مقدمه

امروزه ولتاژ DC فشار قوي براي انتقال حجم زيادي از قدرت بکار گرفته مي گردد زيرا نسبت به سيستم انتقال AC رايج ، داراي مزاياي زير می باشد :

الف ) فقط ظرفيت گرمايي خط و تجهيزات آن بر حد پايداري حاکمند .

ب ) هزينه انتقال کمتر می باشد زيرا هادي هاي کمتري مصرف مي گردد و به دکلهاي کوچکتري احتياج می باشد.

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

ج) هادي کوچکتري مي توان بکار برد زيرا ديگر اثر پوستي براي جريان ، وجود ندارد.

د ) دو سيستم قدرت AC با فرکانسهاي کار مختلف را مي توان به يکديگر اتصال داد و دليل آن طبيعت غير سنکرون خط DC می باشد.

ه) آشکارسازي اتصال کوتواه و رفع آن ، سريع تر انجام مي گيرد و پايداري کلي سيستم را مي توان تا حد زيادي بهبود بخشيد زيرا عبور توان را مي توان به شکل الکتريکي کنترل نمود .

و ) براي انتقال با کابل (زيرزميني ) بسيار ايده آل می باشد زيرا توان رآکتيو شارژ ديگر وجود ندارد ؛ اما هزينه اضافي که براي تجهيزات تبديل AC به DC و بالعکس لازم می باشد انتقال DC در سطوح قدرت پايين و براي فواصل کوتاه را غير اقتصادي مي کند.

با در دسترس قرار گرفتن SCR هاي پر قدرت ، لامپهاي قوس جيوه براي انتقال DC ، جاي خود را به کنورترهاي نيمه هادي مي دهند.

شکل 1-1 (الف ) ، دياگرام شمايي يک سيستم انتقال دو قطبي DC را نشان مي دهد که در آن سيستمهاي قدرت AC 1و 2 به وسيله يک رابط DC به هم اتصال داده شده اند پل 1 به عنوان يکسو کننده و پل 2 ، به عنوان اينورتر اقدام مي کند و زواياي آتش دو پل براي کار در اين شرايط به خوبي تنظيم شده اند در روي هر شاخه هر پل ، تعدادي SCR به صورت ترکيب سري – موازي بکار گرفته شده تا ظرفيت جريان و ولتاژ زيادي به دست آيد مدارهاي متعادل کننده ولتاژ و جريان ، و نيز ضربه گيرهاي (snubbers) لازم ، با SCR ها همراه شده اند .

براي کاهش ضريب تموج در خروجي ، و در نتيجه کاهش ظرفيت صافي ، در طرفين رشته رابط DC از دو مدار شش پالس بهره گیری مي گردد اولي با ترانسفرمر ورودي که اتصال ستاره – ستاره دارد و دومي با يک ترانسفرمر ورودي که اتصال ستاره – مثلث دارد اين منجر به کار در يک وضعيت 12 پالس شده و در نتيجه اعوجاج در جريان ورودي را کاهش مي دهد .

شكل 1-1- سيستم انتقال DC ( ادامه دارد)

