X
تبلیغات
اندیشه

اندیشه

نکاتی در مورد ژنراتور سنکرون

ماشین های سنکرون:
ماشین های سنکرون گرچه امروزه بیشتر به عنوان ژنراتور استفاده میشود ولی جا دارد بیشتر با این ماشین ها آشنا شد.در این مقاله به طبقه بندی های گوناگون ماشین های سنکرون پرداخته شده است


ماشین های سنکرون

ماشینهای سنکرون به دو دسته تقسیم می شوند :

1- ژنراتور سنکرون یا آلتروناتور 2- موتور سنکرون

البته نوعی ماشین سنکرون به نام کمپانستور compansator یا اصلاح کننده ضریب توان نیز در صنایع موجود می باشد.

این ماشین ها نیز از دوقسمت تشکیل شده اند که قسمت متحرک این ماشین ها را روتور و قسمت ساکن آنها را استاتور گویند. رتور ماشین های سنکرون از لحاظ ساختمان دو دسته اند . ماشینهای سنکرون با قطب صاف و ماشین های با قطب برجسته .

طبقه بندی ماشین های سنکرون

ماشینهای سنکرون به دو دسته تقسیم می شوند :
1- ژنراتور سنکرون یا آلتروناتور

2- موتور سنکرون
البته نوعی ماشین سنکرون به نام کمپانستور compansator یا اصلاح کننده ضریب توان نیز در صنایع موجود می باشد.

این ماشین ها نیز از دوقسمت تشکیل شده اند که قسمت متحرک این ماشین ها را روتور و قسمت ساکن آنها را استاتور گویند. رتور ماشین های سنکرون از لحاظ ساختمان دو دسته اند . ماشینهای سنکرون با قطب صاف و ماشین های با قطب برجسته .

و همچنین ماشینهای سنکرون بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده روتور آنها چه توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شود :

1- توربو ژنراتور: در این وسیله گرداننده ی روتور توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابر این توربو ژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانایی ایجاد دورهای بسیار بالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربو ژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر و ارزانتر تمام می شود.

2- هیدرو ژنراتور : در آن وسیله گرداننده رتور به وسیله ی توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدرو ژنراتور دارای قطب برجسته بوده ودارای سرعت کم می باشد.

3- دیزل ژنراتور : در قدرت های کوچک و اضطراری وسیله گرداننده ی رتور دیزل است که در این مورد هم قطب های روتور آن قطب برجسته می باشد.



مولدهای AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای dc بر اساس القاء الکترومغناطیسی کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر ویک میدان مغناطیسی هستند. اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد : درحالی که در ژنراتورهای dc آرمیچر چرخیده می شود وسیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.

یک موتور سنکرون از نظر الکتریکی مشابه یک آلترناتور یا ژنراتور ac می باشد در حقیقت از نظر تئوری یک ماشین سنکرون می تواند به عنوان آلترناتور استفاده گردد که به طور مکانیکی راه اندازی شده و یا به عنوان موتوری استفاده گردد که به صورت الکتریکی راه اندازی شده باشد.بیشتر موتورهای سنکرون دارای مقدار نامی 150 کیلو وات تا 15 مگاوات بوده ودارای محدوده سرعتی rpm150 تا rpm1800 کار میکنند .
 
مزایای موتور سنکرون:
1- این موتور دارای ضریب قدرت مناسب و قابل تنظیم است.
2- بازده عالی دارد.
3- در مقابل نوسان ولتاژ حساسیت ندارد.
4- امکان بکار بردن آن به طور مستقیم با ولتاژ زیاد وجود دارد.
5- با تحریک مناسب هیچگونه قدرت راکتیو مصرف نمیکند و فقط قدرت اکتیو مناسب می گیرد.
6- از این موتور میتوان به عنوان مولد قدرت راکتیو برای بالا بردن ضریب قدرت خط استفاده کرد.

معایب موتور سنکرون:
1- یک وسیله راه اندازی اولیه که موتور کمکی و غیره می باشد احتیاج دارد.
2- علاوه بر جریان متناوب برای سیم پیچ استاتور ، جریان دائم برای قطبهای آن هم مورد احتیاج است در نتیجه قیمت ماشین را نسبت به مشابه خود بالا میبرد.
3- سرعت آن ثابت است در نتیجه قابل تنظیم است.
4- نداشتن تحمل اضافه بار ( در صورتیکه خیلی زیادتر از حد مجاز به آن بار دهند میایستد و دوباره بایستی آنرا راه اندازی کرد.)

کاربرد موتور سنکرون:
به خاطر راه اندازی مشکل موتور سنکرون ، مورد استفاده آن محدود است.
به خاطر سرعت ثابت آن، در مواردیکه دور ثابت نیاز باشد، استفاده می شود. در وسایل دقیق مانند ساعتهای الکتریکی و گرام و ....
کاربرد مهم موتور سنکرون ، برای اصلاح Cosφ است. بار روی آن قرار نداده یعنی موتور بدون بار کار میکند در این حالت موتور سنکرون را خازن سنکرون گویند
ماشينهاي الكتريكي :
مقاله: راه اندازي موتورهاي سنكرون در حالت بارداري
ارسال شده در دوشنبه 7 اسفند ماه 1385 توسط WhiteApple

