دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
نوع فایل: word
قابل ویرایش 105 صفحه
چکیده:
Pf جدید ترین ماشین سنکرون فشار قوی است که بدون نیاز به کلید ژنراتور (Generator C.B) ، ترانسفورماتور افزاینده و تجهیزات جانبی آن ، توان الکتریکی را مستقیماٌ به شبکه انتقال ، تحویل می دهد . Pf یک ژنراتور AC سه فاز با یک روتور معمولی است . تفاوت قابل مقایسه آن با ژنراتور های معمولی در طرز قرار گرفتن سیم پیچ های استاتور می باشد ایده جدید بکار گرفته شده ، استفاده از کابل به عنوان سیم پیچ استاتور می باشد . تولید توان در سطوح مختلف ولتاژهای شبکه انتقال ، توسط این ماشین ، مدیون پیشرفت در فناوری و ساخت کابلهایی می باشد که جایگزین شینه بندی در استاتور ژنراتورهای متعارف شده است .
Pf بعنوان مولد در ژنراتورهای آبی ( هیدروژنراتورها ) و همچنین نیروگاههای حرارتی ( توربوژنراتورها ) می تواند مورد استفاده قرار گیرد . در شکل (1) برش عرضی یک توربو پاورفورمر نشان داده شده است .
مقدمه:
تولید برق یکی از مهمترین دستاوردهای صنعت برای تمدن بشر می باشد و این حرکت در حدود صد سال است که آغاز گردیده است . در سال 1864 تئوری الکترومغناطیسی توسط جیمز کلرک ماکسول در یک شکل عمومی ارائه گردید و به صورت یک قاعده کلی در آمد ، که معادلات ماکسول نام گرفت . اولین ماشین های الکتریکی به نام جدلیک مجارستانی (1861) و ورلی انگلیسی (1866) ثبت گردیدند. در سال 1905 تلاشهای پروفسور مانگارینی و مهندسین شرکت گانز منجر به ساخت دو ژنراتور 45 هرتز ،450 دور در دقیقه با ظرفیت نامی 2/5 مگاولت آمپر و ولتاژ 30 کیلوولت شد. این دو ژنراتور توان تولیدی خود را به شهر رم که در 55 کیلومتری قرار داشت انتقال می دادند .
اولین گام قابل توجه توسط سر چارلز پرسونز و جان روزن در سال 1928 برداشته شد .بدین ترتیب که آنان توانستند یک توربو ژنراتور 25 مگاولت آمپری سه فاز که دارای 33 کیلوولت و سرعت 3000 دور در دقیقه بود بسازند . به کمک فناوری پرسونز در طول 6 سال 8 ژنراتور 6 کیلوولتی ساخته شد ، اما در فاصله دو جنگ جهانی اول و دوم ولتاژ شبکه در اروپا و آمریکا به سرعت از 22 به 230 کیلوولت افزایش پیدا کرد و لازم گردید ترانسفورماتورهای افزاینده برای اتصال ژنراتورها به شبکه نقش اساسی را ایفا کنند . در طول 25 سال گذشته بدلیل پیشرفت در فناوری ساخت نیروگاههای بزرگ از جمله نیروگاه هسته ای ، ظرفیت ژنراتورها به بیش از 15 برابر افزایش یافته ، در صورتی که ولتاژ خروجی آنها به دلیل محدودیتهای عایقی هرگز به بیش از 36 کیلو ولت نرسیده است .
