در سیستم های قدرت پیشرفته انرژی الکتریکی توسط ژنراتورهای سه فاز تولید می شود که پس از انتقال به صورت سه فاز توزیع می شود. به دلایل اقتصادی از ایستگاه تا مصرف ولتاژ چندین بار افزایش و کاهش می یابد.در هر باز افزایش و کاهش ولتاژ ت سه فاز موردنیاز است. بدین جهت در سیستم های قدرت سه فاز از تعداد زیادی ترانسفورماتور سه فاز استفاده می شود. برای هر تبدیل ولتاژ از مقداری به مقدار دیگر ممکن است از سه واحد ترانسفورماتور تک فاز یا یک واحد ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود. در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع جریان تحریک تنها درصد کوچکی (2 تا 6%) از جریان نامی است.
پدیده هارمونیک در ترانسفورماتورهای قدرت بسیار مهم است. زیرا تحت شرایط معینی هارمونیک های جریان تحریک باعث عمل عمدی تجهزات حفاظتی می گردند ممکن است باعث تداخل در مدارهای مخابراتی شوند. نظر به این مسئله مهندسین مخابرات و سیستم انرژی باید قادر به بررسی و حذف چنین شرایط باشند. از این رو هارمونیک در ترانسفورماتور از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اولین مورد از مشکلات اعوجاجات هارمونیکی در سال 1893 در شهر هارتفورد امریکا پیش آمد، به این صورت که یک موتور الکتریکی با گرم شدن زیاد باعث خرابی عایقبندی خود شد. پس از آزمایشات معلوم شد که علت این امر تشدید ایجاد شده در خط انتقال، ناشی از وجود هارمونیکها بوده است. مشکل بعدی، یک ژنراتور سه فاز 125 هرتز با ولتاژ 8/3 کیلوولت ساخت شرکت جنرال الکتریک امریکا بود. در این موردهمه محاسبات با تقریبهای خوبی انجام شده بودولی بازهم تشدید در خط انتقال بود. با محاسبه اندوکتانس و ظرفیت خازنی خط انتقال و احتمالاً اندوکتانس بار، مشاهده شد که در فرکانس حدود 1600 هرتز (هارمونیک سیزدهم) در خط تشدید ایجاد می شود.شکل موجهای ولتاژ ژنراتور نیروگاه و موتور سنکرون دارای مؤلفه های هارمونیکی قابل توجه بودند. این فرایند محاسبات واندازه گیری توسط یک موج نمای ساده در آن سال انجام شد که شکل موج را به صورت نقطه به نقطه از طریق قطع و وصل مرتب یک زبانه، نمونه گیری می کرد. امروزه با استفاده از هارمونیک سنجهای دیجیتال و با بکارگیری الگوریتم های سریع ‘ تبدیل فوریه گسسته ‘ می توان به صورت بدون وقفه اعوجاجات هارمونیکی را اندازه گیری کرد. دو سال بعداز اولین مورد مشاهده مشکلات هارمونیکی، شرکتهای وستینگهاوس و جنرال الکتریک، طرحهای جدیدی را برای ژنراتورها معرفی نمودند که در این طرح ها، از سیم پیچهای غیر متمرکز در آرمیچر استفاده کردند و به تبع آن شکل موج را بهبود بخشیده و به اصطلاح سینوسی تر کردند. مشکل دیگر هارمونیکها در شکل موج ژنراتورها، مربوط به جریان بسیار زیاد نول ژنراتورهایی بود که به صورت موازی نصب و مستقیماً زمین می شدند. امروزه این مساله کاملاً شناخته شده است و مربوط به هارمونیک سوم ولتاژ و صفر بودن توالی این هارمونیک در ماشینهایی می باشد که به صورت ستاره بسته شده اند.