سيستم انتقال DC از هاديهاي يک قطبي يا دو قطبي بهره گیری مي کند در انتقال تک قطبي ، هادي خط داراي علامت مثبت يا منفي می باشد و هادي بازگشت ، زمين شده می باشد در برخي موارد ، هادي بازگشت قابل حذف بوده و از خود زمين ، براي حمل جريان بازگشت بهره گیری مي گردد اين حذفها ، مسائل پديده الکتروليتيکي (در مواقعي که از زمين به عنوان يک هادي الکتريکي بهره گیری گردد و جريان عبور کننده از زمين AC باشد مسئله اي ايجاد نمي گردد اما اگر جريان عبور کننده DC باشد رطوبت زمين که در واقع يک الکتروليت مي باشد را تبخير مي کنند و در هدايت ايجاد اشکال به وجود مي آيد ) تلفات هدايت بيشتر و تغييرات پتانسيل بزرگتري در نزديک نقطه زمين کردن با خود دارد در انتقال دو قطبي ، دو هادي هست که يکي نسبت به زمين مثبت و ديگري منفي می باشد سر وسط پلها (پلهاي يکسو کننده و اينورتر) در هر دو سر خط DC طبق شکل 1-1 (الف) زمين شده می باشد با اين اتصالات ، جريانهاي زمين معمولاً کوچک هستند چنانچه يکي از خطها به دليل بروز حادثه يا اشکال باز گردد انتقال تک قطبي با همان وسايل موجود ممکن می باشد و انتقال توان ادامه خواهد يافت البته واضح می باشد که قابليت اعتماد به سيستم دو قطبي بيشتر و بهتر از سيستم تک قطبي می باشد .

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

هنگامي که توان از سيستم 1 به سيستم 2 جاري مي گردد پل 1 در وضعيت يکسو کنندگي و پل 2 در وضعيت اينورتري کار مي کند به شرط معلوم بودن ولتاژ و امپدانس منبع زاويه آتش a يکسو کننده را مي توان براي مقادير مشخص ولتاژ و جريان در انتهاي طرف فرستنده محاسبه نمود ولتاژ DC در طرف دريافت کننده با کسر کردن افت خط از  بدست مي آيد : بنابراين :

(1-1)

که در آن ، مقاومت DC خط ( به انضمام مقاومت DC راکتور ) مي باشد اينورتر معمولاً براي تمامي جريانهاي زاويه اطمينان مشخص y يا زاويه خاموشي ثابت کار مي کند تا از بروز اشکال در اقدام کموتاسيون جلوگيري به اقدام آيد زاويه آتش a لازم براي اينورتر بايد از روي ولتاژ ورودي DC ، جريان ، زاويه اطمينان ولتاژ منبع ، و امپدانس منبع محاسبه مي گردد پل يکسو کننده در وضعيت جريان ثابت کار کرده و زاويه آتش a آن را مي توان به قسمي تنظيم نمود که جريان مورد نظر از پل عبور کند اين کار به شرطي انجام پذير می باشد که در کليه نقاط کار آن در وضعيت دائمي صادق باشد در شکل 1-1(ب) مشخصه اينورتر در همان طرف مشخصه يکسو کننده ، ترسيم شده می باشد خط چين شکل ، با افزودن افت ولتاژ دو سر مقاومت خط DC به ولتاژ DC اينورتر بدست آمده می باشد نقطه تقاطع مشخصه يکسو کننده و اين خط چين ولتاژ و جريان کار يکسو کننده را مي دهد .

براي تأمين نقطه کار پايدار براي سيستم ، وضعيت جريان ثابت براي اينورتر بايد در سطح جريان رخ مي دهد که در آن جرياني می باشد که توسط يکسو کننده ثابت نگه داشته شده و ، جريان اطمينان (current margin) مي باشد از آنجا که جريان گذرنده از پل يکسو کننده و پل اينورتر بايد يکي باشد اينورتر بايد با زاويه اطمينان ثابت در سطح جريان کار کند در شکل 1-1(ب) مشهود می باشد که براي اختلالات و نوسانهاي کوچک در ولتاژ سيستم AC نقطه کار براي سيستم DC به خوبي مشخص و ثابت بوده و جريان در مقدار معين ثابت باقي مي ماند ولتاژ داخلي اينورتر براي يک پل شش پالس ، بايد کمتر از ولتاژ داخلي يکسو کننده باشد تفاوت بين آنها برابر می باشد با :

(1-2)

که در آن و ، حداکثر ولتاژ فازي – زمين در منبع سيستم AC يک و دو و فرکانسهاي مربوط به هريک از آنها ، و اندوکتانسهاي دو منبع در هر فاز، a زاويه آتش پل يکسو کننده و y زاويه اطمينان مشخص شده براي پل اينورتر مي باشد.

