پروژه کارشناسی دانشجو : رضا رضایی شماره دانشجویی : استاد راهنما : دکتر دولت شاهی دانشگاه آزاد اسالمی واحد خمینی شهر

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "پروژه کارشناسی دانشجو : رضا رضایی شماره دانشجویی : استاد راهنما : دکتر دولت شاهی دانشگاه آزاد اسالمی واحد خمینی شهر"

Roald Håkonsen
6 år siden
Visninger:

1 1

2 پروژه کارشناسی موضوع : آنالیز پاسخ فرکانسی) FRA ( دانشجو : رضا رضایی شماره دانشجویی : استاد راهنما : دکتر دولت شاهی دانشگاه آزاد اسالمی واحد خمینی شهر نیمسال دوم سال تحصیلی

3 فهرست مطالب فصل اول : اصول و مبانی آنالیز پاسخ فرکانسی )FRA( مقدمه... 5 روش های اندازه گیری پاسخ فرکانسی در ترانسفورماتورها... 6 روش جاروی فرکانسی 7...)SFM( روش ولتاژضربه) 9...)LVI حذف اثر دستگاه های اندازه گیری مزایا و معایب روش های LVI و 21...SFM روش ها برای مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیری فصل دوم: قابلیت های FRA در تعیین وضعیت ترانسفورماتور مقدمه وابستگی بین خطاهای واقع شده و پارامترهای ترانسقورماتور عیوب قابل تشخیص توسط روش 29...FRA ناحیه بندی فرکانسی توابع انتقال تحلیل و تفسیر پاسخ فرکانسی سیم پیچ فشارقوی و نحوه تغییرات آن چند نمونه از اندازه گیری های عملی 11...FRA زمان مناسب برای انداره گیری های 17...FRA فصل سوم : تکرار پذیری اندازه گیری های FRA مقدمه تاثیر سیستم اندازه گیری و مدار تست اثر کابل های اندازه گیری وضعیت ترمینال های ترانسفورماتور شرایط عایقی ترانسفورماتور وضعیت هسته ترانسفورماتور

4 وضعیت تانک ترانسفورماتور موقعیت تپ چنجر ترانسفورماتور تاثیر بوشینگ ترانسفورماتور فصل چهارم : شاخص های آماری و عددی در آنالیز پاسخ فرکانسی مقدمه شاخص های عددی و آماری

5 فصل اول اصول و مبانی آنالیز پاسخ فرکانسی )FRA( 5

6 مقدمه )2 )1 )1 روش آنالیز پاسخ فرکانسی یک روش بسیار مناسب برای بررسی و تشخیص عیوب و صدمات فیزیکی وارد بر سیم پیچ ها و هسته در اثر حمل و نقل نیروهای الکترومکانیکی ناشی از اتصال کوتاه و یا پیری ترانسفورماتور می باشد. این روش بر این استوار است که تابع تبدیل مربوط به سیم پیچ های یک ترانسفورماتور جزو ویژگی های منحصر به فرد هر ترانسفورماتور یا سیم پیچ های آن می باشد. سیم پیچ های یک ترانسفورماتور در فرکانس های باال مانند یک شبکه RLC فشرده رفتار می کنند. یک تغییر کوچک در شکل هندسی سیم پیچ ها باعث تغییر ظرفیت های خازنی و اندوکتانس های آن شده که این امر باعث تغییر تابع تبدیل مربوط به آن سیم پیچ خواهد شد. با استفاده از روش FRA می توان به تغییرات تابع تبدیل و در نتیجه به تغییر شکل هندسی در سیم پیچ ها پی برد. دو روش برای بدست آوردن تابع تبدیل یا تابع انتقال ترانسفورماتور وجود دارد. در روش اول یک ولتاژ سینوسی با فرکانس های مختلف از چند هرتز تا چند مگاهرتز به یکی از سیم پیچ های ترانسفورماتور اعمال شده و نسبت بین این ولتاژ اعمالی و ولتاژ و جریان اندازه گیری شده در همان سیم پیچ یا سیم پیچ دیگر در یک محدوده فرکانسی وسیع تعیین می شود. در روش دوم بجای اعمال ولتاژ سینوسی یک ولتاژ ضربه به یکی از سیم پیچ های ترانسفورماتور اعمال می شود. این ولتاژ ضربه اعمالی و ولتاژ یا جریان اندازه گیری شده در همان سیم پیچ یا سیم پیچ دیگر به حوزه فرکانس منتقل شده و از تقسیم آنها بر یکدیگر تابع تبدیل ترانسفورماتور تعیین می شود. ارزیابی وضعیت سیم پیچ های ترانسفورماتور با استفاده از روش FRA از طریق مقایسه انجام می شود. به عبارت دقیق تر پس از اندازه گیری و بدست آوردن تابع تبدیل باید تابع تبدیل بدست آمده با تابع تبدیل متناظری از ترانسفورماتور مقایسه گردد. برای این منظور از سه روش مقایسه استفاده می شود. مقایسه مبتنی بر زمان: به طوری که اندازه گیری ها بر روی یک ترانسفورماتور و در زمان های مختلف انجام پذیرد. این روش نیازمند وجود اطالعات قبلی درباره ترانسفورماتور می باشد که البته برای بسیاری از ترانسفورماتورهای موجود در شبکه های الکتریکی وجود ندارد. مقایسه مبتنی بر ساختار متقارن: اندازه گیری ها بر روی هر یک از سه فاز یک ترانسفورماتور انجام می شود و نتایج مقایسه می گردد. چنانچه نتایج بدست آمده برای سه فاز کامال بر هم منطبق باشند حامکی از سالمت هندسی و فیزیکی ترانسفورماتور می باشد. امروزه این نوع اندازه گیری و مقایسه در شرکت های سازنده با دو هدف دادن تضمین سالمت هندسی ترانسفورماتور به مشتریان و داشتن اطالعات مرجع برای اندازه گیری های بعدی انجام می گیرد. مقایسه مبتنی بر طراحی یکسان: اندازه گیری ها بر روی ترانسفورماتورهای دارای طراحی یکسان ساخته شده توسط یک شرکت سازنده انجام می پذیرد. به چنین ترانسفورماتورهایی اصطالحا ترانسفورماتورهای خواهر گویند. این روش خصوصا برای ترانسفورماتورهای تکفاز کاربرد دارد. در ادامه به طور مفصل در این موارد توضیح داده می شود... 6