مقدمه 1
1-1 مقدمه 7
2-1 تعریف ترانسفورماتور 7
3-1 اصول اولیه 7
4-1 القاء متقابل 7
5-1 اصول کار ترانسفورماتور 9
6-1 مشخصات اسمی ترانسفورماتور 12
1-6-1 قدرت اسمی 12
2-6-1 ولتاژ اسمی اولیه 12
3-6-1 جریان اسمی 12
4-6-1 فرکانس اسمی 12
5-6-1 نسبت تبدیل اسمی 13
7-1 تعیین تلفات در ترانسفورماتورها 13
1-7-1 تلفات آهنی 13
2-7-1 تلفات فوکو در هسته 13
3-7-1 تلفات هیسترزیس 14
4-7-1 مقدار تلفات هیسترزیس 16
5-7-1 تلفات مس 16
8-1 ساختمان ترانسفورماتور 17
1-8-1 مدار مغناطیسی (هسته) 17
2-8-1 مدار الکتریکی (سیم پیچها) 17
1-2-8-1 تپ چنجر 18
2-2-8-1 انواع تپ چنجر 18
3-8-1 مخزن روغن 19
مخزن انبساط 19
4-8-1 مواد عایق 19
الف - کاغذهای عایق 20
ب - روغن عایق 20
ج - بوشینکهای عایق 20
5-8-1 وسایل حفاظتی 21
الف - رله بوخهلتس 21
ب - رله کنترل درجه حرارت سیم پیچ 22
ج - ظرفیت سیلی گاژل 23
9-1 جرقه گیر 24
1-10 پیچ ارت 24
1-2 مقدمه 27
2-2 منحنی مغناطیس شوندگی 27
3-2 پس ماند (هیسترزیس) 30
4-2 تلفات پس ماند (تلفات هیسترزیس) 32
5-2 تلفات هسته 32
6-2 جریان تحریک 33
7-2 پدیده تحریک در ترانسفورماتورها 33
8-2 تعریف و مفهوم هارمونیک ها 36
1-8-2 هارمونیک ها 36
2-8-2 هارمونیک های میانی 37
9-2 ناپایداری هارمونیکی مرتبط با هسته ترانس در سیستمهای AC-DC 37
10-2 واکنشهای فرکانسی AC-DC 37
11-2 چگونگی ایجاد ناپایداری 39
12-2 تحلیل ناپایداری 40
13-2 کنترل ناپایداری 41
14-2 جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتور 42
1-14-2 عناصر قابل اشباع 42
2-14-2 وسایل فرومغناطیسی 43
1-3 مقدمه 47
2-3 مروری بر تعاریف اساسی 47
3-3 اعوجاج هارمونیکها در نمونه هایی از شبکه 49
4-3 اثرات هارمونیک ها 51
5-3 نقش ترمیم در سیستمهای قدرت با استفاده از اثر خازنها 52
1-5-3 توزیع هارمونیکهای جریان در یک سیستم قدرت بدون خازن 52
2-5-3 توزیع هارمونیکهای جریان در یک سیستم پس از نصب خازن 52
6-3 رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونیکهای جریان 54
7-3 عیوب هارمونیکها در ترانسفورماتور 54
1-7-3 هارمونیکهای جریان 54
1) اثر بر تلفات اهمی 54
2) تداخل الکترومغناطیسی با مدارهای مخابراتی 54
3) تأثیر بر روی تلفات هسته 55
2-7-3 هارمونیک های ولتاژ 55
1) تنش ولتاژ روی عایق 55
2) تداخل الکترواستاتیکی در مدارهای مخابراتی 55
3) ولتاژ تشدید بزرگ 56
8-3 حذف هارمونیکها 56
1) چگالی شار کمتر 56
2) نوع اتصال 57
3) اتصال مثلث سیم پیچی اولیه یا ثانویه 57
4) استفاده از سیم پیچ سومین 57
5) ترانسفورماتور ستاره - مثلث زمین 57
9-3 طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیک ها 58
10-3 چگونگی تعیین هارمونیکها 59
11-3 اثرات هارمونیکهای جریان مرتبه بالا روی ترانسفورماتور 59
12-3 مفاهیم تئوری 60
1-12-3 مدل سازی 60
13- 3 نتایج عمل 61
14-3 راه حل ها 62
15-3 نتیجه گیری نهایی 62
1-4 مقدمه 64
2-4- پدیده هارمونیک در ترانسفورماتور سه فاز 64
3-4 اتصال ستاره 68
1-3-4 ترانسفورماتورهای با مدار مغناطیسی مجزا و مستقل 68
2-3-4 ترانسفورماتورها با مدار مغناطیسی پیوسته یا تزویج شده 71
4-4 اتصال Yy ستاره با نقطه خنثی 72
5-4 اتصال Dy 72
6-4 اتصال yd 73
7-4 اتصال Dd 74
8-4 هارمونیک های سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز 74
9-4 سیم پیچ ثالثیه یا پایدارکننده 76
10-4 تلفات هارمونیک در ترانسفورماتور 77
1-10-4 تلفات جریان گردابی در هادی های ترانسفورماتور 77
2-10-4 تلفات هیسترزیس هسته 77
3-10-4 تلفات جریان گردابی در هسته 78
4-10-4 کاهش ظرفیت ترانسفورماتور 79
1-5 مقدمه 81
2-5 راکتور کنترل شده با تریستور TCR 81
1-2-5 ترکیب TCR و خازنهای ثابت موازی 87
3-5 راکتور اشباع شدهSCR 88
1-3-5 شیب مشخصه ولتاژ 89
نتیجه گیری 91
