مدلسازی توزیع شده سیستم تحریک استاتیک به منظور میرا کردن اعوجاجات ولتاژ سیم پیچی تحریک ژنراتور سنکرون WORD

فهرست مطالب

 عنوان شماره صفحه

 چکیده...... 1

 فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه.... 2

1-2- بیان مسئله....... 2

1-3- جنبۀ نوآوری و جدید بودن تحقیق....... 3

1-4- فرضیه‌ها..... 4

 فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق وپیشینه تحقیق

2-1- اهداف تحقیق (شامل اهداف علمی، کاربردی وروش‌های خاص انجام تحقیق)............ 5

2-1-1- اهداف علمی تحقیق....... 5

2-2- نوع روش کار....... 5

2-3-پرسش اصلی تحقیق(مسأله تحقیق)....... 6

2-4-پیشینه تحقیق....... 7

2-5- مقایسه بین دو مقاله..... 9

 فصل سوم: مفاهیم کاربردی

مقدمه........ 11

3-1- دسته‌بندی ژنراتورها با توجه به نوع توربین گردنده روتور 11

3-1-1- توربو ژنراتورها......................... 12

3-1-2-هیدرو ژنراتورها.......................... 12

3-1-3-دیزل ژنراتورها........................... 12

3-2-انواع ژنراتور................................. 12

3-2-1- ژنراتورهای DC............................ 13

3-2-2- ژنراتور القایی.......................... 13

3-2-3- ژنراتور سنکرون.......................... 13

3-3- ساختمان ژنراتور سنکرون و انواع آن............ 13

فرکانس............................................. 15

سرعت مکانیکی....................................... 15

تعداد قطب‌‌ها........................................ 15

3-3-1 روتور با قطب برجسته (آشکار).............. 17

3-3-2 روتور با قطب استوانه‌ای................... 17

3-4- مدل ریاضی ژنراتور سنکرون...................... 18

مقدمه.............................................. 18

3-5- معادلات اصلی ریاضی ژنراتور سنکرون.............. 19

3-5-1- معادلات ریاضی سه فاز..................... 19

3-5-2- معادلات پایه متناسب با dq₀................ 20

3-6- بررسی ولتاژ شفت و جریان بیرینگ ژنراتور........ 21

3-6-1- اقدام متقابل در مقابل ولتاژ شفت و جریان بیرینگ22

3-7-مدل توزیع شده سیم پیچی تحریک................... 26

3-8- نظریه سیستم تحریک............................. 29

مقدمه.............................................. 29

3-9- وظایف سیستم تحریک............................. 31

3-10- جایگاه سیستم تحریک در تولید انرژی الکتریکی... 31

• سیستم تحریک در نیروگاه........................... 32

3-10-1- خروجی‌ها از سیستم تحریک.................. 33

3-11- حالتهای عملکرد ژنراتور....................... 33

3-11-1- حالت بی باری............................ 33

3-11-2- ماشین باردار شده و عملکرد آن در هنگام وصل به شبکه بی‌نهایت........................................ 33