ساختمان : استاتور موتورهاي سنكرون از نظر ساختمان دقيقاً مشابه استاتور موتورهاي القايي است سيم پيچهاي سه فاز آن در داخل شيارهاي هسته آهني استاتور تعبيه شده كه وظيفه آنها ايجاد ميدان دوار در هسته استاتور است.
روتور اين موتور به صورت يكپارچه يا از ورقهاي مغناطيسي ساخته مي شود و بر روي آن يك سيم پيچي جريان مستقيم به نام سيم پيچ تحريك نصب مي شود.
جريان تغذيه سيم پيچي تحريك روتور، از طريق دو حلقه كه بر روي محور روتور نصب شده به وسيله جاروبكها تأمين مي شود و روتور اين موتورها عملا بصورت يك مغناطيس الكتريكي (چرخ قطب) رفتار مي كند كه تعداد قطبهاي روتور به اندازه قطبهاي سيم پيچي استاتور خواهد بود.
طرز كار: هنگام وصل استاتور به شبكه سه فاز ، يك ميدان دوار كه سرعت آن متناسب با فركانس شبكه و تعداد قطبهاي استاتور است در آن بوجود مي آيد و سطح روتور را جاروب مي كند.قطبهاي روتور از طريق قطبهاي غير همنام استاتور جذب و لحظه اي بعد مجدداً اين قطبها به وسيله قطبهاي همنام استاتور دفع خواهند شد. پس ميانگين گشتاور صفر و روتور حركت نمي كند قطبهاي روتور به دليل سنگيني و اينرسي موجود در آن نمي توانند به سرعت همراه ميدان دوار استاتور بچرخند. پس بايد با يك وسيله كمكي (راه انداز) ابتدا سرعت روتور را به نزديكي سرعت ميدان دوار استاتور رساند تا روتور بتواند همراه ميدان دوار چرخش كند.



سؤال: گشتاور راه اندازي اين موتورها چقدر است؟
روشهاي راه اندازي موتورهاي سنكرون:
براي راه اندازي موتورهاي سنكرون سه روش اساسي مي توان به كار برد.
1-كاهش سرعت ميدان مغناطيسي استاتور: تا حدي كه روتور بتواند طي نيم سيكل چرخش ميدان مغناطيسي شتاب بگيرد و با آن قفل شود . اين كار را مي توان با كاهش فركانس منبع تغذيه انجام داد.
2- استفاده از يك گرداننده اوليه: كه سرعت موتور را تا حد سرعت سنكرون بالا ميبرد و با طي مراحل موازي كردن ماشين مثل ژنراتور روي خط آورده شود. پس از اين مراحل خاموش كردن با جدا كردن گرداننده اوليه ماشين سنكرون را تبديل به موتور خواهد كرد.
3- استفاده از سيم پيچ هاي ميرا كننده كه در انتهاي قطبين روتور نصب مي شود.
در موتورهاي سنكرون سرعت حركت روتور در هر حال برابر با سرعت ميدان دوار استاتور خواهد بود و افزايش بار فقط عقب ماندگي روتور نسبت به ميدان را موجب مي شود.
 
اختلاف فاز اين دو ميدان Bs وBR همان زاويه گشتاور است كه از0 تا90 تغيير مي كند. البته اگر افزايش بار بيش حد باشد.   موتور از حالت سنكرونيزم خارج خواهد شد كه اصطلاحا آن را ناپايدار مي ناميم ضمنا هنگام كار با سرعت سنكرون با تغييرات جريان تحريك امتداد جريان آرميچر و ضريب قدرت ماشين از حالت پس فازي به اهمي و پيش فازي قابل كنترل خواهد بود كه از اين خاصيت جهت اصلاح ضريب قدرت شبكه استفاده مي شود كه به موتورهاي سنكرون پر تحرك (كاردر حالت پيش فازي) خازنهاي سنكرون نيز گفته مي شود . (موتورهاي سنكرون در حالت كار پيش فازي كم تحريك هستند.) مدار معادل تكفاز موتور سنكرون بصورت زير مي باشد.

+ نوشته شده در  یکشنبه چهاردهم اسفند 1390ساعت 23:22  توسط رضا نامدار  | 

روستای جامیشلو در ۵۰کیلومتری همدان دارای ۱۱۰۰نفر جمعیت و۳۵۰خانوار میباشد
+ نوشته شده در  چهارشنبه نوزدهم بهمن 1390ساعت 0:44  توسط رضا نامدار  | 

رضا نامدار

استان همدان

شهرستان رزن

روستای جامیشلو

+ نوشته شده در  چهارشنبه نوزدهم بهمن 1390ساعت 0:35  توسط رضا نامدار  | 

شبیه سازی موتورالقای

      بنام خدا

 

موضوع:شبیه سازی ماشین های الکتریکی

استاد مربوطه:جناب آقای دکتر اره پناهی

دانشجو :رضا نامدار

زمستان 89

فهرست

مقدمه                                                                                                  3 

شبیه سازی موتور القای در abc                                                                     3

مشخصه های شتابگیری آزاد از دید دستگاه های مرجع مختلف                                11

کارایی دینامیکی طی تغییرات ناگهانی در گشتاور بار                                             15 

تغییرات سرعت و گشتاور طی یک اتصال کوتاه در شبکه                                             21

بدست آوردن مقادیر ویژه موتور در حالتهای مختلف کاری                                           23

قطع فاز موتور                                                                                                  26

ماشین سنکرون                                                                                          29

ماشین با گشتاور ورودی صفر و تحریک ثابت                                                           30

ماشین با اعمال گشتاور 5. پریونیت به محور                                                             32

کارایی دینامیکی طی یک خطای سه فاز در پایانه های ماشین                                         33

مشخصات سیستم                                                                                              36

 

 

مقدمه

شبیه سازی موتورهای القای

         در این شبیه سازی ابتدا معادله های ولتاژ وگشتاور ماشین های القای متقارن بر حسب متغیرهای ماشین تعیین میشوند و پس از آن از قاب های مرجع برای شبیه سازی ولتاژها وگشتاور استفاده میشود.مشاهده میشود که معادله های ولتاژ در دستگاه مرجع اختیاری مستقیما"وبدون صرف کار مثلثاتی زیاد نوشته میشود در صورتی که معادله های ولتاژ که بر حسب متغییرهای ماشین نوشته میشود به کار مثلثاتی زیادی نیاز دارد

شبیه سازی موتور القای در abc

مشخصه راه اندازی شتابگیری بدون بار موتورالقایp50  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

پارامترهای ماشین

j

Rr'

Xlr'

xm

xls

rs

IB

TB

rpm

volts

hp

1.662

.228

.302

13.08

.302

.087

46.8

198

3600

460

50

 

 

 

 

 

 

 

 

Dt(sec)

P(قطب)

F(Hz)

 

 

 

 

 

 

 

 

.000035

4

60

 

     جریان های ماشین همراه با گشتاورالکترومغناطیسی و سرعت برای ماشین ph50 طی شتاب گیری آزاد شبیه سازی شده است.