7 روش های اندازه گیری پاسخ فرکانسی در ترانسفورماتورها بدست آوردن تابع انتقال ترانسفورماتور روش ولتاژ ضربه. با دو روش امکان پذیر است. یکی روش جاروی فرکانسی و دیگری در روش جاروی فرکانسی )SFM( تعیین تابع انتقال با اعمال سینوسی های تک فرکانس بصورتی که در شکل زیر مشاهده می شود انجام می گیرد. فرکانس ولتاژ ورودی سینوسی می تواند در محدوده ای وسیع تغییر کند. با اندازه گیری ولتاژ )و یا جریان( می توان تابع انتقال مختلط را بدست آورد)بصورت دامنه و فاز(. همانطور که در شکل نشان داده شده است با تغییر فرکانس f1 که فرکانس ولتاژ ورودی است گراف های دامنه و فاز در محدوده وسیعی از فرکانس قابل حصول است. اندازه گیری تابع انتقال در حوزه فرکانس در روش ولتاژ ضربه با اعمال یک تک پالس و اندازه گیری خروجی می توان تابع انتقال را مطابق آنچه در شکل زیر نشان داده شده است بدست آورد. بدین صورت که ترانسفورماتور بوسیله یک ولتاژ ضربه با دامنه کوچک تحریک می شود. سپس ورودی ها و خروجی های گذرا اندازه گیری شده و آنالیز می شوند. طیف فرکانسی سیگنال های اندازه گیری شده در حوزه زمان بوسیله FFT محاسبه شده و از تقسیم خروجی بر ورودی تابع انتقال در حوزه فرکانس بدست می آید. شرح کامل تر روش های فوق برای اندازه گیری تابع انتقال در ادامه بیان می شود. 7

8 اندازه گیری تابع انتقال در حوزه زمان روش جاروی فرکانسی )SFM( در این روش که به آن روش SFM نیز گفته می شود ولتاژ سینوسی با دامنه مشخص در محدوده وسیعی از فرکانس که قبال تنظیم شده است پشت سرهم توسط دستگاه هایی مانند Network Analyzer و یا FRA Analyzer به سیم پیچ اعمال و خروجی حاصل از آن اندازه گیری می شود. به عبارت ساده تر دسته ای از موج ها با فرکانس های مختلف به سیم پیچ اعمال می گردد و خروجی مدنظر اندازه گیری می شود. مدار اندازه گیری در این روش بصورت شکل زیر است. مدار اندازه گیری تابع انتقال در روش جاروی فرکانسی 8

S منبع ولتاژ و ZS امپدانس منبع که معموال 50Ω می باشد است. ZT امپدانس سیم پیچ تحت تست است. R ولتاژ اعمالی به سر سیم پیچ و T ولتاژ خروجی مد نظر می باشد که هر دو اندازه گیری می شوند.