كل 2-1- سيستم انتقال DC ( ادامه دارد )

براي يک سيستم انتقال تک قطبي DC هنگامي که بخواهيم توان در جهت عکس جاري گردد از مدارهاي پل مجزاي مثلاً 3 و 4 بهره گیری مي کنيم براي اين پلها ، SCR ها در جهتي مخالف با جهت نشان داده شده براي SCR هاي شکل 1-1 (الف) بايد متصل گردند به قسمي که علامت ولتاژ DC ، يکسان و بدون تغيير مانده ليکن جهت جريان عکس گردد اين امر، مسئله خوردگي الکتروليتيک هادي زمين شده را منتفي مي کند قطع پلهاي 1 و 2 و وصل پلهاي 3 و 4 از طريق کليدهاي خارجي انجام مي گيرد سپس پل 3 به عنوان اينورتر و در زاويه اطمينان ثابت و پل 4 به عنوان يکسو کننده جريان ثابت اقدام خواهند نمود براي انتقال دو قطبي احتياج به پلهاي مجزا براي معکوس شدن جهت توان نيست .

ضريب قدرت ورودي پل يکسو کننده بايد پفاز و ضريب قدرت خروجي اينورتر با کموتاسيون خط پيشفاز باشد از اين رو براي تصحيح ضريب قدرت بايد تجهيزات مناسب (مثلاً خازنهاي شنت ) به ترمينالهاي AC اتصال يابند به مقصود کاهش اعوجاج در طرف DC بايد از يک رآکتور صاف کننده اعوجاج بهره گیری نمود و اين موجب مي گردد که شکل موج جريان در فازهاي AC مستطيلي گردد محتوي هارموني اين جريان با بهره گیری از دو پل شش پالس که در آن ترانس پل اول داراي اتصال ستاره – ستاره و ترانس پل دوم داراي اتصال ستاره – مثلث می باشد کاهش مي يابد ( به شکل 1-1 (الف) مراجعه گردد).

براي منحرف (bypass) کردن اين هارموني از صافي هاي شنت در ترمينالهاي AC بهره گیری مي گردد تا جريانهاي خط ، تا حد خوبي سينوسي شوند اگر در کموتاسيون ، اشکالي بروز کند يا زاويه هاي آتش نامتقارن شوند نيز هارمونيهاي غير عادي در خطوط AC بوجود
مي آيد و اينها ممکن می باشد در کار سيستم اثر بگذارند (مگر اين که عناصر بسبب بروز اشکال در پلها ، سريعاً جدا شوند).

شکل 13-7 (پ) ، بلوک دياگرام يک کنترل کننده يکسو کننده را نشان مي دهد که از طريق تنظيم زواياي آتش براي SCR ها ، جريان را در پل ، ثابت نگه مي دارد فرکانس آتش اين SCR ها بايد f6 باشد که در آن f فرکانس ورودي می باشد زیرا فرکانس سيستم AC ممکن می باشد تغيير کند فرکانس آتش کننده نيز بايد فرکانس سيستم را تعقيب کند اين امر با بهره گیری از بلوک حلقه با فاز قفل شده (phase-looked loop block)(PLL) عملي مي گردد که در آن فرکانس خروجي NCO بطور خودکار شش برابر فرکانس ورودي f مي گردد سيگنال ورودي براي PLL از طريق يک مقايسه کننده تأمين مي گردد و ولتاژ منبا براي مقايسه کننده خروجي کنترل کننده PI می باشد هر زمان که اين ولتاژ کمتر از ولتاژ ورودي (يک ولتاژ شيب که از ولتاژ سيستم AC گرفته مي گردد ) باشد .