3-11-3-عملکرد بخش ویژه.......................... 34

ویژگیهای ژنراتور بی‌بار............................. 34

3-12- گشتاور سنکرونیزاسیون......................... 35

3-12-1- مشخصات گشتاور ژنراتور................... 36

3-13- انواع سیستمهای تحریک......................... 37

3-13-1- سیستم تحریک استاتیک..................... 37

3-13-2- سیستم تحریک دینامیک..................... 37

3-14- مدلسازییکسوسازتریستوریششپالسه.............. 38

3-14-1- تریستورومشخصهاستاتیکیآن............... 38

3-14-2- فرایندروشنشدنتریستور.................. 42

3-14-3- عملکردتریستوردربارهایمختلف............ 43

3-15-یکسوسازششتریستوری........................... 44

3-16- مدلسازیمبدلباک.............................. 46

3-16-1- مبدلباک step-down (buck converter):........... 46

مفاهیم............................................. 50

3-16-2- حالتهدایتپیوستهمبدلباک................ 50

3-16-3- مدلسازی مبدل باک....................... 53

3-16-4- مدل فضای حالت مبدل باک................. 54

3-16-5-مزایاومعایبمبدلباک..................... 54

معایبمبدلباک...................................... 54

3-17-کنترل مد لغزشی مبدل باک(sliding mode control)...... 55

3-17-1- تئوری کنترل لغزشی....................... 56

3-17-2- طراحی کنترلر مد لغزشی(SMC)............. 56

3-18-مزایا و معایب کنترل مد لغزشی.................. 57

3-18-1- مزایای کنترل مد لغزشی................... 57

3-18-2- معایب کنترل مد لغزشی.................... 57

3-19- مدلسازی مبدل باک............................. 59

3-20- معادلات حلقه سلف.............................. 60

3-21-معادلات حلقه خازن............................. 60

3-22- معادلات گره پورت ورودی........................ 61

3-22- مدارمعادل مبدل باک........................... 61

فصل چهارم: نتایج حاصل از شبیه سازی

مقدمه.............................................. 62

4-1-شبیه سازی حالت مرجع...................................................................................................62

4-2- شبیه‌سازی یکسو ساز شش پالسه تریستور............ 64

4-3- شبیه‌سازی مبدل باک و خواص آن................... 67

4-3-1- نحوه طراحی مبدل باک..................... 70

4-4-شبیه سازی مبدل باک با اعمال کنترل مد لغزشی..................................................................72

4-5- شبیه سازی ژنراتور سنکرون(200 مگاولت امپری ANSALDO نوع 1054)................................................... 76

4-6- شبیه‌سازی مدل توزیع شده ژنراتور سنکرون......... 77

4-7- بررسی ولتاژ و توان مصرفی یاتاقانها............ 79

4-8- متغیرهای مورد استفاده در سیمولینک............. 83

فصل پنجم: نتیجه‌گیری

5-1- نتیجه‌گیری..................................... 93

5-2- پیشنهادات برای آینده.......................... 94

منابع و مأخذ....................................... 95

 فهرست جداول

عنوان شماره صفحه

 جدول4- 1- مقادیر پارامترهای مربوط به مبدل باک ]24[.. 72

جدول4- 2-مقایسه مقادیر مربوط به THD در حالات مختلف.................................................. 75

جدول4- 3- مقادیر پارامترهای مربوط خازن های پارازیتی ]20[ 78

جدول 4-4- ابعاد و مقادیر مورد نیاز ژنراتور 200 مگاولت امپری]25[................................................... 82

 فهرست شکل‌ها

عنوان شماره صفحه

 شکل(2- 1) ولتاژ خروجی مبدل باک با اعمال مدل توزیع شده سیم پیچی تحریک.............................................. 10

شکل(2- 2) ولتاژ خروجی شش پالسه تریستوری با اعمال مدل توزیع شدهسیم پیچی تحریک..................................... 10

شکل(3-1) ژنراتور با روتور قطب سیلندری ( سمت راست ) - ژنراتور با روتور قطب برجسته

(سمت چپ ).......................................... 18

شکل(3-2) ساختار ژنراتور سنکرون و مدار سیم پیچی..... 19

شکل(3-3 ) ارتباط فیلتر پسیو به بخش DC یکسوساز..... 23

شکل(3-5) (a) ساختار ژنراتور القایی با در نظر گرفتن خازن های پارازیتی مختلف .................................... 23

