دانلود تحقیق کامل درمورد سير تكاملي ژنراتورهاي سنكرون لينک پرداخت و دانلود *پايين مطلب* فرمت فايل:Word (قابل ويرايش و آماده پرينت) تعداد صفحه: 19 سير تكاملي ژنراتورهاي سنكرون سير تكاملي ژنراتورهاي سنكرون(از ابتدا تا پايان دهه 1980) هدف از انجام اين تحقيق بررسي سير تحقيقات انجام شده با موضوع طراحي ژنراتور سنكرون است. به اين منظور، بررسي مقالات منتشر شده IEEE كه با اين موضوع مرتبط بودند، در دستور كار قرار گرفت. به عنوان اولين قدم كليه مقالات مرتبط در دهه هاي مختلف جستجو و بر مبناي آنها يك تقسيم بندي موضوعي انجام شد. سپس سعي شد بدون پرداختن به جزييات، سيرتحولات استخراج شود. رويكرد كلي اين بوده است كه تحولات داراي كاربرد صنعتي بررسي شود. با توجه به گستردگي موضوع و حجم مطالب، اين گزارش در دو بخش ارايه شده است. در بخش اول ابتدا پيشرفتهاي اوليه ژنراتورهاي سنكرون از آغاز تا دهه 1970 بررسي شده است و در ادامه تحولات دهه هاي 1970 و 1980 به تفصيل مورد توجه قرار گرفته اند. در پايان هر دهه يك جمعبندي از كل فعاليتهاي صورت گرفته ارايه و سعي شده است ارتباط منطقي پيشرفتهاي هر دهه با دهه هاي قبل و بعد بيان شود. ماشين سنكرون همواره يكي از مهمترين عناصر شبكه قدرت بوده و نقش كليدي در توليد انرژي الكتريكي و كاربردهاي خاص ديگر ايفاء كرده است. ساخت اولين نمونه ژنراتور سنكرون به انتهاي قرن 19 برمي گردد. مهمترين پيشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولين خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانكفورت آلمان بود. دركانون اين تحول؛ يك هيدروژنراتور سه فاز 210 كيلووات قرار گرفته بود. عليرغم مشكلات موجود در جهت افزايش ظرفيت وسطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهاي بعد تلاشهاي گسترده اي براي نيل به اين مقصود صورت گرفت. مهمترين محدوديتها در جهت افزايش ظرفيت، ضعف عملكرد سيستمهاي عايقي و نيز روشهاي خنك سازي بود. در راستاي رفع اين محدوديتها تركيبات مختلف عايقهاي مصنوعي، استفاده از هيدروژن براي خنك سازي و بهينه سازي روشهاي خنك سازي با هوا نتايج موفقيت آميزي را در پي داشت به نحوي كه امروزه ظرفيت ژنراتورها به بيش از MVA1600 افزايش يافته است. در جهت افزايش ولتاژ، ابداع پاورفرمر در انتهاي قرن بيستم توانست سقف ولتاژ توليدي را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزايش دهد به نحوي كه برخي محققان معتقدند در سالهاي نه چندان دور، ديگر نيازي به استفاده از ترانسفورماتورهاي افزاينده نيروگاهي نيست. همچنين امروزه تكنولوژي ژنراتورهاي ابررسانا بسيار مورد توجه است. انتظار مي رود با گسترش اين تكنولوژي در ژنراتورهاي آينده، ظرفيتهاي بالاتر در حجم كمتر قابل دسترسي باشند. تاريخچه ژنراتور سنكرون تاريخچه اي بيش از صد سال دارد. اولين تحولات ژنراتور سنكرون در دهه 1880 رخ داد. در نمونه هاي اوليه مانند ماشين جريان مستقيم، روي آرميچر گردان يك يا دو جفت سيم پيچ وجود داشت كه انتهاي آنها به حلقه هاي لغزان متصل مي شد و قطبهاي ثابت روي استاتور، ميدان تحريك را تامين مي كردند. به اين طرح اصطلاحاً قطب خارجي مي گفتند. در سالهاي بعد نمونه ديگري كه در آن محل قرار گرفتن ميدان و آرميچر جابجا شده بود مورد توجه قرار گرفت. اين نمونه كه شكل اوليه ژنراتور سنكرون بود، تحت عنوان