        در حالت توقف امپدانس ورودی ماشین القای مقاومت و راکتانس نشتی استاتور به صورت سری با مقاومت و راکتانس نشتی روتوراست .(چون در این حالت روتور درحالت توقف است و فرکانس روتور برابر فرکانس استاتور که همان فرکانس شبکه میباشد)در نتیجه با اعمال ولتاژ نامی جریان راه اندازی بزرگ است بنابراین برای راه اندازی موتورهای با توان بالا اکثرا" از یک جبران کننده برای کاهش ولتاژ استفاده میشود تا زمانی که ماشین به 60تا80درصد سرعت سنکرون می رسدکه در آن زمان ولتاژ کامل اعمال میشود

    مولفه نمای در هریک از جریانهای استاتور بستگی به مقادیر ولتاژهای منبع در لحظه اعمال دارد  

        چون تلفات اصطکاک و مقاومت هوا در نظر گرفته نشده ماشین به سرعت سنکرون می رسد

همانطور که در منحنی های جریان استاتور و روتور مشاهده میشود منحنی روتوربا گذشت زمان بازتراز منحنی های استاتور میشود چون فرکانس روتور وابسته به فرکانس استاتور ازطریق لغزش میباشد ودرحالت توقف بدلیل لغزش برابر 1فرکانس روتور با فرکانس استاتور برابر میباشد وزمانی که روتور شروع به حرکت بدلیل کاهش لغزش فرکانس روتور نیز کاهش میابد و زمانی که روتور به سرعت سنکرون رسید لغزش برابر صفر میشود پس در نتیجه فرکانس در روتور صفر میشود

 

جریان های استاتور

      بدلیل اینکه موتور بدون بار میباشد همانطور که مشاهده میشود پس از راه اندازی  جریان بی باری از استاتور کشیده میشود همانطور که مشاهده میشود جریان راه اندازی بسیار بالا میباشد

جریانهای روتور

        همانطور که مشاهده میشود چون موتور بی بار است جریانهای روتور بعد از مدت زمانی که روتور به سرعت سنکرون رسید صفر میشوند

 

 

منحنی گشتاور وسرعت

                                 همانطورکه مشاهده میشود چون موتور بی بار است واز تلفات صرف نطر شده سرعت روتور در نهایت به سرعت سنکرون میرسدو در این حالت جریانی در سیم پیچ های روتور القا نمیشود همانطور  که در منحنی جریان روتور دیده شد جریان روتورصفرمیشود

منحنی های گشتاور وسرعت         

       با عبور جریان سه فاز متعادل از سیم پیچ های استاتور یک mmfگردان در فاصله هوای ایجاد میشود که حول فاصله هوای در سرعتی میچرخد که توسط فرکانس و جریان های استاتور و تعداد قطبها بدست میاید اگر سرعت روتور با سرعت   mmf گردان تفاوت داشته باشد در سیم پیچ های روتور اتصال کوتاه شده جریانهای سفاز متعادل جاری میشود. فرکانس جریانهای روتور به تفاضل سرعت mmfگردان در اثر جریانهای استاتور و سرعت روتور مربوط میشود جریان های القا شده در روتور یک mmfفاصله هوای ایجاد میکنند که نسبت به روتور در سرعتی متناظر با فرکانسهای جریانهای روتور میچرخند از این رو mmfفاصله هوایی را که بطور هماهنگ دوران میکنند میتوان به منزله دو مجموعه قطبهای مغناطیسی با دوران همزمان تصور کرددر اثر واکنش این قطبهای مغتاطیسی گشتاور به وجود میاید

      چون در اینجا از تلفات صرف نظر شده سرعت روتور به سرعت سنکرون میرسد و به طور همزمان با mmfفاصله هوای ناشی از جریانهای استاتور میچرخد ودر این حالت گشتاور صفر میشود چون در این حالت جریانی در سیم پیچ های روتور جاری نمیشود.

 

 

مشخصه گشتاور سرعت طی شتاب گیری آزاد

همانطور که مشاهده میشود گشتاور نامی بدلیل اینکه این ماشین با لغزشی نسبتا"زیاد است در سرعتی به میزان قابل ملاحظه ای کمتر از سرعت سنکرون است.

 

 

زمان اجرای برنامه  Elapsed time is 146.450948 seconds.

برنامه نوشته شده

این برنامه در محیط m-fileمتلب نوشته شده است و داده های آن از کتاب پالسی کروز میباشد

v=460/sqrt(3);

nr=1705;

ns=1800;

rs=.087;

xls=.302;

xm=13.08;

xlr=.302;

rr=.228;

j1=1.662;

p=4;

w=377;

f=60;

wb=377;

thetar(1,1)=0;

wr(1,1)=0;

xss=xls+xm;

xrr=xlr+xm;

w1(1,1)=0;

lm=xm/(wb);

lms=(2/3)*lm;

Llr=xlr/(wb);

Lls=xls/(wb);

a=Lls+lms;

b=(-1/2)*lms;

ls=[a,b,b;b,a,b;b,b,a];

ias(1,1)=0;

ibs(1,1)=0;

ics(1,1)=0;

iabcs=[ias(1,1);ibs(1,1);ics(1,1)];

iar(1,1)=0;

ibr(1,1)=0;

icr(1,1)=0;

iabcr=[iar(1,1);ibr(1,1);icr(1,1)];

rs=diag([rs,rs,rs]);

rr=diag([rr,rr,rr]);

c=Llr+lms;

lr=[c,b,b;b,c,b;b,b,c];

n=0;

dt=.000035;

u=0:dt:1;

tic

for t=0:dt:1

   n=n+1;

vas(1,n)=v*sqrt(2)*cos(w*t);

vbs(1,n)=v*sqrt(2)*cos(w*t-2*pi/3);

vcs(1,n)= v*sqrt(2)*cos(w*t+2*pi/3);

vabcs=[vas(1,n);vbs(1,n);vcs(1,n)];

lsr=lms*[cos(thetar(1,n)),cos(thetar(1,n)+2*pi/3),cos(thetar(1,n)-2*pi/3);

    cos(thetar(1,n)-2*pi/3),cos(thetar(1,n)),cos(thetar(1,n)+2*pi/3);

    cos(thetar(1,n)+2*pi/3),cos(thetar(1,n)-2*pi/3),cos(thetar(1,n))];

lsr1=lms*wr(1,n)*[-sin(thetar(1,n)),-sin(thetar(1,n)+2*pi/3),-sin(thetar(1,n)-2*pi/3);

