چهارشنبه, ۲۶ دی, ۱۴۰۳ / 15 January, 2025
معرفی یك تغییردهنده ولتاژ الكترونیكی تحت بار جدید
در این نوشتار، روش جدیدی برای تغییر ولتاژ خروجی ترانسفورماتورها با استفاده‌از كلیدهای الكترونیكی و تعدادی سیم‌پیچ تغییر وضعیت معرفی می‌شود. از جمله مزایای‌این روش می‌توان به امكان ایجاد ۴۸ پله در ولتاژ در مقایسه با سیستمهای مكانیكی‌تغییر ولتاژ كه معمولا ۱۶ سطح ولتاژ را ایجاد می‌كند، امكان گذر از یك ولتاژ به ولتاژ دیگربدون عبور از مقادیر میانی آنها و استفاده از تعداد كمتری سیم‌پیچ برای تغییردهنده ولتاژاشاره كرد. در متن نوشتار مثالهایی برای تغییردهنده ولتاژ برای ترانسهای با ظرفیت ۳۰و ۱۰۰ مگاولت آمپر مطرح شده و نتایج آزمایشهای انجام شده برای یك نمونه عملی وساخته شده با ظرفیت ۶ كیلوولت آمپر ارایه شده كه نشانگر كاهش میزان هارمونیكها وفیلكوهاست. همچنین بررسی اقتصادی، حكایت از كاهش هزینه‌های این تغییردهنده‌ولتاژ در مقایسه با انواع الكترونیكی قبلی دارد.
استفاده از تغییردهنده‌های ولتاژالكترونیكی به دلیل عملكرد مناسبتر وهزینه‌های نگهداری كمتر، نسبت به سایرانواع آن برتری دارد. از سوی دیگر بالا بودن‌هزینه اولیه این سیستمها در مقایسه با انواع‌مكانیكی آن، بكارگیری آنها را در عمل بامحدودیت مواجه كرده است. روش ارایه شده‌در این نوشتار تركیبی از تغییردهنده ولتاژالكترونیكی با تغییردهنده‌های ولتاژمكانیكی است. به این صورت كه با استفاده ازتعاد كمتری سیم‌پیچ تغیر دهنده ولتاژ (درمقایسه با نوع مكانیكی) بكارگیری كلیدهای‌الكترونیكی و اعمال روش كنترلی مناسب،سطوح ولتاژ بیشتری را با صرف هزینه كمتربرای ترانسفورماتور ایجاد می‌كند.
فكر اصلی در این كار استفاده ازمدولاسیون سیكل گسسته (DCM) است. دراین روش می‌توان با تركیب دو موج بادامنه‌های متفاوت وابسته با اختلاف كم ازیكدیگر، موج خروجی موردنظر را كه دامنه‌ای‌بین این دو موج دارد، به دست آورد. موضوع‌دیگر شكل مداری (توپولوژی) مورد نیاز برای‌دستیابی به اهداف فنی موردنظر و همزمان،كاهش هزینه‌هاست. پس از بررسیهای بعمل‌آمده، در نهایت آرایشی شامل یك سیم‌پیچی تغییردهنده ولتاژ ترانسفورماتور به‌همراه چهار كلید الكترونیكی استفاده شده‌است.
●سابقه موضوع
تغییردهنده‌های ولتاژ ترانسها یكی ازتجهیزات هزینه بر سیستمهای قدرت است.این وسیله كاربردهای متعددی دارد كه ازجمله می‌توان به ترانسفورماتورهای‌تنظیم‌كننده ولتاژ AC، ترانسفورماتورهای‌مورد استفاده در یكسوكننده و معكوس‌كننده‌سیستمهای ولتاژ بالای مستقیم (HVDC) وتنظیم‌كننده‌های زاویه فاز تجهیزات تحت‌بارهای مختلف نام برد. در تمام روشهایی كه‌برای تغییر ولتاژ خروجی ترانسفورماتورها استفاده می‌شود، مسأله كلیدزنی مطرح است.در یك روش متداول از كنتاكت‌های ثابت ومتحرك نسبتا گران قیمت اتفاده می‌شود،كنتاكت‌های متحرك با تغییر وضعیت واتصال به یك سری كنتاكت ثابت، تعدادحلقه‌های سیم‌پیچ اولیه و به دنبال آن ولتاژ راتغییر می‌دهند. این كار در زمانی كمتر از ۱۰میلی‌ثانیه انجام می‌شود. در روش دیگركلیدزنی، با استفاده از كلیدهای الكترونیكی،با استفاده از كلیدهای الكترونیكی، تغییرتعداد حلقه‌های سیم‌پیچ در زمان كوتاه‌تری انجام می‌شود، با كنترل گیت كلیدهایی نظیرتریستور (SCR) و یا تریستور با قابلیت قطع‌توسط گیت (GTO)كه به صورت زوجی و به‌شكل معكوس به یكدیگر متصل شده‌اند،می‌توان كلیدزنی سیمپیچها را انجام داد. دراین روش با یك سیستم كنترل از قبل تنظیم شده، می‌توان با روشن كردن مناسب كلیدها،تعدادی از سیمپیچها را اتصال كوتاه كرده وتعدادی دیگر را در مدار آورد. در صورت‌استفاده از تعداد بیشتری سیم‌پیچ كه نیروی‌محركه القا شده در تعدادی از آنها در جهت‌مخالف ولتاژ اصلی است و نیز استفاده از تعدادبیشتری كلید الكترونیكی، می‌توان محدوده‌وسیعی را برای ولتاژ خروجی ایجاد كرد.
