مبدل‌هایی که با فرکانس سوییچینگ ثابت کار می‌کنند، استفاده شده و ساخت عملی آن پیچیده‌تر از نوع دوم است. ]20[.
2-22-6- ازمنظر پاسخ گذرا، کاهش زمان فراجهش در ولتاژ خروجی و محدود کردن فرکانس سویچینگ برای این نوع مبدل‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در سال‌های اخیر با معرفی روش‌هایی چون باند هیسترزیس، فرکانس نمونه بردار ثابت، فرکانس سویچینگ ثابت و حداکثر فرکانس سویچینگ محدود به منظور محدود کردن فرکانس سوییچینگ پیشنهاد شده است همزمان یک روش جایگزین ازطریق تلفیق تابع شیب ثابت با کنترل کننده‌ها برای تعین سوییچینگ مبدل‌‌ها بیان شده است. ]21و23[.
فصل سوم:
مقدمه‌ای بر ژنراتورهای الکتریکی
3-1- ژنراتور قدرت:
ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است. ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن 19 بر می‌گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول، یک هیدروژنراتور سه فاز 210 کیلو وات قرار گرفته بود. علیرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده‌ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیتها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتورها، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک‌سازی بود. در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک‌سازی و بهینه‌سازی روشهای خنک‌سازی با هوا نتایج موفقیت‌آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از 1600DC افزایش یافته است. ]13 [.
در جهت افزایش ولتاژ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست. ]26 [
همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می‌رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند. ]26 [
3-2- دسته‌بندی ژنراتورها با توجه به نوع توربین گردنده روتور:
ماشین‌هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می‌نماید. کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می‌رود.
دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتورها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه‌ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد می‌شود یا القاء می‌شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته، عبور کند میدان، نیروی مکانیکی بر آن وارد می‌کند. ]26[
ژنراتورها دارای دو اصل هستند: قسمتها و میدان که آهنربای الکترومغناطیسی با سیم‌پیچ‌هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می‌کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است. آرمیچر معمولاً هسته‌ی نرم آهنی اطراف سیم‌های القائی که دور سیم‌پیچ‌ها پیچیده شده‌اند، است. ]13[
ژنراتورها از دو قسمت تشکیل شده‌اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می‌گویند. رتورها نیز از ازنظر ساختمان دو دسته‌اند: ماشین‌های قطب صاف و ماشین‌های قطب برجسته. ]13 [
3-2-1- ژنراتورهای dc:
در ژنراتورهای DC سیم‌پیچی تحریک بر روی استاتور قرار دارد و رتور حاوی سیم‌پیچی آرمیچر است. از سیم پیچی تحریک جریان DC می‌گذرد تا شار درون ماشین شکل بگیرد. ولتاژ القا شده در سیم‌پیچی آرمیچر یک ولتاژ متناوب (AC) است. ]25[
برای DC کردن ولتاژ متناوب در پایانه رتور از کموتاتور، جاروبک و یا یکسوساز استفاده می‌شود.
شکل(3-1) شمایی از ژنراتور dc ]25[
3-2-2- ژنراتور القایی:
در این نوع ژنراتور سیم‌پیچی استاتور به مثابه سیم‌پیچی آرمیچر و سیم‌پیچی میدان عمل می‌کند. هرگاه سیم‌پیچی استاتور به شبکه AC وصل شود، در شکاف هوایی درون ماشین شار گردانی شکل می‌گیرد که تحت سرعت سنکرون می‌چرخد. این شار دوار در سیم‌پیچ‌های رتور ولتاژ القا می‌کند. اگر مدار رتور بسته باشد، در رتور جریان القایی پدید می‌آید. در اثر شار گردان و جریان رتور، گشتاور حاصل می‌شود. ]25[
شکل(3-2) شمایی از ژنراتور القایی]25[
3-2-3- ژنراتور سنکرون:
در این نوع از ژنراتورها سیم‌پیچی میدان بر روی رتور قرار دارد و استاتور حاوی سیم‌پیچی آرمیچر است. سیم‌پیچی میدان توسط جریان DC تحریک می‌شود تا شار در شکاف هوایی درون ماشین شکل گیرد. هرگاه رتور بچرخد، در سیم‌پیچی آرمیچر که در استاتور جاسازی شده است ولتاژ القا می‌گردد. جریان آرمیچر در این ماشین‌ها شار گردانی در شکاف هوایی پدید می‌آورد که سرعت دوران این شار با سرعت چرخش رتور برابر است و لذا به این ژنراتورها لفظ ژنراتور سنکرون اطلاق می‌گردد. باید دانست که این نوع ژنراتورها جزو ماشین‌های متناوب (AC) است. ]25[
شکل(3-3) شمایی از ژنراتور سنکرون]25[
البته ژنراتور با توجه به نوع راه‌اندازی آن انواع دیگری دارند ولی از نظر نوع سیم‌بندی و ساختار مانند موارد بالا هستند. از جمله این ژنراتورها می‌توان به ژنراتور دیزلی، ژنراتور گازی و … نام برد.
