دانلود مقاله موتور الکتریکی

میدان مغناطیسی چرخنده به عنوان مجموعی از بردارهای مغناطیسی کوئل‌های سه‌فازه.

یک موتور الکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند.

عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود.

این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند.

اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود.

در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند.

در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه و بخش ثابت ایستانه (استاتور) خوانده می‌شود.

موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است.

گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود.

در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود.

با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند.

برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیت هایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

فهرست مندرجات ۱ موتورهای دی‌سی ۱.۱ موتورهای میدان سیم پیچی شده ۲ موتورهای یونیورسال ۳ موتورهای AC ۳.۱ موتورهای AC تک فاز ۳.۲ موتورهای AC سه فاز ۴ موتورهای پله‌ای ۵ موتورهای خطی ۶ منابع موتورهای دی‌سی یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد.

یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود.

وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود.

این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است.

یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند.

سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است.

معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم‌پیچ) در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می‌شود.

بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می‌کنند.

اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است.

سایش جاروبک ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند.

نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند.

اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نوفه (نویز) الکتریکی در مدار متصل می‌کند.

این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده آهنرباهای دائم در (ایستانه) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد.

با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم.

اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت.

می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم.

این تکنیک برای کشش الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است.

اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند.

اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) هم‌زمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود.

در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند.

جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

موتورهای AC موتورهای AC تک فاز معمولترین موتور تک فاز موتور هم‌زمان قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی، تندپزها (اجاقهای ماکروویو) و دیگر لوازم خانگی کوچک.

نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود.

عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگ‌تری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکت های تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می‌شوند.

خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند.

هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.

موتورهای AC سه فاز برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود.

این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند.

اغلب، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند.

از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است.

برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از بسامد منبع تغذیه اعمالی به موتور، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد.

استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است.

به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید.

موتورهای هم‌زمان (سنکرون) را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین چرخانه و میدان ایستانه، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند.

تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت.

به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن بسامد منبع تغذیه، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود.

یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است.

موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند.

موتورهای پله‌ای کنترل شده با رایانه یکی از فرمهای سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند .

موتورهای خطی یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد.

موتورهای خطی اغلب موتور های القایی یا پله‌ای هستند.

می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر مگلو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد.

موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند.

می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر مگلو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند .

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشک در ژوئیه 1999، شرکت ABB، یک ترانسفور ماتور فشار قوی خشک به نام “Dryformer “ ساخته است که نیازی به روغن جهت خنک شدن بار به عنوان دی الکتریک ندارد.در این ترانسفورماتور به جای استفاده از هادیهای مسی با عایق کاغذی از کابل پلیمری خشک با هادی سیلندری استفاده می شود.تکنولوژی کابل استفاده شده در این ترانسفورماتور قبلاً در ساخت یک ژنراترو فشار قوی به نام "Power Former" در شرکتABB به کار گرفته شده است.

نخستین نمونه از این ترانسفورماتور اکنون در نیروگاه هیدروالکترولیک “Lotte fors” واقع در مرکز سوئد نصب شده که انتظار می رود به دلیل نیاز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هایی که از ایمنی بیشتری برخوردار باشند و با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری داشته باشند، با استقبال فراوانی روبرو گردد.

ایده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه 90 مطرح شد.

بررسی، طراحی و ساخت این ترانسفورماتور از بهار سال 1996 در شرکت ABB شروع شد.

ABB در این پروژه از همکاری چند شرکت خدماتی برق از جمله Birka Kraft و Stora Enso نیز بر خوردار بوده است.

تکنولوژی ساخت ترانسفورماتور فشار قوی فاقد روغن در طول عمر یکصد ساله ترانسفورماتورها، یک انقلاب محسوب می شود.