از آنجا که صنعت برق یک صنعت فراگیر می باشد افزایش راندمان و استفاده بهینه از ظرفیت های بالقوه به ما این امکان را می دهد تا با استفاده از داشته های محدود تولید وعرضه را افزایش داده و عوامل یا وسائلی را که بر بازده این صنعت تأثیر منفی بجای می گذارند حذف و یا به حداقل کاهش دهیم . امروزه ژنراتورهای فشار قوی به طریقی ساخته می شوند که ولتاژ خروجی آنها به kv30 محدود می شود . شبکه های قدرت با ولتاژهای بالاتر از ولتاژ تولیدی این ژنراتورها مستقیماً نمی توانند توسط آنها تغذیه شوند. به همین علت است که امروزه نیروگاههای بزرگ از ترانسفورماتورهای افزاینده برای تبدیل ولتاژ تولیدی به یک سطح ولتاژ مناسب برای اتصال به شبکه قدرت استفاده می کنند. ترانسفورماتورهای افزاینده مشکلات زیادی برای نیروگاه ایجاد می کنند که از جمله می توان کاهش راندمان ، هزینه نگهداری بالا و اشغال فضای زیاد را نام برد . در طول قرن گذشته ، تلاشهای زیادی برای تولید ژنراتورهای فشار قوی که توانایی اتصال مستقیم به شبکه قدرت بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده را داشته باشند،صورت گرفته است. با وجود اینکه ولتاژ های شبکه به kv 800 یا بیشتر رسیده اند ، امروزه ژنراتورها حداکثر برای ولتاژهای kv30 ساخته می شوند . ایده ای که باعث تغییر کلی در طرح معمولی ژنراتورها شده ، اولین بار به طور جدی در سال 1991 مطرح شد. به این صورت که چگونه می توان ژنراتوری ساخت که دارای ولتاژ خروجی بالایی بوده و در عین حال بار گذاری یکنواخت روی مشخصه های تجهیزات آن تضمین شود . نگاه اولیه به طرح ژنراتور با یک سؤال ساده شروع شد . آیا ژنراتور جدید مانند نوع فعلی خواهد بود؟ جواب سؤال ، یک طرح کاملاً جدید با نتایج عالی برای نیروگاههای برق آبی و حرارتی، مانند دیگر تجهیزات الکتریکی خواهد بود.
عایق جامد ، شیارهای با طرح استوانه ای در هسته استاتور و ترتیب بی نظیر سیم پیچ از نوع کابل فشار قوی ، از مزایای اصلی این طرح جدید است. این کابل های فشار قوی در درون شیارها قرار می گیرند.
این مشخصه برجسته طرح ، از اشکالات معمول در خصوص فرض کردن میدان های مغناطیسی، جلوگیری می کند. شکل استوانه ای شیارها در طرح جدید، اجازه می دهد که معادلات ماکسول به روش آسان و بدون تقریب بکار برده شوند. شرکت ABB در یک همکاری نزدیک با یک شرکت سوئدی به نام واتنفال یک ژنراتور فشار قوی با ساختار جدید که توانایی اتصال مستقیم به شبکه انتقال را دارد تولید کرده است که ولتاژ خروجی آن می تواند به سطح ولتاژ kv 400 برسد. با این تکنولوژی جدید، در آینده نیروگاههایی بدون نیاز به ترانسفورماتور ساخته می شوند که شکل جدیدی از انتقال قدرت را به وجود می آورند.
این ماشین جدید که powerformer نامیده می شود مزایایی از قبیل راندمان بالاتر، دسترسی بهتر، هزینه تعمیر و نگهداری کمتر، تلفات کمتر و تأثیرات منفی کمتر بر محیط زیست را داراست.
نام powerformer از ترکیب دو کلمه power generator وtrans former انتخاب گردیده است .
اولین ژنراتور برق آبی دنیا از این نوع پس از تست کارخانه ای در بهار 1998 در مرکز برق آبی پورجو سوئد راه اندازی شده است.