    -sin(thetar(1,n)-2*pi/3),-sin(thetar(1,n)),-sin(thetar(1,n)+2*pi/3);

    -sin(thetar(1,n)+2*pi/3),-sin(thetar(1,n)-2*pi/3),-sin(thetar(1,n))];

vabcr=[0;0;0];

e=(rs+ls/dt);

d=(rr+lr/dt);

z=(lsr/dt+lsr1);

m=(lsr'/dt+lsr1');

[i]=(inv([e,z;m,d])*([vabcs;vabcr]+((1/dt)*[ls,lsr;lsr',lr]*[iabcs;iabcr]))

iabcs=[i(1,1);i(2,1);i(3,1)];

k1(n,1)=iabcs(1,1);

k2(n,1)=iabcs(2,1);

k3(n,1)=iabcs(3,1);

iabcr=[i(4,1);i(5,1);i(6,1)];

k4(n,1)=iabcr(1,1);

k5(n,1)=iabcr(2,1);

k6(n,1)=iabcr(3,1);

Te(1,n)=-(p/2)*lms*((k1(n,1)*(k4(n,1)-.5*k5(n,1)-.5*k6(n,1))+k2(n,1)*(k5(n,1)-.5*k4(n,1)-.5*k6(n,1))+k3(n,1)*(k6(n,1)-.5*k5(n,1)-.5*k4(n,1)))*sin(thetar(1,n))+(sqrt(3)/2)*((k1(n,1)*(k5(n,1)-k6(n,1))+k2(n,1)*(k6(n,1)-k4(n,1))+k3(n,1)*(k4(n,1)-k5(n,1)))*cos(thetar(1,n))));

wr(1,n+1)=(Te(1,n)*p*dt/(2*j1))+wr(1,n);

thetar(1,n+1)=wr(1,n+1)*dt+thetar(1,n);

nr2(1,n)=wr(1,n+1)*60/(p*pi);

end

toc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مشخصه های شتابگیری آزاد از دید دستگاه های مرجع مختلف

        مشخصه های شتابگیری آزاد یک موتور القای50 اسب بخار در دستگاه مرجع سنکرون

برای تحلیل موتور های القای یکی ازقاب های مناسب قاب سنکرون میباشد چون مولفهای سینوسی در این قاب حذف میشود و فقط دامنه آنها وجود داردو حالت گذرای الکتریکی از شکل موجهای توان و جریانها در دستگاه مرجع گردان سنکرون بسیار مشهود است

زمان شبیه سازی برنامه  

Elapsed time is 269.191303 seconds .وdt=.000035;

 

جریان و ولتاژ روی محور d,q

      همانطور که مشخص است جریان بی باری از محور dsمیگذردآن برابر 28 آمپر میباشداین جریان همان جریان بی باری می باشد که از فازهای استاتور در حالت abcاز موتور میگذرد  و جریان محور qsدر حالت بی باری صفر میباشد

           همانطور که از منحنی های فوق مشخص است بدلیل ایتک موتور بی بار میباشد جریان محورهای d,qصفر میباشد یعنی جریانی از روتور نمی گذرد و این قابل مقایسه در حالت abcمیباشد که در آنجا هم جریان روتور بدلیل بدون بار بودن صفر میباشد

مشخصه های موتور در متغیر های ماشین

با استفاده از  معکوس تبدیل پارک مشخصه های موتور را از قاب مرجع سنکرون به متغیرهای ماشین در abcمی بریم  

 

جریانهای استاتور

جریان های روتور

کارایی دینامیکی طی تغییرات ناگهانی در گشتاور بار

          رفتاردینامیکی موتور القای طی تغییرات گشتاور بار در شکل های زیر نشان داده شده است ابتدا ماشین مورد نظر درسرعت سنکرون در حال کار کردن میباشد (این حالت را باتوجه به شرایط بدون بار که موتور به سرعت سنکرو ن میرسد و با همان شرایط در حال کار کردن میباشد انتخاب میکنیم باشد گشتاور بار ابتدا از صفر به صورت پله ای تغییر داده میشود تا در نقطه عملکرد جدید به حالت تعادل برسد و بعداز آن گشتاور بار بصورت پله ای از گشتاور مبنا به صفر برگردادنده میشود که در این صورت ماشین در نقطه عملکرد اولیه خود پایدار میشود.چون ما در مغناطیس مسیر باز نداریم زمانی که بار به موتور اعمال میشود نقطه کار اولیه تغییر میکند وبعد از آنکه بار اعمال شده صفر میشود باید نقطه کار به نفطه کار اولیه برگردد

گشتاور اعمال شده به موتور 200نیوتن متر به صورت پله ای از صفر به 300واز 300به صفر میباشد

               dt=.000035     ;       گام زمانی

 

زمان شبیه سازی       

Elapsed time is 385.038783 seconds.

 

جریان های استاتور طی اعمال بار به صورت پله ای به موتور                                                  

        همانطور که مشاهده میشود در لحظع اعمال بار جریان های استاتور از جریان بی بار افزایش میابند و چون جریان نامی تقریبا"دو برابر جریان بی باری است  پس در اینجا بار نامی به موتور اعمال شده و جریان نامی ازموتور کشیده میشود.

