جستجو در تالارهای گفتگو

يادآوري مطالب تئوريك پيشنياز ورود به بحث:اگر ژنراتور با بار نامتفاوتي مواجه شود، جريانهاي بار نامتقارن را در ژنراتور ميتوان به مولفه‌هاي مثبت، منفي و صفر تجزيه كرد. مجموعه مولفه‌هاي متعادل به شرح زيرند: الف) مولفه‌هاي ترتيب مثبت: شامل سه بردار با دامنه يكسان و اختلاف فاز 120 درجه و داراي همان چرخش فاز سيستم اصلي (به عنوان مثال توالي فاز مثبت abc) و مشابه جريان بار متعادل ايجاد ميداني با سرعت سنكرون و در جهت دوران روتور مي‌كند. ب) مولفه‌هاي ترتيب منفي: شامل سه بردار با دامنه‌هاي يكسان و اختلاف فاز 120 درجه و با چرخش‌هاي فازي مخالف با مولفه‌هاي ترتيب مثبت (به عنوان مثال توالي فاز منفي abc) ايجاد ميداني با سرعت سنكرون ولي در جهت مخالف با دوران روتور كرده و لذا جريان‌هايي با دو برابر فركانس سيستم را در روتور القاء مي‌كند. ج) مولفه‌هاي ترتيب صفر: شامل سه بردار هم دامنه بدون اختلاف فاز بين يكديگر، كه اين مولفه صفر جريان هيچگونه عكس‌العمل آرميچري را ايجاد نمي‌كند. خطاهاي سيستم اغلب از نوع نامتقارن است و از آنجايي كه اين خطاها باعث عبور جريان نامتقارن در سيستم مي‌شوند، روش مولفه‌هاي نامتقارن براي محاسبات جريان و ولتاژ نقاط مختلف سيستم در خلال خطا، بسيار مفيد است. مولفه‌هاي صفر، مثبت و منفي جريان با معادلات زير بيان مي‌شوند: عدد a نشانگر اپراتوري است كه با اعمال آن به هر بردار با حفظ دامنه به اندازه 120 درجه در خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت دوران كند اين اپراتور عبارت است از عدد1 با زاويه 120 درجه كه به صورت مختلط عبارت است از: اگر اين اپراتور دو بار متوالي به يك بردار اعمال شود آنرا به اندازه 240 درجه در خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت گردش خواهد داد. در انتهاي بحث مقدمه به عوامل ايجاد جريان‌هاي نامتقارن در شبكه قدرت به شرح زير، پرداخته مي‌شود: 1- اتصال كوتاه نامتقارن (در خطوط انتقال طويل، دامنه جريان مولفه منفي در اين حالت بيشترين مقدار است). 2- هاديهاي باز در شبكه (عملكرد غلط يكي يا بيشتر از قطبهاي كليد قدرت به‌هنگام كليد‌زني و يا قطع يكي از فازها، مصداق اين مورداند) 3- شبكه قدرت نامتقارن (عدم ترانسپوزه بودن خطوط انتقال نيرو) 4- بارهاي نامتعادل صدمات ناشي از ميدان مولفه‌ منفي جريان (حاصل از عدم تقارن بار) بر ژنراتور: در صورتي كه بار الكتريكي تقارن خود را از دست بدهد، جريان ژنراتور به سه مولفه مثبت، منفي و صفر قابل تجزيه است. اثر مولفه مثبت همانند بار متعادل است و مساله‌اي بوجود نمي‌آورد. مولفه صفر نيز ميدان گردان پديد نمي‌آورد. مولفه منفي جريان ميداني در خلاف جهت گردش روتور پديد مي‌آورد اين ميدان نسبت به روتور با دو برابر سرعت سنكرون گردش مي‌كند و به همين جهت جريان‌هايي با دو برابر فركانس سيستم در سطح روتور، حلقه انتهايي نگهدارنده روتور، گوه‌ها و شيار روتور در درجات كمتر در سيم‌پيچ‌هاي ميدان (روتور) القاء مي‌كند و باعث تلفات اضافي در روتور مي‌شود. تلفات اضافي ناشي از جريان مولفه منفي استاتور، ابتدا در سطح روتور نمايان مي‌شود كه باعث برافروخته شدن سطح روتور و افزايش شديد درجه حرارت هسته روتور و خرابي ايزولاسيون سيم‌پيچي روتور در يك زمان بسيار كوتاه مي‌شود، سپس در گوه‌هاي شيار تاثير گذاشته كه اگر مقدار آن زياد باشد اين گوه‌ها را از جاي خود كنده و در طول شيار در جهت محوري حركت داده تا جايي كه به حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي برخورد كرده و باعث خرد شدن آنها شوند (لازم به ذكر است كه حلقه‌هاي نگهدارنده مذكور داراي قيمت بالا و بشكل ارزي تامين مي‌شود). جريان‌هاي مولفه منفي در دو دسته كلي زير تقسيم مي‌توان كرد: الف) جريان نامتقارن كوتاه مدت ب) جريان نامتقارن بلندمدت جريان نامتقارن كوتاه مدت نظير اتصال كوتاه يك فاز به زمين است كه بعد از مدت كوتاهي ممكن است قطع شود. جريان نامتقارن بلند مدت نظير بارهاي نامتقارن هستند كه ممكن است براي مدت طولاني ادامه داشته باشد. اين دو پديده باعث افزايش درجه حرارت و گشتاور نوساني ضربه‌اي در محور روتور و هسته استاتور مي‌شوند كه اثرات حرارتي پديده كوتاه‌مدت را در طراحي ژنراتورها به عنوان مبنا در قدرت مشخصه مواد و در شدت تلفات قسمت‌هاي محيطي روتور قرار مي‌دهند. تحليل رفتار ژنراتور سنكرون در قبال مولفه منفي جريان: توزيع جريان مولفه منفي در سطح روتور همانند توزيع جريان در روتور موتورهاي قفس سنجابي است كه اين جريان‌ها در طول (محور) روتور جاري شده و در انتها در محيط دايره‌اي، مشابه تعداد قطب‌هاي استاتور، بسته مي‌شوند. دانسيته جريان سطح روتور ژنراتور، JR، در برهه زماني ايجاد جريان مولفه منفي استاتور، از رابطه زير، كه توسط كارخانه‌هاي سازنده پيشنهاد شده است، قابل محاسبه است: JR: دانسيته جريان سطح روتور بر حسب جريان موثر بر اينچ NP: تعداد قطب FAR: راكتانس آرميچر بر حسب پريونيت D4: قطر روتور 2I: جريان مولفه منفي استاتور همانطور كه گفته شد ژنراتورها با دو نوع نامتفاوتي مواجه هستند يكي جريان‌هاي ناشي از اتصال كوتاه‌هاي نامتقارن خارجي مانند اتصال فاز به زمين، فاز به فاز و هر دو فاز با هم و زمين و ديگري جريان‌هاي بار نامتقارن. در شرايط اتصالي نامتقارن خارجي (خارج از ژنراتور) جريان‌هاي نامتقارن زياد بوده و زمان بسيار كوتاه است. در صورتي كه براي جريان‌هاي بار نامتقارن، جريان‌هاي معمولاٌ كمتر از جريان بار نامي بوده و نامتقارني خيلي كم و زمان بقاي اين پديده، زياد است بنابراين يك نوع اختلاف در حفاظت هر كدام از اين شرايط وجود خواهد داشت. تحليل رفتار ژنراتور در قبال خطاي نامتقارن (خارجي): در بررسي مسائل گرم كردن گذرا، يك استاندارد عملي اين است كه از اثرات حرارت منتقل شده به طرف محيط خنك‌كننده صرفنظر شود و در زمان بسيار كوتاه وقوع خطا (تا پاك شدن آن) با اينكه مقداري حرارت به طرف گاز خنك‌كننده جاري مي‌شود قابل اغماض فرض شده است. اثرات هدايت حرارت از طريق قسمت‌هاي فلزي نقش مهمي را در اين مساله بوجود مي‌آورد. بعضي فلزات مانند آلومينيوم و مس مي‌توانند مقادير زيادي از حرارت را دورتر از نقاط گرم موضعي منتقل كنند در حالي كه فولادهاي غير مغناطيسي مانند عايق‌هاي حرارتي عمل مي‌كنند. بعنوان مثال در نظر بگيريد اثرات گذرا بر روي تركيب‌هاي مختلفي از گوه‌هاي شيار سيم‌پيچي ميراكننده، محاسبه‌اي را براي توزيع نامي جريان مي‌توان انجام داد. در يك شيار نمونه حاوي گوه‌هاي آلومينيومي و سيم‌پيچي ميرا‌كننده مسي تقريباً‌كل جريان عبوري از يك گام شيار معين از گوه‌ها عبور خواهد كرد. البته باستثناء مسيرهاي رابط بين گوه‌هاي مجاور، تجزيه و تحليل انتقال حرارت گذرا نشان مي‌دهد كه بر اساس كل حجم گوه‌ها و سيم پيچ‌هاي ميراكننده، حرارت توليد شده جذب مي‌شود. برعكس، با استفاده از گوه‌هاي فولادي (غيرمغناطيس) و يك سيم‌پيچ ميراكننده مسي، جريان تقريباً‌ به طور مساوي بين گوه‌ها و سيم‌پيچ‌ ميراكننده تقسيم مي‌شود. تجزيه و تحليل انتقال حرارت در