تحقیق مقاله ماشین‌ جریان متناوب

تئوری میدان چرخان – وجه اشتراک ماشین‌ های سنکرون و آسنکرون – تولید میدان مغناطیسی با توزیع سینوسی – ساختمان انواع ماشین‌های القایی سه‌فاز – عملکرد ماشین القایی در بی‌باری و بارداری – مفهوم لغزش – نمودار گشتاور سرعت و تشریح نواحی سه‌گانه ترمزی، موتوری و ژنراتوری ماشین القایی – توان فاصله هوایی – استخراج مدار معادل دقیق و تعیین پارامترهای آن با آزمایش سه‌گانه – محاسبه عملکرد موتور القایی سه‌فاز – تغییرات مشخصه گشتاور و سرعت با شکل شیار روتور – کلاس طراحی و کد راه‌اندازی و راه‌اندازی – روش‌های کنترل سرعت از طرف روتور و از طرف استاتور – آشنایی با نحوه عمل و گشتاور راه‌اندازی موتور آسنکرون تک‌ فاز – آشنایی با اصول کار ماشین‌های سنکرون – گشتاور و مفهوم زاویه بار در ماشین سنکرون

1-3) تعاریف :

1-1-3) هارمونیک : هارمونیک مؤلفه سینوسی یک موج یا مقدار متناوبی است که فرکانس آن مضرب صحیحی از فرکانس موج اصلی می‎باشد .

2-1-3) هارمونیکهای مشخصه : هارمونیک هائی می‎باشند که تجهیزات تولید کننده هارمونیک به خصوص یکسو کننده ها در طول کار عادی خود تولید می نمایند .

3-1-3)هارمونیک های غیر مشخصه : هارمونیکهائی می‎باشند که تجهیزات تولید کننده هارمونیک به خصوص یکسو کننده ها در طول کار عادی خود تولید نمی نمایند ولی ممکن است در اثر عدم تقارن یا تعادل سیستم برق و یا به علت اشکالات یکسو کننده ها ایجاد گردند .

4-1-3) مرتبه یا نوع هارمونیک : مرتبه یا نوع هارمونیک ، حاصل تقسیم فرکانس هارمونیک بر فرکانس موج اصلی است .

5-1-3) محل تغذیه یا نقطه اتصال مشترک : نقطه اتصال مشترک ، شینه ای از شبکه عمومی شرکت برق است که از نظر الکتریکی نزدیکترین نقطه به مصرف کننده جدید یا مورد مطالعه می‎باشد . از این شینه بارهای سایر مصرف کننده های نیز تغذیه شده و یا ممکن است بعداً از آن تغذیه گردند .

6-1-3) اعوجاج هارمونیکی : اعوجاج هارمونیکی ، انحراف یک شکل موج یا مقدار تناوبی نسبت به شکل سینوسی به علت اضافه شدن یک یا چند هارمونیک به موج اصلی سینوسی می‎باشد .

7-1-3) اعوجاج تکی جریان : اعوجاج تکی جریان ، مقدار مؤثر یک جریان هارمونیکی از مرتبه مشخص می‎باشد که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی جریان سینوسی بیان می‎شود .

8-1-3) اعوجاج تکی ولتاژ : اعوجاج تکی ولتاژ ،‌ مقدار مؤثر یک ولتاژ هارمونیکی از مرتبه مشخص می‎باشد که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی ولتاژ سینوسی بیان می‎شود .

9-1-3) اعوجاج کلی جریان : اعوجاج کلی جریان ، مقدار مؤثر کلیه جریانهای هارمونیکی است که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی جریان سینوسی بیان شده و از رابطه زیر محاسبه می گردد .

(1-3)                                                                                

که در آن  اعوجاج تکی جریان مرتبه n می‎باشد .

10-1-3) اعوجاج کلی ولتاژ : اعوجاج کلی ولتاژ ، مقدار مؤثر کلیه ولتاژهای هارمونیکی است که بصورت درصدی از مقدار مؤثر موج اصلی ولتاژ سینوسی بیان شده و از رابطه زیر محاسبه می گردد .

(2-3)                                                                                 

که در آن  اعوجاج تکی ولتاژ مرتبه می‎باشد .

  2-3)  تعریف و مفهوم هارمونیکها :

امروزه واژه هارمونیک و هارمونیک ها در رابطه با مسائل سیستم قدرت و توزیع زیاد به کارمی رود جهت درک بهتر نسبت به این واژه ابتدا به پاره ای از مفاهیم مربوط به هارمونیک های سیستم می‎پردازیم .

اساساً هر موج تناوبی می‎تواند به وسیله مجموعه ای از موج های سینوسی توصیف گردد که این مجموعه بنام سری فوریه ریاضی دان فرانسوی معروف است . فرکانس هریک از موجهای سینوسی این مجموعه ضریب صحیحی از فرکانس پایه تعریف می گردد . جمله ای که فرکانس آن همان فرکانس پایه است هارمونیک اول یا بعضی اوقات پایه نامیده می‎شود . جمله ای که فرکانس آن دو برابر فرکانس پایه است هارمونیک دوم  و بقیه به همین صورت نامگذاری می گردند موجهای متقارن تنها دارای هارمونیک های فرد می باشند در حالیکه  موجهای غیر متقارن علاوه بر هارمونیک های فرد دارای هارمونیک های زوج نیز می باشند .

