تحقیق کنترل توان راکتیو

لینک پرداخت و دانلود "پایین مطلب:
فرمت فایل: word (قابل ویرایش)
تعداد صفحه: 96
فهرست مطالب:

پیشگفتار

فصل اول

تئوری جبران بار

ضرورت جبران سازی

جبران کننده ایده آل

بایاس کردن توان راکتیو

جبران کننده بار بصورت رگولاتور ولتاژ

فصل دوم

تئوری کنترل توان راکتیو در سیستمهای انتقالدر حالت ماندگار

نیازمندیهای اساسی در انتقال

خطوط انتقال جبران نشده

خطوط انتقال جبران نشده در حالت بارداری      

نیازمندی توان راکتیو    

خطوط انتقال جبران شده    

جبران کننده های اکتیو وپاسیو  

کنترل ولتاژ بوسیله سوئیچ کردن جبران کننده موازی   

جبران سری  

اهداف کلی ومحدودیت های عملی   

مثال

فصل سوم

جبران توان راکتیو ورفتار دینامیکی سیستمهای انتقال   

ضرورت جبران  

چهار پریود زمانی   

جبران سازی دینامیک سیستم  

جبران موازی پاسیو 

پریود اولین نوسان  

جبران کننده های استاتیک  

ممانعت از ناپایداری ولتاژبا استفاده از جبران استاتیک  

فصل چهارم

خازنهای سری  

مقدمه

طراحی تجهیزات واحدهای خازن 

آرایش فیزیکی         

وسایل حفاظتی       

روشهای وارد کردن مجدد خازن    

اثرات رزونانس با خازنهای سری  

فصل پنجم

کندانسورهای سنکرون

جنبه های طراحی کندانسور

تامین توان راکتیو ضروری

تقلیل نوسانات گذرا

روشهای راه اندازی

سیستمهای کمکی

فصل ششم

هارمونیک

اثرات هارمونیک بر تجهیزات الکتریکی

رزونانس،خازنهای موازی،فیلترها

سیستم فیلتر

اعوجاج در ولتاژهارمونیک

فصل هفتم

هماهنگی ومدیریت توان راکتیو

قسمتی از متن:

توان راکتیو یک از مهمترین عوامل حائز اهمیت در طراحی و بهره برداری سیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب از دیر باز مورد توجه بوده است .در یک بیان ساده و بسیار کلی میتوان گفت از آنجاییکه امپدانسهای اجزاء سیستم قدرت بطور غالب راکتیو می باشند،انتقال توان اکتیو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژهای ابتداو انتهای خط است.درحالیکه برای انتقال توان راکتیولازم است که اندازه این ولتاژهامتفاوت باشد.بنابراین باید توان راکتیو در بعضی از نقاط سیستم تولید و سپس به محلهای مورد نیاز منتقل شود.اما به چه دلیل میخواهیم توان راکتیو را انتقال دهیم؟ جواب این است که نه تنها اغلب اجزاءسیستم توان راکتیو مصرف می کنندبلکه اکثر بارهای الکتریکی نیز توان راکتیو مصرف می کنند.بنابراین توان راکتیو مصرفی بایستی از محلی تامین گردد.اگر قادر نباشیم آن را به سهولت انتقال دهیم آنگاه بایستی در محلی که مورد نیاز است آن را تولید نماییم. یک رابطه بنیادی مهمی بین انتقال توان راکتیو و اکتیو وجود دارد.همانطوریکه گقتیم انتقال توان اکتیو مستلزم جابجایی فاز وولتاژها می باشد.لیکن مقدار ولتاژهانیز به همین منوال حائز اهمیت است.

محاسبه ظرفیت خازن

چون شرکت برق فقط پول انرژی اکتیو را از مصرف کنندگان میگیرد و اگر شما با ضریب توان کم انرژی مصرف کنید، ظرفیت شبکه را اشغال می کنید ولی به آن اندازه انرژی مصرف نمی کنید که به شرکت برق بابت آن پول بدهید.

مثال آن این است که اگر یک خازن یا سلف خالص را به شبکه وصل کنید، جریان می کشد ولی کنتور برق نمی چرخد.

بخاطر دلایل بالا، شرکت برق، مصرف کنندگانی که با ضریب توان کم انرژی مصرف کنند را جریمه می کند.