اين مجموعه نشان مي‌دهد كه گوه‌هاي فولادي (غيرمغناطيسي) مانند عايق‌هاي حرارتي عمل كرده و اين امر ناشي از پايين بودن ضريب هدايت حرارتي آنها است. بنابراين آنها تقريباً‌حرارتي را از سيم پيچ‌هاي ميراكننده جذب نمي‌كنند. در نتيجه سيم پيچ‌هاي ميراكننده با سرعت زيادي گرم مي‌شوند كه سرعت آن تقريباً برابر است با دو برابر سرعت در حالت استفاده از گوه‌هاي آلومينيومي و يك سيم‌پيچ ميراكننده مسي. اين وضعيت در انتهاي گوه‌ها ، جايي كه اغلب جريان بايد به سيم‌پيچهاي ميراكننده منتقل شود حادتر و توليد حرارت در اين مكان بيشتر است. اثر عايقي فولادي (غيرمغناطيسي) مورد مهمي را در طراحي حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي و سيم‌پيچ‌هاي ميراكننده تشكيل مي‌دهد. نتايج آزمايش نشان داده است كه افزايش درجه حرارت در محل مشترك حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي و سيم‌پيچ ميراكننده، مقدار بالايي دارد. با درك اين حقيقت كه درجه حرارت زياد در اين نقطه مربوط مي‌شود به توليد حرارت و مقاومت اتصال و هر دو پديده در سطح حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي، اتفاق مي‌افتد، به يك نتيجه مهم مي‌توان دست يافت. ابتدا مقايسه اطلاعات به ما اجازه مي‌دهد كه متوسط درجه حرارت حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي را محاسبه كنيم و بر اساس پديده گذرا، متوسط درجه حرارت به مقدار خيلي زياد از درجه حرارت سطح حلقه‌هاي نگهدارنده كمتر خواهد شد چون انبساط حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي فقط تابعي از درجه حرارت متوسط است. اين محاسبات نشان مي‌دهد كه از دست رفتن سلامت حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي به عنوان يك عامل، بيشتر از محدوديت‌هاي ديگر ظاهر مي‌شود كه محدوديت‌هاي ديگر شامل اضافه ولتاژ و فساد تدريجي ماده تشكيل دهنده آن است. يك عامل مهم ديگر كه بايد به اطلاعات جمع‌شده از طريق آزمايش اضافه شود عبارت است از اثر مولفه DC جريان استاتور در جاري شدن جريان با فركانس‌ نامي روي سطح روتور نشان داده شده است كه ثابت‌هاي زماني چنين جريان‌هايي بسيار كوتاه است، اما مقادير اوليه براي حالت جابجايي (آفست) كامل بسيار زياد است. با اينكه ضريب 2√ بيشتر براي كم كردن اثر مولفه با فركانس نامي بوسيله حساب كردن ضريب نفوذ است. استانداردهاي جديد پيشنهادي لازم مي داند كه ژنراتور بايد اثرات حرارتي خطاهاي نامتعادل را در ترمينال‌هاي خود تحمل كند، اين اثرات شامل مولفه‌هاي DC القاء شده نيز هستند. بعلت پيچيدگي مسائل مربوط به انتقال حرارت، كارخانه‌هاي سازنده ژنراتور جهت پي‌بردن به اثرات ناشي از حرارت مولفه منفي مبادرت به آزمايش‌هاي گسترده‌اي كرده‌اند، براي هر يك از ماشين‌هاي آزمايش شده، سعي كرده‌اند كه در طراحي، قدرت تحمل ژنراتورها را در برابر جريان‌هاي ناشي از مولفه منفي بهبود بخشند. عواملي مانند حلقه‌هاي اتصال كوتاه در انتهاي روتورها، مواد مختلفي كه در ساخت گوه‌هاي شيار بكار برده مي‌شوند. تغييراتي در طراحي سيم پيچ‌هاي ميراكننده در شيارهاي سيم پيچ و حلقه‌هاي نگهدارنده انتهايي و اثرات ميراكننده روي قطب مورد ارزيابي قرار گرفته است و هنگامي كه بهبودهايي بدست مي‌آيد اين روش‌هارا در طراحي بهينه ماشين منظور مي‌دارند. در شرايط اتصالي نامتقارن، گرم شدن كوتاه مدت ژنراتور مورد توجه است، زيرا در اين حالت تلف گرمايي ناچيز بوده و گرماي ايجاد شده كلاً در ظرفيت حرارتي روتور ذخيره خواهد شد.