ایده استفاده از کابل با عایق پلیمر پلی اتیلن (XLPE) به جای هادیهای مسی دارای عایق کاغذی از ذهن یک محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش کرده است.

تکنولوژی استفاده از کابل به جای هادیهای مسی دارای عایق کاغذی، نخستین بار در سال 1998 در یک ژنراتور فشار قوی به نام “ Power Former” ساخت ABB به کار گرفته شد.

در این ژنراتور بر خلاف سابق که از هادیهای شمشی ( مستطیلی ) در سیم پیچی استاتور استفاده می شد، از هادیهای گرد استفاده شده است.

همانطور که از معادلات ماکسول استنباط می شود، هادیهای سیلندری ، توزیع میدان الکتریکی متقارنی دارند.

بر این اساس ژنراتوری می توان ساخت که برق را با سطح ولتاژ شبکه تولید کند بطوریکه نیاز به ترانسفورماتور افزاینده نباشد.

در نتیجه این کار، تلفات الکتریکی به میزان 30 در صد کاهش می یابد.

در یک کابل پلیمری فشار قوی، میدان الکتریکی در داخل کابل باقی می ماند و سطح کابل دارای پتانسیل زمین می باشد.در عین حال میدان مغناطیسی لازم برای کار ترانسفورماتور تحت تاثیر عایق کابل قرار نمی گیرد.در یک ترانسفورماتور خشک، استفاده از تکنولوژی کابل، امکانات تازه ای برای بهینه کردن طراحی میدان های الکتریکی و مغناطیسی، نیروهای مکانیکی و تنش های گرمایی فراهم کرده است.

در فرایند تحقیقات و ساخت ترانسفورماتور خشک در ABB، در مرحله نخست یک ترانسفورماتور آزمایشی تکفاز با ظرفیت 10 مگا ولت آمپر طراحی و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمایش گردید.

“ Dry former” اکنون در سطح ولتاژ های از 36 تا 145 کیلو ولت و ظرفیت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.

نیروگاه مدرن Lotte fors ترانسفورماتور خشک نصب شده در Lotte fors که بصورت یک ترانسفورماتور – ژنراتور افزاینده عمل می کند ، دارای ظرفیت 20 مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ 140 کیلو ولت کار می کند.

این واحد در ژانویه سال 2000 راه اندازی گردید.

اگر چه نیروگاه Lotte fors نیروگاه کوچکی با قدرت 13 مگا وات بوده و در قلب جنگلی در مرکز سوئد قرار دارد اما به دلیل نوسازی مستمر، نیروگاه بسیار مدرنی شده است.

در دهه 80 میلادی ، توربین های مدرن قابل کنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال 1996، کل سیستم کنترل آن نوسازی گردید.

این نیروگاه اکنون کاملاً اتوماتیک بوده و از طریق ماهواره کنترل می شود.

ویژگیهای ترانسفورماتور خشک ترانسفورماتور خشک دارای ویژگیهای منحصر بفردی است از جمله: 1- به روغن برای خنک شده با به عنوان عایق الکتریکی نیاز ندارد.

2- سازگاری این نوع ترانسفورماتور با طبیعت و محیط زیست یکی از مهمترین ویژگی های آن است.

به دلیل عدم وجود روغن، خطر آلودگی خاک و منابع آب زیر زمینی و همچنین احتراق و خطر آتش سورزی کم میشود.

3- با حذف روغن و کنترل میدانهای الکتریکی که در نتیجه آن خطر ترانسفور ماتور از نظر ایمنی افراد ومحیط زیست کاهش می یابد، امکانات تازه ای از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم میشود.به این ترتیب امکانات نصب ترانسفورماتور خشک در نقا شهری و جاهایی که از نظر زیست محیطی حساس هستند، فراهم میشود.

4- در ترانسفورماتور خشک به جای بوشینگ چینی در قسمتهای انتهایی از عایق سیسیکن را بر استفاده میشود.

