مقاله درمورد ترانسفورماتور، نتايج، تبديل، اندازهگيري

دانلود پایان نامه ارشد

تعيين تغيير شكلمكانيكي سيم پيچها مشخصه هاي نوساني بين اندازهگيريهـاي قبـل و بعـد از آزمايـشهاي ضـربه اي بـاهمديگر مقايسه ميشوند. يكي از چنين روشهايي كه مدتهاي طولاني است مـورد اسـتفاده قـرار مـي گيرد روش آزمايش ضربة فشارضعيف (LVI) ميباشد [19]. در اين روش ترانسفورماتور قبل و بعـداز آزمايش توسط يك ضربة ولتاژ پايين تحريك مي شود. مقايسة سيگنال پاسخ ثبت شده قبل و بعد از آزمايش تغييرات مكانيكي احتمالي در ساختار سيمپيچ را مشخص ميكند. يـك روش ديگـر تحليـلپاسخ فركانسي 7 (FRA) ميباشد. در اينحالت پاسخ فركانسي قبل و بعـد از آزمـايش تعيـين ميـشود.
پاسخ فركانسي را ميتوان توسط يك آنالايزر شبكه8 مستقيماً در حوزة فركانس اندازهگيري كرد و يـابه كمك تبديل فورية سريع9 (FFT) از نتايج اندازهگيريها در حوزة زمان محاسبه كرد (جزئيات مربوط به روشهاي بدست آوردن پاسخ فركانسي در بخش (3-2) داده شده اند).
تابع تبديل يك مدار الكتريكي خطي تغيير ناپذير با زمان ، يك توصيف كـاملي از مـدار را ارائـهكرده و به طور نظري مستقل از سيگنال تحريك ميباشد. براي حالتهاي گذراي ناشي از ضربة صاعقه

7 Frequency Response Analyse
8 Network Analyser
9 Fast Fourier Transformation
ميتوان ترانسفورماتورها را خطي درنظرگرفت . بنابراين تغيير شكل ولتاژ ضربة تحريـك، حـداقل بـهطور نظري، تأثيري روي تابع تبديل نـدارد. بنـابراين بايـستي مقايـسه توابـع تبـديل بدسـت آمـده ازولتاژهاي ضربة كامل و بريده به عنوان تحريك امكان پذير باشد [20].
3-5-2- تابع تبديل براي پايش
براي سازند ههاي ترانسفورماتورها شناخت شكستها و عيبهاي عايقي كـه در ترانـسفورماتورها دراثر ولتاژهاي گذرا روي ميدهند داراي اهميت ميباشد، چرا كه اين شناخت براي تعيين ابعاد عـايقيسيمپيچها لازم است. به همين دليل در گذشته همواره ولتاژهاي كليـد زنـي در شـبكه انتقـال انـرژياندازه گيري شده اند [21].
ميتوان سيگنالهاي گذرايي را كه در اثر كليد زني ترانسفورماتورها و كليدزنيها در جاهاي ديگري از شبكه ايجاد شده و بر روي ولتاژها و جريانهاي كار عادي ترانـسفورماتور سـوار مـيشـوند، بـرايمحاسبه يك تابع تبديل مورد استفاده قرار داد. با مقايسة توابع تبديل انـدازهگيـري شـده در زمانهـايمختلف ميتوان وجود تغيير احتمالي در وضعيت عايقي ترانسفورماتور را تشخيص داد. اگر تغييراتـيدر تابع تبديل مشاهده شوند ميتوان وجود يك تغيير ولذا يك عيب را در ترانـسفورماتوراحتمال داد.
اگر توابع تبديل اندازهگيري شده در زمانهاي مختلف يكسان باشند، ميتوان نتيجه گرفت كه وضعيتو حالت ترانسفورماتور در فاصلة زماني بين دواندازهگيري هيچگونه تغييري نداشته است.
3- 5- 2- 1- تابع تبديل براي پايش به صورت همزمان با بهره برداري و در حالت خروج از مدار
پايش وضعيت عايقي ترانسفورماتورها در محل نصب را ميتوان اساساً در وضعيت خارج بـودن از مدار و يا به صورت همزمان با بهرهبرداري انجام داد [22]. براي پايش در وضعيت خارج بـودن از مدار، طرف ولتاژ بالاي ترانسفورماتور از شبكه جدا ميشـود تـا انـدازهگيريهـاي لازم انجـام شـوند.
درحاليكه در پايش به صورت همزمان با بهرهبرداري، سيگنالهاي گذرايي مورد استفاده قرار ميگيرنـدكه در طول عملكرد ترانسفورماتور در اثركليـدزنيهاي ضـروري درشـبكه بـرق ايجـاد مـيشـوند . بـااندازهگيريهاي در وضعيت خارج بودن از مدار همواره ميتوان براحتي آزمايشها را تكرار كرد، چونكه كليد قدرت تكتك فازها همزمان قطع و وصل نميشود و شرايط حاكم بعد از كليد زني كاملاً پايداراست. با پايش به صورت همزمان با بهره برداري، ترانسفورماتور در ارتباط با ساير تجهيزات شـبكه درحال كار ميباشد و به دليل تزويج الكترومغناطيسي در سيستم سهفاز، يك تحريك گـذرا همـواره بـهصورت همزمان به تمام پايانه هاي يك مجموعه از سيم پيچها اعمال مي شود.
3-5-2-2- تـابع تبـديل بـه عنـوان يـك روش تـشخيص عيـب مقايسه اي
در ديدگاه اوليه، روش تابع تبديل براي پايش ترانسفورماتور يك روش مقايسهاي ميباشـد . اگـراندازهگيريهايي روي يك ترانسفورماتور انجام مي گيرند، بايستي نتايج اين اندازه گيريها با نتايج مرجعي مقايسه شوند. براي مقايسة نتايج اندازه گيريها در مرجع [23] سه روش پيشنهاد شده اند:
نتايج اندازهگيريها در زمانهاي مختلف، مشخصههاي متـشابه سـاقههـاي ترانـسفورماتور و نتـايجاندازه گيريهاي ترانسفورماتورهاي يكسان طرح شده.
در روش مقايسة نتايج اندازهگيريها در زمانهاي مختلف، نتايج جديد با نتايج حاصله در زمانهـايقبل مقايسه ميشوند [24]. چنين نتايج ثبت شده در زمانهاي پـيش اغلـب موجـود نمـيباشـند و يـانميتوان شرايط و يا نحوة آزمايش زمانهاي قبل را مجدداً تكرار كرد. لذا اين روش را ميتوان تنها درمورد ترانسفورماتورهاي محدودي بكار برد. تغييرات مكانيكي قاعدتاً همزمان و به يك ميزان در تمامسـتونهاي ترانـسفورماتور روي نمـي دهنـد. لـذا مـ يتـوان بـه طـور متـوالي فازهـاي T, S, R يـك ترانسفورماتور سهفازه را مورد اندازهگيري قرار داده و نتايج حاصله از فازهاي مختلف را با همـديگرمقايسه نمود. بسته به ساختمان قسمت فعال ترانسفورماتور، تشابه بين توابع تبديل اندازهگيري شده از سه ستون ترانسفورماتور متفاوت ميباشد. لذا آشكارسازي تغيير مكانيكي احتمالي هميـشه نمـيتوانـدحاصل شود . روش مقايسهاي سوم كه امكان پذير است مرجـع قـرار دادن نتـايج انـدازهگيـري يـكترانسفورماتور هم نوع و هم طرح ميباشد. اين روش مقايـسهاي نـشان مـيدهـد كـه توابـع تبـديلترانسفورماتورهاي يكسان در اغلب موارد مشابه ميباشند. اين مطلب بـه خـصوص در مـواردي كـهسازنده و سال ساخت يكسان ميباشند كاملاً معتبر است[25].
3-6- عوامل كليدي موثر بر اندازه گيريهاي FRA [17]
نتايج تستFRA فقط به شرايط سيمپيچ ترانس فورماتور بستگي ندارد و از سيستمهاي اندازهگيري نيـز بـهشدت تاثير ميپذيرد. عواملي نظيرمقدارامپدانس موازي، تركيب سيمهاي رابط (طول و نحـوه اتـصال) وغيـرهمي تواند اندازه گيريها را تحت تاثير قرار دهد كه در ادامه مورد بحث قرار ميگيرد.
3-6-1 تاثير مقدار امپدانس موازي
در اندازه گيريهـا ي FRA، بـراي انـدازهگيـري جريـان پاسـخ از يـك مقاومـت شـنت اسـتفاده ميـشود.
اندازهگيريها در يك رنج وسيع فركانسي انجام ميشود كه در آن اندازهگيريهاي مرتبط با جابجاييهاي خيلـيكوچك سيمپيچ ،كه در فركانسهاي بـالاتر(1MHz) آشـكار مـيگـردد، اهميـت خاصـي پيـدا مـي كنـد. درفركانسهاي كمتر امپدانس موازي (معمولاً 50 اهم ) در مقايسه با امپدانس ترانسفورماتور چندان مهـم نيـست. اما در فركانسهاي خيلي بالاتر، امپدانس موازي نسبت به امپدانس ترانسفورماتور قابل ملاحظه خواهد بود. در FRA-S امپدانس موازي معمولاًΩ 50 ميباشد كه امپدانس ورودي اسپكتروم آنالايزر مي باشد. براي ارزيابي اثر امپدانس شنت روي اندازهگيري هايFRA تحقيقات روي يـك ترانـسفورماتور توزيـع و بـا سـه مقـدارمقاومت موازي 50و10و1 اهم انجام شده است. دو مقدار اول، مقادير معمول براي تستهايFRA مـي باشـند.
