دانلود پایان نامه : برق

دانلود پایان نامه : برق

تعداد صفحات: 91

فرمت فایل: ورد

دسته بندی: -

قیمت: 5000 تومان

تعداد نمایش: 468 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 1 آگوست 2016

به روز رسانی در: 1 آگوست 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

5000 تومان – خرید

عنوان : پايان نامه برق

91 ص

فصل چهارم

ژنراتور نيروگاه بادي

 

1-4- ژنراتور مغناطيس دائم با اينورتر منبع جريان براي توربين هاي سرعت متغير

اين سيستم با يك ژنراتور 7/4 كيلو وات ، 12 ولت و روتور مغناطيس دائم به طور آزمايشي ساخته شده است و نتايج حاصل از آن با محاسبات روي يك ژنراتور 200 كيلو وات و 100 قطب تاييد شده است در اين مبدل قيمت اصلي ژنراتور را مغناطيس دائم آن تعيين مي كند كه نسبتا زياد است ولي با توجه به عدم نياز به سيستم كنترل هزينه كل مبدل شامل ژنراتور و مبدل فركانس مي تواند كمتر از يك سيستم ژنراتور آسنكرون و مبدل فركانس باشد براي تست اين سيستم يك موتور DC ژنراتور مغناطيس دائم را به حركت درآورده ، مبدل فركانس از نوع CSI با كموتاسيون اجباري بوده و هارمونيك هاي حاصل از كنترل PWM جريان خروجي توسط فيلتر LC تضعيف شده اند .

مشخصات ژنراتور:

Kw 7/4 ، 12 قطب، rpm 1000 با روتور مغناطيس دائم چگالي فلزي پسماند مغناطيسي آن T 2/1= Br و شدت ميدان آن   900= Hc است. ضخامت سيم پيچ آرميچر 8 ميليمتر و نسبت بين شعاع داخلي و خارجي هسته استاتور 7/0 مي باشد.

مشخصات مبدل فركانس CSI :

سوييچهاي آن IGBT با فركانس سوئيچينگ 5/3 كيلو هرتز است. خروجي CSI به روش PWM كنترل مي شود. اندازه خازنها طوري انتخاب شده است كه در پيل ولتاژ خروجي آن حداكثر 5/2 درصد باشد. همچنين ضريب توان مبدل با كنترل مبدل فركانس تنظيم مي شود.

2-4- ژنراتور سنكروه با اينورتر منبع جريان براي توربينهاي سرعت متغير اين مبدل قسمتي از پروژه مزرعه باد ايتاليا به نام 60 GAMMA قدرت خروجي آن mw 5/1 بوده و در چند عملياتي مختلف به شرح زير قابل بهره برداري است:

الف ) در هنگام راه اندازي توربين، ژنراتور به صورت موتور كار مي كند.

ب) كار با ضريب قدرت ثابت (cp ثابت) براي سرعت هاي باد بين m/s 5 و m/s 5/12 .

پ) كار با گشتاور ثابت براي سرعتهاي باد بين m/s 5/12 و m/s 5/13 .

ت) كار با قدرت خروجي براي سرعت هاي باد بين m/s 5/13 و m/s 27.

براي طراحي مبدل الكتريكي دو سيستم زير به عنوان بهترين سيستمها انتخاب شده و مطالعات گوناگون روي آن انجام شده است:

1- ژنراتور آسنكرون قفس سنجابي به همراه مبدل فركانسي CSI كه طرف شبكه آن با كموتاسيون خط و طرف ژنراتور آن با كموتاسيون خود بخود كار مي كند.

2- ژنراتور سنكرون rpm 1800 با تحريك brushless به همراه مبدل فركانس CSI كه هر دو طرف آن از كموتاسيون خط استفاده مي كند.

مطالعات انجام شده نشان داد كه سيستم 2 در قدرتهايي در حد چند مگا وات نسبت «قدرت/ هزينه » كمتري دارد و از اين سيستم براي ساخت انتخاب شده است.

مشخصات ژنراتور سنكرون:

kvA 2225 ، Hz 60 ، v400 ، قطب با 9/0 = cos سرعت آن از rpm 1200 تا rpm 1800 متغير است. ولتاژ خروجي ژنراتور ، با توجه به عملكرد بهينه مبدل فركانس ، v 1200 انتخاب شده است.

مشخصات مبدل فركانس :

از دو واحد مبدل 6 پالسي تريستوري تشكيل شده است. تريستورها از نوع VDRM/VRRM با ولتاژ 5200 ولت هستند. همچنين ولتاژ خط به خط مبدل v 10 % 1450 و جريان نامي DC آن A 1325 مي باشد.

3-4- ژنراتور با قطب برنامه ريزي شده براي توربين هاي سرعت متغير:

اين ژنراتور يك ماشين الكتريكي با تكنولوژي مغناطيسي سراميكي قابل برنامه ريزي است. تغيير پيوسته تعداد قطبهاي روتور امكان تثبيت فركانس خروجي را مستقل از سرعت روتور ايجاد مي كند. روتور ماشين از مغناطيس سراميكي ساخته شده كه دو مد عملياتي دارد. «خود تحريك» براي تغذيه بار مستقل و « شبكه تحريك » براي اتصال به شبكه قدرت. استاتور آن شامل يك سيم پيچي سه فاز معمولي و يك سيم پيچ تحريك است. يك نمونه از اين ژنراتور در سال 1970 بوسيله J.F.Rossel طراحي و ساخته شده است. فركانس خروجي اين ژنراتور سنكرون معمولي تابعي از سرعت روتور و تعداد قطبها مي باشد و چون در ژنراتورهاي معمولي تعداد قطبها ثابت است، فركانس خروجي تابع سرعت روتور بوده و بنابراين اتصال اين ژنراتور به توربين سرعت متغير، فركانس خروجي نيز متغير مي باشد. ولي در ژنراتور Rossel تعداد قطبها، متناسب با عكس سرعت روتور به طور پيوسته تغيير مي كند.

بنابراين فركانس خروجي در مقدار ثابت باقي مي ماند. تغييرات ولتاژ خروجي اين ژنراتور بر حسب سرعت روتور در شكل (9-1) آورده شده است كه از اتصال آن به يك بار پسيو (بار مستقل از شبكه) بدست آمده است. در اين حالت ولتاژ خروجي بايد توسط سيستمهاي كنترل تنظيم شود.

نتيجه :

معيار اصلي انتخاب مبدل الكتريكي توربين هاي بادي، در درجه اول قيمت و راندمان آن و در درجه دوم، وزن و حجم و ميزان اغتشاش ايجاد شده در شبكه مي باشد. در توربينهاي سرعت ثابت يا سرعت متغير با قدرت كم معمولا از ژنراتور مغناطيس دائم با تعداد قطب زياد يا ژنراتور آسنكرون استفاده مي شود كه در حالت سرعت متغير، ژنراتور به يك مبدل الكترونيكي AC/DC/AC متصل مي شود. در اين حالت كيفيت قدرت خروجي، كاملا به عملكرد اين مبدل وابسته است. از اين جهت سعي مي شود با استفاده از كليدهاي نيمه هادي سريع با تلفات كم، علاوه بر تثبيت دقيق فركانس خروجي، هارمونيكهاي ولتاژ و جريان خروجي كاهش داده مي شود.

در قدرتهاي بالاتر، به علت راندمان پايين و ايجاد هارمونيك در خروجي، از مبدلهاي الكترونيكي استفاده نمي شود و از اين رو توربينها عموما سرعت ثابت بوده و از ژنراتور آسنكرون يا سنكرون به تنهايي بسته به قدرت نامي توربين استفاده مي شود.

در قدرت هاي كمتر از حدود KW 750 تقريبا تمامي كمپانيهاي اروپايي از ژنراتور آسنكرون به دليل داشتن مزايايي چون قيمت پايين، سادگي ساختمان و هزينه پايين نگهداري استفاده كرده اند.

در قدرتهاي بالاتر از اين مقدار، به علتن قسمت پايين تر نسبت به ژنراتور آسنكرون و قابليت كنترل بيشتر (در نتيجه ايجاد اغتشاش كمتر در شبكه) از ژنراتور سنكرون استفاده مي شود.

البته به دليل امكان كنترل و تنظيم دقيق ولتاژ خروجي در مبدلهاي الكتريكي و قيمت پايين سيستم كنترل آن و همچنين راندمان بالاتر توربينهاي سرعت متغير، پيش بيني مي شود كه در آينده با پيشرفت تكنولوژي مبدلهاي الكتريكي، توربينهاي سرعت متغير جايگزين توربين هاي سرعت ثابت خواهند شد.

 

فصل پنجم

بررسي سيستم هاي مبدل باد به انرژي الكتريكي

 

1-5- مقدمه

در اين فصل ابتدا انواع توربينهاي بار مختلف از نظر مشخصه خروجي و روشهاي كنترل آن بيان مي شود. سپس سيستمهاي مختلف مبدل انرژي مكانيكي حاصل از توربين، به انرژي الكتريكي بررسي مي شود. در انتها نيز اجزاء اين سيستمها به طور مستقل، و عملكرد خود سيستم در آرايشهاي مختلف(اتصال به شبكه قدرت ، تغذيه بارهاي مستقل، كاركرد و در جهت معكوس و….. ) به طور كامل تحليل شده و پس از مقايسه سيستمهاي مختلف، مناسبترين آنها از نظر راندمان، ميزان تاثير بر شبكه، پايداري، هزينه، قابليت اطمينان و …. معرفي مي شود.

سيستم هاي مبدل انرژي باد به انرژي الكتركي:

شكل 1-5 بلوك دياگرام كلي اين سيستم را نشان مي دهد. در اين شكل Ng ، Nm ، Cp  به ترتيب ضريب قدرت توربين، سيستم انتقال و مبدل الكتريكي مي باشد.

 

شكل (1-5) بلوك دياگرام كلي مبدل انرژي باد به انرژي الكتريكي

در اين قسمت ورودي و خروجي بلوكهاي فوق براي انواع مختلف سيستم هاي موجود بررسي مي شود.

توربين باد

ورودي توربين در شكل (1-5) قدرت با Pw مي باشد. باد همان حركت لايه هاي هوا در جو  بوده كه در اثر اختلاف دماي سطوح مختلف جدي پديد مي آيد. مشخصه باد به جغرافياي محل، سطوح مختلف جوي، ارتفاع، دما، فشار و …. بستگي دارد.

اغتشاشات سرعت باد مشخصه تصادفي داشته و با استفاده از روشهاي معمولي نمي توان آن را تحليل كرد. ولي با تكنيك هاي آماري قابل بررسي مي باشد. هدف از تحليل مشخصه باد، تخمين قدرت باد به فصول ساليانه، براي انتخاب نوع توربين و سرعت نامي بهينه آن مي باشد كه در نهايت منجر به حداقل شدن هزينه سرمايه گذاري براي مبدل الكتريكي و حداكثر شده مبدل مي شود.

قدرت ورودي باد به صورت معادله (1-2) با چگالي هوا  سطح مقطع جارو شده پره هاي توربين A و سرعت لحظه اي باد U بستگي دارد.

(1-5)

قدرت خروجي توربين Pm برابر است با:

(2-5)

Cp ضريب عملكرد يا ضريب قدرت ناميده مي شود و پارامتر مهمي در تحليل عملكرد توربين مي باشد. در توربينها سيستمهايي براي كنترل قدرت و سرعت خروجي تعبيه مي شود مثلا در يك توربين با گام متغير، گام طوري تغيير مي كند تا CP روي بيشترين مقدار ممكن در سرعت نامي بار ثابت نگهداشته شود.

 

شكل (2-5) تنظيم قدرت خروجي توربين با گام متغير.

به طور كلي روشهاي كنترل قدرت و سرعت توربين در دو گروه زير طبقه بندي مي شوند:

1- تنظيم قدرت به وسيله كنترل زاويه گام.

2- تنظيم قدرت وسيله عمل سكته[1] كه در اينجا بررسي نمي شود.

سه روش متداول مورد استفاده با توجه به استراتژي كنترل زاويه گام عبارتند از :

الف- سرعت ثابت   ب- سرعت متغير.   پ- سرعت متغير در cp حداكثر براي حصول توان نامي.

بايد توجه داشت كه در ورش سوم، سرعت نامي باد از ديگر روشها بيشتر است.

الف- استراتژي كنترل سرعت ثابت:

در اين روش استراتژي كنترل، ثابت ماندن سرعت دوراني محور متصل به روتور مي باشد. تنظيم قدرت به وسيله تغيير زاويه گام تمام يا قسمتي از پره بوجود مي آيد. در مقايسه با روش گام ثابت، اين روش در سرعت دوراني بالاتري قابل اعتماد بوده، در نتيجه در اين روش نقطه عملكرد cpحداكثر مربوط به سرعت باد بالاتري خواهد بود.

 

ب- استراتژي كنترل سرعت متغير

در اين روش استراتژي كنترل عبارت از تغيير سرعت دوراني محور متصل به روتور در محدوده اي مشخص مي باشد. در اين روش نسبت به روش سرعت ثابت، cp ، حداكثر در محدوده بالاتري از سرعتهاي باد به بدست مي آيد.

پ- استراتژي كنترل سرعت متغير در cp حداكثر حصول توان نامي

استراتژي كنترل در اين روش همان استراتژي سرعت متغير در قسمت قبل مي باشد، با اين تفاوت كه حد بالاي سرعت دوراني مجاز تا جايي افزايش يافته كه نقطه كار توربين در صفحه T-V روي منحني cp حداكثر حركت كند. توربينهاي سرعت متغير در مقايسه با توربينهاي سرعت ثابت ، نوسانات گشتاور خروجي كمتري دارند و بيشتر از انرژي باد استفاده مي كنند يعني راندمان بيشتري دارند.

هنگامي كه يك توربين با سرعت ثابت كار مي كند گشتاور آن در اثر اينرسي و استهلاك سيستم يكنواخت نبوده و ميزان زيادي تغيير مي كند. در شكل (4-2) اين حالت براي توربين MOD-O در سرعت باد 15 متر بر ثانيه بدست آمده است. با توجه به اينكه اندازه گيري قدرت آئروديناميكي ورودي به محور مشكل مي باشد منحني آن به صورت تئوريك بدست آمده است.

 

شكل (3-5) قدرت خروجي MOD-O براي سه محور متفاوت

مسئله قدرت متغير را مي توان توسط گذاشتن چند توربين به صورت موازي در مزرعه باد حل كرد. توربين هاي باد بزرگ سرعت ثابت، معمولا از ژنراتور سنكرون استفاده مي كنند. يكي از مشخصات اين ژنراتور، سنكرون بودن دقيق دور آن با شبكه است و موقعيت زاويه اي محور آن با تغييرات قدرت خيلي كم تغيير مي كند. اگر زاويه چرخش روتورها در مزرعه باد با هم اختلاف فاز داشته باشند و نسبت تبديل جعبه نيز ثابت باشد اين نوسانات قدرت كمتر خواهد شد.

توربين بادي به جز زمان راه اندازي و توقف در سرعت دوراني ثابت كار مي كنند در اين موارد معمولا ژنراتورها با سرعت سنكرون و موازي با شبكه كار مي كنند. كار با سرعت ثابت بدين معني است كه ضريب قدرت ماكزيمم توربين فقط در يك سرعت خاص باد بدست مي آيد و در تمامي سرعتها ديگر باد اين ضريب كمتر خواهد بود كه اين سبب كاهش انرژي خروجي توربين در سرعتها باد مختلف مي شود. اگر سرعت توربين نسبت به سرعت باد تنظيم شود، ضريب قدرت متوسط توربين بيشتر و قدرت خروجي متوسط بيشتري بدست مي آيد.

2-5 سيستم انتقال

يكي از وظايف سيستم انتقال تغيير سرعت توربين مي باشد . چون ژنراتور با سرعتهاي پايين قيمت بيشتري دارد . اين تغيير سرعت به وسيله جعبه دنده انجام مي شود كه انواع مختلفي به شرح زير دارد :

  • جعبه دنده با نسبت دور ثابت
  • جعبه دنده با دور نسبت دور
  • جعبه دنده با نسبت دور متغير

معمولا فقط از جعبه دنده با نسبت دور ثابت استفاده مي شود . اندازه نسبت دور بستگي به مشخصات ژنراتور و خروجي آن از يك طرف و‌مشخصه‌خروجي‌توربين‌از طرف‌ديگر‌دارد.راندمان سيستم انتقال‌در‌شكل‌
(1-5)‌m‌بوده كه خود تابعي از نسبت دور جعبه دنده مي باشد.قدرت خروجي سيستم انتقال برابر است با :

(3-5)

راندمان سيستم انتقال در قدرتهاي پايين بسيار كم مي باشد .

3-5 مبدل الكتريكي

ورودي مبدل الكتريكي در شكل (1-2 ) قدرت در سرعت Wt و خروجي آن قدرت Pe در سرعت We مي باشد . نوع مبدل الكتريكي بسته به مشخصه گشتاور- سرعت ورودي و تغييرات قدرت ورودي آن ونوع اتصال خروجي (بار الكتريكي ) متفاوت خواهد بود .

مشخصه خروجي توربين و جعبه دنده در دو قسمت قبل ارائه شد .

بار مبدل الكتريكي مي تواند قدرت سنكرون يا آسنكرون مصرف كند . قدرت سنكرون براي اتصال به شبكه سراسري و يا مصرف كننده هاي مستقل با كيفيت بالا و قدرت آسنكرون براي مصرف كننده هاي مستقل با كيفيت پايين توليد مي شود . در مبدلهاي قدرت سنكرون ، خروجي مبدل ، ولتاژي با اندازه و فركانس ثابت است ولي در نوع آسنكرون نيازي به تثبيت دقيق ولتاژ و فركانس نيست . بار اين نوع مبدلها مي تواند گرمكن هوا ، آبگرمكن ، موتورهايي كه با جريان dc يا فركانسي متغير كار مي كند ، مصارف ذخيره سازي انرژي و ….باشد . معمولا از هر سه نوع ماشين متداول (ماشين dc ، آسنكرون و سنكرون ) به همراه بعضي از مبدلهاي الكترونيكي يا الكترومكانيكي مي توان براي تحقق اين سيستمها استفاده كرد .

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه خرید که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشد

پاسخ دهید