شکل(3-6) تغییرات نسبتVsh/Vcom براسلس d و g₂......... 26

شکل(3-7) مدل توزیع شده سیم‌پیچی تحریک............... 27

شکل(3-8) مدار معادل یک سیم پیچ در فرکانس بالا....... 28

شکل( 3-9) نمای کلی سیستم تحریک..................... 30

شکل(3-10) سیم پیچی تحریک.......................... 30

شکل(3-11) جایگاه سیستم تحریک در تولید انرژی الکتریکی32

شکل(3-12) سیستم تحریک در نیروگاه]27 [.............. 32

شکل(3-13) نمودار بی باری........................... 34

شکل(3-14) ژنراتور زیر بار.......................... 35

شکل(3-15) محدوده تغییرات زاویه δ................... 36

شکل(3-16) مشخصات گشتاور ژنراتور.................... 36

شکل( 3-17) سیستم تحریک استاتیکی.................... 37

شکل(3-18) سیستم تحریک دینامیکی..................... 38

شکل(3-19) تریستور.................................. 39

شکل(3-20) مشخصهتریستوردرغیابجریانگیت............. 39

شکل(3-21) توزیعباربدوناعمالولتاژ................. 40

شکل(3-22) توزیعباربااعمالولتاژمنفی............... 40

شکل(3-23) توزیعباربااعمالولتاژمثبت............... 41

شکل(3-24) فرایند روشن شدن تریستور.................. 43

شکل(3-25)عملکردتریستوردربارهایمختلف.............. 44

شکل(3-26) پلیکسوسازقدرتتمامموجششتریستوره........ 45

شکل(3-27)شکل موج پل شش پالسه تریستوری............. 46

شکل(3-1-a) نمایی از یک مبدل....................... 46

شکل(3-1-b) ولتاژ خروجی متوسط....................... 47

(3-2-a) شمایی از تقویت کننده خطی.................. 49

(3-2-b) شکل موج ورودی Voi به فیلتر پایین گذر....... 49

(3-2-c) مشخصات فیلتر پایین گذر یا میرایی ایجاد شده توسط مقاومت بار R 50

مفاهیم............................................. 51

(3-3-a) شکل موج های حالت کار هدایت پیوسته.......... 51

(3-3-b) حالت هدایت پیوسته مبدل..................... 51

(3-3-c) حالت هدایت پیوسته مبدل..................... 51

شکل(3-28)) مدلسازی مبدل درفضای حالت)................ 53

شکل(3-29) کنترل مبدل توسط مد لغزشی................ 55

شکل(3-30) نمایش گرافیکی کنترل مد لغزشی ............ 58

شکل(3-31) مدلسازی مبدل در فضای حالت................ 59

شکل(3-32)شکل حلقه سلفی............................. 60

شکل(3-33)شکل حلقه خازنی............................ 60

شکل(3-34)شکل گره پورت ورودی........................ 61

شکل(3-35)شکل مبدل باک.............................. 61

شکل(4- 1)شبیه سازی مربوط به تغذیه باتری............ 63

شکل(4- 2) شکل موج ولتاژ خروجی ماشین سنکرون در حالت اول 63

شکل(4- 3) محتوای فرکانسی و تحلیل THDدر حالت اول... 64

شکل(4- 4) یکسو ساز شش پالسه تریستوری............... 65

شکل(4- 5) شکل موج ولتاژ خروجی یکسو ساز شش پالسه بدون مبدل باک66

شکل(4- 6) ولتاژ خروجی ماشین سنکرون در حالت دوم..... 68

شکل(4- 7) محتوای فرکانسی و تحلیل THDدر حالت دوم... 68

شکل(4-8 )مدار شبیه سازی مربوط به حالت سوم.......... 68

شکل(4- 9) شکل موج ولتاژ ورودی به سیم پیچی تحریک در حالت سوم 69

شکل(4-10) شکل موج ولتاژ خروجی ماشین سنکرون در حالت سوم 70

شکل(4-11) تحلیل فرکانسی و تحلیل THDدر حالت سوم.... 72

شکل(4-12) رگولاتور مبدل باک......................... 72

شکل(4-13)مدار مبدل باک............................. 73

شکل(4-14) شبیه سازی مبدل باک با اعمال کنترل مد لغزشی73

شکل(4-15) شکل موج ولتاژ ورودی به سیم پیچی تحریک در حالت چهارم74

شکل(4-16) ولتاژ خروجی ماشین سنکرون در حالت چهارم... 74

شکل(4-17) تحلیل فرکانسی و تحلیل THDدر حالت چهارم.. 75

شکل(4-18) شبیه سازی ژنراتور سنکرون................. 76

شکل(4-19)شبیه سازی مدل توزیع شده سیم پیچی تحریک.... 77

شکل(4-20) موج مربوط به ولتاژ یاتاقان1 در حالت وجود مدل توزیع شده و مبدل باک......................................... 77

شکل(4-21) حالت زوم شده شکل موج مربوط به ولتاژ یاتاقان1 در حالت وجود مدل توزیع شده و مبدل باک...................... 79

