بخشی از مقاله
چکیده -
با توجه به ماهیت الکترونیکی اکثر بارهای متصل به شبکه و حساسیت ثبات ولتاژ، نقش وسایل تثبیت کننده ولتاژ مشخص میشود. یکی از سیستمهای تثبیت کننده ولتاژ، جبرانکنندههای استاتیک توان راکتیو میباشد. عملکرد صحیح جبران کننده زمانی حاصل میشود که توانایی محاسبه پارمترهای شبکه به صورت لحظهای و دقیق فراهم باشد.
بنابراین در این مقاله ساخت یک دستگاه کسینوسفیمتر بررسی که ابتدا جریان را به روش مقاومت شنت محاسبه نموده و پس از محاسبه ضریب قدرت مدار، دیگر پارامترهای شبکه از جمله توان اکتیو و راکتیو محاسبه میشود و مقادیر محاسبه شده میتواند در عملکرد سیستم جبرانکننده و سایر دستگاهها مورد استفاده قرار گیرد. در پایان توسط اسکوپ دیجیتال و واتمترهای موجود، پارامترهای شبکه محاسبه و با نتایج حاصل از سیستم ساخته شده مقایسه و صحت عملکرد سیستم به اثبات خواهد رسید.
مقدمه
در حال حاضر بیش از هر ز مانی طراحی و بهرهبرداری از سیستمهای قدرت با حداکثر بازده و بیشترین میزان قابلیت اعتماد و ایمنی حائز اهمیت است. در یک سیستم قدرت الکتریکی ایدهآل، ولتاژ و فرکانس در هر نقطه تغذیه ثابت است. در چنین سیستمی، ولتاژ نقاط تغذیه، جریانهای سه فاز متعادل، ضریب توان واحد و سی ستم عاری از هارمونیک می با شد.
با توجه به اهمیت پایداری ولتاژ، در نقاط مختلف شبکه در محدوده قابل قبول، یکی از عوامل حائز اهمیت در طراحی و بهرهبرداری از سیستمهای قدرت AC ، کنترل توان راکتیو توسط جبرانکنندههای استاتیک توان راکتیو در شبکه فشار ضعیف میباشد بنابراین باید پارامترهای شبکه به صورت دقیق و لحظهای محاسبه گردد تا جبرانکننده استاتیک، توانایی کنترل دقیق توان راکتیو سیستم را داشته باشد. لوازم اندازهگیرهای اکتیو و راکتیو م حاس به و بر روی ن مایشگر به همراه دیگر پارامترها، نمایش داده خواهند شد. جهت اطمینان از صحت عملکرد سیستم، پارامترهای اندازهگیری شده و نمایش داده شده بر روی نمایشگر با نتایج حاصل از یک دستگاه اندازهگیری موجود در بازار مقای سه شده و صحت عملکرد مدار ساخته شده اثبات خواهد شد.
در این مقاله با توجه به اهمیت موضوع، ساخت یک دستگاه کسینوسفیمتر با قابلیت محاسبه پارامترهای شبکه به صورت لحظهای، جهت کنترل جبران کنندههای توان راکتیو در شبکه ف شار ضعیف میبا شد. جهت تحقق این مو ضوع در ابتدا به طراحی و شبیه سازی سیستم در نرم افزار ORCAD نموده و نتایج بد ست آمده از شبیه سازی با نتایج قابل انتظار در طراحی مقایسه خواهد شد.
با اعمال تغییرات در طراحی اولیه و حصول نتایج مطلوب، سیستم مورد نظر ساخته شده و نتایج حاصله با نتایج شبیهسازی مقایسه میشود. مدار طراحی و ساخته شده به چهار بخش تقسیم میشود که در بخش اول که تحت عنوان کارت ولتاژ نامیده می شود، ولتاژ لحظهای سی ستم قدرت محاسبه و در بخش سوم - کارت اصلی - ، ضریب قدرت و پاور فاکتور محاسبه و نهایتا در بخش چهارم - کارت نمایش - ، توانهای موجود در بازار، قابلیت محاسبه لحظهای پارامترهای شبکه را نداشته و عموماً پارامترهای اندازهگیری را به صورت متوسط، محاسبه مینمایند.
-1 طراحی و ساخت کارت ولتاژ:
جهت قرائت ولتاژ فازهای R,S,T باید مداری طراحی شود که ولتاژ هر سه فاز را قرائت کرده و محاسبات مربوطه را انجام و نتایج را ذخیرهسازی کند. جهت تحقق اهداف مذکور، طراحی کارت ولتاژ، را به سه بخش دریافت اطلاعات از شبکه، محاسبات و ارسال اطلاعات تقسیم نموده که مطابق شکل - 1 - ، مدار دریافت اطلاعات شبکه طراحی و پس از شبیه سازی و اعمال یک شکل موج سینو سی، هم دامنه و هم ولتاژ با برق شهر به مدار، نتایجی مطابق شکل - 2 - ، حاصل شد.
