دانلود رایگان مقاله در مورد هارمونيك ها در شبكه قدرت

نظرات 0

دانلود رایگان پروژه شماره 115: هارمونيك ها در شبكه قدرت

(هارمونیک های مبدل الکترونیک قدرت)




این مقاله 210 صفحه، به زبان فارسی و با فرمت ورد میباشد.



دانلود رایگان پروژه هارمونيك ها در شبكه قدرت



فهرست مطالب:

پيشگفتار    9
فصل اول  
1-1- تاريخچه    10
1-1-1- طرح جديد ژنراتورها    12
1-1-2- ژنراتورهاي موازي    12
1-1-3- ضريب تداخلي تلفني    13
1-1-4- خازنهاي شنت و فيلترها    13
1-2- هارمونيك‌ها در شبكه قدرت    14
1-2-1- هارمونيك‌ها    14
1-2-2- ميان هارمونيك‌ها    16
1-2-3- هارمونيك‌هاي شبكه قدرت    16
1-2-4- منابع غيروابسته به عناصر غيرهادي    17
1-2-5- منابع وابسته به عناصر نيمه‌هادي    18
1-2-6- آثار هارمونيك    19
1-2-7- هارمونيك‌ها و شبكه قدرت در ايران    20
1-3- شبيه‌سازي منابع هارمونيكي    21
1-3-1- هارمونيك‌هاي سيستم قدرت    21
1-3-2- مهمترين منابع هارمونيكي    23
1-3-3- فلسفه‌هاي مدلسازي    24
1-3-4- شبيه‌سازي در حوزه‌ي زمان    25
1-3-5- شبيه‌سازي در حوزه ي فركانس    26
1-3-6- روش‌هاي تكرار     28
1-4- هارمونيك‌ها و كيفيت توان    29
1-4-1- كيفيت ولتاژ    31
1-4-2- تعريف اصطلاحات و واژگان    32
فصل دوم  
2-1- منابع توليد هارمونيك‌ها    34
2-1-1- مقدمه    34
2-1-2- اغتشاش هارمونيكي    36
2-1-3- ولتاژ ناشي از اغتشاش جريان    39
2-1-4- هارمونيك گذرا    42
2-1-5- مجموع اغتشاش هارمونيكي و مقدار مؤثر    43
2-1-6- قدرت و ضريب قدرت    44
2-1-7- مدل کردن منابع هارمونیکی    49
2-1-8- مؤلفه‌ي متقارن    50
2-1-9- هارمونيك‌هاي مصرف 3 فاز    51
2-1-10- منابع برق تك‌فاز و مبدل الكترونيك قدرت    55
2-1-11- مبدلهاي قدرت 3 فاز    57
2-1-12- محرك‌هاي DC    57
2-1-13- محرك‌هاي AC    58
2-1-14- رشد و شرايط كار    61
2-1-15- اثر چك‌هاي خط ac روي هارمونيك‌ها    62
2-1-16- مبدل‌هاي AC/DC    63
2-1-17- تحليل مبدل شش پالسه در شرايط نامتعادل    64
2-1-18- روابط كلي جريانهاي هارمونيكي    64
2-1-19- محاسبه جريانهاي هارمونيكي سمت AC    66
2-1-20- محاسبه جريانهاي هارمونيكي سمت DC    67
2-1-21- عوامل مؤثر در توليد هارمونيك‌هاي غيرمشخص    67
2-1-22- دستگاههاي جرقه‌ساز    68
2-1-23- كوره‌هاي الكتريكي    69
2-1-24- دستگاههاي با قابليت اشباع       75
2-1-25- جبران‌كننده‌هاي استاتيكي توان راكتيو    75
2-1-26- ترانسفورماتورهاي قدرت    76
2-1-27- اشباع ناشي از افزايش ولتاژ    77
2-1-28- جريان هجومی ترانسفورماتورها    78
2-1-29- لامپ تخلیه ای    79
2-1-30- ساير منابع    80
فصل سوم: آثار هارمونيك‌ها  
3-1- مقدمه    82
3-2- خازنها    83
3-2-1- اثرات مستقيم    83
3-2-2- افزايش جريان     83
3-2-3- افزايش تنش    84
