بخشی از مقاله
خلاصه
تشخیص خطای بموقع و پیشگیرانه در ژنراتور سنکرون بدلیل اهمیت این تجهیز در سیستم های قدرت و نیروگاهها یکی از مباحث مورد توجه محقیقین در سالهای اخیر بوده است . جهت تشخیص خطاهای الکتریکی ژنراتور روشهای مختلفی ارائه شده است که عمده آنها مبتنی بر آزمایش ها و اندازه گیریها در حالتی است که ژنراتور خارج از مدار بوده و یا بر اثر بروز عیب و عملکرد سیستمهای حفاظتی از مدار خارج شده است . .ماشین سنکرون رفتار بسیار پیجیده ای دارد. در برابر تغییرات خطای فاز به فاز، فاز به فاز داخلی و موارد از این قبیل رفتارهای خاصی دارد . با مطالعه این رفتارها میتوان روشهایی برای تشخیص خطا ارایه داد. در این مقاله، معادلات زمان حقیقی مناسب زنراتور سنکرون قطب برجسته در حالت خطای داخلی قاز به فاز استخراج شده و رفتار ژنراتور در وضعیتهای مختلف خطا شبیه سازی شده است.
کلمات کلیدی: ژنراتور سنکرون قطب برجسته، خطاهای الکتریکی ، خطای داخلی فاز به فاز
.1 مقدمه
ماشینهای سنکرون در زمینه های بسیاری مانند کاربردهای موتوری و ژنراتوری استفاده می شوند. در این میان، زنراتورهای سنکرون کاربرد وسیعی در نیروگاههای تولید برق پیدا کردهاند.[1] ژنراتورهای بزرگ نیروگاههای توان یکی از مهمترین عناصر در سیستم های قدرت هستند. با وجود اینکه احتمال خطا در ژنراتورهای سنکرون قابل توجه نیست ولی وقوع خطا میتواند سبب صدمات جبرانناپذیری بر سیستم قدرت و ژنراتور سنکرون شود. لذا نگهداری از ژنراتورهای سنکرون به دلیل اهمیت تولید بدون وقفه برق از نگرانیهای مهم شبکه برق است. خطای داخلی سیمپیچهای زنراتور سنکرون از محتمل ترین خطاهای ساختمان ژنراتور می باشد که میتواند سبب وقوع خطاها و خساراتهای بزرگتری شود.
در این میان، مدلسازی خطا و بررسی رفتار مولفههای ولتاژ و یا جریان ژنراتور سنکرون مهمترین و اولیهترین گام برای حفاظت این ژنراتورها در مقابل خطاهای محتمل است. به منظور بهرهبرداری مناسب از زنراتورهای سنکرون و بررسی رفتار این زنراتورها در شرایط کاری مختلف و عیوب احتمالی، مدلسازی و شبیهسازی زنراتورهای سنکرون مورد توجهپزوهشگران بوده است.[2] هدف از بدست آوردن مدل برای ماشین سنکرون به دو دسته تقسیم می شود: - 1 - دستیابی به دانش بیشتر در زمینه رفتار الکتریکی -مغناطیسی ماشین و - 2 - اهداف کنترلی و شبیه سازی. شبیه سازی ماشین سنکرون می تواند با ابزار های شبیه سازی مختلفی صورت پذیرد که یکی از آن ها برنامه حالت گذرای الکترومغناطیس - - EMTPمی باشد.
