عنوان
مدلسازي و تحليل جامع تلفات AC در ترانسفورمر ابررسانايي سه فاز توزيع مبتني بر جريان‌هاي هارمونيكي
نويسنده اصلي
فائقه ايران نژاد
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
با توجّه به خصوصيات منحصر به فرد الكتريكي و مغناطيسي ابررسانا، در سال‌هاي اخير محققين به استفاده از اين مواد در صنعت برق روي آوردند. با اينكه ترانسفورمر بخش مهمي در سيستم قدرت است، امّا متأسفانه به دليل تلفات مغناطيسي بسيار بزرگ ناشي از ميدان مغناطيسي بالاي اعمال شده به سيم ابررساناي دما بالا، بدترين تجهيز از ديدگاه تلفات AC است. امروزه، استفاده گسترده از بارهاي غيرخطي و تجهيزات الكترونيك قدرت، باعث افزايش سطح هارمونيك‌ها در شبكه نيز شده است، به طوري‌كه جريان‌هاي انتقالي از ترانسفورمر جريان‌هاي متناوب غيرسينوسي هستند.
هدف از اين رساله، تحليل تلفات AC ترانسفورمر ابررسانايي سه‌فاز در حضور جريان‌هاي هارمونيكي است. محاسبه تلفات AC با روش‌هاي سنتي، تنها در حضور جريان‌هاي سينوسي عملكرد مناسبي دارند. از اين‌رو در گام اول، دو روش تحليلي دقيق براي تخمين اين تلفات در ترانسفورمر ابررسانايي سه‌فاز با در نظر گرفتن بارهاي هارمونيكي براي نخستين بار پيشنهاد گرديده و نتايج آن‌ها با روش عددي مبتني بر المان محدود مقايسه شده است. نتايج حاصل دقت، سرعت محاسبه و در عين حال كارآمدي روش‌هاي پيشنهادي را به اثبات رسانده است. در ادامه، تلفات AC در يك ترانسفورمر ابررسانايي به ازاي طيف‌هاي چند هارمونيكي و هارمونيك‌هاي مستقل به تفصيل مورد تحليل قرار گرفته است. بر اساس نتايج حاصل، هارمونيك‌ها تعداد پيك‌ها و دامنه‌هاي شكل‌موج جريان عبوري از سيم‌پيچي‌ها را تغيير مي‌دهند، به طوري كه در هر شكل‌موج علاوه بر حلقه هيسترزيس اصلي، تعدادي حلقه هيسترزيس فرعي نيز شكل مي‌گيرد. بنابراين، جريان هارمونيكي تلفات AC را كه ماهيتي كاملاً هيستريك دارد، تغيير مي‌دهد. به ازاي عمده طيف‌هاي هارمونيكي تلفات AC ترانسفورمر افزايش مي‌يابد. با اين وجود، نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد كه به دليل اثر جبران هارمونيك، به ازاي برخي ضريب اعوجاج‌هاي هارمونيكي، تلفات AC كاهش مي‌يابد. نتايج نشان دهنده‌ي وابستگي رفتار اين تلفات به هر سه پارامتر اساسي شكل‌موج جريان، يعني: دامنه، زاويه فاز و مرتبه‌ي مؤلفه هارمونيكي، است. براي يك مرتبه هارمونيكي معين، با افزايش دامنه‌ي مؤلفه هارمونيكي، تأثير زاويه فاز بر تغييرات تلفات كاهش مي‌يابد. براي يك دامنه هارمونيكي مشخص، با افزايش مرتبه هارمونيكي، تأثير زاويه فاز بر تلفات كم‌تر مي‌شود. به دليل تأثير قابل توجه افزايش تلفات بر تجهيزات، هزينه خنك‌سازي، راندمان و امكان‌سنجي اقتصادي، در ادامه، سه راهكار جديد مبتني بر تغيير ساختار سيم‌پيچي‌هاي ترانسفورمر جهت كاهش تلفات هارمونيكي پيشنهاد گرديده است. نتايج محاسبات و شبيه‌سازي‌ها، سودمندي قابل توجه روش‌هاي ارائه شده را در كاهش شار نشتي و تلفات AC هارمونيكي نشان مي‌دهد. از آنجايي‌كه با بالا رفتن مرتبه هارمونيك، شيب افزايش تلفات افزايش قابل توجهي خواهد يافت، به عنوان قدمي ديگر، به آناليز حساسيت تلفات AC ساختار‌هاي مختلف سيم‌پيچي نسبت به مؤلفه‌هاي هارمونيكي مرتبه بالا با ضرايب هارمونيك و ضرايب اعوجاج هارمونيكي كل مختلف پرداخته شده است. ملاحظه گرديده كه در حضور اين بارها، ساختار تركيبي بهترين ساختار از نظر كاهش تلفات AC هارمونيكي، مي‌باشد. شبيه‌سازي‌هاي ترانسفورمر با نرم‌افزار المان محدود FLUX 2D/3D انجام شده و براي اجراي روش‌هاي تحليلي از نرم‌افزارهاي MATLAB و Maple به صورت موازي با هم استفاده شده است.
شماره ركورد
211033
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
استاد مشاور
آقاي دكتر فرامرز فقيهي
رشته تحصيلي
مهندسي برق -قدرت
استاد راهنما
آقاي دكتر حسين حيدري