يک خروجي پالس حاصل مي گردد که فرکانس آن مساوي فرکانس سيستم AC می باشد هنگامي که خطاي واقعي در جريان به صفر برسد ولتاژ خروجي کنترل کننده PI مخالف صفر بوده و در نتيجه خطاي استاتيک سيستم کنترل به صفر مي رسد براي کنترل اينورتر سيگنال خطاي زاويه اطمنيان را مي توان به جاي سيگنال خطاي جريان ، به کنترل کننده PI دارد و زاويه آتش ، خود را بطور خودکار تنظيم مي کند تا زاويه اطمينان y را که براي کليه ولتاژها و جريان مستقيم خط لازم می باشد تأمين کند طرح کنترل مورد بحث ، موجب به وجود آمدن فاصله مساوي در پالسها مي گردد زيرا فاصله بين پالسهاي آتش متوالي که از PLL مي رسد برابر T/6 می باشد که در آن T دوره تناوب ورودي AC می باشد کنترل کننده هايي که در آنها به ازاي هر SCR از يک مقايسه کننده مجزا بهره گیری مي گردد زواياي آتش مساوي به وجود مي آورند .

يک سيستم کنترل کننده که بر مبناي فاصله مساوي پالسها پايه ريزي شده باشد از سيستمي که بر مبناي زواياي آتش مساوي باشد بهتر می باشد زيرا در اولي ، هارمونيهاي غير عادي در شکل موج جريان متناوب خط به وجود نمي آيد و دليل آن مدت هدايت هر SCR می باشد که حتي وقتي ولتاژ ورودي با اعوجاج باشد باز هم ثابت نگه داشته مي گردد.

شكل 3-1- سيستم انتقال DC

چاپرهاي DC

1- مقدمه

چاپر را مي توان معادل DC را به يک ترانسفورماتور ac با نسبت حلقه اي قابل تغيير به صورت پيوسته در نظر گرفت مشابه ترانسفورماتور ، چاپر مي تواند جهت افزايش يا کاهش پله اي ولتاژ منبع dc بکار گرفته گردد.

2- اساس طرز کار کاهش پله اي

اساس طرز کار مدار را مي توان از روي شکل 2-1 الف توضيح داد هنگامي که کليد SW به مدت بسته مي گردد ولتاژ ورودي دو سر بار مي افتد اگر کليد به مدت قطع بماند ولتاژ دو سر بار صفر خواهد بود شکل موجهاي ولتاژ خروجي و جريان بار نيز در شکل 2-1 (ب) نشان داده شده اند کليد چاپر را مي توان با بهره گیری از يک (1)BJT قدرت (2)MOSFET قدرت ، (3) GTO يا (4) تريستور با کموتاسيون اجباري ، پياده سازي نمود عناصر واقعي افت ولتاژ معيني بين 5/0 تا 2 ولت دارند که ما بخاطر ساده کردن محاسبات از افت ولتاژهاي اين عناصر نيمه هادي قدرت چشم پوشي مي کنيم مقدار متوسط ولتاژ خروجي از ارتباط زير بدست مي آيد.

(2-1)

و مقدار متوسط جريان بار برابر  می باشد که T دوره تناوب چاپر، سيکل کاري چاپر و f فرکانس چاپر می باشد مقدار مؤثر ولتاژ خروجي از ارتباط زير بدست مي آيد .

(2-2)

اگر فرض کنيم چاپر بي تلفات باشد توان ورودي چاپر برابر توان خروجي خواهد بود و خواهيم داشت .

(2-3)

مقاومت ورودي مؤثر که توسط منبع ديده مي گردد برابر خواهد بود با

(2-4)

سيکل کاري K با تغيير ، T يا f مي تواند از 0 تا 1 تغيير کند بنابراين ولتاژ خروجي با کنترل k مي توان از 0 تا تغيير کند و انتقال توان کنترل خواهد گردید.