3-2-4- افزايش تلفات دي‌الكتريك    84
3-2-5- اثرات غيرمستقيم    86
3-2-6- پخش جريان‌هاي هارمونيكي    87
3-2-7- تشديد موازي    88
3-2-8- تشديد سري    89
3-3- لامپ روشناسي و المان‌هاي حرارتي    90
3-4- موتورهاي آسنكرون (القائي)    92
3-5- ماشين‌هاي سنكرون    95
3-6- ترانسفورماتورها    96
3-6-1- افزايش تلفات جريان گردابي در هادي‌ها    96
3-6-2- افزايش تلفات هيسترزيس    97
3-6-3- افزايش تلفات جريان گردابي در هسته    98
3-6-4- كاهش توان نامی ترانسفورمر    99
3-7- عملكرد رله‌ها    100
3-8- وسايل اندازه‌گيري الكتريكي    103
3-8-1- توان حقيقي    104
3-8-2- توان راكتيو    105
3-8-3- توان ظاهري    107
3-9- كليدهاي فشار قوي    110
3-10- عايق‌ها    111
3-11- فيوزها    111
3-12- سيستم مخابراتي و تداخل در ارتباطات مخابراتي    112
3-13- تأثيرات ديگر هارمونيكها    113
فصل چهارم: اندازه‌گيري هارمونيك‌ها  
4-1- مقدمه    115
4-2- هارمونيك سنج‌هاي اوليه    116
4-3- هارمونيك‌سنج‌هاي آنالوگ    117
4-3-1- نوع متوالي    118
4-3-2- نوع موازي    118
4-3-3- نوع جاروب فركانس    119
4-3-4- نوع فشردگي زمان    119
4-4- هارمونيك‌سنج‌هاي ديجيتال    120
4-4-1- نوع فيلتر ديجيتال    121
4-4-2- نوع تبديل فوریه گسسته    121
4-5- ترانسفورهاي اندازه‌گيري    122
4-5-1- رفتار هارمونيكي ترانسفورمر ولتاژ    122
4-5-2- مدار معادل ترانسفورمر ولتاژ    122
4-5-3- رفتار هارمونيكي ترانسفورمر جريان    124
4-5-4- مدار معادل ترانسفور جريان    125
4-5-5- ترانسفورمرهاي نوري    126
4-5-6- ترانسفورمرهاي جريان نوري (OCT)    129
4-5-7-  ترانسفورماتورهاي ولتاژ نوري (OPT)    130
4-6- روش‌هاي كاهش تداخل الكترو مغناطيسي    131
4-6-1- تداخلات الكترو استاتيكي    131
4-6-2- تداخلات مگنتو استاتيكي    132
4-6-3- تداخلات راديويي    134
4-7- نكات مورد توجه در اندازه‌گيري    134
4-7-1- محل اندازه‌گيري    136
4-7-2- اندازه‌گيري هارمونيك‌هاي ولتاژ    136
4-7-3- اندازه‌گيري هارمونيك‌هاي جريان    136
4-7-4- دروه زماني اندازه‌گيري    137
4-7-5- شرايط مهم در شبكه    138
فصل پنجم: مدل كردن هارمونيكي عناصر شبكه  
5-1- مقدمه    139
5-2- توالي فازي هارمونيك‌ها    140
5-3- خطوط هوايي و كابل‌ها    140
5-4- اهميت استفاده از مدل غيرخطي     141
5-5- مدل خط انتقال با در نظر گرفتن پارامترهاي توزيع شده    142
5-6- اثر پوستي    144
5-7- مدل‌هاي توالي مثبت و منفي و صفر    145
5-8- ترانسفورمرها    146
5-8-1- عوامل مؤثر در تعيين مدل    146
5-8-2- خواص غيرخطي ناشي از تحريك زياد    146
5-8-3- تغيير فاز ناشي از اتصالات مختلف سيم‌پيچ‌ها    147
5-8-4- مشخصه امپدانسي وابسته به فركانس    147
5-8-5- مدل ساده شده 1    148