3-3- ساختمان ژنراتور سنکرون و انواع آن:
در یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم‌پیچ رتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخانده می‌شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید. این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم‌پیچ‌های استاتور ژنراتور القاء می‌نماید. ]13[
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم‌پیچ‌ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم‌پیچ‌های میدان و دیگری سیم‌پیچ‌های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم‌پیچ‌های میدان به سیم‌پیچ‌هایی گفته می‌شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می‌کند. عبارت سیم‌پیچ‌های آرمیچر به سیم‌پیچ‌هایی اطلاق می‌شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می‌شود برای ماشین‌های سنکرون، سیم‌پیچ‌های میدان در رتور است. ]13[
روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن‌ربای الکتریکی بزرگ است. قطب‌های مغناطیسی در رتور می‌تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی (قلمبیده ) است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می‌باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد 2 یا چهار قطبی به کار می‌روند. در حالی که رتورهای برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه‌های نازک می‌سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می‌چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم‌‌پیچ‌های میدانش دارد. برای انجام این کار 2 روش موجود است]13[:
1- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ‌‌های لغزان و جاروبک .
2- فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC، که مستقیماً روی شفت ژنراتورسنکرون نصب می‌شود.
رینگ‌های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می‌کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم‌پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هر رینگ لغزان سر می‌خورد. جاروبک‌ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می‌کنند ولی اصطحکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ‌ها خوردگی بوجود نمی‌آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگر وصل می‌شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم‌پیچ، جدا از مکان و سرعت زاویه‌ای آن‌، میدان در تمام مدت اعمال می‌شود. رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم‌پیچ‌های میدان ماشین سنکرون تولید می‌کنند آنها نگهداری را در ماشین افزایش می‌دهند، زیرا جاروبک باید مرتباً به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه بر آن، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان‌های میدان به دنبال داشته باشد. علیرغم این مشکلات رینگ‌های لغزان روی همه ماشین‌های سنکرون کوچک‌تر بکار می‌رود. زیرا راه اقتصادی‌تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست.]13[
در موتورها و ژنراتورهای بزرگ‌تر، از محرک‌های بی‌جاروبک استفاده می‌شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی‌جاروبک، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می‌شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال می‌گردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می‌توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی‌آید، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه‌های لغزان و جاروبک‌ها، به نگهداری کمتری نیاز دارد. برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ می‌گردد. محرک پیلوت، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت‌های (آهن ربا ) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم‌پیچ روی استاتور است. این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می‌آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می‌نماید. اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست. ]25[
بسیاری از ژنراتورهای سنکرون که دارای محرک‌های بی‌جاروبک هستند، دارای رینگ‌های لغزان و جاروبک نیز هستند. بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است. استاتور ژنراتورهای سنکرون معمولاً در دو لایه ساخته می‌شوند: خود سیم‌پیچ توزیع شده و گام‌های کوچک دارد تا مولفه‌های هارمونیک ولتاژها و جریان‌های خروجی را کاهش دهد. ]25[
3-4- ساختار ژنراتور سنکرون و مدار سیم‌پیچی:
* ساختار ژنراتور سنکرون
* ساختار مدار سیم‌پیچی
از شکل (3-4-b) می‌توان معادله ولتاژ زیر را برای سیم‌پیچی‌ها مشخص کرد که p=d/dt مشخص‌کننده عملگر مشتق‌گیر است. ]26[
از نظریه مدار ما می‌فهمیم که ضریب ماتریس بالا متقارن می‌باشد از شکل (3-4-a) می‌توانیم ببینیم که نسبت به چرخش روتوررلوکتانس مغناطیسی مدار همان سیم‌پیچی بطور متناوب با تغیرات مکان روتور تغییر می‌کند بنابراین اندوکتانس خودی و متقابل همان سیم‌پیچی تابع موقعیت روتور هستند. ]26[
بر اساس فرضی که کردیم در ژنراتور سنکرون ایده‌ال نیروی مغناطیسی اعمال شده (mmf) هم بوسیله جریان آرمیچر و شار متقابل بین سیم‌پیچی آرمیچر و هم سیم‌پیچی‌های روتور که فضای سینوسی دارند توزیع شده‌اند موقعیت روتور

مطلب مرتبط :   پایان نامه با واژگان کلیدیجبران خسارت، نقض قرارداد، مطالبه خسارت
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید