AC/DC

[یازهرا اغیثینی]

[FONT=&quot]تاریخچه انتقال انرژی الکتریکی[/FONT][FONT=&quot]:[/FONT][FONT=&quot][/FONT]
[FONT=&quot] [/FONT]
[FONT=&quot]
[/FONT][FONT=&quot]سالها پیش یعنی در سال های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی ، انتقال توان با همان ولتاژ مصرف کننده انجام می گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت[/FONT][FONT=&quot] DC [/FONT][FONT=&quot]بود. چرا که در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاز[/FONT][FONT=&quot] DC [/FONT][FONT=&quot]وجود نداشت و از آنجا که انواع مختلف مصرف کننده ها مانند لامپ ها یا موتورها نیازمند ولتاژ مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتور جداگانه استفاده می شد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کنندگان را از بین می برد[/FONT][FONT=&quot].[/FONT][FONT=&quot] [/FONT]

[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot][/FONT]

[FONT=&quot]آزمايشات فارادي اساس پديد آمدن ژنراتورهاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] است. در سال 1832 در دانشگاه «[/FONT][FONT=&quot]padua[/FONT][FONT=&quot]» در كشور ايتاليا از حركت يك آهنربا در مقابل سيم پيچ توانستند جريان الكتريكي را در هادي برقرار كنند. اين آزمايش باعث ايجاد جرقه هايي براي پيشرفت در زمينه ساخت ژنراتورهاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] گرديد. [/FONT]

[FONT=&quot]در سال 1879 اولين ژنراتور [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] از لحاظ عملي توسط «[/FONT][FONT=&quot]ThomasEdison[/FONT][FONT=&quot]» ساخته شد. اين ژنراتور داراي مشخصات زير بود 1200 دور در دقيقه، 110 ولت، 5 كيلووات. به همراه گسترش منابع [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] تحقيقات روي موتورهاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] و ساخت آنها شروع گرديد. اولين موتور [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] بصورت عملي در سال 1886 توسط «[/FONT][FONT=&quot]Eliha Thompson[/FONT][FONT=&quot]»‌ ساخته شد، توان موتور مذكور اسب بخار بود. [/FONT]

[FONT=&quot]سیستم تبدیل از [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] به [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] و بر عکس[/FONT][FONT=&quot][/FONT]
[FONT=&quot]در سیستم [/FONT][FONT=&quot]HVDC[/FONT][FONT=&quot] تیدیل از [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] به [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] و بر عکس تقریباً با تجهیزات مشابهی انجام می‌شود و در بسیاری پست‌های تبدیل, تجهیزات طوری نصب می‌شوند که بتوانند هر دو نقش را داشته باشند. قبل از وصل جریان [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] به تجهیزات یکسوسازی ورودی مبدل از تعدادی ترانسفورماتور (ترانسفورماتور سربه‌سر)عبور می‌کند و سپس خروجی آنها به درگاه‌های یکسوسازی وارد می‌شود. دلیل استفاده از این ترانسفورماتورها ایزوله کردن پست تبدیل از شبکه [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] و به وجود آوردن زمین ([/FONT][FONT=&quot]Earthing[/FONT][FONT=&quot]) داخلی است. در پست تبدیل وظیفه اصلی بر عهده درگاه‌هاست. در ساده‌ترین حالت یک یکسوساز از شش درگاه تشکیل شده است که دو به دو به فازهای [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] متصل شده‌اند. ساختمان یکسو ساز به صورتی است که هر درگاه در هر سیکل تنها در طول 60 درجه هادی است و به این صورت وظیفه انتقال توان در هر سیکل 360 درجه‌ای به طور مساوی بین شش درگاه‌ تقسیم می‌شود. با افزایش درگاه‌ها تا 12 عدد می‌توان یکسوساز را طوری طراحی کرد که هر 30 درجه درگاه‌ها عوض شوند و بدین ترتیب ظرفیت یکسوسازی هر درگاه افزایش می‌یابد و هارمونیک‌های تولیدی یکسوساز به شدت کاهش می‌یابند.[/FONT][FONT=&quot][/FONT]

 

[یازهرا اغیثینی]

[FONT=&quot]تکنولوژی الکترونیک قدرت و درایوهای [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot][/FONT]
​

