Дизайн и реализация специального трансформатора с автоматическим регулированием мощности

1. مقدمه

انرژی برای عملکرد و توسعه جامعه ضروری است. برای رفع سیاست‌های ملی صرفه‌جویی در انرژی و کاهش تولید زباله، بهبود استفاده از منابع – که برای شرکت‌های برق حیاتی است – ضروری است. به‌روزرسانی‌های چندمرحله‌ای شبکه‌های روستایی توسعه ترانسفورماتورهای توزیع را می‌راند. با وجود کارایی بالا، ترانسفورماتورهای گسترده هنوز به دلیل مشکلات ظرفیت و استفاده، ضایعات کلی قابل توجهی دارند؛ ۷۰٪ از ضایعات شبکه‌های متوسط و پایین ولتاژ از ترانسفورماتورهای توزیع ناشی می‌شوند. شبکه‌های روستایی بارهای متمرکز و تحت تأثیر فصلی دارند، با تفاوت‌های بزرگ بین اوج و دره که نرخ بار متوسط ترانسفورماتورها را کاهش می‌دهد. استفاده از ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت در این مناطق به تطبیق ظرفیت با بار کمک می‌کند، عملکرد اقتصادی و ایمن را تضمین می‌کند و بار زیاد و تلفات انرژی را کاهش می‌دهد. طراحی یک ترانسفورماتور خاص با تنظیم خودکار ظرفیت پیشرفت‌های فنی و ارزش عملی/نظری ارائه می‌دهد.

2. مکانیسم تولید ضایعات ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها، که در شبکه‌های توزیع برای توزیع انرژی و تنظیم ولتاژ/جریان مهم هستند، در طول عملکرد عادی ضایعات بزرگی تجربه می‌کنند – شامل ضایعات کوتاه‌مدار (بار) و بدون بار.

ضایعات کوتاه‌مدار (بار) زمانی اتفاق می‌افتد که جریان اسمی از طریق پیچه‌ها در زمان بار می‌گذرد. این ضایعات از طریق آزمون‌های کوتاه‌مدار (اعمال ولتاژ کم به ابتدایی، اندازه‌گیری جریان اسمی در دومی، نادیده گرفتن ضایعات هسته) تشخیص داده می‌شوند و تقریباً معادل ضایعات مس هستند. این ضایعات با بار مقیاس می‌پذیرند، با ضرایب بار و ضایعات کوتاه‌مدار اسمی محدود شده‌اند.

3. طراحی و اجرای ترانسفورماتور خاص با تنظیم خودکار ظرفیت
3.1 ساختار ترانسفورماتور تنظیم‌کننده ظرفیت

ترانسفورماتور توزیع تغییر دهنده تپ با D-Y مورد استفاده برای عملیات با ظرفیت بزرگ و کوچک از حالت‌های پیچه‌بندی مختلف استفاده می‌کند: دلتا (D) برای ظرفیت بزرگ، ستاره (Y) برای ظرفیت کوچک (که به تبدیل ستاره-دلتا معروف است). پیچه‌های ولتاژ پایین آن از سیم‌های ۲۷٪ دور و ۷۳٪ دور ترکیب شده‌اند، با مقطع مسی آخری حدود ۱/۲ اولی است.

3.2 تحقق تنظیم خودکار ظرفیت

ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت با بار به وسیله ماژول‌های کنترل خودکار: جمع‌آوری داده، ذخیره‌سازی، ترانسفورماتورها، تعامل انسان-ماشین، تأمین توان، و حلقه‌های I/O تکیه می‌کنند. ترانسفورماتورهای ولتاژ/جریان سیگنال‌ها را جمع‌آوری می‌کنند؛ مدارهای آنالوگ با پردازنده‌های میکرو آن‌ها را پردازش می‌کنند. داده‌های پردازش شده در حافظه ذخیره می‌شوند برای رابط‌های خارجی یا مبادلات آینده. شکل ۱ ترکیب سیستم کنترل خودکار را نشان می‌دهد.