5-8-6- مدل ساده شده 2    148
5-8-7- مدل توالي صفر    149
5-9- موتورهاي آسنكرون    149
5-10- بارهاي استاتيك (بارهاي با توان ثابت)    150
5-11- مدل امپدانس‌هاي موازي (شنت)    151
فصل ششم: تحليل هارمونيكي  
6-1- مقدمه    153
6-2- روش‌هاي تحليل هارمونيكي    154
6-2-1- تحليل غيرخطي در حوزه‌هاي زمان    154
6-2-2- تحليل غيرخطي در حوزه‌هاي فركانس    155
7-2-3- تحليل خطي در حوزه‌هاي فركانس    156
6-3- اختلاف فاز ناشي از ترانسفورمرها    157
6-4- بكارگيري اختلاف فاز ناشي از ترانسفورمرها در ماتريسYbus    158
6-5- پارامترهاي اعوجاج هارمونيك    159
6-5-1- ضريب اعوجاج هارمونيكي تجمعي    159
6-5-2- ضريب تأثير بر سيستم تلفن (TIF)    160
6-5-3- ضريب (TI)     161
فصل هفتم: روش‌هاي حذف هارمونيك‌ها  
7-1- مقدمه    162
7-2- اصول كار كنترل هارمونيك‌ها    162
7-3- كاهش جريان‌هاي هارمونيكي دربارها    162
7-4- فیلتر گذاري    163
7-5- اصلاح پاسخ فركانسي سيستم    164
7-6- در فيدرهاي توزيع    165
7-7- در تجهيزات مصرف‌كننده‌ها    166
7-8- روش‌هاي چند پالسه    167
7-9- چگونگي حذف هارمونيك‌ها    170
7-10- ترانسفورمرهاي دو سيم پيچ    171
7-10-1- ترانسفورمر مثلث- چندضلعي    171
7-10-2- ترانسفورمر مثلث- زيگزاگ    172
7-10-3- ترانسفورمر مثلث- ستاره    173
7-11- ترانسفورمرهاي تك سيم‌پيچ    174
7-11-1- ترانسفورمر تك سيم‌پيچ با اتصال چندضلعي    175
7-11-2- ترانسفورمر تك سيم‌پيچ با اتصالات مولد سه دسته ولتاژ سه فاز    176
فصل هشتم: فيلترگذاري  
8-1- فيلترهاي غير فعال    177
8-1-1- انواع فيلترهاي غيرفعال    179
8-1-2- پارامترهاي فيلترهاي غيرفعال    179
8-1-2-1- فركانس تنظيم    180
8-1-2-2- فركانس قطع    180
8-1-2-3- كيفيت    180
8-1-2-4- ضريب عدم تنظيم    181
8-1-2-5- توان راكتيو تزريقي    182
8-1-3- طراحي فيلترهاي تك تنظيم    185
8-1-4- طراحي فيلترهاي دو تنظيم    186
8-1-5- طراحي بهينه‌سازي فيلترهاي غيرفعال    187
8-1-6- ملاحظات لازم در طراحي و نصب    190
8-2- فيلترهاي فعال    190
8-2-1- فيلترهاي فعال موازي    192
8-2-2- مثالي از طراحي فيلترهاي هارمونيكي    194
8-2-3- فيلترهاي فعال هايبريد    194
8-2-3-1- سيستم‌ هايبرد سري    195
8-2-3-2- سيستم هايبرد موازي    197
8-3- روش عمومي بكارگيري فيلترها    198
8-4- بارگذاري ترانسفورماتور    201
8-5- اثر فارادی و حذف هارمونيك‌ها    203
8-6- روش ميكروپروسوري تزريق جريان    204
8-7- استفاده از ماشين سنكرون با مدار تحريك رزونانس    204
8-7-1- اصول كار جبران هارمونيكي    205
                                              جمع‌بندي  
1- خلاصه و روش مطالعه هارمونيك‌ها    208
2- قابليت‌هاي دربرنامهای تحليلي هارمونيكي    209
فصل نهم  
مراجع و منابع    210