فهرست مطالب:
فصل اول : سیم پیچی power former و مدل تلفات جریان گردابی در آن
1 ـ 1ـ سیم پیچی pf 4
1ـ2ـ مدل تلفات جریان گردابی در سیم پیچ
1ـ2ـ1ـ معرفی
1ـ2ـ2ـ کلاف سیم پیچ
1ـ2ـ3ـ فرضیات مدل
1ـ2ـ4ـ مقایسه میان تلفات اثر متقابل و اثر پوستی
1ـ2ـ5ـ مدل اثر پوستی
الف ـ محاسبات تلفات اثر پوستی
ب ـ تحلیل روابط مربوط به اثر پوستی
ج ـ مدل کردن اثر پوستی توسط مدار کایر دوگان
1ـ2ـ6ـ مدل اثر متقابل
الف ـمحاسبه و اندازه گیری تلفات اثر متقابل
ب ـ روابط تحلیلی برای استفاده در مدل اثر متقابل
ج ـ مدل کردن تلفات اثر متقابل توسط مدار کایر گسترده
1ـ2ـ7ـ مدل کامل جریان گردابی کلاف سیم پیچ
1ـ2ـ8ـ نتایج حاصل برای کلاف سیم پیچ
1ـ2ـ9ـ نتیجه
فصل دوم : استاتور power former
2ـ1ـ طراحی استاتور
2ـ2ـ سیستم خنک کاری
فصل سوم : جریانهای خطا در power former
3ـ1ـ مقایسه جریانهای خطا
3ـ1ـ1ـ خطاهای خارجی
3ـ1ـ2ـ خطاهای داخلی
فصل چهارم : مزایای power former
4ـ1ـ مزایای سیم پیچی pf و کنترل میدان الکتریکی
4ـ2ـ مزایای مهم برای استفاده کنندگان
4ـ3ـ مزایای اتصال مستقیم به شبکه
4ـ4ـ نگهداری و قابلیت
4ـ5ـ کنترل سیستم در نیروگاههای مجهز به pf 62
4ـ6ـ اثرات زیست محیطی
فصل پنجم : نصب power former در نیروگاهها
5ـ1ـ نصب اولین pf 65
5ـ2ـ عملکرد pf در واحد پرسی
فصل ششم : شبیه سازی
6-1- شبیه سازی ژنراتور معمولی به همراه ترانسفورماتور
6-2- شبیه سازیpower former84
فصل هفتم : نتیجه گیری و مقایسه
منابع و مآخذ
منابع و مأخذ:
[1] Powerformer a radically new rotating machine. ABB review 2/1998.
[2] Breaking Conventions in Electrical Power Plants. Mats Leijon, Lars Gertmar, Harry Frank , Jan Martinsson, Thommy Karlsson and Billy Johansson ABB (Sweden). Kjell Isaksson and Ulf Wollström Vattenfall Sweden. Session 1998 CIGRE
(http://www.cigre.org).
[3] Non-Conventional Power Plants. Thommy Karlsson and Roy Olsson, ABB Generation AB. Mats Leijon, Lars Gertmar, Harry Frank and Peter Templin , ABB Corporate research, S-721 78 Västerås, Sweden.
[4] The story behind the high-voltage generator from ABB. HIGH VOLTAGE Magazine,
ABB spring 1998.
[5] Powerformer in thermal power plants. From ABB.
[6] Porgies-article. From ABB.
[7] The Tension Rises at Porsi. From ABB.
[8] Mats Leijon et al, “Breaking Conventions in Electrical Power
Plants”, CIGRE 1998, Paper 11:l.l.
[9] LEIION, h2: ‘Powerformer - a radicailv new iotaiing machine’, ABB Reuiew, 2/1998, pp. 21-26
[10] LWON, M, et d ‘Breaking Conventions in Electrical Power Plants’, 11/37-03, presented at Cigre, Paris, 1998
[11] PAXSONS, C. A., and ROSEN, J.: ’Direct Generation of Alternating Current at High Voltages’, Joicrnal of the JEE, Vol 67, No 393,
September 1929
[12] M. Leijon, L. Gertmar, H. Frank, J. Martinsson, T. Karlsson, B. Johansson , K. Isaksson, and U.Wollström, “ Breaking conventions in electrical power plants,” in CIGRÉ, Paris, France, 1998, Rep. 11/37–03.