 

 

 

 

 

جریان های روتور طی اعمال بار به صورت پله ای به موتور

 

              قبل از اعمال بار جران های روتور بدلیل اینکه سرعت روتور با سرعت میدان دوار یکسان است پس در نمتیجه لغزش برابر صفر میباشد و فرکانس روتور در این لحظه برابر صفر است پس جریانی از روتور نمی گذرد و جریان روتور بابر صفر میباشد ولی در لحطه اعمال بار بلیل اینکه سرعت روتور بخاطر اعمال بار کاهش می یابد در نتیجه لغزش به وجود آمده و با عث به وجود آمدن فرکانس ذر روتور شده و جریان در روتور جاری میشود.

 

 

 

 

 

تغییرات گشتاور الکترو مغناطیسی و سرعت روتور طی تغییرات بار اعمال شده

مشاهده میشود که در لحظه اعمال بار سرعت کاهش میابد و گشتاور شروع به افزایش میکند و سرعت روتور در 1720  ثابت شده و موتور در این حالت با بار نامی در حال کار کردن است

 

منحنی گشتاور نسبت به سرعت طی تغییرات گشتاور بار به صورت پله ای

      زمانی که بار به موتور اعمال میشود سرعت یکدفعه افت میکند و در نتیجه  مسیر رفت و برگشت طی تغییرات ناگهانی بار بصورت زیر میباشد

 

          قبل از اعمال بار متور در سرعت سنکرون 1800 در حال کار کردن میباشد زمانی که بار به موتور اعمال میشود چون بار اعمال شده به صورت پله ای می باشد سرعت موتور به صورت آنی افت میکند و در تغییرات منحنی گشتاور سرعت به صورت منحنی بالا میباشد . زمانی که بار به موتور اعمال شد سرعت روتور به 1720 کاهش می یابد و در آن نقطه به کار خود ادامه می دهد چون در مغناطیس مسیر باز نداریم زمانی که بار از روی موتور برداشته میشود سیستم به نقطه کار اولیه خود بر میگردد

 

 

 

کارایی دینامیکی طی یک اتصال کوتاه سه فاز در پایانه های ماشین

      در ابتدا موتور در شرایط نامی با گشتاور باری معادل گشتاور مبنا در حال کار کردن است اتصال کوتاه سه فاز در پایانه های ماشین ایجاد میشود منحنی های بدست آمده طی این تغییرات در منحنی های زیر بدست آمده است

جریان های استاتور طی اتصال کوتاه سه فاز در پایانه ماشین

مشاهده میشود در لحظه ای که اتصال کوتاه سه فاز در پایانه ماشین رخ جریان های استاتور صفر میشود.چون در این لحظه اتصال کوتاه در پایانه ماشین رخ می دهد و جریان ورودی به استاتور صفر میشود .مقدار پیک جریان به لحطه اعمال و برداشتن فالت بر روی شبکه بستگی دارد

 

 

جریان های روتور طی یک اتصال کوتاه در شبکه

مشاهده میشود که جریان های روتور طی یک تغییر کوچک صفر میشودو بعد از رفع اتصال کوتاه طی چند سیکل جریان روتور برقرار میشود

تغییرات سرعت و گشتاور طی یک اتصال کوتاه در شبکه

چون جریان های استاتور و روتور صفر میباشدپس گشتاور الکترومغناطیسی صفر میشود بنابراین گشتاور بار کامل  موجب کاهش سرعت ماشین میشود و زمانی که فالت از روی شبکه برداشته میشود سرعت روتور شروع به افلزایش میکند و در نهایت به سرعت 1720در بار نامی میرسد

تغییرات گشتاور سرعت طی اتصال کوتاه در شبکه


         موتور در بار نامی در حال کار کردن است زمانی که اتصال کوتاه در شبکه به وجود می آید گشتاور صفر میشود و سرعت بخاطر گشتاور بار کامل به شدت شروع به کاهش میکند و زمانی که خطا رفع میشود گشتاور طی تغییرات به نقطه کار اولیه بر میگردد.

موقعی که ولتاژ ها مجددا" اعمال می شوند مولفه های نمای دوباره در جریانهای استاتور رخ می دهد ماشین با میرای نسبتا" متوسطی مجددا" در نقطه عملکرد اولیه پایدار میشود

 

 بدست آوردن مقادیر ویژه موتور در حالتهای مختلف کاری

         مقادیر ویژه روش ساده ای برای پیشبینی رفتار یک ماشین القایی در هر شرایط کار متعادل میاشد.مقادیر ویژه ممکن است حقیقی یا مختلط باشند وزمانی که مختلط هستند به صورت جفت های مزدوج بوده ویک مد نوسانی متغیرهای حالت را نشان می دهد قسمتهای حقیقی منفی مربوط به متغیرهای حالت یا نوسانات متغیرهای حالتی هستند که به صورت نمای بازمان کاهش می یابند 

موتور در حالت  بارو سرعت نامی در حال کار کردن میباشد مقادیر ویژه بصورت زیر میباشد       

Y=

003 *+1.0e

 

 

 

 

 

 

مقادیر ویژه ماتریس فوق بصورت زیر میباشد

 

با استفاده از دستور eigمقادیر ویژه را بدست می آوریم

 

 

موتور در حالت بدون بار در حال کار کردن میباشد مقادیر ویژه بصورت زیر میباشد

جفت مزدوج مختلتی که در فرکانس نزدیک به WBباقی می ماند به مقدار جریانهای DC گذرای سیم پیچهای استاتور بستگی دارد در قاب سنکرون به صورت یک جمله نوسانی کاهشی با فرکانس 60هرتز ظاهر میشود این مقادیر ویژه به مقادیر ویژه استاتور معروف هستند.موقعی که از حالت های گذرا صرف نظر میشود این مولفه وجود ندارد

هرگاه اغتشاشی موجب ایجاد یک مولفه dcگذرا در جریانهای استاتورشود پاسخ گذرای ماشین تحت تاثیر این جفت مقدار ویژه مزدوج مختلت است.