به این ترتیب خطر ترک خوردن چینی بوشینگ و نشت بخار روغن از بین میرود.

5- کاهش مواد قابل اشتعال، نیاز به تجهیزات گسترده آتش نشانی کاهش میدهد.

بنابراین از این دستگاهها در محیط های سر پوشیده و نواحی سرپوشیده شهری نیز می توان استفاده کرد.

6- با حذف روغن در ترانسفورماتور خشک، نیاز به تانک های روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن کاملاً از بین میرود.بنابراین کار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال کابلها و نصب تجهیزات خنک کننده خواهد بود.

7- از دیگر ویژگی های ترانسفورماتور خشک، کاهش تلفات الکتریکی است.

یکی از راههای کاهش تلفات و بهینه کردن طراحی ترانسفورماتور، نزدیک کردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژی تا حد ممکن است تا از مزایای انتقال نیرو به قدر کافی بهره برداری شود.

با بکار گیری ترانسفورماتور خشک این امر امکان پذیر است .

8- اگر در پست، مشکل برق پیش آید، خطری متوجه عایق ترانسفورماتور نمی شود.

زیرا منبع اصلی گرما یعنی تلفات در آن تولید نمی شود.بعلاوه چون هوا واسطه خنک شدن است و هوا هم مرتب تعویض و جابجا می شود، مشکلی از بابت خنک شدن ترانسفورماتور بروز نمی کند.

نخستین تجربه نصب ترانسفررماتور خشک ترانسفورماتورخشک برای اولین بار در اواخر سال 1999 در Lotte fors سوئد به آسانی نصب شده و از آن هنگام تاکنون به خوبی کار کرده است.

در آینده ای نزدیک دومین واحد ترانسفورماتور خشک ساخت ABB (Dry former ) در یک نیروگاه هیدروالکتریک در سوئد نصب می شود.

چشم انداز آینده تکنولوژی ترانسفورماتور خشک شرکت ABB در حال توسعه ترانسفورماتور خشک Dryformer است.

چند سال اول از آن در مراکز شهری و آن دسته از نواحی که از نظر محیط زیست حساس هستند، بهره برداری می شود.

تحقیقات فنی دیگری نیز در زمینه تپ چنجر خشک، بهبود ترمینال های کابل و سیستم های خنک کن در حال انجام است.

در حال حاضر مهمترین کار ABB، توسعه و سازگار کردن Dryformer با نیاز مصرف کنندگان برای کار در شبکه و ایفای نقش مورد انتظار در پست هاست.

منبع : 1 - مجله T&D – - آگوست 1999 2- مجله -PEI - مه 2000 3- h یکسو کننده های کنترل شده یکسو کننده های دیودی تنها قادر به تامین یک ولتاژ خروجی ثابت میباشند.برای رسیدن به یک ولتاژ قابل تنظیم در خروجی از تریستورهای کنترل فاز به جای دیود استفاده می شود.ولتاژ خروجی یکسو کننده های تریستوری با کنترل زاویه آتش یا تاخیر تریستور ها تغییر داده می شود.

یک تریستور با کنترل فاز به وسیله یاعمال یک ژالس کوتاه روی گیت آن روشن و بوسیله ی کموتاسیون طبیعی یا کموتاسیون خط خاموش می شود.

در حالتی که بار بشدت سلفی باشد با آتش کردن تریستور دیگر یکسو کننده هنگام سیکل منفی ولتاژورودی تریستور تریستور خاموش می شود.

یکسو کننده های کنترل فاز ساده وارزان هستند و بازده آنها معمولا بالای ۹۵٪ است.

از آنجایی که این یکسو کننده ها ولتاژ متناوب ac را به ولتاژ مستقیم dc آنها را مبدلهای ac به dc می نامند که بطور وسیعی در کاربرد های صنعتی بخصوص در موتورهای دور متغییر با توان در حد کسری از اسب بخار تا حد مگا وات بکار می روند.