نمونه متن:


دستگاههايي با قابليت اشباع:
اين بخش شامل تجهيزاتي مانند ترانسفورماتور و ديگر وسايل الكترومغناطيسي كه داراي هسته  آهني هستند از قبيل موتورها مي باشند هارمونيكها در نتيجه مشخصات غيرخطي مغناطيسي آهن بوجود مي آيند.(شكل 18-5)
شكل 18-5 مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور
ترانسفورماتورها طوري طراحي شده اند كه در حالت عادي نقطه خميدگي و زير منحني اشباع مغناطيسي كار كنند . چگالي فوران مغناطيسي يك ترانسفورماتور بر اساس يك رابطه بهينه پيچيده اي از قيمت آهن، تلفات بي باري، سرو صدا و خيلي عوامل ديگر تعيين مي شود و شركت هاي توزيع برق ،فروشندگان نرانسفورماتور سعي مي كنندكه مشخصه هاي ترانسفورماتور را طوري انتخاب كنند كه داراي كمترين قيمت باشد .عموماً جريمه بالا بخاطر تلفات بار داري و يا سر و صدا بوده كه باعث استفاده بيشتر آهن در هسته شده و همچنين قسمت اشباع در منحني افزايش يافته و باعث كاهش جريانهاي هارمونيكي مي شود.بعضي از ترانسفورماتورها را بصورت عمدي در ناحيه اشباع مغناطيسي بكار  مي گيرند . يك مثال از اين نوع : ترانسفورماتورهاي سه تايي كه براي توليد فركانس 180 هرتز در كوره هاي القايي استفاد ه مي شوند .موتورها هم در زمان  فوق تحريك، اغتشاش در جريان بوجود مي آورند ، گرچه اين  اغتشاشات عموماً كم مي باشد. بهر حال برخي موتورهاي زير يك اسب بخار يك فاز كه داراي شكل موج تقريباً مثلثي شكل هستند داراي مقدار قابل ملاحظه اي هارمونيك سوم
 مي باشند. اتصال مثلث و اتصال ستاره ها بدون سيم زمين  از عبور هارمونيك جريان ترادف صفر جلوگيري نموده و درنتيجه هارمونيك جريان مضرب سه ايجاد خواهد شد . بنا بر اين جريان خط داراي اين نوع هارمونيكها نخواهد بود ، مگر اينكه نامتعادلي بار در جاهايي وجود داشته باشد .  
  2-1-26 ) ا ثرانسفورمرهاي قدرت :
به دليل كم بودن جريان در يك ترانسفورمر بي بار مي توان  از اثر مقاومت سيم پيچي و راكتانس نشتي آن  صرفنظر نمود . در اين حالت ولتاژ سينوسي به سيم پيچ اوليه شاري سيتوسي در هسته ترانسفورمر توليد مي شود . با اين وجود ، جريان اليه آن كاملاً سينوسي نخواهد بود زيرا رابطه  بين شار مغناطيسي كنندگي كاملاً‌خطي نبوده و از منحني هيستر زيس هسته ترانسفورمر تبعيت مي كند . هرگاه نقطه كار ترانسفورمر وارد ناحيه اشباع گردد، شكل موج جريان از حالت سينوسي خود خارج شده و دچار اعوجاج مي گردد.
   2-1-27 ) اشباع ناشي از افزايش ولتاژ:
براي اهداف اقتصادي ، معمولاً يك ترانسفورمر به گونه اي طراحي مي شود كه از قابليت هاي مغناطيسي هسته آن به خوبي استفاده گردد . به همين دليل انتظار مي رود كه در حالت ماندگار، دامنه چگالي شار مغناطيسي در هسته حدود 6/1 تا 7/1 تسلا باشد . اگر ترانسفورمري كه تحت  اين شرايط كار مي كند در برابر افزايش ولتاژي معادل 30% قرار گيرد ،چگالي شار مغناطيسي هسته به مقدار حدود 9/1  الي 0/2 تسلا خواهد رسيد كه باعث اشباع قابل توجهي در تراتسفورمر مي گردد (11) .  اين مساله ممكن است در مورد ترانسفورمرهايي كه به يكسو كننده هاي پرقدرت و بزرگي متصل مي باشند، در پي قطع بار يكسو كننده رخ دهد . در اين شرايط مشاهده شده است كه ولتاژ ترمينال هاي مبدل به 43/1 پريونيت رسيده و به شدت باعث اشباع شدن ترانسفورمر مي گردد. جريان مغناطيس كنندگي كه بدين ترتيب ايجاد مي شود، حاوي هارمونيك هاي توالي صفر (مضرب سه ) در سيم بندي مثلث جذب  مي گردند ، مولفه هاي باقيمانده از مرتبه   خواهند بود كه در آن k  عدد صحيح مي باشد . اگر ترانسفورمر به يك مبدل شش پالسه متصل باشد ، مشكلي نخواهيم داشت در حقيقت ، مبدل هاي شش پالسه نيز داراي هارمونيك هايي يا مرتبه  مي باشند . به همين دليل فيلتر هايي كه در ايستگاه مبدل جهت حذف هارمونيك هاي AC  نصب شده اند ، هارمونيك هاي مربوط به اشباع ترانسفورمر را نيز حذف خواهند نمود . اما در مورد مبدل هاي دوازده پالسه اين چنين نخواهد بود و به دليل اينكه فيلترهاي مبدل براي حذف هارمونيك هاي مرتبه 11، 13 و … طراحي شده اند ، هارمونيك هاي مرتبه پنجم و هفتم حذف نخواهند شد                                       