9 S منبع ولتاژ و ZS امپدانس منبع که معموال 50Ω می باشد است. ZT امپدانس سیم پیچ تحت تست است. R ولتاژ اعمالی به سر سیم پیچ و T ولتاژ خروجی مد نظر می باشد که هر دو اندازه گیری می شوند. الزم به ذکر است که امپدانس های ZS بکار رفته در مدار اندازه گیری با هدف تطبیق امپدانس و همچنین به حداقل رساندن اثر امواج برگشتی در اندازه گیری های فرکانس باال بکار گرفته شده اند. با توجه به نمودار باال نتایج اندازه گیری ها بصورت دامنه یا فاز قابل نمایش می باشند. دامنه و فاز تابع انتقال بصورت رابطه بین می گردند. در روابط فوق: = K دامنه تابع انتفال K = 20 log 10 (T R) φ = tan 1 ( T R ) = φ فاز تابع انتقال = T سیگنال خروجی اندازه گیری شده = R سیگنال ورودی اعمال شده همانطور که پیشتر اشاره شد اندازه گیری به روش جاروی فرکانسی توسط دستگاه هایی مانند Network Analyzer و یا FRA Analyzer انجام می گردد. FRA Analyzer ها نیز دستگاه هایی هستند که صرفا برای اندازه گیری پاسخ فرکانسی )تابع انتقال( طراحی و ساخته شده اند. شکل زیر نمایی از دستگاه FRA Analyzer که توسط شرکت Omicron ساخته شده است به همراه نحوه اتصال آن به ترانسفورماتور را نشان می دهد. نمایی از دستگاه FRA-Analyzer ساخت شرکت Omicron این دستگاه از طریق پورت USB به رایانه متصل می گردد و نرم افزار مرتبط با آن به گونه ای طراحی شده است که تابع انتقال ترانسفورماتور را مستقیما و بصورت گرافیکی در اختیار کاربر قرار می دهد و نیازی به انجام محاسبات خاصی ندارد. شکل زیر نمونه ای از اندازه گیری های تابع انتقال بر روی یک ترانسفورماتور که توسط FRA-Analyzer انجام شده است را نشان می دهد. در این شکل دامنه و فاز تابع انتقال نشان داده شده است. در 9

10 این اندازه گیری دامنه تابع انتقال بر حسب دسی بل )db( و فاز تابع انتقال برحسب درجه در محدوده 1 مگاهرتز اندازه گیری شده است. الزم به ذکر است مدت زمان الزم برای اندازه گیری یک تابع انتقال یعنی مدت زمانی که دستگاه برای تکمیل جاروی فرکانس در محدوده مورد نظر نیاز دارد از یک دقیقه تا حدود چند دقیقه متغیر می باشد. روش ولتاژضربه) LVI ( یک نمونه تابع انتقال اندازه گیری شده بوسیله FRA-Analyzer در این روش یک ولتاژ ضربه با مشخصات مناسب بطوریکه بتواند در یک رنج وسیع فرکانس قطب های سیستم را به نوسان وا دارد به یکی از ترمینال های ترانسفورماتور اعمال می گردد.همزمان ولتاژ و یا جریان ورودی از هر ترمینال دلخواه دیگر به عنوان خروجی اندازه گیری می شود. در اندازه گیری های LVI دامنه ضربه معموال بین ولت می باشد. مقادیر متداول برای ضربه ورودی زمان پیشانی 200ns تا 1μs و زمان پشت 40μs تا 200μs می باشند. سیگنال های اندازه گیری شده در حوزه زمان بعد از حذف نویز نمونه برداری بصورت داده هایی در حوزه زمان ذخیره می شوند. سپس با استفاده از تبدیل فوریه به حوزه فرکانس منتقل شده تابع انتقال ترانسفورماتور محاسبه می گردد. اندازه گیری با این روش نسبت به روش SFM از پیچیدگی و حساسیت بیشتری برخوردار است. به عبارت کاملتر با توجه به استفاده از تجهیزات متعدد و حساس نویزپذیری و خطاپذیری در این روش نسبت به روش SFM بیشتر است. 10

Like dokumenter

هدف از این آزمایش آشنایی با رفتار فرکانسی مدارهاي مرتبه دوم نحوه تأثیر مقادیر عناصر در این رفتار مشاهده پاسخ دامنه و پاسخ فاز بررسی رفتار فیلتري آنها

آزما ی ش هف ت م: پا س خ فرکا نس ی مدا رات مرتبه دوم هدف از این آزمایش آشنایی با رفتار فرکانسی مدارهاي مرتبه دوم نحوه تأثیر مقادیر عناصر در این رفتار مشاهده پاسخ دامنه و پاسخ فاز بررسی رفتار فیلتري آنها