پاورپوینت-خازن و بانک خازنی چیست؟- در 50 اسلاید-powerpoint-ppt

خازن[۱] یا انباره عنصری دوسر و پسیو است که انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کند. انواع مختلفی از خازنها وجود دارد اما همه آنها حداقل دو هادی که توسط یک عایق از یکدیگر جدا شده اند را در ساختار خود دارند [۲]. هادی ها می توانند از جنس فلز یا الکترولیت باشند. عایق دی الکتریک نیز که برای افزایش ظرفیت خازن استفاده می شود می تواند از جنس شیشه، سرامیک، پلاستیک، میکا، کاغذ و … باشد. خازنها به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم می‌شوند.

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.

با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

محتویات [نهفتن] ۱ظرفیت خازن۲ساختمان خازن۳انواع خازن۳.۱خازنهای ثابت۳.۱.۱خازنهای سرامیکی۳.۱.۲خازنهای ورقه‌ای۳.۱.۲.۱خازنهای کاغذی۳.۱.۲.۲خازنهای پلاستیکی۳.۱.۳خازنهای میکا۳.۱.۴خازنهای الکترولیتی۳.۱.۴.۱خازن آلومینیومی۳.۱.۴.۲خازن تانتالیوم۳.۲خازنهای متغیر۳.۲.۱خازن‌های تریمر۳.۳انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها۳.۳.۱خازن مسطح۳.۴انواع خازن‌ها بر اساس دی‌الکتریک آن‌ها۴کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ۵شارژ یا پر کردن یک خازن۶دشارژ یا تخلیه یک خازن۷تأثیر ماده دی‌الکتریک۸میدان الکتریکی درون خازن تخت۹به هم بستن خازنها۹.۱بستن خازنها به روش موازی۹.۱.۱ظرفیت معادل در حالت موازی۹.۲بستن خازنها بصورت متوالی۹.۲.۱ظرفیت معادل در حالت متوالی۱۰انرژی ذخیره شده در خازن۱۱کد رنگی خازن‌ها۱۲کد عددی خازن‌ها۱۳جستارهای وابسته۱۴منابعظرفیت خازن[ویرایش]

ظرفیت معیاری برای اندازه‌گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. باید گفت که ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی‌ست و به ساختمان خازن وابسته‌است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. ۱ فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌باشد. بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد (µF)، نانوفاراد (nF) وپیکوفاراد (pF) واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.

{\displaystyle C=k\varepsilon _{0}{\frac {A}{d}}}

در این رابطه:

C = ظرفیت خازن بر حسب فارادQ = بار ذخیره شده برحسب کولنV = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولتε0 = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: {\displaystyle 8.85\times 10^{-12}{\frac {C^{2}}{N.m^{2}}}}k (بدون یکا) = ثابت دی‌الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن ۱A = سطح خازن بر حسب {\displaystyle m^{2}}d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر(m)

چند نکته

آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد.ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد.ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی‌الکتریک (K) نسبت مستقیم دارد.

به عبارت ساده انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ۲۲۰ ولتی می‌تواند یک مصرف کننده ۶،۷۲۲ وات بر ساعت را به مدت یک ساعت روشن کند .

{\displaystyle {\mbox{24200 W.s}}=\,\mathrm {\frac {1}{2}} {{1F\times 220V}^{2}}}

و یا انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ۱۲ ولتی می‌تواند یک مصرف کننده ۰،۰۲ وات بر ساعت را به مدت یک ساعت روشن کند ( مثلا یک LED لامپ ۲۰ میلی وات ) .

{\displaystyle {\mbox{72 W.s}}=\,\mathrm {\frac {1}{2}} {{1F\times 12V}^{2}}}

فرمول :

{\displaystyle {\mbox{W}}=\,\mathrm {\frac {1}{2}} {{CV}^{2}}=J}


ساختمان خازن[ویرایش] یک نمایش ساده از خازنی با صفحه‌های موازی

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

صفحات هادیعایق بین هادیها (دی‌الکتریک)

هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم، روی ونقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی‌الکتریک) از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی‌الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی‌الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال، ضریب دی‌الکتریک هوا ۱ و ضریب دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

انواع خازن[ویرایش]

خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه کلی ثابت و متغیر تقسیم‌بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند.

خازنهای ثابت[ویرایش]

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی‌الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام‌گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی، میکا، ورقه‌ای (کاغذی و پلاستیکی)، الکترولیتی، روغنی، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی‌الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای ثابت:سرامیکیخازنهای ورقه‌ایخازنهای میکاخازنهای الکترولیتیآلومینیومیتانتالیومخازنهای سرامیکی[ویرایش]

خازن سرامیکی (به انگلیسی: Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی‌الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی‌الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولاً بین ۵ پیکوفاراد تا ۱/۰ میکروفاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و بسامد کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای[ویرایش]

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف‌پذیری آنها، برای دی‌الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازنهای کاغذی[ویرایش]

دی‌الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی‌الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی‌الکتریک درون کاغذ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی‌الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی[ویرایش]

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی‌الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی‌الکتریک‌هایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (به انگلیسی: Polystyrene) است، از این رو به این خازنها «پلی استر» گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم بسامد کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگاهرتز است.

خازنهای میکا[ویرایش]

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریباً بین 0/01 تا ۱ میکروفاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

خازنهای الکترولیتی[ویرایش] یک نمونه خازن الکترولیت رایج

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکروفاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، خازن شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی، علامت – نوشته شده‌است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده‌است. خازن‌های الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند. یکی از کاربردهای گسترده این نوع خازن استفاده در مدار یکسوساز دیودی بعنوان فیلتر dc است.

خازن آلومینیومی[ویرایش]

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده‌است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید بر روی آن ایجاد می‌شود «آند» نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

خازن تانتالیوم[ویرایش]

نوشتار اصلی : خازن تانتالیوم

 خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود. زیاد بودن ثابت دی‌الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدوداً ۳ برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

ابعاد کوچکترجریان نشتی کمترعمر کارکرد طولانی

از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

خازنهای تانتالیوم گرانتر هستندنسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس‌ترندقابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارندخازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا ۳۳۰ میکرو فاراد ساخته می‌شوند)خازنهای متغیر[ویرایش]

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: «فاصله صفحات»، «سطح صفحات» و «نوع دی‌الکتریک». اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی‌الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموماً ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود «واریابل» نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن «تریمر» گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

در مدارات تیونینگ رادیویی از این خازن‌ها استفاده می‌شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می‌شود. ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم، این عمل به کمک مقاومت انجام می‌شود.

خازنهای متغیرواریابلتریمرخازن‌های تریمر[ویرایش]

خازن‌های تریمر خازن‌های متغیر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن‌ها از حدود ۱ تا ۱۰۰ پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خازن‌ها معمولاً دارای ۳ پایه هستند که نوع ۲ پایه عملاً فرقی در مونتاژ ندارد.

انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها[ویرایش]خازن مسطح (خازن تخت)خازن کرویخازن استوانه‌ایخازن مسطح[ویرایش]

خازنهای مسطح از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی‌الکتریک قرار دارد تشکیل می‌شوند. صفحات هادی نسبتاً بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی‌الکتریک این نوع خازن‌ها انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی‌الکتریک می‌نامند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند.

انواع خازن‌ها بر اساس دی‌الکتریک آن‌ها[ویرایش] مواد به کار رفته در خازن. از چپ: سرامیک چندلایه، دیسک سرامیکی، فیلم پلی‌استر چندلایه، سرامیکی لوله‌ای،یونولیت، فیلم پلی‌استر متالیزه‌شده، الکترولیتی آلمینیوم.خازن کاغذیخازن الکترونیکیخازن سرامیکیخازن متغیرکاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ[ویرایش]

در مدارهای دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کنندهٔ انرژی استفاده می‌کنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دی شارژ می‌شود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن (جداساختن) دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می‌شود. خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه ورود یا خروج می‌دهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می‌کند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی‌دهد.

شارژ یا پر کردن یک خازن[ویرایش]

خازن بانک خازنی برق توان راکتیو اکتیو خازن خشک الکترونیک ظرفیت خازن خازن کاغذی ساختمان خازن

دانلودفایل پایان نامه کنترل توان راکتیو 100 صفحه

توان راکتیو یک از مهمترین عوامل حائز اهمیت در طراحی و بهره برداری سیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب از دیر باز مورد توجه بوده است .در یک بیان ساده و بسیار کلی میتوان گفت از آنجاییکه امپدانسهای اجزاء سیستم قدرت بطور غالب راکتیو می باشند،انتقال توان اکتیو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژهای ابتداو انتهای خط است.درحالیکه برای انتقال توان راکتیولازم است که اندازه این ولتاژهامتفاوت باشد.بنابراین باید توان راکتیو در بعضی از نقاط سیستم تولید و سپس به محلهای مورد نیاز منتقل شود.اما به چه دلیل میخواهیم توان راکتیو را انتقال دهیم؟ جواب این است که نه تنها اغلب اجزاءسیستم توان راکتیو مصرف می کنندبلکه اکثر بارهای الکتریکی نیز توان راکتیو مصرف می کنند.بنابراین توان راکتیو مصرفی بایستی از محلی تامین گردد.اگر قادر نباشیم آن را به سهولت انتقال دهیم آنگاه بایستی در محلی که مورد نیاز است آن را تولید نماییم. یک رابطه بنیادی مهمی بین انتقال توان راکتیو و اکتیو وجود دارد.همانطوریکه گقتیم انتقال توان اکتیو مستلزم جابجایی فاز وولتاژها می باشد.لیکن مقدار ولتاژهانیز به همین منوال حائز اهمیت است.مقدار آنها نه تنها بایستی بقدر کافی بالا باشد که بتواند بارها را حمایت نماید،بلکه بقدر کافی پایین باشدکه بتواند که منجر به شکست عایقی تجهیزات عایق نگردد.بایستی،بنابراین-در صورت لزوم ولتاژها را در نقاط کلیدی کنترل کرده و یا حمایت یا محدودیتی را به آن اعمال کنیم.این عمل کنترل می تواند در سطح وسعی بوسیله تولیدیا مصرف توان راکتیودر نقاط کلیدی صورت گیرد.

پایان نامه کنترل توان رادیو اکتیو

 

این فایل در قالب ورد و قابل ویرایش در 100 صفحه می باشد.

فهرست

پیشگفتار  ۱
فصل اول
تئوری جبران بار  ۵
ضرورت جبران سازی  ۵
جبران کننده ایده آل  ۷
بایاس کردن توان راکتیو  ۸
جبران کننده بار بصورت رگولاتور ولتاژ  ۱۳
فصل دوم
تئوری کنترل توان راکتیو در سیستمهای انتقالدر حالت ماندگار  ۱۹
نیازمندیهای اساسی در انتقال  ۱۹
خطوط انتقال جبران نشده  ۲۰
خطوط انتقال جبران نشده در حالت بارداری         ۲۳
نیازمندی توان راکتیو       ۲۵
خطوط انتقال جبران شده       ۲۹
جبران کننده های اکتیو وپاسیو     ۳۰
کنترل ولتاژ بوسیله سوئیچ کردن جبران کننده موازی      ۳۸
جبران سری     ۴۰
اهداف کلی ومحدودیت های عملی      ۴۱
مثال      ۴۸
فصل سوم
جبران توان راکتیو ورفتار دینامیکی سیستمهای انتقال      ۵۰
ضرورت جبران     ۵۱
چهار پریود زمانی      ۵۲
جبران سازی دینامیک سیستم     ۵۵
جبران موازی پاسیو    ۵۵
پریود اولین نوسان     ۵۶
جبران کننده های استاتیک     ۵۸
ممانعت از ناپایداری ولتاژبا استفاده از جبران استاتیک     ۶۰
فصل چهارم
خازنهای سری     ۶۱
مقدمه      ۶۳
طراحی تجهیزات واحدهای خازن    ۶۵
آرایش فیزیکی            ۶۶
وسایل حفاظتی          ۶۶
روشهای وارد کردن مجدد خازن       ۶۷
اثرات رزونانس با خازنهای سری     ۶۸
فصل پنجم
کندانسورهای سنکرون  ۷۰
جنبه های طراحی کندانسور  ۷۴
تامین توان راکتیو ضروری  ۷۵
تقلیل نوسانات گذرا  ۷۸
روشهای راه اندازی  ۷۹
سیستمهای کمکی  ۸۰
فصل ششم
هارمونیک  ۸۳
اثرات هارمونیک بر تجهیزات الکتریکی  ۸۶
رزونانس،خازنهای موازی،فیلترها  ۸۷
سیستم فیلتر  ۹۰
اعوجاج در ولتاژهارمونیک  ۹۲
هماهنگی ومدیریت توان راکتیو 96

پیشگفتار

توان راکتیو یک از مهمترین عوامل حائز اهمیت در طراحی و بهره برداری سیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب از دیر باز مورد توجه بوده است .در یک بیان ساده و بسیار کلی میتوان گفت از آنجاییکه امپدانسهای اجزاء سیستم قدرت بطور غالب راکتیو می باشند،انتقال توان اکتیو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژهای ابتداو انتهای خط است.درحالیکه برای انتقال توان راکتیولازم است که اندازه این ولتاژهامتفاوت باشد.بنابراین باید توان راکتیو در بعضی از نقاط سیستم تولید و سپس به محلهای مورد نیاز منتقل شود.اما به چه دلیل میخواهیم توان راکتیو را انتقال دهیم؟ جواب این است که نه تنها اغلب اجزاءسیستم توان راکتیو مصرف می کنندبلکه اکثر بارهای الکتریکی نیز توان راکتیو مصرف می کنند.بنابراین توان راکتیو مصرفی بایستی از محلی تامین گردد.اگر قادر نباشیم آن را به سهولت انتقال دهیم آنگاه بایستی در محلی که مورد نیاز است آن را تولید نماییم. یک رابطه بنیادی مهمی بین انتقال توان راکتیو و اکتیو وجود دارد.همانطوریکه گقتیم انتقال توان اکتیو مستلزم جابجایی فاز وولتاژها می باشد.لیکن مقدار ولتاژهانیز به همین منوال حائز اهمیت است.مقدار آنها نه تنها بایستی بقدر کافی بالا باشد که بتواند بارها را حمایت نماید،بلکه بقدر کافی پایین باشدکه بتواند که منجر به شکست عایقی تجهیزات عایق نگردد.بایستی،بنابراین-در صورت لزوم ولتاژها را در نقاط کلیدی کنترل کرده و یا حمایت یا محدودیتی را به آن اعمال کنیم.این عمل کنترل می تواند در سطح وسعی بوسیله تولیدیا مصرف توان راکتیودر نقاط کلیدی صورت گیرد.در عمل تمام تجهیزات یک سیستم قدرت برای ولتاژ مشخصی،ولتاژنامی، طراحی می شوند.اگر ولتاژازمقدار نامی خودمنحرف شود ممکن است باعث صدمه رساندن به تجهیزات سیستم ویا کاهش عمر آنهاگردد.برای مثال گشتاوریک موتور القایی با توان دوم ولتاژترمینالهای آن متناسب است.بنابراین تثبیت ولتاژنقاط یک سیستم قدرت کاملاً ضروری است.بدیهی است که کنترل ولتاژتمام نقاط سیستم از لحاظ اقتصادی عملی نمی باشد.از طرف دیگر کنترل ولتاژدر حد کنترل فرکانس ضرورت نداشته ودر بسیاری از سیستمهای خطای ولتاژ در محدوده تنظیم می شود.توان راکتیو مصرفی بارها در ساعات مختلف در حال تغییر است،لذا ولتاژ وتوان راکتیوبایددائماًکنترل شوند.در ساعات پربار بارهاقدرت راکتیوبیشتری مصرف می کنندو نیاز به تولید قدرت راکتیوزیادی در شبکه می باشد.اگر قدرت راکتیو مورد نیاز تامین نشوداجباراًولتاژ نقاطمختلف شبکه کاهش یافته و ممکن است از محدوده مجاز خارج شود.