شكل (3-8) اثرات مقاومت موازي را در محدوده فركانسيMHz 10-1 نشان ميدهد. واضح است كه بـرايجابجاييهاي كوچكتر در سيمپيچ، منحنيهاي تابع ادميتانس با مقاومت موازي كوچكتر، بيشتر تغيير ميكنـد .
البته حساسيت نسبي آشكارسازي به اندازه و نوع ترانسفورماتور نيز بـستگي دارد. باتوجـه بـه شـكل (3-8)، تابع ادميتانس ورودي در محدوده MHz10-2 فركانسهاي رزونانس مختلفي دارد كه اين با برخي از مدلهاي

شكل(3-8). اثر مقاومت شنت روي پاسخ فركانس ي تا MHZ10[17]
فركانس بالاي ترانسفورماتور كه بصورت خالص خازني است ، درتعارض ميباشد. دريك اندازهگيري عمليFRA ، تابع انتقال اندازهگيري شده ، نه تنها شامل تابع شبكه ترانسفورماتور بلكـه شـامل مقاومـت مـوازي وامپدانسهاي سيمها نيز ميباشد. به عبارتي مقاومت موازي علاوه بر اينكه حـساسيت انـدازهگيـري را كـاهشمي دهد، رزونانسهاي مدار را نيز فرو مينشاند. اين اثر ميتواند خيلي مهـم باشـد. ايـن تـاثير همچنـين بـه Q(ضريب كيفيت ) مدار بستگي دارد. شبكهاي باQ بالاتر ، حساسيت بيشتري نسبت به تغييرات سيمپيچ دارد . هنگاميكه جريان مقاومت موازي كوچك است، مقدارQ مدار نسبتاً بالاست كـه ايـن مـورد در شـكل (3-8) ديده ميشود. بنابراين ، ميتوان نتيجه گرفت كه حساسيت آشكارسـازيFRA ، بـا افـزايش مقاومـت مـوازيبطور قابل ملاحظهاي كاهش مييابد و ماكزيمم محدوده فرك انسي كه به تغييرات سيم پيچ حـساس اسـت بـاكاهش مقاومت موازي افزايش مييابد.
3-6-2- تاثير بوشينگ فشار قوي
يك ترانسفورماتور توزيع ،كه بوشينگ اصلي آن با يك بوشينگ از نوع كاغذ روغنـيKV 27 جـايگزينشده است ، براي مطالعه اثر بوشينگ روي نتايج تستهايFRA بكارگرفته شده است . انـدازه گيـري در بـالايبوشينگ(top) به مفهوم اندازهگيريهايFRA در ترمينال ورودي بوشينگ ميباشـد . در انـدازهگيـري پـايين(Bottom) ، اندازهگيريهايFRA مستقيماً در سرسيمپيچ فشار قوي درون ترانسفورماتور انجام مـيشـود . در هر دوحالت پالس ورودي به بالاي بوشينگ فشار قوي اعمال ميشود. جريان كوپل شده به سيمپيچ ثانويه نيز بوسيله يك مقاومت شنت اندازهگيري ميشود. تنها تفاوت در نقطه اندازهگيري ولتاژ است كه يكي در بـالايبوشينگ وديگري در پايين بوشينگ انجام ميشود. تابع تبديل ادميتانس در دو حالـت در شـكل (3-9) آمـدهاست. نتايج نشان ميدهد كه ادميتانس اندازهگيري شده در سرسـيمپـيچ فـشار قـوي(Bottom) ، كـوچكتر ازاندازهگيري در ترمينال بالاي بوشينگ(top) است. در فركانسهاي بالاتر ازMHz 3 اندوكتانس سيم بوشـينگ،ولتاژ خازن معادل سيمپيچ را كاهش ميدهد. بنابراين ادميتانس اندازهگيري شده در بـالاي بوشـينگ بزرگتـرمي شود.