[FONT=&quot] [/FONT]​

[FONT=&quot]تکنولوژی الکترونیک قدرت ([/FONT][FONT=&quot]Power Electronics[/FONT][FONT=&quot]) ، بهره وری و کیفیت فرایندهای صنعتی مدرن را بی وقفه بهبود میبخشد. امروزه با کمک همین تکنولوژی امکان استفاده از منابع انرژی غیرآلاینده بازیافتی ([/FONT][FONT=&quot]ReneWable Energy[/FONT][FONT=&quot] ) ، نظیر باد و فتو ولتائیک فراهم شده است. تخمین زده میشود که با استفاده از الکترونیک قدرت، حدود 15 تا 20 درصد امکان صرفه جوئی انرژی الکتریکی وجود دارد [1]. در واقع با کاهش بیوقفه قیمت ها در عرصه الکترونیک قدرت زمینه برای حضور آنها در کاربردهای صنعتی، حمل ونقل و حتی خانگی فراهم میگردد. نیروی محرک بیشتر پمپها و فن ها موتورهای القائی هستند که در دور ثابت کار میکنند. لیکن در سالهای اخیر با پیشرفتهای انجام گرفته در زمینه تکنولوژی الکترونیک قدرت ، استفاده از موتورهای القائی قفس سنجابی همراه با کنترل کننده دور موتور ([/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]DRIVE[/FONT][FONT=&quot] یا اینورتر یا بطور ساده درایو) رو به گسترش است . درایوها دستگاههائی هستند که توان ورودی با ولتاژ و فرکانس ثابت را به توان خروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل میکنند. باید توجه کرد که دور یک موتور تابعی از فرکانس منبع تغذیه آن است. برای این منظور یک درایو نخست برق شبکه را به ولتاژ [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] تبدیل کرده و سپس آنرا با استفاده از یک اینورتر مجددا به ولتاژ [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] با فرکانس و ولتاژ متغیر تبدیل میکند. در واقع با معرفی سوئیچهای قدرتی چون [/FONT][FONT=&quot]IGBT[/FONT][FONT=&quot] با قیمتهای .رو به کاهش، زمینه برای عرضه درایوهای با قیمت مناسب فراهم شد. در هر حال خاطر نشان میکنیم که شکل موج خروجی درایو ترکیبی از پالسهای [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] با دامنه ثابت است. این موضوع موجب میشود که خود درایو منشا اختلالاتی در کار موتور شود. برای مثال کیفیت شکل موج خروجی درایو میتواند سبب اتلاف حرارتی اضافی ناشی از مولفه های هارمونیکی فرکانس بالا در موتور شده و یا موجب نوسانات گشتاور [/FONT][FONT=&quot]Torque Pulsation[/FONT][FONT=&quot] در موتور گردد. با این حال درایوهای امروزی بدلیل استفاده از سوئیچهای قدرت سریع این نوع مشکلات را عملا حذف کرده اند. [/FONT]​

 

[یازهرا اغیثینی]

[FONT=&quot]محركه هاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot][/FONT]​

[FONT=&quot]يكسو سازي تنها عمل مورد نياز براي محركه هاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] است. بنابراين سيستم كنترل آنها نسبتاً ساده مي باشد. در مقايسه با سيستم هاي با محركه [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot]، محركه هاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] محدوده وسيع تري از كنترل سرعت ايجاد نموده و همچنين گشتاور راه اندازي بالايي را به وجود مي آورند. اغلب محركه هاي [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] از يكسو كننده هاي شش پالسي استفاده مي كنند.[/FONT]​

[FONT=&quot]محركه هاي بزرگتر از يكسو كننده هاي 12 پالسي بهره مي گيرند. اين كار باعث كاهش هر تريستور شده و بعضي از هارمونيك‌ها در طرف [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] را نيز كاهش مي دهد. هارمونيك‌هاي جريان مرتبه پنجم و هفتم درايو هاي شش پالسي داراي مقدار قابل ملاحظه اي هستند. اين هارمونيك‌ها اثرات مشكل زايي را در سيستم قدرت ايجاد مي كنند. يكسو كنده هاي 12 پالسي در حدود 90 درصد هارمونيك‌هاي پنجم و هفتم را بسته به عدم تعادل سيستم حذف مي كنند. يكي از معايب درايوهاي 12 پالسي هزينه بالاي تجهيزات الكترونيكي و ترانسفورماتور ديگري است كه مورد نياز خواهد بود.[/FONT]​

[FONT=&quot] [/FONT]​

[FONT=&quot] [/FONT]​

[FONT=&quot]اساس كار موتور [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot][/FONT]
[FONT=&quot]وقتي كه از يك هادي در ميدان مغناطيسي جريان الكتريكي عبور كند. بر اين هادي نيرويي وارد مي شود كه طبق قانون دست راست فلمينگ مي توان جهت حركت هادي را تعيين نمود. قانون دست راست فلمينگ بيان مي كند اگر انگشت اشاره جهت ميدان مغناطيسي را نشان دهد و انگشت مياني به جهت عبور جريان اشاره كند، در اين صورت انگشت شصت جهت حركت هادي را نشان مي دهد و مي توان مقدار نيروي وارد بر هادي را تعيين نمود. [/FONT]
[FONT=&quot] [/FONT]
[FONT=&quot]کنترل کننده های دور موتور انواع مختلفی دارند. آنها قادرند انواع موتورهای [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] و [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] را کنترل کنند. قیمت کنترلرها وابسته به نوع تکنولوژی بکار رفته در ساختمان آنها میباشد.[/FONT][FONT=&quot][/FONT]

[FONT=&quot]- روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس(یا کنترل [/FONT][FONT=&quot]V/ F[/FONT][FONT=&quot] ثابت) : [/FONT][FONT=&quot]ساده ترین روش کنترل موتورهای [/FONT][FONT=&quot] AC [/FONT][FONT=&quot]روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس [/FONT][FONT=&quot]میباشد. اینک این روش، بطور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع کنترلرها از نوع اسکالر بوده و بصورت حلقه باز با پایداری خوب عمل میکنند. مزیت این روش سادگی سیستمهای کنترلی آن است. در مقابل این نوع کنترلرها برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمی باشند.[/FONT]​

[FONT=&quot]2- روش کنترل برداری : [/FONT][FONT=&quot]روبوتها و ماشینهای ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند. در این کاربردها روشهای کنترلی برداری استفاده میشود. در روشهای کنترلی برداری با تفکیک مولفه های جریان استاتور به دو مولفه تورک ساز و فلو ساز، و کنترل آنها با استفاده از رگولاتورهای [/FONT][FONT=&quot]PI[/FONT][FONT=&quot] ترتیبی داده میشود که موتور [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] نظیر موتور [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] کنترل شود. و بدین ترتیب تمام مزایای موتور [/FONT][FONT=&quot]DC[/FONT][FONT=&quot] از جمله پاسخ گشتاور سریع آنها در موتورهای [/FONT][FONT=&quot]AC[/FONT][FONT=&quot] نیز در دسترس خواهد بود. [/FONT]​

[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]3-[/FONT][FONT=&quot] روش کنترل مستقیم گشتاور [/FONT][FONT=&quot]([/FONT][FONT=&quot]Direct Torque[/FONT][FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]Control[/FONT][FONT=&quot] ) : [/FONT][FONT=&quot]پاسخ گشتاور در روشهای[/FONT][FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot] برداری حدود[/FONT][FONT=&quot] 10 – 20ms[/FONT][FONT=&quot]و در روشهای کنترل مستقیم گشتاور [/FONT][FONT=&quot]([/FONT][FONT=&quot]Direct Torque[/FONT][FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]Control[/FONT][FONT=&quot] )[/FONT][FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]این زمان حدود [/FONT][FONT=&quot]5ms [/FONT][FONT=&quot]است[/FONT][FONT=&quot].[/FONT][FONT=&quot][/FONT]​

 

[یازهرا اغیثینی]

[FONT=&quot]HVDC [/FONT][FONT=&quot]چیست ؟[/FONT][FONT=&quot]
HVDC [/FONT][FONT=&quot]یا سیستم های انتقال توان جریان مستقیم ولتاژ بالا، با سیستم های معمول جریان متناوب متفاوت است و به عنوان سیستمی برای انتقال توان های زیاد به کار می رود. این سیستم اولین بار در دهه 1930م در سوئد در[/FONT][FONT=&quot] ASEA [/FONT][FONT=&quot]به وجود آمد و اولین نصب تجاری آن در اتحاد جماهیر شوروی بین دو شهر مسکو و کاشیرا و نیز یک سیستم 10 تا 20 مگاواتی در گاتلند سوئد در سال 1954م انجام شد[/FONT][FONT=&quot].[/FONT][FONT=&quot][/FONT]

 

[یازهرا اغیثینی]

مزایا و معایب:



مزيت عمده موتورهاي AC نسبت به موتورهاي DC در هزينه تعمير و نگهداري آنها و هم چنين احتياج نداشتن به يك منبع DC است. در كارهائيكه احتياج به يك سرعت ثابت با راه اندازي بارهاي سنگين داريم موتورهاي AC بهتر از موتورهاي DC هستند.
بزرگ‌ترین مزیت سیستم جریان مستقیم, امکان انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد است و با تلفات کمتر (در مقیسه با روش انتقال DC) است. بدین ترتیب امکان استفاده از منابع و نیروگاه‌های دور افتاده مخصوصا در سرزمین‌های پهناور به وجود می‌آید.
برخی از شرایطی که استفاده از سیستم HVDC به‌صرفه‌تر از انتقال AC است عبارت‌اند از:
کابل‌های زیرآبی, به ویژه زمانی که به علت بالا بودن میزان توان خازنی(capacitance), تلفات در سیستم AC بیش از حد زیاد می‌شود.(برای مثال شبکه کابلی دریای بالتیک به طول ۲۵۰ کیلومتر بین آلمان و سوئد)
انتقال در مسافت‌های طولانی و در مکان‌های بن‌بست به طوری که در یک مسیر طولانی شبکه فاقد هیچگونه اتصال به مصرف کننده‌ها یا دیگر تولید کننده‌ها باشد.
افزایش ظرفیت شبکه‌ای که به علت برخی ملاحظات امکان افزایش سیم در آن پر هزینه یا غیر ممکن است.
اتصال دو شبکه AC ناهماهنگ که در حالت AC امکان برقراری اتصال در آنها وجود ندارد.
کاهش دادن سطح مقطع سیم مصرفی و همچنین دیگر تجهیزات لازم برای برپاکردن یک شبکه انتقال در یک توان مشخص.
اتصال نیروگاه‌های دور افتاره مانند سدها به شبکه الکتریکی.
خطوط طولانی زیرآبی دارای ظزفیت خازنی زیادی هستند. در سیستم DC این ظرفیت خازنی تأثیر کمی بر روی عملکرد شبکه دارد اما از انجایی که در مدارهای AC, خازن در مدار تقریباً به صورت یک مقاومت عمل می‌کند ظرفیت خازنی در خطوط زیرآبی موجب ایجادشدن تلفات اضافی در مدار می‌شود و این استفاده از جریان DC را رد خطوط زیر آبی به صرفه می‌کند.
در حالت کلی نیز جریان DC قادر به جابجایی توان بیشتری نسبت به جریان AC است چراکه ولتاژ ثابت در DC از ولتاژ پیک در AC کمتر است و بدین ترتیب نیاز به استفاده از عایق‌بندی کمتر و همچنین فاصله کمتر در بین هادی‌ها است که این عمر موجب سبک شدن هادی و کابل و همچنین امکان استفاده از هادی‌های بیشتر در یک محیط مشخص می‌شود و همچنین هزینه انتقال به صورت DC کاهش می‌یابد.

مهم‌ترین عیب این سیستم گران بودن مبدل‌ها و همچنین محدودیت آنها در مقابل اضافه بارها است همچنین در خطوط کوتاه تلفات به وجود آمده در مبدل‌ها از یک شبکه AC با همان طول بیشتر است, بنابر این این سیستم در مسافت‌های کوتاه کاربردی ندارد و یا ممکن است صرفه جویی به وجود آمده در تلفات نتواند هزینه بالای نصب مبدل‌ها را جبران کند. در مقایسه با سیستم‌های AC, کنترل این سیستم در قسمت‌هایی که شبکه دارای اتصالات زیادی است خیلی پیچیده‌است. کنترل توان جاری در یک شبکه پر اتصال DC نیازمند ارتباط قوی بین تمامی اتصال‌هاست چراکه هنواره باید توان جاری در شبکه کنترل شود.