نیروگاهها دارای سیستم کنترل ولتاژهستندکه کاهش ولتاژ را حس می کنندوفرمان کنترل لازم را برای بالا بردن تحریک ژنراتورو در نتیجه افزایش ولتاژژنراتور تا سطح ولتاز نامی صادرمی کند.با بالا بردن تحریک،قدرتراکتیوتوسط ژنراتورها تولید می شود.لیکن قدرت راکتیو تولیدی ژنراتورهابخاطر مسایل حرارتی سیم پیچ ها محدود بوده و ژنراتورها به تنهایی نمی تواند در ساعات پربار تمام قدرت راکتیو مورد نیاز سیستم را تامین کنند.بنابر این در این ساعات بوسایلی نیاز است که بتوانند قدرت راکتیو به شبکه تزریق نمایندتا سطح ولتاژدر محدوده مجاز قرار گیرند.در ساعات کم بار،بارها وعناصر شبکه،قدرت راکتیومصرف می کنند و کاپاسیتانس خطوط انتقال باعث اضافه شدن قدرت راکتیو تولیدی در شبکه می گردد. در این حالت ژنراتورها بصورت زیر تحریک بکار اقتاده و مقداری از قدرت راکتیو مصرفی ژنراتورها نیز محدود بوده وژنراتورها نمی توانند به تنهایی مساله اضافه تولید قدرت راکتیووافزایش ولتاژ ناشی از آن را حل کنند.بنابراین به وسایلی که بتوانند در این ساعات قدرت راکتیو اضافی سیستم را مصرف نمایند نیاز می باشد.

گر چه این جنبه از توان راکتیو از دیر باز مورد توجه بوده است لیکن حداقل به ۲ دلیل اهمیت زیادی پیدا کرده است:

 ۱- مربوط به فشار روز افزون در جهت بهره برداری حداکثر ممکن از سیستمهای انتقال است و۲- انواع جدید از جبران کننده های راکتیو استاتیکی قابل کنترل توسعه یافته است.درسنوات خیلی دوردر روند رشد شبکه های قدرت بای حمایت ولتاژو بهبود توانایی انتقال توان از کندانسورهای سنکرون استفاده گردید.همزمان در سیستم توزیع از خازنهای موازی برای بهبود پروفایل ولتاژوکاهش بارگیری خط وتلفات استفاده شد.توسعه سریع واقتصادی بودن خازنهای موازی منجر به جایگزینی آنها با کندانسورهای سنکرون در سیستمهای انتقال گردید.ملاحظه گردید که عملاً میتوان انچه را که کندانسورهای سنکرون انجام می داده اند از سوییچ کردن خازنهای موازی با هزینه ای خیلی کمتر بدست اورد.هم اکنون نشانه هایی است که مجدداً شیوه رجعت یافته وتامین توان راکتیو قابل کنترل در قالب وسایلی استاتیکی مطرح شده است. البته از نقطه نظر اقتصادی،هنوز بایستی یک مهندس سیستم تعیین کند که چقدر از خازن ثابت استفاده گرددو چه مقدارسوییچ گردد ودر نهایت چه مقداربطور پیوسته وسریع کنترل گردد.

بدلایل متعددی که تعدادی از آنها را به اختصار در اینجا ذکر میکنم اهمیت روز افزون یافته-کنترل توان راکتیووبررسی روشهای کنترل ان- اینجانب را بر آن داشت که در قالب پروژه درسی به مطالعه وبررسی این مهم بپردازم:

دلیل۱): با توجه به قیمت سوخت،نیاز به بهره برداری بهینه از سیستمهای قدرت افزایش یافته است.برای توزیع یک مقدار معین توان به حداقل رساندن پخش توان راکتیو کل،تلفات کاهش می یابد.این اصل می تواند در شکل ساده یک خازن اصلاح کننده ضریب توان یک بار اندوکتیوی در قالب الگوریتمهای پیشرفته توسط کامپیوتر کنترل می شوند در سراسر سیستم اعمال گردد.

دلیل ۲) : بواسطه میزان بالای نرخ سود عموماً و مشکلات مربوط به حریم خطوط انتقال در مواردی خاص از توسعه واحداث شبکه های انتقال حتی الامکان جلوگیری می شود.در موارد متعددی سعی شده است که با استفاده از وسایل کنترل توان راکتیووبهبود پایداری،میزان توان انتقالی خطوط موجود افزایش داد.

دلیل ۳) : در بهره برداری از منابع آبی نیروگاههای دور دست نظیر مناطق کوهستانی توسعه یافته است.علیرغم توسعه تکنولوژی انتقال dc در بسیاری از این طرحهاانتقال ac ترجیح داده شده است.مسایل پایداری وکنترل ولتاژبه مسایل کنترل راکتیودر ارتباط داشته وراه حلهای زیادی ارایه گردیده است.

دلیل ۴): بواسطه مصرف روزافزون وسایل الکترونیکی(بخصوص کامپیوتروتلویزیون رنگی) و همچنین رشد صنایع با فرایند پیوسته،نیاز به داشتن تغذیه با کیفیت بالاافزایش یافته است.کاهش ولتاژ یا فرکانس اثر نامطلوبی رابرروی چنین بارهایی اعمال می کند وقطع تغذیه می تواند خیلی صدمه آوروپرهزینه باشد.