مبدلهای کنترل فاز بسته به منبع ورودی به دو دسته تقسیم می شوند :۱) مبلهای تکغاز ۲) مبدلهای سه فاز هر دسته را می توان به سه زیر دسته :۱) مبدل نیمه ۲) مبدل کامل ۳)مبدل دو تایی تقسیم کرد مبدل نیمه یک مبدل یک ربعی است که ولتاژ و جریان خروجی آن یک جهت دارند.

مبدل کامل یک مبدل دو ربعی است که قطبیت ولتاژ خروجی آن می تواند مثبت یا منفی باشد.

گرچه جریان خروجی یک مبدل کامل فقط یک جهت دارد.

مبدل دوتایی می تواند در چهار ربع کار کند و هم ولتاژ و هم جریان خروجی آن می تواند مثبت یا منفی باشند.در برخی کاربردها مبدلها بصورت سری متصل می شوند تا قابلیت کارکرد در ولتاژهای بالاتر را داشته و نیز ضریب توان ورودی را بهبود ببخشند.

مقدمه: بطورمعمول در سیستم قدرت بین قدرتهای الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه ای برقرار است و هیچگونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی گیرد در چند دهه ی اخیر سیستم های ذخیره ساز انرژی با انگیزه های متفاوتی به منظور بهبود عملکرد سیستم قدرت، مورد توجه قرار گرفته اند استفاده از ذخیره سارهای انرژی با ظرفیت بالا به منظور تراز ساری منحنی مصرف و افزایش ضریب بار، از اولین کاربردهای ذخیره انرژی در سیستم قدرت در جهت بهره برداری اقتصادی می باشد.

ذخیره ساز انرژی را می توان در بهبود عملکرد دینامیکی سیستم نیز بکار برد.

از اوایل دههً هفتاد مفهوم ذخیره سازی انرژی الکتریکی به شکل مغناطیسی مورد توجه قرار گرفت.

با ظهور تکنولژی ابر رسانایی، کاربردهای گوناگونی برای این پدیده فیزیکی مطرح شد.

از معروف ترین این کاربردها می توان به SMES اشاره کرد.

در SMES انرژی در یک سیم پیج با اندوکتاس بزرگ که از ابر رسانا ساخته شده است، ذخیره می شود.

ویژگی ابر رسانا یی سیم پیچ موجب می شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بالا و در حدود 95% باشد بطور خلاصه مهم ترین قابلیت SMESجدا سازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد.

ابر رسانایی : برخی از فلزها ، آلیاژها یا ترکیبهای فلزها هستند که در دماهای پایین نزدیک به صفر مطلق ،مقاوت الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی خود را از دست میدهند و رسانایی الکتریکی آنها بینهایت زیاد میشود ، محدوده دمایی به ماهیت ماده بستگی دارده ، که از حدود 0.5 تا 18 درجه کلوین است ، خاصیت ابر رسانایی در فلزات قلیایی، فلزهای نجیب و مواد فرو مغناطیس مشاهد نشده است ، بلکه به طور عمده در عنصرهایی که اتم آنها 3، 5 یا 7 الکترون در لایه ظرفیت خود دارد و مقاومت الکتریکی آنها در دمای معمولی زیاد است SMES اولین سیستم اولین نظرییه ها در مورد این سیستم توسط فرریهFerrier در سال 1969 مطرح شد او سیم پچی بزرگ مارپیچی که توانایی ذخیره انرژی روزانه کل فرانسه داشت پیشنهاد کرد.

که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن کسی پیگیری نکرد.

در سال 1971 تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحثهای بنیادی اثر متقابل مابین انرژی ذخیره شده و سیستم های چند فازه منجربه ساخت اولین دستگاه شد.

هیتاچی در سال 1986 یک دستگاه SMES به میزان 5MJ را ساخت وآزمایش کرد.در سال 1998 یک SMES 100KWH توسط ISTEC در ژاپن ساخته شد.