تغییردهنده‌های ولتاژ مكانیكی، همواره‌سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور كه جریان‌كمتری دارد، نصب می‌شود. اما در نوع الكترونیكی، برای كاهش هزینه و دستیابی‌به محدوده وسیعتر برای ولتاژ خروجی،تغیردهنده در سمت اولیه ترانس یا در ثانویه‌و در صورت لزوم در هر دو سمت می‌توانداستفاده نشود. از سوی دیگر، استفاده از تغییردهنده‌های ولتاژ الكترونیكی مشكلات ومحدودیتهایی نیز دارد، هزینه بالای‌كلیدهای الكترونیك موردنیاز كه باید تحمل‌جریان و ولتاژ زیادی را داشته باشند، تلفات‌این كلیدها درحالت كار كه جریان از آنها عبورمی‌كند و سیمپیچهای خاصی كه برای تأمین‌محدوده مورد نظر به منظور تأمین ولتاژخروجی موردنیاز هستند، از جمله این موارداست. بنابراین هدف اصلی كاهش تعدادكلیدهای الكترونیكی موردنیاز، پایین آوردن‌ظرفیت آنهاو استفاده از سیمپیچهای كمتر وبا آرایش ساده‌تر است. این مشكلات ا جرایی‌باعث شده تا تغییردهنده‌های ولتاژ الكترونیك نتوانند با هزینه‌ای مناسب ساخته‌و به صورت تجاری بكار گرفته شوند. یك‌روش ساده ارایه شده برای اقتصادی كردن‌تغییردهنده ولتاژ الكترونیكی، كنترل زاویه فازبرای تغییر مقدار ولتاژ خروجی است. این‌روش درعین سادگی موجب ایجادهارمونیكهای مزاحم در شبكه شده كه خود به‌صورت مضاعف نیاز به هزینه‌ای برای‌استفاده از فیلترهای هارمونیكی را مطرح‌می‌كند. با توجه به توضیحات فوق، به نظرمی‌رسد تا تبدیل تنظیم‌كننده‌های ولتاژالكترونیكی به نحوی كه بتوانند به صورت‌گسترده و بخصوص برای ترانسفورماتورهای‌با ظرفیت بالا، بكار گرفته شوند، راهی‌طولانی وجود دارد.
●مدولاسیون سیكل گسسته (DCM)
مبنای كار مدولاسیون سیكل گسسته،استفاده از ترانسفورماتور با تعدادتغییردهنده‌های كمتر برای دستیابی به شكل‌موج ولتاژ خروجی موردنیاز، است. این كار باكلیدزنی و در مدار قرار دادن یا از مدار خارج كردن تعدادی از سیمپیچهای تغییردهنده‌ولتاژ ترانس، انجام می‌شود. با این كار مقدارمؤثر ولتاژ خروجی، در مقدار مطلوب، تنظیم‌می‌شود. برای كاهش هارمونیكهای تولیدید،طی عملیات تغییر سیم‌پیچ، تغییر وضعیت درلحظه عبور جریان از صفر انجام می‌شود. یك‌دوره تناوب از مدولاسیون سیكل گسسته‌نمایش داده شده است. همان طور ه در شكل(۱) دیده می‌شود از DCM برای تطبیق‌ولتاژهایی با دامنه‌های نامساوی با یكدیگراستفاده شده است. مقدار مؤثر ولتاژ خروجی با چهار عامل كنترلی M, V۱, V۰و N كنترل‌می‌شود كه V۱, V۰ به ترتیب ولتاژهای كم وزیاد موردنظر، M تعداد سیكلهای ولتاژ بالاتر(V۱) و N تعداد كل سیكهای موج در یك دوره‌مدولاسیون سیكل گسسته است. مقدار مؤثرولتاژ خروجی كه تابعی از چهار عامل كنترلی‌مزبور است را می‌توان از رابطه (۱) محاسبه‌كرد:
به عنوان مثال به ازای ۱=۰۲/۱, V۰=V۱،۲=M، ۳=N، تعداد مؤثر ولتاژ خروجی برابر۰۱۳/۱ محاسبه می‌شود.در عمل سه محدودیت برای استفاده ازDCM وجود دارد، محدودیت اول، تولیدزیرهارمونیكهاست كه خود می‌تواند به عنوان‌عامل مشكل‌زا برای سایر تجهیزات شبكه،در صورت عدول از مقادیر مجاز به شمار رود. مشكل دوم، ایجاد فلیكرو یا سوسوزدن وتغییر مقدار ولتاژ است و محدودیت سوم آن‌است كه پاسخ زمانی سیستمهایی كه با DCMتغذیه می‌شوند، باید در مقایسه باسیكل DCM به اندازه كافی طولانی باشد كه‌حالتهای گذرای شكل موج برای آن مشكلی‌به وجود نیاورد.