[13] A. Jaksts, S. Forsmark, and M. Leijon, “ Power transformers for the 21st century,” in IEEE Power Tech Conf., Budapest, Hungary, Aug.-Sept.
29-2, 1999, Rep. BPT99–477-3.
[14] F. de León, “Transformer model for the study of electromagnetic transients,” Ph.D. dissertation, Univ. Toronto, Toronto, ON, Canada, 1992.
[15] F. de León and A. Semlyen, “Time domain modeling of Eddy current effects for transformer transients,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 8, pp. 271–280, Jan. 1993.
[16]….. , “Detailed modeling of Eddy current effects for transformer transients,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 9, pp. 1143–1149, Apr. 1994.
[17] J. Avila - Rosales , “ Modeling of the power transformer for electromagnetic transient studies,” Ph.D. dissertation, Univ. Wisconsin, Madison , 1980.
[18] J. Avila-Rosales and F. Alvarado, “Nonlinear frequency dependent transformer model for electromagnetic transient studies in power systems,” IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-101, pp. 4281–4288, Nov. 1982.
[19] P. Holmberg and G. Engdahl, “Modeling and design of a set-up for
studies of transients in coils,” in Proc. Int. Symp. Electromagn. Compat .
Rome, Italy, 1996, pp. 126–131.
[20] P. Holmberg, “A lumped circuit approach to model electromagnetic transients in coils, considering a moving geometry, magnetic hysteresis and heating ,” Lic. degree thesis, Dept. Power Eng., Royal Inst. of Technol., Stockholm, Sweden, 1996.
[20] “Modeling the transient response of windings, laminated steel
cores and electromagnetic power devices by means of lumped circuits,”
- D., Inst. High Voltage Res., Uppsala Univ., Uppsala, 2000.
[21] P. Holmberg, A. Bergqvist, and G. Engdahl, “Modeling Eddy currents and hysteresis in a transformer laminate,” IEEE Trans. Magn. vol. 33, pp. 1306–1309, Mar. 1997.
[22] “Modeling a magnetomechanical drive by a coupled magnetic,
electric and mechanical lumped circuit approach,” J. Appl. Phys., pt. 2A,
- 81, no. 8, pp. 4091–4093, Apr. 1997.
[23] C. S. Yen, Z. Fazarinc, and R. L. Wheeler, “Time-domain skin effect
model for transient analysis of lossy transmission lines,” Proc. IEEE ,
- 70, pp. 750–757, July 1982 .
[24] A. Larsson, H. Tang, and V. Scuka, “Numerical simulation of transient protector co-ordination,” Eur. Trans.Elect. Power, vol. 9, no. 1, pp. 57–63, Jan./Feb. 1999.
[25] E. J. Tarasiewicz, A. S. Morched, A. Narang, and E. P. Dick, “Frequency dependent Eddy current models for nonlinear iron cores,” IEEE Trans.Power Syst., vol. 8, pp. 588–597, May 1993.
[26] D. K. Cheng, Field and Wave Electromagnetics. New York: Addison-Wesley, 1989.
[27] E. Hallén, Electromagnetic Theory. London, U.K.: Chapman and Hall , 1962.
[28] M. R. Spiegel, Mathematical Handbook of Formulas and Tables. New York: McGraw-Hill , 1990.
[29] M. Abramowitz and I. A. Stegun, Handbook of Mathematical Functions. New York: McGraw-Hill, 1972.
[30] G. Slemon, Electric Machines and Drives. New York: Addison-
Wesley, 1992.
[31] C. Nordling and J. Österman, Physics Handbook. Lund, Sweden: Studentlitteratur , 1987.
[32] J. Vlach and K. Singhal, Computer Methods for Circuiit Analysis and Design. New York : Van Nostrand , 1994.
- IEEE.com[33]
- ABB.com[34]
- powerformer.com[35]
36- چهارمین کنفرانس دانشجویی مهندسی برق ایران"پاورفورمر پدیده ای نو در صنعت برق"
پرداخت آنلاین 