SMES انرژی الکتریکی را در میدان مغناطیسی ناشی از جریانDC جاری در سیم پیچ ذخیر می شود.

اگر سیم پیچ از موادی مثل مس باشد انرژی مغناطیسی زیادی در سیم به خاطر مقاومت بیهوده تلف می شود ؛ اگر سیم از جنس ابر رسانا باشد انرژی در حالت (( پایا)) وتا زمانی که لازم است ذخیره شود.

ابررساناها در مقابل جریان DC مقاومت ندارند و به همین دلیل در دمای پایین تلفات اهمی ا محو میکنند در کابرد AC جریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات میتواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند.

برای هر دوحالت کاری AC DC انرژی زیادی ذخیره میشود.

بهینه ترین دما برای دستگاهها 77-50 کلوین است انرژی ذخیره شده در سیم پیچ برابر است با : حجم چگالی انرژی : تغییر اندازه سیم پیچی ها وابسته است به میزان انرژی ذخیره شده در آن.

ابررسانای مناسب برای این کاربرد niobium-titanium آلیاژ است.که باید در دمای هلیوم مایع نگهداری شود.

ابررساناهای با دمای بالا در دمای نیتروژن مایع یا بالاتر عمل میکنند ؛ آنها تکنولوژی پیشرفته نداشته و برای کارهای با ابعاد بزرگ طراحی می شوند بانک خازنی ( قسمت اول ) انواع توان در شبکه های توزیع می دانیم در شبکه های جریان متناوب توان ظاهری که از مولدها دریافت می شود به دو بخش توان مفید و غیر مفید تقسیم می شود .

نحوه این تقسیم به شرایط مدار بستگی دارد به این معنی که هر قدر ضریب توان (CosΦ) به یک نزدیکتر باشد سهم توان مفید بیشتر است .

این اتفاق در مدارتی رخ می دهد که مصارف اهمی آن بیشتر است .مانند سیستمهای روشنایی یا تولید گرما توسط انرژی برق .

اما می دانیم که سهم عمده مصارف شبکه ها را مصرف کننده های (اهمی – سلفی ) دریافت می کنند .

مانند الکتروموتورها – ترانسفورماتورهای توزیع – چوکها و ....

که درآنها سیم پیچ یا سلف نقش اصلی را ایفا می کند .

در سیمپیچها به علت خاصیت ذخیره سازی انرژی الکتریکی بصورت میدان مغناطیسی توان همواره بین شبکه و سلف رد و بدل می شود .

سلف در یک چهارم زمان تناوب توان دریافت می کند و در یک چهارم بعدی زمان ، توان را به شبکه پس می دهد .

درست است که نتیجه ریاضی این عمل یعنی عدم مصرف انرژی زیرا توان داده شده به سلف با توان دریافت شده از ان برابر است اما در عمل این اتفاق رخ نمی دهد زیرا توان پس داده شده به شبکه امکان استفاده را برای مولد ایجاد نمی کند و این توان در هر حالتی از مولد دریافت شده است .

و برای رسیدن به مصرف کننده اهمی – سلفی از شبکه توزیع شامل : سیمها – کابلها و ...

عبور کرده است .

نتیجه اینکه سلف توانی را از مولد دریافت می کند اما این توان را به شبکه پس می دهد .

این توان قابل استفاده نیست و در مسیر عبور تلف می شود .

پس مقدار از توان تلف می شود .

مصرف کننده های فوق برای انجام اینکار به توان مذکور نیاز دارند اما این توان برای شبکه مضر است و زیانهای زیر را در پی دارد : - اضافه شدن جریان مولد و درنتیجه نیاز به مولدهایی با توانهای بیشتر - چون جریان شبکه زیاد می شود به سیمها و کابلهایی با سطح مقطع بالاتر برای کاهش افت ولتاژ نیاز است که این موضوع هزینه اولیه شبکه را افزایش می دهد .