در این مقاله از شبیه سازی متلب برای شبیه سازی رفتار ژنراتور سنکرون قطب برجسته با استفاده معادلات فضای حالت مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، از برنامه نویسی که در نرم افزارهای دیگر مورد استفاده قرار میگیرد .. مدل دینامیکی ماشین سنکرون در حوزه لاپلاس می تواند با استفاده از بلوکهای فضای حالت برای شبیه سازی جزئیات تحلیل گذرای ماشین سنکرون ، لازم است زیر سیستم های جدیدی به مدل اضافه شود تا عملکرد اجزای کنترلی را شبیه سازی کند .[3]خطای اتصال کوتاهی استاتور یکی از خطاهای متداول در ماشینهای الکتریکی است 4]و.[5 خطای داخلی در سیمپیچها به عنوان یک خطای جدی و پراحتمال در ماشینهای ac میتواند اثرات زیانباری را به دنبال خود داشته باد6]و.[7
اندازه جریان اتصال کوتاهی به سرعت واقعی ماشین، تعداد دور اتصال کوتاه شده و محل شیار سیمپیچی وابسته است .[7] بسیاری از خطاهای عایقی سیستم به دلیل ایجاد خطای عایقی حلقه به حلقه و توسعهی این خطا به خزاهای بزرگ تر ایجاد میشود.[4] از آنجایی که جریان گردشی در جلقههای اتصالکوتاه شده به لحاظ دامنه بیشاز دوبرابر جریان مجاز سیمها هستند[8]، سیمپیجها دچار اضافه حرارت میشوند. این مساله میتواند سبب ایجاد خطاهای اتصال کوتاهی کلاف به کلاف در یک فاز و یا بین دوفاز مختلف نیز شود. خطای حلقه به حلقه حتی میتواند مقدمات خطای خط به زمین را نیز فراهم نماید که در این صورت ماشین الکتریکی دچار صدمه جبران ناپذیر می شود .[4] جریان زمین ممکن است صدمات جبران ناپذیر به هسته بزند که در این صورت ماشین الکتریکی از سرویس بایستی خارج شود .[9]
در صورتی که ماشین سنکرون از نوع مغناطیس دایم باشد، اضافهجریان ناشی از خطای حلقه به حلقه ممکن است شاری مخالف شار اصلی ماشین الکتریکی مغناطیس دایم تولید کند که سبب مغناطیسزدایی آهنربا شود.[10]تشخیص خطا از حوزههای پزوهشی درحال توسعه استکه نیازمند مدل مطمئن ماشین الکتریکی برای بررسی تاثیر خطا بر پارامترهای مختلف ماشین است. بنابراین تبدیل قاب مرجع به محورهای عمودبرهم برای تشخیص نامتعادلی و یا خطای ماشین استفاده شدهاست . [15-11 ] در [13]، یک مدل حالت گذرا برای ماشین القایی با تبدیل قاب مرجع ارایه شده است. معادلهای حالت دایم استخراج شده و مولفههای ترتیب های مثبت،منفی و صفر به صورت تابعی از شدت خطا مشخص شدهاند.
در [14]، نیز یک مدل مشابه برای تشخیص مدل سازی خطا برای خطاهای حلقه به حلقه و یا درون حلقهای پیشنهاد شد است. بسیازی از مدلهای خطای ارایه شده در پزوهشهای صورتگرفته بر مدل حالت سالم ماشین الکتریکی به همراه یک مدار خطا بنا شده اند. در برخی پژوهشها بررسی خطاهای مختلف ماشین و شناسایی پارامترهای آن توسط تحلیل المان محدود مورد توجه قرار گرفتهاند .[18-16] این نرمافزار اطلاعات دقیقی از وضعیت پارامترهای مختلف ماشین الکتریکی در شرایط مختلف خطا میدهد . استفاده از روش های المان محدود - FEM - ، داشتن توصیف الکتریکی-مغناطیسی بسیار دقیق ماشین را ممکن ساخته است اما دو مشکل اصلی این روشها زمان ماحسباتی و تعداد زیاد پارامترهای الکتریکی ماشین می باشد. به همین دلیل، FEM برای بدست آوردن اطلاعات بیشتر در مرحله طراحی مناسب است..
.2 ماشین سنکرون قطب برجسته
به منظور استخراج معادلات اساسی ماشین، فرضیات زیر در نظر گرفته شده است:
-سیم پیچ های استاتور متقارن بوده و در طول شکاف هوایی توزیع کاملا سینوسی دارند.
-نفوذ پذیری مسیرهای مغناطیسی بروی رتور، مستقل از موقعیت رتور می باشد.
- اثرات اشباع و هیسترزیس نادیده گرفته شده اند.