شکل - : - 1 مدار نمونهبرداری ولتاژ، شبیهسازی شده در نرم افزار ORCAD
شکل : - 2 - شکل موج حاصل از شبیهسازی مدار نمونه برداری ولتاژ
اطلاعات دریافتی از شبکه وارد بخش محاسبات شده که توسط میکرو انجام میشود. در این سیستم چون هدف بدست آوردن پاور فاکتور میباشد باید زمان شروع محاسبات در شکل موج ولتاژ و جریان یکسان باشد به همن خاطر توسط کارت ولتاژ، زمانهای گذر از صفر شکل موج ولتاژ تعیین و با تولید یک شکل موج مربعی و ارسال به کارت جریان مبنای محاسبات کارت جریان تعیین می-گردد.
پس از طراحی و حصول نتایج مطلوب از شبیهسازی، مطابق شکل - 3 - ، مدار ساخته و با اعمال ولتاژ برق شهر به مدار، موج مربعی هم فرکانس با شکل موج ولتاژ برق شهر مطابق شکل - 4 - ، تولید و صحت عملکرد مدار بررسی و در ادامه طراحی سیستم از موج مربعی به عنوان مرجع موج سینو سی ولتاژ ا ستفاده خواهد شد.
شکل - : - 3 کارت ولتاژ ساخته شده
شکل - : - 4 موج مربعی ساخته شده توسط میکرو، هم فرکانس با برق شهر
-2 طراحی و ساخت کارت جریان:
در این پروژه به دلیل اینکه هدف، بدست آوردن اختلاف فاز واقعی مدار و نهایتاً جبران توان راکتیو مدار میباشد تصمیم بر آن شد، که به جای استفاده از CT جهت اندازهگیری شکل موج جریان، از مقاومت شنت استفاده شود. جهت قرائت جریان خطهای R,S,T,N مداری طراحی شد، که کارتهای مربوط به هر خط به صورت جداگانه ساخته شده و اطلاعات را از شبکه دریافت و پس از پردازشهای لازم، محاسبات انجام شده را در خود ذخیره، تا در زمان مورد نیاز به کارت اصلی ارسال شود. براساس مدار طراحی شده، مطابق شکل - 5 - در نرم افزار ORCAD، شبیه سازی شده و نتایج حاصل از شکل موج اعمالی به میکرو در شکل - 6 - نشان داده شده است.
شکل - : - 5 مدار نمونهبرداری جریان، شبیهسازی شده در نرم افزار ORCAD
پس از بررسی کارتهای ولتاژ و جریان که وظیفه دریافت اطلاعات مدار و محاسبه پارامترهای مربوط به خود را دارند، باید کارت اصلی مدار، بررسی شده که میتوان وظایف این قسمت مدار را به دو بخش دریافت و ارسال اطلاعات و بخش محاسبات تقسیم-بندی نمود. در بررسی بخش اول میتوان از این کارت مطابق شکل - 9 - ، به عنوان یک کارت واسط نام برد.
شکل - : - 6 شکل موج جریان اعمالی به میکرو جریان حاصل از شبیه سازی
پس از ساخت مدار کارت جریان، مطابق شکل - 7 - ، شکل موج ورودی به مدار آپامپ و شکل موج خروجی از آپامپ - ورودی به میکرو - ، در شکل 8 - - ، نشان داده شده که همانگونه که مشخص است جریان ورودی دارای هارمونیک بالایی بوده و با طراحی فیلترهای مناسب، نهایتاً شکل موج خروجی مطلوب به میکرو اعمال میگردد.
شکل : - 9 - شماتیک ورودی و خروجیهای میکرو
همانگونه که در بخشهای قبلی توضیح داده شد تمامی اطلاعات محاسبه و ذخیره شده توسط کارتهای مختلف باید به کارت اصلی انتقال داده شود تا پارامترهای لازم محاسبه گردند. بنابراین چون یک خط قرائت سریال در میکرو کنترلر وجود دارد، جهت قرائت اطلاعات، مطابق شکل - 10 - ، یک خط دیتا تعریف کرده و اطلاعات کلیه کارتها، توسط یک خط به کارت اصلی منتقل میشوند.
شکل : - 10 - شماتیک دیتا باس، دریافت اطلاعات کارتها، توسط میکرو اصلی
شکل : - 7 - کارت جریان ساخته شده
شکل - : - 8 شکل موج جریان ورودی و خروجی، آپامپ حاصل از آزمایش
-3 طراحی و ساخت کارت اصلی:
جهت تشخیص اینکه اطلاعات دریافتی، مربوط به کدام کارت میباشد، پنج خط اینتراپت تعریف کرده که با فعال شدن اینتراپت هر کارت توسط میکرو اصلی، اطلاعات همان کارت، بر روی باس دیتا قرار گرفته و نهایتاً توسط میکرو اصلی، قرائت شده و به ترتیب برای تمام کارتها تکرار میگردد.
بخش اصلی این پروژه، یعنی بخش دوم کارت اصلی، برنامه نویسی میکرو میباشد چرا که باید بتواند اطلاعات را از کارتهای مختلف دریافت و محاسبات مورد نیاز را انجام دهد. بنابراین در مدیریت زمان باید بسیار دقت نمود تا اطلاعات با یکدیگر تداخل پیدا نکنند و بتوان اطلاعات لحظهای را محاسبه نمود.