1- عملکرد فرکانس ثابت ، فرکانس چاپر f متغير می باشد يا زمان روشن بودن ، تغيير داده مي گردد پهناي پالس در اين روش تغيير مي کند و اين نوع کنترل ، کنترل مدولاسيون پهناي پالس (PWM) نام دارد.

2- عملکرد فرکانس متغير ، فرکانس چاپر f متغير می باشد يا زمان روشن بودن و يا زمان خاموش بودن ثابت نگه داشته مي گردد اين روش مدولاسيون فرکانس نام دارد فرکانس بايد در محدوده وسيعي تغيير يابد تا رنج کاملي از ولتاژ خروجي را داشته باشيم در اين نوع کنترل هارمونيکهايي با فرکانسهاي غير قابل پيش بيني توليد خواهند گردید و طراحي فيلتر آن دشوار می باشد .

شكل 1-2- چاپر كتهش پله اي با بار مقاومتي

– اساس طرز کار افزايش پله اي

از چاپر مي توان جهت بالا بردن ولتاژ dc بهره گیری نمود که در شکل 2-1 (الف) يک نمونه آن نشان داده شده می باشد هنگامي که کليد SW براي زمان بسته مي گردد جريان سلف افزايش مي يابد و در سلف L انرژي ذخيره مي گردد اگر کليد به مدت باز گردد جريان ذخيره شده در سلف از طريق ديود به بار منتقل مي گردد و جريان سلف کاهش مي يابد با فرض بر قرار بودن جريان بطور پيوسته شکل موج جريان سلف در شکل 2-1 (ب) نشان داده شده می باشد .

هنگامي که چاپر روشن مي گردد ولتاژ سلف برابر خواهد بود با :

که جريان ريپل پيک تا پيک سلف را به صورت زير مي دهد

(2-5)

ولتاژ خروجي لحظه اي برابر خواهد بود با

(2-6)

كل 2-2- آرايش عملكرد افزايش پله اي

شكل 3-2- آرايش انتقال انرژي

اگر يک خازن بزرگ به دو سر بار همانطور که با خط چين در شکل 2-1 الف نشان داده شده متصل گردد ولتاژ خروجي پيوسته خواهد بود و برابر مقدار متوسط
مي گردد از ارتباط 2-6 مي توان دريافت که ولتاژ دو سر بار را با تغيير سيکل کاري k
مي توان بالا برد و حداقل ولتاژ خروجي هنگامي خواهد بود که k=0 باشد اما چاپر نمي تواند بطور پيوسته روشن گردد به طوري که k=1 باشد براي مقادير k که به سمت يک ميل مي کنند همانطور که در شکل 2-1 (ج) نشان داده شده ولتاژ خروجي خيلي زياد و خيلي حساس به تغييرات k مي گردد :

و به صورت زير بيان مي گردد

(2-7)

که در آن جريان اوليه براي حالت اول هستند در حالت اول جريان بايد صعود کند و شرط آن برابر می باشد با     

جريان حالت دوم از ارتباط زير بدست مي آيد.

که پس از حل خواهيم داشت

(2-8)

که در آن جريان اوليه براي حالت دوم می باشد در يک سيستم پايدار ، جريان بايد نزول کند وشرط آن به شکل زيراست . 

اگر شرط فوق مستقر نشود جريان سلف به صعود خود ادامه مي دهد و يک وضعيت ناپايدار پيش مي آيد بنابراين شرايط انتقال توان برابر خواهد بود با :

(2-9)

از ارتباط 2-9 معلوم مي گردد که ولتاژ منبع بايد از ولتاژ E کمتر باشد تا انتقال توان از يک منبع ثابت ( يا متغير) به يک ولتاژ dc ثابت ممکن گردد .

هنگامي که چاپر روشن مي گردد انرژي از منبع به سلف L منتقل مي گردد اگر چاپر خاموش گردد مقداري از انرژي ذخيره شده در سلف به باتري E بر مي گردد.

دسته بندی : برق

دیدگاهتان را بنویسید