در مورد فلیكر یا سوسوزدن لامپها،آستانه تشخیص سوسوزدن لامپ برای افرادمختلف، متفاوت است. از سوی دیگر پاسخ‌زمانی لامپهای باتوان كم در برابر تغییر ولتاژدر مقایسه با لامپها با توان بالاتر، كوتاهتر است. یك راه حل بررسی آماری‌مشاهده‌كنندگان مختلف و میزان تشخیص‌فلیكر توسط آنها و سپس محدوده‌ای در این‌زمینه در جهت تعیین عوامل DCM است.
●ملاحظات اقتصادی
مهمترین محدودیت در بكارگیری عملی‌این تغییردهنده‌های ولتاژ، هزینه‌های نسبی‌بالای آن است. برای داشتن‌مقادیر نوعی از هزینه‌ها، هزینه مربوط به‌یك تغییردهنده ولتاژ برای ترانسفورماتور باظرفیت ۳۰ مگاولت‌آمپر و در ولتاژ ۳۴/۵كیلوولت آورده شده است. دو ستون از این‌جدول مربوط به دو نوع طراحی است كه‌كارشناسان EPRI انجام داده‌اند و ستون‌بعدی مربوط به هزینه‌های طرح ارایه شده دراین نوشتار است.
●●جمع‌بندی
در این نوشتار یك تغییردهنده ولتاژالكترونیكی ترانسفورماتور موسوم به‌تپ‌چنجر كه در مقایسه با انواع مكانیكی والكترونیكی قبلی مزایای مختلفی دارد،معرفی شده است. محدودیت اصلی‌بكارگیری این تجهیز، هزینه بالای آن است‌كه انتظار می‌رود با پیشرفت ساخت كلیدهای الكترونیكی برای توانهای بالا این هزینه‌كاهش یابد. از مزایای روش مطرح شده می‌توان به سرعت بالا و پاسخ زمانی سریع‌سیستم و هزینه كم تعمیرات ونگهداری اشاره‌كرد. در مقابل، مشكل ایجاد زیر هارمونیكها وسوسوزدن ولتاژ بیشتر مطرح است كه می‌توان‌با تنظیم مناسب عوامل كنترلی، آن را به‌مقادیر مجاز كاهش داد. یك نمونه از تغییردهنده ولتاژ فوق با ظرفیت كم (۶كیلوولت آمپر) طراحی و ساخته شده و كاهش‌هزینه ناشی از این طرح در مقایسه با انواع‌قبلی الكترونیك بین ۲۰ تا ۵۰ درصد بوده‌است. این كاهش هزینه ناشی از امكان استفاه از كلیدهای الكترونیكی با ظرفیت‌كمتر در تغییردهنده ولتاژ الكترونیكی است.
برگردان: سعید محسنی
مرجع :
IEEE Trans. On PWRD Vol.۱۳,No.۳, July ۱۹۹۸. PP.۹۵۲-۹۶۱.
ایران مسعود پزشکیان دولت چهاردهم پزشکیان مجلس شورای اسلامی محمدرضا عارف دولت مجلس کابینه دولت چهاردهم اسماعیل هنیه کابینه پزشکیان محمدجواد ظریف
پیاده روی اربعین تهران عراق پلیس تصادف هواشناسی شهرداری تهران سرقت بازنشستگان قتل آموزش و پرورش دستگیری
ایران خودرو خودرو وام قیمت طلا قیمت دلار قیمت خودرو بانک مرکزی برق بازار خودرو بورس بازار سرمایه قیمت سکه
میراث فرهنگی میدان آزادی سینما رهبر انقلاب بیتا فرهی وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی سینمای ایران تلویزیون کتاب تئاتر موسیقی
وزارت علوم تحقیقات و فناوری آزمون
رژیم صهیونیستی غزه روسیه حماس آمریکا فلسطین جنگ غزه اوکراین حزب الله لبنان دونالد ترامپ طوفان الاقصی ترکیه
پرسپولیس فوتبال ذوب آهن لیگ برتر استقلال لیگ برتر ایران المپیک المپیک 2024 پاریس رئال مادرید لیگ برتر فوتبال ایران مهدی تاج باشگاه پرسپولیس
هوش مصنوعی فناوری سامسونگ ایلان ماسک گوگل تلگرام گوشی ستار هاشمی مریخ روزنامه
فشار خون آلزایمر رژیم غذایی مغز دیابت چاقی افسردگی سلامت پوست