  2-1-28 ) جريان هجومي ترانسفورمرها :
منبع ديگرمولد هارمونيك در شبكه هاي قدرت، ‌جريان هجومي در ترانسفورمر ها مي باشد كه در لحظه برقدار كردن ترانسفورمر از شبكه كشيده مي شود . اين موضوع ازموارد خاصي است كه فرق بين اعوجاجات هارمونيكي و اعوجاجات ناشي ازحالت گذرا به وضوح مشخص
 نمي باشد . شكل موج جريان هجومي ،‌ شكل  (3-15) ، دربرگيرنده هر دو نوع هرامونيك هاي فرد و زوج مي باشد كه با گذشت زمان تا رسيدن جريان مغناطيسي كنندگي  به حالت ماندگار  ميرا  مي گردند . همانگونه كه در شكل (3-15) مشاهده مي  شود،‌هارمونيك هاي مرتبه دوم ،‌سوم ،‌چهارم و پنجم مي باشند . هارمونيك هاي جريان هجومي معمولاً‌مشكلي در شبكه  پديد نمي  آورند مگر آنكه سيستم در يكي از اين هارمونيك ها داراي تشديد باشد كه در اين حالت برقدار كردن ترانسفورمر، سيستم را تحريك كرده و باعث اعوجاج ولتاژ مي گردد
د. اين اعوجاج ولتاژ به  نوبه خود جريان هجومي را تحت تاثيرقرار داده و باعث توليد جريان هاي هارمونيكي بيشتري مي شود . اثر متقابل بين تشديد سيستم برقداركردن ترانسفورمرها ،‌ولتاژهاي (موثر و پيك ) بسيار بزرگي را  توليد مي نمايد كه  مي تواند باعث از بين رفتن تجهيزات سيستم  گردد
 شايان ذكر است درمجتمع هاي فولاد وكارخانجات ذوب آهن بدليل روشن و خاموش كردن زياد ترانسفورمرهاي كوره هاي الكتريكي ،‌هر ساله هزاران مورد اضافه ولتاژ گزارش مي شود كه باعث فرسودگي عايق هاي سيستم مي گردند .(12)
2-1-29) لامپ های تخلیه ای:
لامپ هاي تخليه اي و بالاخص لامپ هاي فلورسنت را مي توان بصورت دوديود پشت به پشت در نظر گرفت . درحقيقت در هر دو نيم سيكل براي ايجاد قوس الكتريكي
مي بايستي دامنه ولتاژ از ولتاژ شروع شكست عايق لامپ بيشتر باشد تامسير قوس بسته شده و جريان الكتريكي ايجاد شود . واضح است كه وجود ديود به  عنوان المان غير  خطي شكل موج ولتاژ راتغيير داده و توليد هارمونيك خواهد نمود. تحليل هارمونيكي با توجه به تقارن نيم موج شكل موج جريان نشان مي دهد كه لامپ هاي فلورسنت باعث افزايش قابل توجه جريان هاي هارمونيكي مرتبه فرد مي گردند . از آنجا كه در كليه مراكز اداري و صنعتي مهمترين سيستم روشنايي را به دليل راندمان نوري بالا، ‌عمر زياد و مصرف كم لامپ هاي فلورسنت تشكيل  مي دهند،‌بنابر اين بررسي هارمونيك هاي  توليد شده توسط اين لامپ ها حائز اهميت خواهد بود. در يك بار  سه فاز  چهار سيمه متشكل از لامپ هاي فلورسنت ، ‌هارمونيك هاي  مرتبه سه در نول سيستم با هم جمع مي شوند كه دربين اين هارمونيك ها ،‌هارمونيك  سوم بر همه غالب است .    با توجه به  اينكه  مدارهاي روشنايي معمولاً طولاني مي باشند،‌وجود خازن تصحيح ضريب توان مي تواند در مدار  LC معادل تشديد در فركانس مربوط به هارمونيك  سوم  شود .
در پي وجود اين مشكلات، ‌درمرحله طراحي بهتر است كه  از اين تشديد پيشگيري بعمل آيد . براي نيل به اين مقصود ،‌توصيه مي شود كه  خازن هاي تصحيح ضريب توان را از مجاورت هر لامپ برداشته و بجاي اين خازن ها بصورت مثلث بسته شده وبين شبكه وسيستم روشنايي قرار گيرند .ضمناً اگر در حالت ستاره از آنها استفاده مي شود . بايد نقطه صفر ستاره را بصرت معلق رها كرده وبه نول سيستم متصل ننمود
 2-1-30) ساير منابع:
علاوه بر منابعي كه تاكنون معرفي شده‌اند، تجهيزات ديگري نيز وجود دارند كه به نوبه خود در ايجاد اعوجاج در شكل موج‌هاي ولتاژ و جريان مؤثرند ولي به دليل قدرت نسبتاً كم اين تجهيزات در مطالعات مربوط به هارمونيك‌هاي سيستم قدرت بصورت مجزا در نظر گرفته نمي‌شوند. اعوجاج حاصل از اين تجهيزات هنگامي اهميت پيدا مي‌كند كه بصورت گروهي از يك محل تغذيه شوند. بعضي از اين تجهيزات به شرح زير مي‌باشند.