ترانسفورماتورها براساس ساختمان و نوع عملکرد، انواع متفاوت زیر را دارند:
ترانسفورماتورهای قدرت بین ژنراتور و سیستم های انتقال مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا با توان 500 kVA و بیشتر درجه بندی می شوند. سیستم های قدرت شامل نیروگاه های تولید و توزیع انرژی، و اتصالات درون سیستم یا اتصالاتی با سیستم های مجاورهستند. پیچیدگی این سیستم منجر به گستردگی تنوع ولتاژهای توزیع و انتقال می شود. هر ترانسفورماتوری که ولتاژ اولیه را کاهش داده و آنرا به ولتاژ توزیع یا ولتاژ مورد استفاده مصرف کننده تبدیل کند، ترانسفورماتور توزیع نامیده می شود. اگرچه بسیاری از استانداردهای صنعتی اصطلاح ترانسفورماتور توزیع را به ترانسفورماتورهایی با درجه بندی 5-500 kVA نسبت می دهند، ولی ترانسفورماتورهای توزیع می توانند درجه بندی های کم تر و بیشتر(5000 kVA و بیشتر) نیز داشته باشند. بنابراین استفاده از درجه بندی به عنوان مقیاسی جهت تعیین نوع ترانسفورماتور چندان قابل قبول نیست.
مطالعه یک سیستم جدید به منظور انتخاب ترانسفورماتور با ظرفیت مناسب که هنوز مورد بهره برداری قرار نگرفته است، کار بسیار پیچیده تری است. دلیل این امر مشخص نبودن نوع مصرف از قبیل تجاری، خانگی، صنعتی یا اداری و نوع تجهیزات مرتبط با آن است. پس از مشخص شدن نوع تجهیزات، قدم بعدی دستیابی به مشخصه هارمونیکی آنهاست که لازمه محاسبه ضریب می باشد. از آنجا که ترانسفورماتورهای توزیع معمولا انواع مختلف بار را تغذیه می کنند، و شکل موج جریان به علت وجود بارهای خطی و غیر خطی مختلف، مشخصه هارمونیکی متفاوتی از مشخصه هارمونیکی هر کدام از بارها دارد.
روش ضریب ساده منجر به حصول نتایج چندان دقیقی نخواهد شد. لذا برای طراحی سیستم هایی با انواع مختلف تجهیزات که بار غیرسینوسی متفاوت از هم دارند، روش های خاصی مورد نیاز است.برای انتخاب ترانسفورماتور در چنین سیستم هایی روشی به نام روش جریان هارمونیک معادل پیشنهاد شده است. در این روش برای هر بار غیر خطی با ضریب معین، یک جریان هارمونیکی معادل نسبت داده می شود. سپس مقادیر به دست آمده برای هر بار غیر خطی با در نظر گرفتن توان الکتریکی آن به صورت وزن دار با هم جمع شده و جریان هارمونیکی معادل کل برای چند بار غیر خطی به دست می آید که با استفاده از آن می توان ضریب نامی برای ترانسفورماتور انتخابی را تخمین زد. در این پروژه، می خواهیم شرایط غیرعادی عملکرد ترانسفورماتور را شرح داده و به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار دهیم.. نحوه مدل سازی جامع ترانسفورماتور به وسیله نرم افزار اجزاء محدود Opera-2D به تفضیل معرفی و چگونگی مدل سازی شرایط بار غیرسینوسی، نامتعادلی بار و نامتعادلی ولتاژ تغذیه با توجه به دیاگرام تک خطی ترانسفورماتور و امکانات موجود در این نرم افزار شرح داده خواهد شد.
بررسی عملکرد ترانسفورماتور توزیع در شرایط بار غیرسینوسی منجر به ارائه روشی جهت اصلاح مقادیر نامی ترانسفورماتورهای تغذیه کننده بارهای غیرخطی می شود. این روش بر اساس محاسبه تلفات فوکوی سیم پیچ به وسیله تحلیل گر Opera-2d/TR صورت خواهد گرفت. مقایسه نتایج به دست آمده از روش FEM با روش بیان شده در استاندارد IEEE C57-110 تاییدی بر دقت بالای محاسبات انجام شده خواهد بود. تحلیل فرکانسی سیگنال های ولتاژ و جریان ترانسفورماتور با استفاده از تبدیل فوریه(FFT) به درک هرچه بهتر عملکرد ترانسفورماتور در شرایط مورد مطالعه خواهد انجامید و تبیین کننده چگونگی تاثیر این شرایط بر اصلاح مقادیر نامی تجدید شده ترانسفورماتور می گردد.