I/V(top)I/V(Bottom):V(top)<3MHz<9MHz ادميتانـسهاي انـ دازهگيـري شـده تـا فركـانس MHz3 ، تقريبـاً يكـسان هـستند. بـراي بـالاتر از MHz3 اندازهگيريهايtop باBottom بطور قابل ملاحظهاي تفاوت مييابند. اين امر نشان ميدهد كه نتايج به شرايطتست از قبيل مكان اندازهگيري و تركيب سيمهاي رابط بستگي دارد. نكته بسيار مهم اينجاست كه همـه ايـناندازه گيريها با سيم هاي رابط خيلي كوتاه انجام شدهاند. درحاليكه در يك اندازه گيري on site مخـصوصاً درترانسفورماتورهاي قدرت بزرگ، ابعاد فيزيكي مساله ساز ميگردد. براي يك بوشينگ فشار قوي كه 5 متر طول دارد سيگنالهاي اعمالي بايد اين طول سيمرا طي كرده تا به بوشـينگ و سـپس بـه سـيمپـيچاعمال شوند. مولفههاي فركانس بالاي سي گنال منبع بوسـيله خازنهـاي بوشـينگ زمـين مـيشـوند . همچنـيناندوكتانسهاي سيم و بوشينگ درمقايسه با امپـدانس ترانـسفورماتور در فركانـسهاي بـالا قابـل ملاحظـه مـيگردند. اين بدان معناست كه امپدانس سيمو بوشينگ ميتواند تغييرات مورد انتظار در امپدانس ترانسفورماتوررا بپوشاند .بنابراين ميتوان نتيجه گرفت كه اندازهگيريهـايFRA تـا حـدود فركـانسMHz 3 تحـت تـاثيربوشينگ فشار قوي و سيمرابط نيست اما در فركانسهاي بالاتر ازMHz 3 اين امپدانسها شروع به اثر گـذاريكرده و در فركانسهاي بالاي MHz 4 اين اثرات قابل ملاحظه مي گردند.
3-6-3- تاثير اتصال نقطه خنثاي سيم پيچ فشار قوي
چگونگي اتصال نقطه خنثاي ترانسفورماتور فشار قـوي، مـيتوانـد روي نتـايج انـدازهگيريهـايFRA تـاثيربگذارد. نتيجه تست انجام شده روي يك ترانسفورماتور توزيـع در دو حالـت در شـكل (3-11) نـشان دادهشده است . دريك حالت نقطه نوترال سيمپيچ فشار قوي معلق ميباشد. درحالت ديگرنيـز بـه تانـك تـرانسمتصل شده است (زمين شده است). ولتاژ ورودي به يك سربوشينگ اعمـال شـده و جريـان كوپـل شـده ازطريق يك مقاومت شنت Ω1 كه بين سيم پيچ فشار ضعيف و تانك قرار دارد ، انـدازهگيـري شـده اسـت. بـا توجه به شكل(3-10)، م ي توان گفت كه نتايج از نوع اتصال نوترال تاثيرپذير است. براي فركانسهاي كمتر ازMHz 5/1 اين تاثير اصلاًمهم نيست ونتايج در دو حالت كـاملاً يكـسان اسـت. امـا در فركانـسهاي بـالاتر ازMHz 2 ، مقداري تفاوت وجوددارد. بنابراين در تست براي آشكارسازي تغييرات كوچك در سـيمپـي چ ايـننكته حائز اهميت است كه در مقايسه منحنيهاي تابع انتقال ، شرايط اتصال زمين بايد كاملاً يكسان باشد.
3-6-4- تاثير سيمهاي رابط اندازه گيري

شكل(3-10). اثر وضعيت نقطه خنثي در اندازه گيريها( دردو حالت شناور و زمين شده) [17].
اثرات سيمهاي رابط فشار قوي و زمين با استفاده از دو سري از كابلهاي كواكسيال مختلف بررسي
مـي گ ردد. يكـي س يمهاي رابـط اسـتاندارد ب ا طولهـاي مناس ب كـه بـراي ان دازه گيريه اي FRA در ترانسفورماتورهاي قدرت ميباشد. و ديگر ي سيمهاي رابـط خيلـي كوتـاه كـه در مـورد ترانـسفورماتور هاي توزيع به كار ميرود. درشكل (3-11) تابع انتقال ادميتانس يك ترانسفورماتور توزيع براي دو نوع سيم رابـطكوتاه واستاندارد نشان داده است. اين سيمها شامل سيمهاي زمين پروب وسيگنال ژنراتـور و سـيمهاي رابـط بين بوشينگ و وسيله اندازهگيري بوده اند. اين نكته قابل توجه است كه دوتابع ادميتـانس در رنـج فركانـسي MHz 4/0 -0 تقريباً يكسان هستند. بين MHz4/0تا MHz2 ادميتانـسها كمـي اخـتلاف دارنـد. ولـي بـرايفركانسهاي بالايMHz 2 اختلاف زياد ميگردد. اين امر بيانگر آن است كه پيكربندي بـا سـيمهاي كوتـاه، در مقايسه با سيمهاي استاندارد امپدانس خيلي كوچكتري(درفركانسهاي بالاتر از MHz2) از خود نشان ميدهد. بنابراين پيكربندي با سيمهاي كوتاه ،حساسيت خيلي بيشتري نسبت به تغييرات فركـانس بـالاي سـيم پيچـي ترانسفورماتور از خودنشان ميدهد. همچنين هنگام استفاده از سيمهاي بلند براي فركانسهاي بالاتر از

شكل(3-11). مقايسه اثرسيمهاي رابط كوتاه و بلند در اندازه گيريها تا MHZ10
MHz5/0 ادميتانس اندازهگيري شده قابل مقايسه با ادميتانس سيمرابط است . لـذا حـساسيت نـسبت بـهتغييرات در سيمپيچ ترانسفورماتور به شدت كاهش مييابد.