- اتلاف توان در شبکه های توزیع بصورت حرارت روی می دهد در نتیجه هر کاری کنید نمی توانید از این اتلاف جلوگیری کنید .

نتیجه این اتلاف توان ،کاهش ولتاژ مصرف کننده می باشد که این موضع راندمان مصرف کننده را پایین می آورد .

- نمی توان این توان را به مصرف کننده های اهمی سلفی تحویل نداد زیرا کار آنها مختل می شود .

خازن ناجی شبکه های تولید و توزیع توان هم در خازنها بصورت توان غیر مفید است درست مانند سلفها در یک چهارم پریود موج متناوب ،توان دریافت می کنند و در یک چهارم بعدی توان را تحویل می دهند پس خازنها هم مانند سلفها باعث افرایش توان راکیتو ( غیر مفید ) شبکه می شوند اما اتفاق بامزه زمانی روی می دهد که خازن و سلف با هم در شبکه قرار گیرند .

این دو برعکس هم عمل می کنند .

یعنی زمانی که سلف توان می گیرد خازن توان می دهد و زمانی که سلف توان می دهد خازن توان می گیرد .

پس توانهای غیر مفید این دو فقط یکبار از شبکه دریافت می شود و در زمانهای بعد بین آنها تبادل می شود بدون اینکه مولد این توان را تحمل کند .

پس مصرف کننده های اهمی سلفی توان راکتیو خود را دریافت می کنند و مولد و شبکه توزیع آنرا تولید و پخش نمی کنند زیرا این کار را خازن انجام می دهد .

این خازنها از حالا به بعد ، خازنهای اصلاح ضریب توان نام می گیرند و وظیفه آنها تامین توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده های اهمی سلفی است .

اتصال خازن به شبکه خازنهای اصلاح ضریب توان باید در شبکه بصورت موازی قرار گیرند .

برای اینکار در شبکه های تکفاز باید به فاز و نول وصل شوند و در شبکه های سه فاز پس از اتصال بصورت ستاره یا مثلث آنگاه به سه فاز متصل می شوند .

مانند نقشه زیر : http://f7.yahoofs.com/users/4456488ezb5f4a273/2410scd/__sr_/b751scd.jpg?phA2qgFBUSfLnIJQ http://f7.yahoofs.com/users/4456488ezb5f4a273/2410scd/__sr_/4c16scd.jpg?phA2qgFBsRpE589O این خازنها باید از انواعی انتخاب شوند که بتوانند دایمی در مدار قرار گیرند پس باید بتوانند ولتاژ شبکه را تحمل کنند در محاسبه خازن از انواعی استفاده می شود که ولتاژ مجاز آنها 15% بیشتر از ولتاژ شبکه باشد .

محاسبه خازن نقش خازن در شبکه کاهش توان راکتیو مصرف کنند های اهمی – سلفی از دید مولدها است .

با این اتفاق ضریب توان مفید به یک نزدیک می شود .

پس با کنترل ضریب توان امکان کنترل توان راکتیو وجود دارد .

این کار بکمک یک کسینوس فی متر صورت می گیرد .

یعنی بکمک کسینوس فی متر می توان دریافت که ضریب توان و در نتیجه توان راکتیو در چه وضعیتی قرار دارد .

دامنه تغییرات ضریب توان (CosΦ) : نمودار زیر دامنه تغییرات ضریب توان را نشان می دهد .

http://f7.yahoofs.com/users/4456488ezb5f4a273/2410scd/__sr_/9331scd.jpg?phA2qgFBx_CvxMEa خازن مذکور باید برابر نیاز شبکه باشد در غیر اینصورت خود توان راکتیو از مولد دریافت می کند و همچنین سبب افزایش ولتاژ آن می شود .

پس باید خازن مطابق نیاز شبکه محاسبه شود .

پرسش : شبکه به چه مقدار خازن نیاز دارد ؟

پاسخ : مقداری که ضریب توان را به یک نزدیک کند .