شکل 1-3 دو نمونه موج نامتقارن و متقارن را نشان می‎دهد .

موجها ممکن است متوسطی غیر از صفر داشته باشد در اینگونه موارد در مجموعه سری فوریه یک جمله سینوسی با فرکانس صفر وجود خواهد داشت که در مفهوم مهندسی برق نشان دهنده مؤلفه جریان مستقیم موجDC می‎باشد .

بیشتر وسایل و تجهیزات سیستم قدرت متقارن می‎باشد  و در نتیجه حالت مانا تنها هارمونیک های فرد بدون مؤلفهDC تولید می گردد . تقارن در اینجا به این معنی است که وقتی جریان از یک وسیله خارج می‎گردد  ، همان مشخصه را می بیند که در زمان ورود به وسیله حس کرده است یا بعبارت دیگر پاسخ وسیله به جریانهای مثبت و منفی یکسان است . ولی موارد استثنایی عدم تقارن هم وجود دارد .فرضاً یکسو کننده های نیم موج ، جریانهای نامتقارن تولید می کنند که هم دارای هارمونیک های زوج و هم مؤلفه DC  می باشند .

شکل 2-3 شکل موج جریان یک یکسو کننده نیم موج را نشان می‎دهد یکسو کننده های تمام موج و اینورتورهای قدرت نیز چنانکه قسمت مثبت و منفی موج تولیدی آنها دقیقاً یکسان نباشد ایجاد هارمونیک های زوج می نمایند .

      (تصاویر در فایل اصلی موجود است) 

تجهیزاتی که بر اساس تخلیه الکتریکی و یا ایجاد جرقه کار می کنند ممکن است بعلت صحیح نبودن زمان جرقه زدن آنها تولید هارمونیک زوج نمایند این مسئله در مورد کوره های قوسی در زمان ذوب کردن آهن های قراضه پیش می‎آید .

موج مربعی که در شکل 3-3 نشان داده شده است . یکی از شکل موج هایی است که زیاد در بررسی و مطالعات هارمونیک ها بکار می رود تجهیزات بسیاری مانند یکسو کننده ها و کروه های قوسی که تولید هارمونیک می کنند جریان و یا ولتاژ آنها را می‎توان برای بررسیها تقریباً بصورت یک موج مربعی در نظر گرفت . سری فوریه یک موج مربعی که پیک آن V می‎باشد بصورت زیر است .

      (تصاویر در فایل اصلی موجود است)                  

ملاحظه می گردد که در سری فوق هارمونیک زوج و مؤلفه DC وجود ندارد و دامنه هارمونیک سوم یک سوم دامنه پایه و دامنه هارمونیک پنجم یک پنجم دامنه پایه و ….. می‎باشد  .

در بیشتر محاسبات و بررسیهای سیستم قدرت از مقدار مؤثر(RMS ) موجهای جریان و یا ولتاژ استفاده می‎گردد. برای یک موج سینوسی مقدار مؤثر 7/70 در صد مقدار پیک موج می‎باشد در مورد موجهای غیر سینوسی مقدار مؤثر از رابطه زیر بایستی بدست آید .

(4-3)      فرمول                                                         

که  ومقدار مؤثر هارمونیک 1و 2 موج اصلی می باشند .

3-3) تاریخچه و بررسی مقدماتی هارمونیک ها :

وجود هارمونیک ها در سیستم قدرت مسأله جدیدی نیست هارمونیک ها در دهه 1920 و اواخر 1930 زمانیکه شکل موج های ولتاژها و جریانهای تغییر شکل یافته در خطوط انتقال مشاهده شدند تشخیص داده شدند در آن هنگام موضوع اصلی ، تأثیر هارمونیک ها در ماشینهای سنکرون و القائی ، سیمهای ارتباطی ( تلفن ) و خازنهای قدرت بودند .

نتیجه بعضی از تحقیقات آن زمانها در مورد یک خط انتقال 220 کیلو ولت 400 کیلومتری و یک موتور القائی بشرح زیر بوده است  .

چنانکه ولتاژ ابتدای خط حاوی 7 درصد هارمونیک سوم باشد ، ولتاژ انتهای خط در حالت بی باری دارای 53 درصد هارمونیک سوم خواهد بود .

هارمونیک سوم در انتهای خط بار کامل از 53 درصد به 29 درصد کاهش پیدا

می کند .

در صورت وجود هارمونیک ضریب قدرت در طرف ژنراتور خط انتقال برابر 848/0 می‎باشد ( در حالتیکه بدون وجود هارمونیک ضریب قدرت برابر 96/0 است . )

در طرف مصرف کننده خط انتقال وقتی ولتاژ دارای هارمونیک است ضریب قدرت برابر 82/0 می‎باشد . در صورتیکه توسط دستگاه اندازه گیری 75/0 اندازه گیری می گردد .