بنابرايندر يك دستهبندي ميتوان گفت كه اندازهگيريهاي با سيمهاي بلند تـا فركـانسMHz 5/0 وانـدازهگيريهاي با سيمهاي استاندارد تا فركانسMHz 3/2 تا حدود زيادي معتبرند[26].عوامل متعدد ديگـري ماننـدموقعي ت ت پ چنجر،دم ا، الگ وريتم ن رم اف زار ي بك ار گرفت ه ش ده، پي ري ع ايق و… روي نت ايج اثـر گذارند.توضيحات بيشتر در اين زمينه در مرجع[27]آمده است.
3-7- دقت پردازش سيگنال در روش زماني
براي يك سيستم اندازهگيري ديجيتال ، فركانس نمونهبرداري، مدت زمان نمونه برداري وتفكيـك پـذيري 10 مبـدل آنـالوگ بـه ديجيتـال، پارامترهـاي بـسيار مهـم و تعيـين كننـدهاي بـراي بدسـت آوردن تـابع تبـديل ترانسفورماتور ميباشند.
3- 7- 1- فركانس نمونه برداري
هيچكدام از طيفهاي فركانسي سيگنال نمونـهبـرداري شـده نبايـد در اثـر نمونـهبـرداري، در آن محـدودةفركانسي كه مورد استفاده قرار ميگيرند روي هـم بيفتنـد. بنـابراين طبـق تئـوري نايكوئيـست11 ، مـاكزيممفركانس معتبري از اطلاعات كه ميتواند ذخيره شود، برابراست با fNyquist كه:
f Nyquist = fsample2 (4-3)
فركانسهاي بالاتر از fNyquist ، در هنگام باز توليد سيگنال، داراي مولفه هاي كذايي خواهند بود.

١٠11 Resolution .Nyquist Theory
معمولا در اندازهگيريها به منظور حذف اثر نويزها و مولفه هاي فركـانس بـالاي غيرضـروري، سـيگنال ازيك فيلتر پايين گذر عبور داده مي شود.حداقل فركانس نمونه برداري لازمfmin را ميتـوان بـا توجـه بـه بـهكمك فركانسهاي0f وfD به صورت زير محاسبه كرد:
(3-5) 0fmin= fD+ f كه 0f فركانسي است كه طيف مورد نظر تا آن فركانس محاسـبه مـي گـردد وfD فركـانس قطـع فيلتـرپائينگذر م يباشد. با اينحال براي تضمين اجتناب از تداخل فركانس ي بايـستي فركـانس نمونـهبـرداري از دوبرابر فركانس fD بيشتر باشد.
fmin ≥ 2⋅fD (6-3)
با انتخاب يك فركانس نمونهبرداري بالاتر (2f) از فركانس نمونهبرداري لازمي كه شرط رابطـة (3-6) را برآورده ميكند، (1f)، ميتوان نويز كوانتيزهكردن12 را كاهش داد. انتخـاب چنـين فركـانس نمونـهبـرداريبالاتر، باعث بهبود در نسبت سيگنال به نويز به ميزان زير ميشود[16].
ΔSNR =10⋅log⎛⎜⎜⎝ ff12 ⎞⎟⎟⎠ (7-3)
3-7-2-مدت زمان نمونهبرداري
مدت زمان نمونهبرداري از سيگنالها ي اندازه گيري شونده بايد بگونـه اي باشـد كـه تفكيـكپـذيريفركانسي طيف محاسبه شده توسطFFT مناسب بوده وافزايش انرژي نويز كوانتيزه نيز در نظر گرفته شود كهدر ادامه به آنها اشاره مي شود.
12 .Quantization
با انتقال سيگنالهاي اندازه گيري شده به حوزة فركانس، تفكيكپذيري فركانس از رابطـة زيـر و بوسـيلةمدت زمان نمونه برداري T تعيين ميشود.
(3-8) 11Δf = Tبراي اينكه بتوان فركانسهاي تشديد و دامنهها در فركانسهاي تشديد يك تابع تبـديل را تـا حـد ممكـنصحيح محاسبه كرد، بايستي تفكيكپذيري فركانس بهتر از ده كيلوهرتز باشد. درنتيجه حـداقل مـدت زمـاننمونهبرداري بايدμs 100 باشد . همچنين با توجه به سيگنالهاي ميـرا شـوندهاي كـه از ضـربه ورود ي ظـاهرميشوند، ميتوان يك انرژي سيگنال تعريف و محاسـبه كـرد. متوسـط انـرژي نـويز بـا ضـرب پـراش نـويزكوانتيزهكننده كه مقداري ثابت ميباشد در مدت زمان نمونهبرداري حاصل ميشود. بنـابراين متوسـط انـرژينويز، هم با افزايش مدت زمان نمونهبرداري و هم با افزايش سطح كوانتيزهكردنq مطابق رابطة زيـر افـزايشمي يابد.