3.3 فرآیند کنترل سیستم کنترل خودکار

جریان آنالوگ ترانسفورماتور تنظیم‌کننده ظرفیت و ولتاژ سمت دومی توسط کنترل‌کننده تنظیم‌کننده ظرفیت با بار جمع‌آوری می‌شود. با ترکیب وضعیت کلید تنظیم‌کننده ظرفیت، قضاوت عددی می‌تواند بر اساس ویژگی‌های حالت کار و پارامترهای عملکرد شیء کنترل‌شده انجام شود. سپس، بر اساس شرایط کنترل واقعی، تعیین می‌شود که آیا شرایط اجرای وظیفه برقرار است یا خیر.

اگر شرایط برقرار باشد و ظرفیت ترانسفورماتور توزیع نیاز به تنظیم داشته باشد، برنامه به ماژول وظیفه برای تنظیم ظرفیت ترانسفورماتور تغییر خواهد کرد. پس از اتمام وظیفه تنظیم ظرفیت، به ماژول‌های کمکی دیگر وارد خواهد شد. اگر شرایط عملیات وظیفه برقرار نباشد یا نیاز فوری به تنظیم ظرفیت ترانسفورماتور نباشد، برنامه مستقیماً به ماژول‌های کمکی دیگر وارد خواهد شد. شکل ۲ نمودار جریان سیستم کنترل خودکار را نشان می‌دهد.

3.4 ساختار سخت‌افزاری سیستم کنترل خودکار تنظیم‌کننده ظرفیت با بار

ساختار سخت‌افزاری سیستم کنترل خودکار تنظیم‌کننده ظرفیت با بار عمدتاً شامل واحد جمع‌آوری سیگنال، واحد ارتباط داده، واحد ورودی، واحد خروجی، سیستم صفحه کنترل، بلور توان و مدار ساعت است.

سیستم تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت با بار دارای قابلیت مقاومت بالا در برابر تداخلات و قابلیت اطمینان سخت‌افزاری است، به دلیل انتخاب تراشه‌های صنعتی برای تمامی اجزای آن. علاوه بر این، همگونی الکترومغناطیسی اجزا و مدارها در طراحی مدار در نظر گرفته شده است. این امر اطمینان می‌دهد که سیستم تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت با بار دارای سطح بالایی از قابلیت اطمینان عملیاتی و ایمنی الکتریکی است و حتی در محیط‌های الکتریکی سخت نیز می‌تواند نیازهای استفاده را برآورده کند.

4. نتیجه‌گیری

در شبکه‌های توزیع، استفاده گسترده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع به این معنی است که ضایعات جریان فعلی در این ترانسفورماتورها نسبت به ضایعات کلی شبکه توزیع نسبتاً بالا است. بارهای برق روستایی توسط شرایط نامساعدی مانند تغییرات فصلی، دوره‌های استفاده سالانه کوتاه و رخ دادن مکرر حالت‌های بدون بار یا با بار کم محدود می‌شوند. بنابراین، وضعیتی که نرخ بار ترانسفورماتورها در محدوده عملکرد مناسب باقی بماند نسبتاً نادر است.

ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت می‌توانند بر اساس نوسانات بار و وضعیت کلید تنظیم‌کننده ظرفیت تنظیم شوند. با تغییر حالت اتصال پیچه‌های ترانسفورماتور، ویژگی تنظیم‌پذیر ظرفیت به ترانسفورماتورها می‌دهند. بنابراین، نصب مناسب ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت در مناطق شبکه برق روستایی با بارهای بزرگ و نوسانات ولتاژ مکرر، تأثیر نسبتاً مشهودی در صرفه‌جویی انرژی و کنترل ضایعات مدار دارد.

با توسعه و پیشرفت مداوم فناوری‌های مصرف برق، بهبود‌های عملکردی ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت با بار نیز بیشتر کامل می‌شوند. باور داریم که ترانسفورماتورهای خاص تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت در جهت صرفه‌جویی انرژی و کاهش ضایعات در شبکه‌های توزیع آینده پیشرفت‌های جدیدی خواهند داشت.