شکل(4- 22) موج مربوط به ولتاژ یاتاقان2 در حالت وجود مدل توزیع شده و مبدل باک..................................... 80

شکل(4- 23) حالت زوم شده شکل موج مربوط به ولتاژ یاتاقان2 در حالت وجود مدل توزیع شده و مبدل.......................... 79

شکل(4- 24) موج مربوط به توان اکتیو و راکتیو یاتاقان1در حالت وجود مدل توزیع شده و

مبدل باک........................................... 81

شکل(4- 25) موج مربوط به توان اکتیو و راکتیو یاتاقان2در حالت وجود مدل توزیع شده

و مبدل باک......................................... 81

شکل(4-26)پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط a (ولتاژ منبع) 83

شکل(4-27)پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط b (ولتاژ منبع) 83

شکل(4-28)پارامتر بلاک مربوط به ولتاژ خط c (ولتاژ منبع) 84

شکل(4-29)مشخصات پارامتر بلاک مربوط به تولیدکننده 6 پالسه84

شکل(4-30) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مبدل تریستوری85

شکل(4-31) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ماسفت موجود در مبدل باک85

شکل(4-32) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به دیود موجود در مبدل باک86

شکل(4-33) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RL در مبدل باک.. 86

شکل(4- 34) مشخصات پارامتر بلاک مربوط RC در مبدل باک87

شکل(4- 35) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به مقاومت R در مبدل باک 87

شکل(4- 36) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زیرسیستم مد لغزشی در مبدل باک................................................ 88

شکل(4- 37) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به زیرسیستم کنترل کننده مد لغزشی در مبدل باک.................................. 88

شکل(4- 38) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به سوئیچینگ در زیرسیستم مد لغزشی در مبدل باک.................................. 88

شکل(4- 39) مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ژنراتور سنکرون 200 مگاولت آمپری ............................................. 89

شکل(4- 40)مشخصات پارامتر بلاک مربوط به ژنراتور سنکرون 200 مگاولت آمپری.............................................. 90

شکل(4- 41)مشخصات پارامتر بلاک مربوط به موتور سنکرون 5 کیلوواتی................................................... 91

شکل(4- 42)مشخصات پارامتر بلاک مربوط به موتور سنکرون 5 کیلوواتی................................................... 92

 چکیده:

ژنراتورهای سنکرون ماشینی است که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکیac به کار می‌رود. در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ dc به رتور داده می‌شود تا میدان مغناطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می‌آید و در سیم‌پیچ‌های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می‌کند .یکی از مهمترین قسمت‌های سیستم تولید انرژی در نیروگاه‌ها، سیستم تحریک است. از طرفی روش تغذیه استاتیک این سیستم‌ها جزو معمولترین روش‌ها می‌باشد. یک سیستم تحریک استاتیک به لحاظ عملکرد شبیه تنظیم‌کننده اتوماتیک ولتاژ میدان رفتار می‌کند بطوریکه اگر ولتاژ ژنراتور کاهش داشته باشد جریان میدان را افزایش می‌‌دهد و بر عکس اگر ولتاژ ژنراتور افزایش داشته باشد جریان میدان را کاهش می‌دهد. درواقع سیستم تحریک استاتیک توان میدان اصلی ژنراتور تأمین می‌‌کند در حالیکه تنظیم‌کننده ولتاژ، توان میدان تحریک‌کننده را برآورده می‌سازد. در این پایان‌نامه اثر شفت در فرکانس های بالا رابصورت RL موازی و یاطاقان‌ها رابه صورت یک اثر خازنی C_b و اثر پوستی سیم پیچ ها را بایک مدل RL سری برای یک ژنراتور200 مگاولت امپریANSALDO نوع 1054در نظر خواهیم گرفت و حتی می‌توانیم برای افزایش دقت، مدل یکسوساز تریستوری را نیز در نظر بگیریم.

واژه‌های کلیدی: ژنراتور سنکرون– سیستم‌های تحریک و انواع آن- مبدل باک -شش پالسه تریستوری-ولتاژ شفت وجریان بیرینگ