-کنترل توان راکتیو یک ازار اساسی در حفظ کیفیت تغذیه می باشد.بخصوص برای جلوگیری از اغتشاشات ولتاژکه از عمومی ترین نوع اغتشاش می باشد.امواع معین از بارهای صنعتی، از آن جمله کوره های الکتریکی،دستگاههای حفاری و دستگاههای جوشکاری با دریافت توان راکتیوو اکتیواز سیستم تغذیه تغییرات سریع ووسیعی را بر آن تحمیل می نمایند.و اغلب لازم است که با بکار گرفتن وسایل تثبیت کننده ولتاژ،نظیر جبران کننده های توان راکتیواستاتسکس در طرف ac مبدلها این ضرورت را کاهش داد.

دلیل ۵): با توسعه واحداث خطوط انتقالdc کنترل توان راکتیودر طرف ac مبدلها ضرورت پیدا کرده تا بدینوسیله ولتازتثبیت گردیده وبه عمل کموتاسیون مبدل مساعدت گردد.

در این پروژه ودر ادامه کلیه این مباحث از جنبه های مهندسی از نقطه نظر تئوری و عملی به بحث کشیده می شود.

۱-۱ : ضرورت جبران سازی

 در یک سیستم ایده آل،هر بار مصرفی طوری طراحی می شود که به جای آنکه در یک محدوده وسیعی از ولتاژ غیر قابل پیش بینی رفتار وعملکرد مناسبی داشته باشددر یک ولتاژ معین تغذیه بهترین عملکرد را داشته باشد.

در این فصل بصورت مختصربعضی ازمشخصه های سیستمهای قدرت وبارهایش که منجر به خراب کردن کیفیت تغذیه می شوند،با تاکید به آنهایی که با عمل جبرانسازی-یعنی با تامین یا جذب کردن مقدار مناسب توان راکتیو قابل تصحیح می باشند،شناسایی می گردند.

۱-۲  : اهداف در جبران بار

جبران بار عبات است از مدیریت توان راکتیوکه به منظور بهبود بخشیدن به کیفیت تغذیه در سیستمهای قدرتac انجام می گیرد.اصطلاح جبران بار در جایی استعمال می شودکه مدیریت توان راکتیوبرای یک بار تنها انجام می گیردوبوسیله جبران کننده معمولاًدر محلی که در تملک مصرف کننده قراردارددر نزدیکی بار مصرفی نصب می شود.پاره ای از اهداف وروشهای بکار گرفته شده در جبران باربا آنچه که در جبران شبکه های وسیع تغذیه مورد نظر است بطورقابل ملاحظه ای تفاوت دارد.در جبران باراهداف اصلی سه گانه زیر مورد نظر است:

۱-   اصلاح ضریب توان

۲-   بهبود تنظیو ولتاژ

۳-   متعادل کردن بار

 اصلاح ضریب توان به این معناست که توان راکتیومورد نیاز بار به جای آنکه از نیروگاه دور تامین گردد در محمحل نزدیک بار تولید گردد.اغلب بارهای صنعتی دارای ضریب توان پس فاز هستندیعنی توان راکتیو جذب می نمایند.بنابراین جریان بارمقدارش از آنچه که برای تامین توان واقعی ضروری است بیشتر خواهد بود.تنها توان واقعی است که سر انجام در تبدیل انرژی مفید خواهد بودوجریان اضافی نشان دهنده اتلاف است که مشتری نه تنها بایستی بها هزینه اضافی کابلی که آن را انتقال می دهدبپردازدبلکه تلفات ژولی اضافی ایجاد شده در کبل تغذیه را نیز می پردازد.

-تنظیم ولتاژدر حضور بارهایی که توان راکتیومصرفی آنها تغییر می کندیک موضوع مهمو در مواردی یک مساله بحران خواهد بود.توان راکتیو مصرفی کلیه بارها تغییر می کند،گرچه مقدار ومیزان تغییرات آنهاکاملاًمتفاوت است.این تغییرات توان راکتیودر تمامی مواردمنجر به تغییرات ولتاژدر نقطه تغذیه می گرددواین تغییرات ولتاژبر عملکردمفیدوموثرکلیه وسایل متصل به نقطه تغذیه مداخله نموده ومنجر به امکان تداخل در بارهای مصرف کننده های مختلف می گردد.

