3) روش استفاده از ***** پایین گذر:در این روش با توجه به وجود هارمونیک های فرکانس بالا در جریان هجومی ترانسفورماتور ها از یک ***** پایین گذر استفاده می شود تا این هارمونیک ها را حذف کند در این روش با توجه به مقدار اندوکتانس ***** مقدار خازن مورد نیاز ***** مشخص می گردد .در این روش با تغییر مقدار خازن تغییرات شدیدی در اندازه جریان هجومی و ولتاژ خروجی ترانسفورماتور ایجاد می شود پس در انتخاب خازن باید دقت بسیاری شود و همچنین تغییرات جزیی مقاومت و اندوکتانس ***** تاثیر چندانی بر ولتاژ خروجی ندارد ولی در صورتی که اندوکتانس خیلی کم باشد سبب ایجاد جریان هجومی بزرگتر می گردد . در این روش با توجه به تلفاتی که مقاومت و اندوکتانس ایجاد می کنند بعد از مدتی باید ***** خارج شود که این باعث ایجاد مقداری جریان هجومی بیشتر می شود که البته از حالتی که از ***** استفاده نشود کمتر می باشد.از معایب این روش یک مورد این است که تغییرات زیادی در ولتاژ خروجی ترانسفورماتور مشاهده می شود که باعث اختلال در عملکرد وسایل الکتریکی متصل به ترانسفورماتور می شود و عیب دیگر اینکه در هنگام وصل و خارج کردن ***** جریان بسیار زیادی از منبع کشیده می شود و عیب دیگر این است که با وجود تمامی هزینه هایی که انجام می شود باز هم جریان هجومی در ترانسفورماتور ایجاد می شود .
4) روش کنترل کلید زنی در این روش با توجه به رابطه ای که بین ولتاژ و شار ترانسفورماتور های تکفاز و ترانسفورماتور های سه فاز با سه هسته تکفاز وجود دارد ، حالت هایی بررسی می شود که با وصل کردن یک یا دو فاز ولتاژی در ترانسفورماتور ایجاد شود و به وسیله این ولتاژ در فاز های مختلف نیز ولتاژ به وجود می آید و با وصل کردن فازهای باقیمانده ولتاژ جدیدی در هر سه فاز ایجاد می شود که با بررسی روابط شار بر حسب ولتاژ در سه فاز می توان زوایای بهینه را برای کلید زنی محاسبه کرد . همین روش برای ترانسفورماتور تکفاز نیز انجام می شود با این تفاوت که درترانسفورماتور های تکفاز دانستن مقدار شار پسماند الزامی می باشد در این روش از ابتدا جریان هجومی وجود نخواهد داشت و تنها روشی است که جریان هجومی را به طور کامل حذف می کند و معایب دیگر روش ها را ندارد و تنها کمبودی که در این روش وجود دارد این است که این روش با توجه به کمبودی که در نرم افزار MATLAB در مورد ترانسفورماتور های سه فاز با هسته یکپارچه وجود دارد و با توجه به اینکه رلوکتانس ساق های مختلف متفاوت می باشد و شار القایی در فاز های مختلف ترانسفورماتور بر فاز های دیگر نیز اثر دارد ، پس نمی توان از رابطه بین ولتاژ و شار استفاده کرد . پس پیشنهادی که در مورد این پروژه وجود دارد بررسی کلید زنی در ترانسفورماتور های سه فاز. با هسته یکپارچه می باشد.
آخرین ویرایش توسط مدیر:
