تحلیل و شبیه سازی اثر بارهای غیر خطی بر تلفات ترانسفورماتور

از دیدگاه کیفیت توان، حد اقل بودن میزان انحراف شکل موج ولتاژ و جریان از شکل موج سینوسی دارای اهمیت بسیار است. وسایل الکتریکی مدرن و کم مصرف که از تجهیزات الکترونیک قدرت بهره می برند، دارای ماهیت عمل کرد غیر خطی بوده و جریان غیر سینوسی (هارمونیکی) از شبکه دریافت می کنند که موجب افزایش اعوجاج هارمونیکی در شبکه الکتریکی می شوند. وجود هارمونیک ها در سیستم های الکتریکی می تواند روی عمل کرد شبکه و تجهیزات الکتریکی از جمله ترانسفورماتور ها و همچنین بارهای مصرف کنندگان تاثیر گذار باشد. در این پایان نامه رفتار ترانسفورماتورهای سه فاز در شرایط بارگذاری با بار غیر خطی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی ترانسفورماتور سه فاز دز یک شبکه نمونه با استفاده از نرم افزار matlab انجام گرفته است. تاثیر بارهای متشکل از عناصر خطی و غیر خطی با تجزیه و تحلیل جریان عبوری از ترانسفورماتور انجام شده است. شکل موج جریان های طرف اولیه و ثانویه نرانسفورماتور، بوسیله تبدیل فوریه سریع تجزیه شده و مقادیر مولفه اصلی و مرتبه های هارمونیکی آن بدست آمده است. بر این اساس تلفات اهمی و تلفات ناشی از جریان های گردابی و سرگردان در ترانسفورماتور، شاخص تلفات هارمونیکی، جریان های موثر و اصلی و هارمونیکی، توان های اصلی و اعوجاجی و ظاهری، میزان افزایش حرارت دمای روغن و نقطه داغ سیم پیچ ها محاسبه شده است. به منظور انجام کار میدانی از خط تامین کننده انرژی الکتریکی کارخانه نورد فولاد نمونه برداری کردیده و مولفه جریان های هارمونیکی حاصل از اندازه گیری برای دو حالت بارگذاری با بار خطی و غیر خطی باهم مقایسه گردیده اند. این نتایج، نشان دهنده افزایش تلفات در اثر بارگذاری ترنسفورماتور با بار کامل غیر خطی می باشند. به دلیل افزایش تلفات جریان گردابی سیم پیچ ها متناسب با توان دوم مرتبه های هارمونیکی، بیشترین درصد افزایش تلفات در جریان گردابی مشاهده می گردد. با این حال سهم تلفات اهمی از مجموع تلفات ترانسفورماتور بیش از 70% بوده و باقی مانده متعلق به تلفات جریان های گردابی و سرگردان می باشد. در ادامه بذای محاسبه مقادیر مربوط به ضرایب تلفات سرگردان و گردابی، شاخص تلفات هارمونیکی، تلفات اهمی و سرگردانو گردابی، میزان جریان ها و توان ها و نیز افزایش دمای روغن و نقطه داغ سیم پیچ ها از شیوه ارائه شده در استاندارد teee std c57.110-1998 استفاده گردیده است. محاسبات در دو قسمت با استفاده از اطلاعات مربوط به میانگین مجموع اعوجاج هارمونیکی جریان بدست آمده و همچنین مجموع جریان های هارمونیکی ثبت شده توسط دستگاه اندازه گیری در طول دوره نمونه برداری، انجام گرفته است. تلفات اهمی سیم پیچ ها و تلفات جریان های گردابی و سرگردان محاسبه شده به روش فوق نسبت به مقادیر محاسبه شده با استفاده از مقدار میانگین اعوجاج هارمونیکی جریان، کاهش را نشان داده اند. نتایج اندازه گیری ها نشان می دهند که چنانچه از مقدار متوسط ضریب اعوجاج هارمونیکی برای محاسبه تلفات و دیگر شاخص ها استفاده شود خطایی در حد 15% حاصل می شود. لذا چنانچه امکان اندازه گیری طولانی مدت وجود نداشته باشد با استفاده از مقدار میانگین مجموع اعوجاج هارمونیکی جریان برای محاسبه شاخص ها قابل توجیه است.