فایل ورد کامل مدلسازی و شبیه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغییرات ولتاژ در شبکه ۱۵۳ صفحه در word

فرمت فایل: doc

قابل ویرایش

تعداد صفحات : ۱۴۳ صفحه

قسمتی از متن :

مقدمه

۱-۱ مقدمه

یکی از ضعیفترین عناصر نرم افزارهای مدرن شبیه سازی، مدل ترانسفورماتور است و فرصتهای زیادی برای بهبود شبیه¬سازی رفتارهای پیچیده ترانسفورماتور وجود دارد، که شامل اشباع هسته مغناطیسی، وابستگی فرکانسی، تزویج خازنی، و تصحیح ساختاری هسته و ساختار سیم پیچی است.
مدل ترانسفورماتور بواسطه فراوانی طراحیهای هسته و همچنین به دلیل اینکه برخی از پارامترهای ترانسفورماتور هم غیر خطی و هم به فرکانس وابسته¬اند، می تواند بسیار پیچیده باشد. ویژگیهای فیزیکی رفتاری که، با در نظر گرفتن فرکانس، لازم است برای یک مدل ترانسفورماتور بدرستی ارائه شود عبارتند از:
• پیکربندیهای هسته و سیم پیچی،
• اندوکتانسهای خودی و متقابل بین سیم پیچها،
• شارهای نشتی،
• اثر پوستی و اثر مجاورت در سیم پیچها،
• اشباع هسته مغناطیسی،
• هیسترزیس و تلفات جریان گردابی در هسته،
• و اثرات خازنی.
مدلهایی با پیچیدگیهای مختلف در نرم افزارهای گذرا برای شبیه سازی رفتار گذرای ترانسفورماتورها، پیاده سازی شده است. این فصل یک مرور بر مدلهای ترانسفورماتور، برای شبیه سازی پدیده های گذرا که کمتر از رزونانس سیم پیچ اولیه (چند کیلو هرتز) است، می باشد، که شامل فرورزونانس، اکثر گذراهای کلیدزنی، و اثر متقابل هارمونیکها است.

۱-۲ مدلهای ترانسفورماتور
یک مدل ترانس را می توان به دو بخش تقسیم کرد:
• معرفی سیم پیچها.
• و معرفی هسته آهنی.
اولین بخش خطی است، و بخش دوم غیر خطی، و هر دوی آنها وابسته به فرکانس است. هر یک از این دو بخش بسته به نوع مطالعه¬ای که به مدل ترانسفورماتور نیاز دارد، نقش متفاوتی بازی می¬کند. برای نمونه، در شبیه¬سازیهای فرورزونانس، معرفی هسته حساس است ولی در محاسبات پخش بار و اتصال کوتاه صرفنظر می¬شود.
برای کلاس بندی مدلهای ترانسفورماتور چند معیار را می¬توان بکاربرد:
• تعداد فازها،
• رفتار (پارامترهای خطی/ غیر خطی، ثابت/ وابسته به فرکانس)،
• و مدلهای ریاضی.
با دسته¬بندی مدلسازی ترانسفورماتورها، می¬توان آنها را به سه گروه تقسیم کرد.
• اولین گروه از ماتریس امپدانس شاخه یا ادمیتانس استفاده می¬کند.
• گروه دوم توسعه مدل ترانسفورماتور قابل اشباع به ترانسفورماتورهای چند فاز است. هر دو نوع مدل در نرم افزار EMTP پیاده سازی شده است، و هر دوی آنها برای شبیه سازی برخی از طراحیهای هسته، محدودیتهای جدی دارد.
• وگروه سوم مدلهای براساس توپولوژی، که گروه بزرگی را تشکیل می دهد و روشهای زیادی بر اساس آن ارائه شده است. این مدلها از توپولوژی هسته بدست می آید و می¬تواند بصورت دقیق هر نوع طراحی هسته را در گذراهای فرکانس پایین، در صورتیکه پارامترها بدرستی تعیین شود، مدل کند.

۱-۲-۱ معرفی مدل ماتریسی Matrix Representation (BCTRAN Model)
معادلات حالت دائم یک ترانسفورماتور چند سیم پیچه چند فاز را می¬توان با استفاده از ماتریس امپدانس شاخه بیان کرد:

(۱-۱)

در محاسبات گذرا، رابطه فوق باید بصورت زیر نوشته شود:

(۱-۲)

که و به ترتیب بخش حقیقی و موهومی هستند، که المانهای آنها را می¬توان از آزمایشهای تحریک بدست آورد.
این روش دارای تزویج فاز به فاز است، که ویژگیهای ترمینال ترانسفورماتور را مدل می¬کند، ولی فرقی بین توپولوژی هسته و سیم پیچ قائل نمی¬شود زیرا در همه طراحیهای هسته، رفتار ریاضی یکسان اعمال می¬شود.
همچنین چون ماتریس امپدانس شاخه برای جریانهای تحریکِ بسیار کم یا هنگامی که این جریانهای تحریک بطور کلی نادیده گرفته می¬شود، ماتریس منفرد می¬شود، موجب ایجاد برخی مشکلات از لحاظ دقت در محاسبات فوق می¬گردد[۱]. بعلاوه، امپدانسهای اتصال کوتاه، که مشخصه¬های بسیار مهمی از ترانسفورماتور را توصیف می¬کند، در اندازه گیری با چنین تحریکهایی از دست می¬رود. برای حل این مشکلات، ماتریس ادمیتانس باید استفاده شود:

(۱-۳)

که همیشه وجود دارد و عناصر آن مستقیما از آزمایشهای اتصال کوتاه استاندارد بدست می¬آید.
برای مطالعات گذرا، باید به دو مولفه مقاومتی والقائی تقسیم شود و ترانسفورماتور با معادله زیر توصیف می¬گردد:

(۱-۴)

همه این مدلها خطی هستند، هر چند، در بسیاری از مطالعات گذرا لازم است اثرات اشباع و هیسترزیس وجود داشته باشد. در این حالت برای وارد کردن اثرات اشباع، اثرات جریان تحریک را می¬توان خطی کرد و در ماتریس توصیف مدل قرار داد، ولی این کار در زمان اشباع هسته می¬تواند منجر به خطاهای شبیه سازی شود.
در روش دیگر، تحریک از ماتریس توصیف مدل حذف می¬شود و بصورت خارجی بصورت عناصر غیر خطی به ترمینالهای مدلها متصل می¬شود (شکل ۱-۱).