⎛q2 ⎞
Eqf =T⎜⎝⎜12⎟⎠⎟ (9 -3)
انتخاب يك مدت زمان نمونهبرداري بيشتر 2T درمقايسه با 1T نيز موجب كاهش نـسبت سـيگنال بـهنويز با رابطة زير ميشود:
ميرائي كامل اين فركانسها ادامه يابد. به عنوان يك مصالحة خوب مقدار مدت زمان نمونـهبـرداري برابـرμs 200 انتخاب ميشود.[28]
3- 7- 3- تبديل آنالوگ به ديجيتال
تبديل يك سيگنال زمان پيوسته به صورت دنبالهاي از كلمات باينري رمزشدة عـددي بـا اسـتفاده ازمبدل آنالوگ به ديجيتال صورت ميپذيرد. فرآيند نمـايش يـك متغيـر بـا دسـتهاي از مقـادير متمـايز را نيـزكوانتيزهكردن مينامند. به دليل محدود بودن مقادير كوانتيزهشده خطايي تحت عنوان خطاي كوانتيزهكردن رخميدهد. اين خطا خـود را تحـت عنـوان نـويز كـوانتيزهكـردن در حـوزة فركـانس نـشان مـيدهـد . خطـايكوانتيزهكردن به ظرافت سطح كوانتيزهكردن، يعني به تفكيكپذيري مبـدلA/D بـستگي دارد. اگـر k تعـدادبيتهاي 13ADC باشد ، دقت دامنه سيگنال بصورت زير تعريف ميشود.
Δa=2−k+1 (11-3)
با افزايش تعداد بيتهايADC نسبت سيگنال به نويز افزايش پيدا كرده و ماكزيمم فركانسي كه به ازاي آن طيف سيگنال در نويزوارد م ي شود ، افزايش مي يابد.جدول(3-1) مقايسه بين دو مبدل 8 و 10 بيت ي را براي ولتاژ ضربه صاعقه استاندارد نشان ميدهد[28].
جدول(3-1). fmax كه در آن طيف يك ولتاژ ضربة صاعقة استاندارد در نويز لبريز ميشود، به صورت تابعي از تفكيكپذيري مبدل (A/D)

13 .Analog to Digital Convertor

فصل 4
انــــ واع روشــــ هاي مدلــــ سازي ترانسفورماتورها

يـك ترانـسفورماتور را مـي تـوان بـه صـورت چهـار قطبـي نـشان داده شـده در شـكل (4-1) درنظرگرفت. براي اين چهار قطبي بايد مدار معادلي بدست آورد كه به عنوان مثال رفتار فركانسي آنبراساس نتايج اندازهگيري شده باشد. پارامترهاي چنين مدار معادلي را ميتوان به طرق مختلف تعيينكرد. يك روش ممكن محاسبة پارامترها، بر پاية ابعاد هندسي ساختمان ترانسفورماتور مي باشد. روش ممكن ديگر روش تحليل مـدال اسـت كـه در آن پارامترهـاي تعريـف شـده در مـدل از روي نتـايجاندازه گيريهاي انجام شده روي ترانسفورماتور محاسبه مي شوند.
U1( t)U2(t)
شكل4-1- نمايش ترانسفورماتور به صورت يك چهار قطبي
بنابراين ميتوان يك ترانسفورماتور را بـسته بـه اينكـه رفتـار ترانـسفورماتور در پايانـههـاي آنموردنظر باشد و يا توزيع ولتاژ و رفتار فركانسي داخلي آن مورد علاقه باشد مدلسازي كرد. روشهايمدلسازي را مي توان در سه گروه عمده تقسيم بندي كرد كه در زير توضيح داده مي شوند.
4-1- روشهاي مدلسازي جعبه سياه
اگر تأثيرات متقابل ترانسفورماتور و شبكة تغذيه كننـده مـورد علاقـه باشـد، ترانـسفورماتور بـهصورت يك جعبه سياه درنظرگرفته ميشود. اين مدل وقتي مورد استفاده قرار ميگيـرد كـه حالتهـايگذرا و اضافه ولتاژها در شبكة قدرت مطالعه و تحقيق مي شوند.