بدیهی ترین روش بهبود ولتاژ((قوی تر کردن)) سیستم قدرت به کمک افزایش اندازه و تعدادواحدهای تولید کننده برق وباهرچه متراکم کردن شبکه های به هم پیوسته می باشد.این روش عموماً غیر اقتصادی بوده ومنجر به افزایش سطح اتصال کوتاه و مقادیر نامی کلیدها می شود.راه عملی تر وبا صرفه تر این است که اندازه این سیستم قدرت برحسب ماکزیمم تقاضای توان واقعی طراحی شودوتوان راکتیو بوسیله جبران کننده هایی که دارای قابلیت انعطاف بیش از مولدها بوده ودر تغییرسطح اتصال کوتاه دخالت ندارند-فراهم گردد.

مساله سومی که در جبران بار مد نظر است متعادل کردن بار است.اکثر سیستمهای قدرتac سه فاز بوده وبرای عملکرد متعادل طراحی می شوند.عملکرد نا متعادل منجربه ایجاد مولفه های جریان توالی صفرومنفی می گردد.اینگونه مولفه های جریان اثرا نا مطلوبی چون ایجاد تلفات در موتورهاومولدها،گشتاور نوسانی در ماشینهای ac افزایش ریپل در یکسو کننده ها،عملکرد غلط انواع تجهیزات،اشباع ترانسفورماتورهاوجریان اضافی سیم زمین را به دنبال خواهد داشت.انواع خاصی از وسایل(منجمله برخی از جبران کننده ها)در عملکرد متادل هارمونیک سوم راکاهش می دهند.درشرایط کارنامتعادل این هارمونی نیز در سیستم قدرت ظاهرمی شود.هارمونیک ها معمولاًبوسیله فیلترحذف می گردندکه در آینده توضیح داده خواهد شد.

۱-۳   : مشخصات یک جبران کننده بار

پارامترها وفاکتورهایی که بایستی در تعریف یک جبران کننده باردر نظر گرفت در لیست زیر بطور اجمال آمده است ومنظور ارائه لیست کامل نیست بلکه هدف ارایه یک ایده از نوع عملی جبران کننده ودر نظر گرفتن ملاحظات مهم است:

۱-   حداکثر توان راکتیوپیوسته مورد لزوم که بایستی جذب یا تولید گردد.

۲-   مقدار نامی اضافه بارو مدت زمان آن.

۳-   ولتازنامی وحدود ولتاژکه مقدار نامی توان راکتیو نبایستی از آن حدود تجاوز نماید.

۴-   فرکانس و تغییرات آن.

۵-   دقت لازم در تغییر ولتاژ.

۶-    زمان پاسخ جبران کننده در مقابل یک اغتشاش معین.

۷-   نیازمندیهای کنترل ویژه.

۸-   حفاظت جبران کننده وهماهنگی آن با حفاظت سیستم ودر نظر گرفتن محدودیت توان راکتیودر صورت لزوم.

۹-   حداکثر اعوجاج ناشی از هارمونیک بادر نظر گرفتن جبران کننده.

۱۰-     اقدامات مربوط به انرژی دار کردن واقدامات احتیاطی.

۱۱-     نگهداری ، قطعات یدکی،پیش بینی برای توسعه،وآرایش جدید سیستم در آینده.

۱۲-     عوامل محیطی،سطح نویز،نصب تاسیسات در محیط باز یا بسته،درجه حرارت،رطوبت،آلودگی هوا،باد و زلزله،نشتی در ترانسفورماتورها،خازنها،سیستمهای خنک کننده.

۱۳-     رفتار وعملکرددرمعرض ولتاژتغذیه نامتعادل ویا بارهای نا متعادل.

۱۴-     نیازمندیهای کابل کشی و طرح بندی وآرایش اجزاء قابل دسترسی بودن،محصور بودن،زمین کردن.

۱۵-     قابلیت اعتمادوخارج از سرویس بودن اجزاء.

در مورد جبران کوره های الکتریکی بایستی نسبت بهبود یا نسبت کاهش چشمک زدن به عنوان معیاری برای سنجش رفتار و عملکرد جبران کننده مشخص شود.