این مقدار خازن خود توان راکتیوی ایجاد می کند که توان راکتیو مصرف کننده اهمی – سلفی را جبران می کند .

پس مقدار خازن به مقدار توان راکتیو مدار بستگی دارد .

هر قدر این توان قبل از خازن گذاری بیشتر باشد ، اندازه خازن نیز بزرگتر خواهد بود .

با توجه به مطالب گفته شده باید برای محاسبه خازن دو مقدار مشخص شود : یک – مقدار ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری دو – مقدار ضریب توان شبکه بعد از خازن گذاری که انتظار داریم شبکه به آن برسد سه - اندازه توان اکتیو پس از تعیین این مقادیرمراحل زیر را پی می گیریم .

برای مقدار ضریب توان مطلوب مثلا عدد 9/0 مقدار خوبی است .

حال دو مقدار ضریب توان داریم یکی ضریب توان شبکه قبل از خازن گذاری و دیگری ضریب توان مطلوب که می خواهیم با گذاردن خازن به آن برسیم .

بکمک رابطه زیر مقدار توان راکتیو مورد نظر را که با آمدن خازن تامین می شود محاسبه می کنیم .

( توجه : در خرید خازنهای اصلاح ضریب توان بجای فارد برای تعیین ظرفیت خازن از میزان توان راکتیو آن خازن سخن گفته می شود.) محاسبه خازن در این مرحله تمام می شود و مقدار توان بدست آمده همان مقدار خازن موردنیاز است .

Q = P .

F باسلام در این درس مفاهیم بیشتری در باره توان راکتیو فراخواهید گرفت .

منظور از توان راکتیو چیست ؟

در مصرف کننده هایی که بین ولتاپ و جریان آنها اختلاف فاز وجود دارد توان دارای دو مقدار مثبت و ومنفی است .

به این معنی که مصرف کننده گاهی از شبکه توان می کشد و گاهی به آن توان می دهد .

این موضوع سبب ایجاد توان راکتیو می شود .

ار آنجایی که در این مصرف کننده ها امکان صفر کردن اختلاف فاز ممکن نیست نتیجه این می شود که توان راکتیو را نیم توان از بین برد .

آیا توان راکتیو لازم است ؟

آری زیرا ماهیت کار این وسایل داشتن توان راکتیو است .

مثلا در یک الکتروموتور نمی توان بدون توان راکتیو نیروی الکتروموتوری ایجاد نمود .

توان راکتیو برای شبکه مفید است یا مضر ؟

این توان سبب اضافه شدن جریان شبکه و در نتیجه افزایش تلفات توان در مسیر سیم کشی بصورت حرارت می شود .

انواع توان راکتیو کدامند ؟

در الکتریسته دو عنصر خازن و سلف توان راکتیو ایجاد می کنند پس در نتیجه توان راکتیو دارای دو نوع سلف و خازنی است .

آیا می توان مقدار توان راکتیو یک شبکه را کاهش داد بدون اینکه مصرف کننده دوچار اخلال شود ؟

آری برای این منظور کافی است توان راکتیو مورد نیاز مصرف کننده را از راهی غیر از شبکه تامین نمود .

به این منظور با توجه به ماهیت سلف و خازن که عکس هم عمل میکنند کافی است برای کاهش توان راکتیو خازنی از توان راکتیو سلفی استفاده کرد و برعکس .

از انجائیکه بیشتر مصرف کننده های یک شبکه از نوع سلفی می باشند می توان با استفاده از بانک خازنی به این مهم دست پیدا کرد .

ولت آمپر یا VA به چه معنا است ؟

ولت امپر واحد اندازه گیری توان ظاهری کل مدار است که این توان از حاصل ضرب جریان مصرف کننده در ولتاژ آن بدست می آید .

راه دیگر محاسبه توان ظاهری جمع برداری توانهای اکتیو و راکتیو است .

که بصورت زیر باهم جمع می شوند :