هدف مدلسازي جعبه سياه اين است كـه از مـدل غيرپـارامتري ترانـسفورماتور، بـه فـرم پاسـخفركانسي آن، به يك مدل پارامتري به شكل يك تابع تبديل و يا به شكل يك مدار معادل [29] برسد.
با توجه به رفتار خطي ترانسفورماتور براي فركانسهاي بزرگتر ازkHz 10 مي توان آن را يـك سيـستمخطي نامتغير با زمان1 (LTI) دانست و روند مذكور برآن اعمال نمود. اين روش مي تواند هم بر مبناي اندازهگيريهاي حوزة فركانس باشد و هم بر مبناي اندازهگيريهاي حوزة زمـان . پاسـخ پلـه يـا ضـربةاندازه گيري شده و همچنين تحريك ورودي در حوزة زمان به كمك FFT بـه حـوزة فركـانس منتقـلمي گردند و نهايتاً از آنها تابع تبديل سيستم مشتق مي گردد. تابع تبديل حاصله مـي توانـد بـه صـورتقسمتهاي حقيقي و موهومي و يا به صورت تابع دامنه و تابع فاز بيان شود.
تعداد فركانسهاي تشديد در مورد ترانسفورماتورها بسيار متغير است و ميتواند بيش از 20 عـددنيز گردد . درنتيجه، روشهاي مدلسازي با ساختار ثابت به عنوان يـك مـدل جعبـه سـياه، آنچنـان درمدلسازي در حوزة فركانسي گسترده موفق نخواهند بود. بنابراين بيشتر بايد روشهايي م وردنظر باشـندكه داراي ساختار متغيراند.
4-2- بررسي روشهاي مدلسازي فيزيكي
در اين ديدگاه، موضوع اصلي، رفتار نوساني ترانسفورماتور و تنشهاي الكتريكي بوجود آمـده در
داخل سيمپيچهاست. اين روش مشاهده مربوط به مهندس طراح ترانسفورماتور است. مهندس طراح
1 Linear Time-Invariant System

بايد در مرحلة طراحي در مورد عايق بندي سيمپيچها تصميم بگيرد [30]. اين تصميمگيري بر مبنـايشبيهسازيهاي انجام شده برروي مدلهاي فيزيكي است . ساختاراين مدل به صورت يك مدار است كـهحتي الامكان بايد مفاهيم فيزيكي اساسي ترانسفورماتور را دربربگيرد.
در داخل سيم پيچ امكان بروز حالتهاي گذراي سريع و خيلي سريع هميشه مطرح است. علت اين پديده ميتواند برخورد صاعقه به خطوط انتقال، كليدزني و اغتشاشات ديگر در شـبكه ماننـد اتـصالكوتاه يا اتصال ترانسفورماتورهاي بيبار باشد . در صورت تطابق يكي از فركانسهاي تحريك با يكـيازفركانسهاي طبيعي ترانسفورماتور امكان بروز پديدة تشديد در داخل سيمپيچ فراهم مـي گـردد . ايـنپديده مي تواند عايق سيم پيچ را به طور موضعي تحت تنش الكتريكي قرار دهـد و باعـث خرابـي آنگردد. البته حفاظتهاي معمول ترانسفورماتور مانند برقگير در جلوگيري از بروز ايـن پديـده بـيتـأثيرنيستند. براي اينكه بتوان اضافه ولتاژهاي داخلي سيمپـيچ را مطالعـه كـرده و براسـاس آن همـاهنگيعايقي داخل ترانسفورماتور را درست طراحي كرد بايستي سيمپيچ را به كمك يك مدل پـارامتري بـهصورت فيزيكي مورد تحليل و ارزيابي قرار داد. در رابطه با اين موضوع دو روش جهت مدلـسازي وبررسي وجود دارد كه در زير مورد بحث قرار خواهند گرفت.
4-2-1- مدل خط انتقال چند فازه
درنظرگيري سيم پيچ به عنوان يك خط انتقـال همگـن بـا پارامترهـاي گـسترده مـي توانـد نتـايجارضاكننده اي را در مورد سيم پيچ لايه اي وهمگن ارائه دهد. مدلسازي سـيم پـيچ بـه صـورت خطـوطانتقال سري شده كه از لحاظ مكاني با يكديگر موازي هستند بر اساس تئوري خط انتقـال چنـد فـازه(nفازه) است. اين تئوري بر ماشينهاي الكتريكي و ترانسفورماتورها اعمال شده است. در اين روشپارامترهاي سيمپيچ بصورت گسترده درنظرگرفته ميشوند و رفتار سيمپيچ توسط معادلات خط انتقال توصيف مي گردد.
4-2-2- مدل مشروح
مدل مشروح يك مدل RLC براي مطالعه و تحقيق رفتار فركانسي يك سيمپـيچ ترانـسفورماتوربنا مي شود. در روش مدلسازي مشروح كوچكترين عنصر فضايي در سيم پيچ يك حلقه و يا گروهـياز حلقهها (مثلاً يك بشقاب يا يك جفت بشقاب) ميباشد. هر جزء در اين مدل معمولاً با يك مـدارRLC مدل مي شود. مدل نتيجه شده را كه از چندين جزء مختلف تشكيل شده است مي توان در حوزة زمان و يا در حوزة فركانس حل كرد. بسته بـه هـدف مدلـسازي و بـه دليـل اينكـه رفتـار شـارهايمغناطيسي درهستة ترانـسفورماتورهاي فـشارقوي در فركانـسهاي مختلـف متفـاوت اسـت، مـدلهايمشروح گوناگوني مورد استفاده قرار ميگيرند. محققان رفتار هسته را در سه حـوزة فركانـسي دسـتهبندي نموده اند:
– حوزة فركانسي 1: f < 2 kHz
خطوط ميدان مغناطيسي به طور عمودي وارد ستونهاي هسته ميشوند. ظهور جريانهاي گردابـيدر هسته به نسبت ضعيف است، به طوريكه شار مغناطيسي مسير خود را از هسته مي بندد. رفتار هسته مشابه رفتار آن در شرايط نامي ميباشد. در اين حوزة فركانسي پديدههاي غيرخطي زير روي ميدهد كه در صورت مطالعة ترانسفورماتور در اين حوزة فركانسي بايد آنها را مدلسازي نمود [31،32]:
• اشباع هسته
• هيسترزيس
• جريانهاي گردابي
• پسماند هسته
– حوزة فركانسي 2: kHz < f < 10 kHz 2
شكلگيري جريانهاي گردابي درحدي است كه باعث انحراف ميدان مغناطيـسي اصـلي از داخـل هسته مي گردد. خطوط ميدان مغناطيسي ديگر بصورت عمودي وارد هسته نميشوند.
– حوزة فركانسي 3: f > 10 kHz
جريانهاي گردابي به حدي زياد ميشوند كه خطوط ميـدان را كـاملاً از داخـل هـسته بـه بيـرونميرانند. وسط هسته عملاً بدون شار ميماند. خطوط ميدان وارد هسته نميشوند بلكـه مـسيرخود رادر هوا ميبندند. هستة آهني همانند يك استوانة توخالي رفتار ميكند كه در بدنـهاش جريـان جـارياست.
4- 2- 2- 1- مدلسازي براساس اندوكتانسهاي خودي و متقابل
تئوري اولية اين روش توسط رابينس2 داده شد و سپس اين تئوري توسط مؤلفين ديگري توسعه
2 Rabins
داده شد . امروزه فرمولهاي خيلي دقيقي براي محاسبة اندوكتانسهاي خودي و متقابل سـيمپيچهـا،بخشها يا حلقههايي از ترانسفورماتورها موجود مي باشند. با خطي درنظرگرفتن رفتار ترانـسفورماتور در حوزة فركانسي 3 (بالاتر ازkHz 10) ميتوان مدار معادل نشان داده شده در شكل (4-2) را بـراييك ترانسفورماتور متشكل ازيك سيمپيچ بشقابي و يك سيم پيچ لايه اي مورد استفاده قرار داد. عناصر نشان داده شده در مدار معادل به شرح زير تعريف مي شوند:
اندوكتانس معادل واحد i-اُم سيمپيچ است كه شار پراكندگي حلقه هاي واحـدi -اُم را نمايش مي دهد.
:Li
اندوكتانس متقابل بين واحدهاي i و j مي باشد.
:Lij
ظرفيت طولي معادل براي واحدi -اُم ميباشد. اين ظرفيت تمامي ظرفيتهاي خازنيموجود بين حلقههاي واحد i-اُم را بصورت يك خازن بازنمائي مي كند.
:Ki
ظرفيت خازني بين واحد i-اُم و پتانسيل زمين (هسته يا بدنه) يا سـيم پـيچ مجـاور است.
:Ci
مقاومت اهمي براي درنظرگرفتن تلفات عايقي در عايقهاي واحد i-اُم مي باشد.
:Rpi
مقاومت اهمي براي وارد محاسبه كردن تلفات عايقي در عايقهاي بين واحدi -اُم وپتانسيل زمين يا سيم پيچ مجاور است.
:Rei
مقاومت اهمي براي درنظرگرفتن تلفات اهمي در حلقههاي واحد i-اُم مي باشد.
:Rsi
امپدانسي كه بين انتهاي سيمپيچ و زمين قرار دارد.
:ZE

شكل 4-2- مدل يك ترانسفورماتور تشكيل شده از يك سيم پيچ بشقابي و يك

پایان نامه
Previous Entries مقاله درمورد حمل و نقل Next Entries مقاله درمورد ...، فيزيكي، ترانسفورماتور، سيم