1-1 مقدمه 1
1-2 ترانسفورماتور و انواع آن 2
1-3 هارمونیک های سیستم قدرت 3
1-4 مهم ترین منابع هارمونیکی 3
1-5 هارمونیک ها و اثرات آنها بر ترانسفورماتورها 4
1-6 مروری بر مقالات منتشرشده 6
2-1مقدمه 1
2-2 شرایط غیر عادی برای کارکرد ترانسفورماتور 11
2-3 عملکرد ترانسفورماتور در توان هایی غیر از توان نامی و دمای محیط متفاوت با IEC 76: 12
2-4 عملکرد ترانسفورماتور در ولتاژها و فرکانس های غیر نامی 12
2-5 عملکرد ترانسفورماتور برای بارهای نامتعادل 14
2-6 عملکرد ترانسفورماتور تحت ولتاژ های نامتعادل 21
3-1 مقدمه 25
3-2 نرم افزار مورد استفاده 26
3-3 تحلیلگر دو بعدی (Opera 2D) 27
3-3-1 تحلیلگر گذرای دو بعدی(Opera-2d/TR)28
3-3-2 شرایط مرزی30
3-4 تحلیل ترانسفورماتور با استفاده از Opera-2d/TR 32
3-4-1 مدل سازی ترانسفورماتور با توجه به هندسه آن35
3-4-2 خصوصیات فیزیکی اجزای سازنده ترانسفورماتور39
3-4-3 اعمال مدار خارجی به مدل 41
4-1 مقدمه46
4-2 نحوه مدل سازی تحت شرایط عملکرد غیر عادی ترانسفورماتور46
4-2-1 بار غیر سینوسی 46
4-2-2 بار نامتعادل52
4-2-3 شرایط ولتاژ تغذیه نامتعادل54
4-2-4 بار غیر سینوسی و ولتاژ تغذیه نامتعادل 58
5-1 مقدمه 61
5-2 تحلیل فرکانسی ترانسفورماتور در شرایط بار غیرسینوسی 61
5-3 تحلیل فرکانسی ترانسفورماتور در شرایط بار غیرسینوسی و ولتاژ تغذیه نامتعادل 69
6-1 مقدمه 73
6-2 عملکرد ترانسفورماتور در شرایط بار غیرسینوسی 73
6-2-1 روش های تخمین محتوای هارمونیکی بار 73
6-2-2 اثر بارهای غیر خطی بر تلفات بی باری ترانسفورماتور 76
6-2-2 اثر بارهای غیر خطی بر تلفات بارداری ترانسفورماتور 77
6-2-3 اصلاح ظرفیت نامی ترانسفورماتور تحت بار غیر سینوسی 81
6-2-4 اثر افزایش مرتبه های هارمونیکی جریان بار بر عملکرد ترانسفورماتور 86
6-3 عملکرد ترانسفورماتور در شرایط ولتاژ تغذیه نامتعادل 88
6-3-1 اثر ولتاژ تغذیه نامتعادل بر تلفات ترانسفورماتور 88
6-4 عملکرد ترانسفورماتور تحت بار غیرسینوسی و ولتاژ تغذیه نامتعادل 90
6-4-1 اثر بار غیرسینوسی و ولتاژ تغذیه نامتعادل بر تلفات ترانسفورماتور 90
6-4-1-1 اثر افزایش نامتعادلی ولتاژ تغذیه بر عملکرد ترانسفورماتور با بار غیرسینوسی 91
6-4-1-2 اثر افزایش اعوجاج جریان بار غیرسینوسی بر عملکرد ترانسفورماتور با ولتاژ تغذیه نامتعادل 92
6-4-2 اصلاح ظرفیت نامی ترانسفورماتور تحت بار غیر سینوسی و ولتاژ تغذیه نامتعادل94
نتیجه گیری و پیشنهادات 99
منایع و مراجع
خلاصه و نتیجه گیری 86
منابع و مرجع 87
پیوست88
پیوست الف88
پیوست ب93
پیوست99