مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگیانتشار تغييرات ولتاژ در شبکه

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
دانلود مقاله مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگیانتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع

نوع فایل: word

فرمت فایل: doc

قابل ویرایش

تعداد صفحات : 143 صفحه

قسمتی از متن :

مقدمه

1-1 مقدمه

يکی از ضعيفترين عناصر نرم افزارهای مدرن شبيه سازی، مدل ترانسفورماتور است و فرصتهای زيادی برای بهبود شبيه¬سازی رفتارهای پيچيده ترانسفورماتور وجود دارد، که شامل اشباع هسته مغناطيسی، وابستگی فرکانسی، تزويج خازنی، و تصحيح ساختاری هسته و ساختار سيم پيچی است.
مدل ترانسفورماتور بواسطه فراوانی طراحيهای هسته و همچنين به دليل اينکه برخی از پارامترهای ترانسفورماتور هم غير خطی و هم به فرکانس وابسته¬اند، می تواند بسيار پيچيده باشد. ويژگيهای فيزيکی رفتاری که، با در نظر گرفتن فرکانس، لازم است برای يک مدل ترانسفورماتور بدرستی ارائه شود عبارتند از:
• پيکربنديهای هسته و سيم پيچی،
• اندوکتانسهای خودی و متقابل بين سيم پيچها،
• شارهای نشتی،
• اثر پوستی و اثر مجاورت در سيم پيچها،
• اشباع هسته مغناطيسی،
• هيسترزيس و تلفات جريان گردابی در هسته،
• و اثرات خازنی.
مدلهايی با پيچيدگيهای مختلف در نرم افزارهای گذرا برای شبيه سازي رفتار گذرای ترانسفورماتورها، پياده سازی شده است. اين فصل يک مرور بر مدلهای ترانسفورماتور، برای شبيه سازی پديده های گذرا که کمتر از رزونانس سيم پيچ اوليه (چند کيلو هرتز) است، می باشد، که شامل فرورزونانس، اکثر گذراهای کليدزنی، و اثر متقابل هارمونيکها است.

1-2 مدلهای ترانسفورماتور
يک مدل ترانس را می توان به دو بخش تقسيم کرد:
• معرفی سيم پيچها.
• و معرفی هسته آهنی.
اولين بخش خطی است، و بخش دوم غير خطی، و هر دوی آنها وابسته به فرکانس است. هر يك از اين دو بخش بسته به نوع مطالعه¬ای که به مدل ترانسفورماتور نياز دارد، نقش متفاوتی بازی می¬کند. برای نمونه، در شبيه¬سازيهاي فرورزونانس، معرفي هسته حساس است ولی در محاسبات پخش بار و اتصال کوتاه صرفنظر می¬شود.
برای کلاس بندی مدلهای ترانسفورماتور چند معيار را می¬توان بکاربرد:
• تعداد فازها،
• رفتار (پارامترهای خطی/ غير خطی، ثابت/ وابسته به فرکانس)،
• و مدلهای ریاضی.
با دسته¬بندي مدلسازي ترانسفورماتورها، مي¬توان آنها را به سه گروه تقسيم كرد.
• اولین گروه از ماتريس امپدانس شاخه يا ادميتانس استفاده می¬کند.
• گروه دوم توسعه مدل ترانسفورماتور قابل اشباع به ترانسفورماتورهای چند فاز است. هر دو نوع مدل در نرم افزار EMTP پياده سازی شده است، و هر دوی آنها برای شبيه سازی برخی از طراحيهای هسته، محدوديتهای جدی دارد.
• وگروه سوم مدلهای براساس توپولوژی، كه گروه بزرگی را تشکيل می دهد و روشهای زيادی بر اساس آن ارائه شده است. اين مدلها از توپولوژی هسته بدست می آید و می¬تواند بصورت دقيق هر نوع طراحی هسته را در گذراهای فرکانس پايين، در صورتيکه پارامترها بدرستی تعيين شود، مدل کند.


1-2-1 معرفی مدل ماتریسي Matrix Representation (BCTRAN Model)
معادلات حالت دائم يک ترانسفورماتور چند سيم پيچه چند فاز را می¬توان با استفاده از ماتريس امپدانس شاخه بيان کرد:

(1-1)

در محاسبات گذرا، رابطه فوق بايد بصورت زير نوشته شود:

(1-2)

که و به ترتيب بخش حقيقی و موهومی هستند، که المانهای آنها را می¬توان از آزمایشهای تحريک بدست آورد.
اين روش دارای تزويج فاز به فاز است، که ويژگیهای ترمينال ترانسفورماتور را مدل می¬کند، ولی فرقی بين توپولوژی هسته و سيم پيچ قائل نمی¬شود زيرا در همه طراحيهای هسته، رفتار رياضی يکسان اعمال می¬شود.
همچنين چون ماتريس امپدانس شاخه برای جريانهای تحريکِ بسيار کم يا هنگامی که اين جريانهاي تحريك بطور کلی ناديده گرفته می¬شود، ماتريس منفرد می¬شود، موجب ايجاد برخي مشكلات از لحاظ دقت در محاسبات فوق مي¬گردد[1]. بعلاوه، امپدانسهای اتصال کوتاه، که مشخصه¬های بسيار مهمی از ترانسفورماتور را توصيف می¬کند، در اندازه گيری با چنين تحريکهايی از دست می¬رود. برای حل اين مشکلات، ماتريس ادميتانس بايد استفاده شود:

(1-3)

که هميشه وجود دارد و عناصر آن مستقيما از آزمایشهای اتصال کوتاه استاندارد بدست می¬آيد.
برای مطالعات گذرا، بايد به دو مولفه مقاومتی والقائی تقسيم شود و ترانسفورماتور با معادله زير توصيف مي¬گردد:

(1-4)

همه اين مدلها خطی هستند، هر چند، در بسياری از مطالعات گذرا لازم است اثرات اشباع و هيسترزيس وجود داشته باشد. در اين حالت براي وارد كردن اثرات اشباع، اثرات جريان تحريک را می¬توان خطی کرد و در ماتريس توصيف مدل قرار داد، ولي اين کار در زمان اشباع هسته می¬تواند منجر به خطاهاي شبیه سازی شود.
در روش ديگر، تحريک از ماتريس توصيف مدل حذف می¬شود و بصورت خارجی بصورت عناصر غير خطی به ترمينالهای مدلها متصل می¬شود (شکل 1-1).