جفت مزدوج مختلطی که فرکانس آن با تغییر سرعت روتور تغییر میکند بطور ذاتی مرتبط با حالتهای گدرای الکتریکی مدار روتور میباشد و به عنوان مقادیر ویژه روتور نامیده میشود

مقادیر ویژه حقیقی نشانگر یک پاسخ نمایی است این مقادیر ویژه رفتار ماشین القای را توصیف میکندو این مقادیر ویژه با منحنی گشتاور سرعت حالت دایمی ارتباط داردچون یک ماشینم القای تنها در ناحیه اتی با شیب منفی مشخصه گشتاور سرعت به صورت پایدار کار میکند.اگر نقطه کاری را در ناحیه ای با شیب مثبت مشخصه گشتاور سرعت در نظر بگیریم متوجه میشویم که یک اغتشاش کوچک موجب دور شدن ماشین از نقطه کار خواهد شد که باعث ناپایداری ماشین میشود .یک مقدار ویژه مثبت نشان می دهد که همواره سیستم از نقطه کار فرضی دور میشود پس این مقدار ویژه د رناحیه ای باشیب مثبت مشخصه گشتاور سرعت  مثبت بوده و پس از نقطه ماکزیمم گشتاور حالت دایمی منفی خواهد شد

قطع فاز  a موتور

موتور بی بار راه اندازی میشود و در لحظه75.فاز aقطع میشود و درلحظه1.2. دوباره فاز a وصل میشود شرایط کاری موتور طبق منحنی های زیر تغییر میکند

 

مشاهده می شود که در لحظه ای که فاز a قطع میشود جریان آن صفر میشود و جریان فازهای دیگر افزایش پیدا میکند تا ماشین سنکرونیزم خود را از دست ندهدو از جریان های روتور مشاهده میشود که درلحظه قطع فاز چون مقدار جزیی سرعت روتور تغییر میکند جریانی در فاز های روتور جاری میشود 

ماشین سنکرون

کارآیی دینامیکی یک ماشین سنکرون را در حالت عادی و طی یک تغییر پله ای در گشتاور ورودی مشاهده خواهیم کرد.

اطلاعات مربوط به ماشین در زیر داده شده است. شبیه سازی های کامپیوتری که در شکل زیر

نشان داده شده اند، رفتار دینامیکی ژنراتور توربین بخار را به دنبال تغییر پله ای در گشتاور

ورودی از صفر تا 50% گشتاور نامی بررسی می کند

مشخصات ژنراتور

S=600MVA

xd=1.65

Xmd=1.51

Xd'=.25

F=60Hz

Xd''=.2

wr(1)=377

xmq=1.45

rs=0.0045

xq=1.59

p=4

Xq'=.46

H=.8788

Xq''=.2

exfd=1.008

=22

ws=377

wb=377

 

در ابتدا ماشین با گشتاور ورودی صفر و تحریک ثابت در مقداری که ولتاژ پایانه مدار بازنامی را در سرعت سنکرون می دهد در حال کار کردن است طبق منحنی های زیر

 

اعمال گشتاور 5. پریونیت به محور

هماتنطور که مشاهده می شود سرعت روتور بلافاصله پس از افزایش پله ای در گشتاور ورودی شروع به افزایش می کند افزایش سرعت باعث جاری شدن جریان در روتور و چون کشتاور مکانیکی افزایش یافته باعث افزایش گشتاور الکترومغناطیسی میشود و در این حالت روتور تا صفر شدن گشتاور شتاب دهنده سرعت میگیرد که در آن حالت TeبرابرTlاست

کارایی دینامیکی طی یک خطای سه فاز در پایانه های ماشین

پایداری ماشین های سنکرون موجود در یک سیستم قدرت به دنبال یک خطا مورد توجه فراوان

است. یک خطا یا اتصال کوتاه سه فاز به ندرت اتفاق می افتد. شبیه سازی های کامپیوتری که در

شکل های زیر نشان داده شده اند. رفتار دینامیکی ژنراتور توربین بخاررا در حین یک خطای

سه فاز در پایانه ها و پس از آن را روشن می سازند.

ماشین در ابتدا به یک باس بی نهایت متصل بوده و MVAنامی را در ضریسب قدرت نامی تحویل می دهد

د رماشین زیر خطا در لحظه 1اعمال وپس از 1.3رفع میشود

اگر اجازه دهیم خطا به مدت بیشتری برروی سیستم باقی بماند ماشین ناپایدار خواهد شد به عبارتی ماشین پس از رفع خطا به سرعت سنکرون بر نمیگردد.

   

مشاهده میشود که جریان سیم پیچ های میرا کننده قبل از خطا صفر میباشد ولی به محض وقوع خطا جریان در سیم پیجها جاری میشود و بعد از رفع خطا دوباره جریان صفر میشود

 

حد پایداری

اگر زمان را از 3.بیشتر کنیم دیگر ماشین به حالت پایداری خود برنمیگرددوپایداری خود رااز دست می دهد .

 

مشخصات سیستم

 

Cashe:3

 

Hard:500

+ نوشته شده در  دوشنبه پنجم اردیبهشت 1390ساعت 10:52  توسط رضا نامدار  | 

wind

The          compassionate        the         merciful

       بهبود پایداری دینامیکی در شبکه های قدرت بهم پیوستهOffshore Wind Farm  وMarine-Current Farmبااستفاده از statcom

تاریخ:2010

کشور:Taiwan

نویسندگان: Li WangوChia-Tien Hsiung

خلاصه ای از کار های انجام شده:

           در این مقاله دو شبکه Offshore Wind Farm  وMarine-Current Farm باهم به یک ACباس که به شبکه بی نهایت وصل میباشد و دارای statcom  برای بهبود پایداری دینایکی طی خطا در شبکه بررسی شده است و همچنین این شبکه با استفاده و بدون استفاده از PIDکنترلر همراه STATCOMمورد بررسی قرار گرفته شده است

پایه های علمی:

       تحلیل پایداری سیستمهای قدرت با استفاده از STATCOMدر رفرنس 6 انجام شده است ولی تاثیر OWFوMCFبرروی شبکه بررسی نشده است و با توجه به اینکه 70 درصد از سطح زمین را آب فرا گرفته است پس نیروی باد خوبی در سواحل وجود دارد در این مقاله تاثیر OWFوMCFبا استفاده از STATCOM بر روی شبکه مورد مطالعه قرار گرفته شده است

Case study:

             مطالعه و شبیه سازی بر روی یک شبکه بهم پیوسته 80مگاواتی Offshore Wind Farmو40مگاواتی Marine-Current Farm بررسی شده است

روشهای تحلیل:

                نمودارهای ولتاژ،جریان،توان اکتیو،توان راکتیوو سرعت با استفاده وبدون استفاده از PIDکنترلر همراه STATCOMتحت شرایط مختلف خطا مورد یرسی قرار گرفته شده است و نشان داده شده است که PID کنترلر همراه STATCOMباعث بهبود پایداری بهتر شبکه شده است

کارهای دیگران

1-تحلیل پایداری سیستم های قدرت بااستفاده از STATCOM-رفرنس 6

2-STATCOM بر اساس اینورتر جریانی و مدل غیر خطی CSIبه مدل خطی تبدیل شده است- رفرنس 14

3-پایداری گذرا ،دینامیکی و ظرفیت انتقال شبکه بهم پیوسته توسط STATCOM-رفرنس 15

4-طرح کنترل ولتاژ دینامیکی بر اساس ترکیب SVCوSTATCOMدر سیستمهای انتقال قدرت بهم پیوسته –رفرنس 16

+ نوشته شده در  دوشنبه پنجم اردیبهشت 1390ساعت 10:48  توسط رضا نامدار  | 

+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و دوم فروردین 1390ساعت 0:2  توسط رضا نامدار  | 

بنام ایزد منان


ادامه مطلب
+ نوشته شده در  شنبه بیستم فروردین 1390ساعت 23:8  توسط رضا نامدار  | 

بنام خدا

 

 

 عنوان :مقایسه کلید های قدرت الکترونیکی

استاد : دکتر مشکین کلک

دانشجو: رضا نامدار

شماره سمینار:1

تاریخ ارایه:18/8/89

 

 

انواع کلیدهای مورد استفاده در سیستم های قدرت

  1)کلیدهای مکانیکی ) مثل کلیدهای قلطکی واهرمی ) از معایب این کلید ها تاخیر در عمل کرد و تلفات بالاو غیر قابل کنترل از راه دور میباشد

2) کلیدهای الکترومکانیکی(مثل کنتاکتورو بیمتال)از معایب این کلیدها ایجاد جرقه بین کنتاکتها در هنگام قطع وصل کلیدها و همچنین تاخیر در عملکرد در مقایسه با کلیدهای الکترونیکی میباشد

3)کلیدهای الکترونیکی (مثل تریستورهای معمولی –انواع ترانزیستورها)از مزایای این کلید ها قطع وصل سریع و امنیت بالاوتلفات کم و کمک به ایجاد پایداری در شبکه های انتقال

 

جدول مقایسه کلید های الکترونیکی

 

 

همانطور که  درجدول مشاهده میشود فرکانس کاری تریستور-ترایک – GTO در مقایسه با کلیدهای دیگر کم و توان تریستور در مقایسه با کلید های  د یگر زیاد میباشد .

افت ولتاژ در حالت روشن کلید ترانزیستورSITاز بقیه کلید ها بیشتر میباشد پس در نتیجه تلفات بیشتری درحالت روشن در مقایسه با کلید های دیگر دارد.

فرکانس کاری ماسفت نسبت به دیگر کلید ها بیشتر است پس د رنتیجه سرعت کلید زنی بیشتری ذر مقایسه با کلید های دیگر دارد

قدرت تحمل ولتاژدر حالت خاموش تریستور از همه کلیدها بیشترمیباشدو همچنین جریان نامی تریستوردر مقایسه با کلیدهای دیگر بیشتر است

رابطه توان کلیدها با فرکانس کاری

این منحنی مقایسه خوبی برای تعیین فرکانس و توان کاری کلیدها میباشد

همانطور که در این نمودار مشاهده میشود با افزایش فرکانس کاری توان کاری کلید ها کاهش میابد و با کاهش فرکانس کاری توان کاری افزایش میابد.

بیشترین فرکانس کاری را ماسفت و کمترین فرکانس کاری را تریستور دارا میباشد.

بیشترین توان کاری را تریستور و کمترین توان کاری را ماسفت دارا میباشد

 تریستور

همانطور که در منحنی مشخص است با افزایش  ولتاژ آند وکاتد کاهش میابد و در نتیجه افت دلتاژ دو سر تریستور در حالت روشن کم میشود

Holding current:حداقل جریانی است که زمانی که تریستور روشن شد لازم است از آند بگذرد تا تریستور روشن باقی بماند

Latching current: حداقل جریانی است که بدون حضور  باید از تریستور بگذرد تا تریستور روشن شود

همانطور که در شکل زیر دیده میشود میتوان با اعمال  تریستور را روشن کرد

خاموش کردن تریستور به صورت کموتاسیون اجباری و طبیعی انجام میشود .کموتاسیون طبیعی اگر منبع ولتاژ متناوب باشد پس از هر پریود درنیم سیکل منفی  تریستور خاموش میشود و موارد استفاده آن د رکنترل کننده های ولتاژ متناوب و سیکلوکنورترها میباشد

در بعضی مواقع ولتاژورودی dcاست برای خاموش کردن آن  از کموتاسیون اجباری استفاده میشود مثل چاپرها

ترایاک

در واقع دو عدد تریستور است که به صورت معکوس بهم وصل شده اند که در حالت معکوس هم هدایت میکند. منحنی مشخصه ترایاک به صورت زیر است

نماد ترایاک بصورت زیر است

The Gate Turn –off  Thyristor
(GTO)

GTOتریستوری است خاموش شونده با گیت یعنی با اعمال سیگنال مثبت به گیت روشن و با اعمال سیگنال منفی با گیت خاموش میشود

مزایای GTO نسبت به تریستورمعمولی

1-دارای فرکانس کاری بالاتری نسبت به تریستور معمولی است

2-بدلیل حذف چکهای کموتاسیون نویزهای الکترومغناطیسی کاهش میابد

3-بدلیل حذف اجزای کموتاسیون وزن و قیمت کمتری دارند در نتیجه باعث بهبود بازده مبدل میشوند

   باتوجه به جدول توضیح داده شده افت ولتاژدرحالت روشن GTO نسبت به تریستور معمولی بیشتر است درنتیجه تلفات بیشتری دارد.