منابع و مآخذ 92
چکیده به زبان انگلیسی 94
شکل1-1: نمایش خطوط شار 8
شکل2-1: شمای کلی ترانسفورماتور 9
شکل3-1: رابطه فوران و نیروی محرکه مغناطیسی 11
شکل4-1: نمایش منحنی های هیستر زیس 15
شکل5-1: نمایش بوشیگ های عایق 20
شکل6-1: یک نمونه رله 22
شکل7-1: رله کنترل درجه حرارت سیم پیچ ها 23
شکل8-1: ظرف سیلی کاژل 23
شکل9-1: شمای کلی یک ترانسفورماتور با مخزن روغن و سیستم جرقه گیر 24
شکل10-1: نمایش پیچ ارت 25
شکل1-2: نمایش شدت جریان در هسته چنبره شکل 28
شکل2-2: منحنی مغناطیس شوندگی 29
شکل3-2: منحنی مغناطیس شوندگی 29
شکل4-2: منحنی های هیستر زیس 31
شکل5-2: حلقه های ایستا و پویا 32
شکل6-2: شکل موج جریان مغناطیس کننده 34
شکل7-2: شکل موج جریان تحریک با پسماند 35
شکل8-2: شکل موج شار برای جریان مغناطیس کننده سینوسی 36
شکل9-2: نمایش هارمونیک های توالی مثبت و منفی 38
شکل10-2: ترکیبdc توالی منفی تولید شده توسط مبدلHVDC 39
شکل11-2: نمایش امپدانس هایAC,DC در روش سیستم حوزه فرکانس 40
شکل12-2: مقایسه حالات مختلف اشباع 41
شکل13-2: مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور 42
شکل14-2: جریان مغناطیس کننده ترانس و محتوای هارمونیکی آن 43
شکل15-2: مدار معادلT برای یک ترانسفورماتور 44
شکل16-2: منحنی شار مغناطیسی برحسب جریان ترانسفورماتور 44
شکل17-2: نمونه شکل موج جریان مغناطیسی برای یک ترانسفورماتور 44
شکل1-3: مولدهای هارمونی جریان 47
شکل2-3: هارمونیک پنجم با ضریب35% 48
شکل3-3: طیف هارمونیک ها 50
شکل4-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی 50
شکل5-3: طیف هارمونیک ها 50
شکل6-3: جریان تحمیل شده روی جریان اصلی 50
شکل7-3: مسیر هارمونیکی جریان در سیستم بدون خازن 52
شکل8-3: مسیر هارمونی های جریان در سیستم پس از نصب خازن 53
شکل9-3: تداخل الکترو استاتیکی با مدارهای مغناطیسی 55
شکل10-3: ولتاژ تشدید بزرگ در اثر هارمونیک سوم 56
شکل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمین، برای حذف هارمونیک های مضرب3 58
شکل12-3: طراحی ترانسفورماتور برای سازگاری با هارمونیک ها 58
شکل13-3: مدار معادل ساده شده سیم پیچ ترانسفورماتور 60
شکل14-3: توزیع ولتاژ در طول یک سیم پیچ 61
شکل1-4: نمودار برداری ولتاژهای مؤلفه اصلی، سوم، پنجم و هفتم 65
شکل2-4: نمودار برداری ولتاژهای اصلی، هارمونیک پنجم وهفتم 66
شکل3-4: نمایش نیروی محرکه الکتریکیemf اتصال ستاره در هر لحظه 66
شکل4-4:نمایش هارمونیک های سوم در اتصال مثلث 66
شکل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثی 70
شکل6-4: مسیر پارهای هارمونیک سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهای سه فاز
نوع هسته ای 71
شکل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار 75
شکل8-4: سیم پیچ سومین (ثالثیه) 77
شکل1-5: ساختمان شماتیکTCR 81
شکل2-5: منحنی تغییرات بر حسب زاویه هدایت و زاویه آتش 83
شکل3-5: مشخصه ولتاژ- جریانTCR 84
شکل4-5: یک نمونه صافی با استفاده ازL.C 85
شکل5-5: حذف هارمونیک سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره 86
شکل6-5: حدف هارمونیک های پنجم وهفتم با استفاده از مدار TCR با اتصال ستاره 86
شکل7-5: بررسی اختلال در شبکه قدرت قبل و بعد از استفاده از جبران کننده با خازن 87
شکل8-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR 88
شکل9-5: حذف هارمونیک های شبکه قدرت با استفاده از راکتور اشباع شدهSR 88
شکل10-5: منحنی مشخصه ولتاژ- جریانSR با خازن اصلاح شیب 89
شکل 11-5: حذف هارمونیکهای شبکه قدرت با استفاده از راکتور اشباع شده SR 89
شکل 12-5: منحنی مشخصه ولتاژ - جریان SR با خازن اصلاح شیب 90
جدول1-2: مقادیر هارمونیک ها در جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور 45