 

 

 

The Bipolar Junction Transistors
(BJT)

BJTدارای سه ناحیه کاری است

1-ناحیه قطع

ترانزیستور در این ناحیه قطع است

2-ناحیه فعال

ترانزیستور در این حالت به عنوان تقویت کننده استفاده میشود

3- ناحیه اشباع

جریان آنقدر افزایش میابد که ناچیزوجریان کلکتورزیاد میشودو این ناحیه برای کلید زنی استفاده میشود.

 

 

 

 

The Insulated Gate Bipolar Transistor
(IJBT)

IJBTکلیدی است که با کنترل میشود بهمین خاطر کنترل شونده با ولتاژ گفته میشود

منحنی مشخصه آن به صورت زیراست

شکل زیرعملکرد کلید را بررسی مینمایم

زمانی که کلید  وصل میشود  مثبت میشود در نتیجه Dبه S وصل میشودوجریان به بار منتقل میشود.زمانی که کلید قطع میشود  صفر میشود در نتیجه DبهSقطع میشود

برای مدار فوق منحنی های و  و  و  را رسم می کنیم

 

 

             

   سرعت کلید زنی IJBTبیشترازBJTاست و کاربرد آن درتوانهای متوسط مثل گرداننده  موتورAC,DCاستفاده میشود

 

 

 

 

 

 

Static Induction Transistor
(SIT)

همانطور که در پیوند p,nمشاهده میشود اگر به ناحیه pولتاژمثبت وبه ناحیه nولتاژمنفی اعمال کنیم پیوند در حالت بایاس مستقیم قرارمیگیرد و عرض ناحیه پیوند به حداقل میرسدو اگر به پیوند pولتاژمنفی و به پیوند nولتاژمثبت اعمال شود در حالت بایاس معکوس است و عرض ناحیه تهی افزایش میابد.

  درحالت عادی وصل است و جریان از سورس به درین منتقل میشود.

در SITگیت نوع Pاست وبا اعمال ولتاژ منفی به گیت باعث افزایش ناحیه تهی میشود درنتیجه کانال عبور جریان بین سورس و درین قطع میشود و کلید خاموش میشود.

SITدارای فرکانس کاری بالا است و چون افت ولتاژ آن در حالت روشن زیاد است (10تا20ولت) پس در حالت روشن تلفات هدایتی آن بالااست بهمین دلیل کاربرد آن محدود است

The MOS-Controlled Thyristor
(MCT)

MCT یک تریستور کنترل شونده است

در این مدار معادل یک عدد ترانزیستور PNPو یک عدد ترانزیستور NPN،یک عدد ماسفت نوع افزایشی Pویک عدد ماسفت افزایشی N استفاده شده است .

زمانی که به گیت ولتاژمنفی اعمال میکنیم باعث میشود که ماسفت نوع Pحفره را جذب کند در نتیجه یک کانالی را ایجاد میکند وجریان از  جاری میشود و ترانزیستور  روشن میشود از طریق مسیر Dماسفت نوع Pحفرهای از بیس ترانزیستور  جذب میکند و باعث جاری شدن جریان در بیس ترانزیستور  شده روشن میشود در این حالت جریان B  از طریق  ترانزیستور  که آند را به کاتد وصل میکند تامین میشود و کلید در این حالت روشن میشود.

 

 

 

 

Metal Oxide Semiconductor Field –Effect Transistor
(MOSFET)

همانطور که در منحنی مشخصه ماسفت دیده میشود ماسفت دارای سه ناحیه کاری است

1-ناحیه قطع که در آن  

2- ناحیه اشباع که در آن  

3-ناحیه خطی که در آن

 

در ناحیه خطی جریان درین  متناسب با ولتاژ  تغییر مکند .بخاطر داشتن جریان درین بالا ولتاژ درین سورس کم است پس برای عمل کلید زنی در ماسفت های قدرت از ناحیه خطی استفاده میکنیم .در ناحیه اشباع جریان درین به ازای افزایش  تقریبا" ثابت است و ترانزیستور در این ناحیه به عنوان تقویت کننده استفاده میشود

 

 

 

 

MOSFET data sheet         

                                              

 

 

 

 

ظرفیت خازنی بین D،S،G

زمان روشن و خاموش شدن

  = زمان لازم بای شارژ خازن ورودی تا سطح ولتاژ آستانه

   = زمان شارژ شدن گیت از سطح آستانه تا ولتاژ کامل گیت

 = زمان لازم برای تخلیه خازن ورودی

  = زمان نزول

 

 

زمانی که ولتاژ ورودی  را اعمال میکنیم تازمانی را که ماسفت روشن شود را با  نمایش دادشده است به زمان تاخیر معروف است و مدت زمانی را که طول میکشد تا ماسفت از 10درصد به 90درصد برسد را   می نامند

 

 

 سوال پرسیده شده در سمینار

مفهوم Latching current Holding current, چیست؟

جواب

Holding current:حداقل جریانی است که زمانی که تریستور روشن شد لازم است از آند بگذرد تا تریستور روشن باقی بماند

Laching current: حداقل جریانی است که بدون حضور  باید از تریستور بگذرد تا تریستور روشن شود

 

 

 

منابع

1) power Electronic Circuits . Issa  Batarseh

2) power Electronic . marvin J.Fisher

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده در  شنبه بیستم فروردین 1390ساعت 22:48  توسط رضا نامدار  |