ژنراتور قطب داخلي شناخته و جايگاه مناسبي در صنعت برق پيدا كرد. شكلهاي مختلفي از قطبهاي مغناطيسي و سيم پيچهاي ميدان روي رتور استفاده شد، در حالي كه سيم پيچي استاتور، تكفاز يا سه فاز بود. محققان بزودي دريافتند كه حالت بهينه از تركيب سه جريان متناوب با اختلاف فاز نسبت به هم بدست مي آيد. استاتور از سه جفت سيم پيچ تشكيل شده بود كه در يك طرف به نقطه اتصال ستاره و در طرف ديگر به خط انتقال متصل بودند. در واقع ايده ماشين جريان متناوب سه فاز، مرهون تلاشهاي دانشمندان برجسته اي مانند نيكولا تسلا، گاليلئو فراريس، چارلز برادلي، دبروولسكي، هاسلواندر بود. هاسلواندر اولين ژنراتور سنكرون سه فاز را در سال 1887 ساخت كه تواني در حدود 82 كيلووات را در سرعت 960 دور بر دقيقه (فركانس 32 هرتز) توليد مي كرد. اين ماشين داراي آرميچر سه فاز ثابت و رتور سيم پيچي شده چهار قطبي بود كه ميدان تحريك لازم را تامين مي كرد. اين ژنراتور براي تامين بارهاي محلي مورد استفاده قرار مي گرفت. در سال 1891 براي اولين بار تركيب ژنراتور و خط بلند انتقال به منظور تامين بارهاي دوردست با موفقيت تست شد. انرژي الكتريكي توليدي اين ژنراتور توسط يك خط انتقال سه فاز از لافن به نمايشگاه بين المللي فرانكفورت در فاصله 175 كيلومتري منتقل مي شد. ولتاژ فاز به فاز 95 ولت، جريان فاز 1400 آمپر و فركانس نامي 40 هرتز بود. رتور اين ژنراتور كه براي سرعت 150 دور بر دقيقه طراحي شده بود، 32 قطب داشت. قطر آن 1752 ميليمتر و طول موثر آن 380 ميليمتر بود. جريان تحريك توسط يك ماشين جريان مستقيم تامين مي شد. استاتور آن 96 شيار داشت كه در هر شيار يك ميله مسي به قطر 29 ميليمتر قرار مي گرفت. از آنجا كه اثر پوستي تا آن زمان شناخته نشده بود، سيم پيچي استاتور متشكل از يك ميله براي هر قطب فاز بود. بازده اين ژنراتور 596% بود كه در مقايسه با تكنولوژي آن زمان بسيار عالي مي نمود. طراحي و ساخت اين ژنراتور را چارلز براون انجام داد. در آغاز، اكثر ژنراتورهاي سنكرون براي اتصال به توربينهاي آبي طراحي مي شدند، اما بعد از ساخت توربينهاي بخار قدرتمند، نياز به توربوژنراتورهاي سازگار با سرعت بالا احساس شد. در پاسخ به اين نياز اولين توربورتور در يكي از زمينه هاي مهم در بحث ژنراتورهاي سنكرن، سيستم عايقي است. مواد عايقي اوليه مورد استفاده مواد طبيعي مانند فيبرها، سلولز، ابريشم، كتان، پشم و ديگر الياف طبيعي بودند. همچنين رزينهاي طبيعي بدست آمده از گياهان و تركيبات نفت خام براي ساخت مواد عايقي مورد استفاده قرارمي گرفتند. در سال 1908 تحقيقات روي عايقهاي مصنوعي توسط دكتر بايكلند آغاز شد. در طول جنگ جهاني اولي رزين هاي آسفالتي كه بيتومن ناميده مي شدند، براي اولين بار همراه با قطعات ميكا جهت عايق شيار در سيم پيچهاي استاتور توربوژنراتورها مورد استفاده قرار گرفتند. اين قطعات در هر دو طرف، با كاغذ سلولز مرغوب احاطه مي شدند. در اين روش سيم پيچهاي استاتور ابتدا با نوارهاي سلولز و سپس با دو لايه نوار كتان پوشيده مي شدند. سيم پيچها در محفظه اي حرارت مي ديدند و سپس تحت خلا قرار مي گرفتند. بعد از چند ساعت عايق خشك و متخلخل حاصل مي شد. سپس تحت خلا، حجم زيادي از قير داغ روي سيم پيچ ها ريخته مي شد. در ادامه محفظه با گاز نيتروژن خشك با فشار 550 كيلو پاسكال پر و پس از چند ساعت گاز نيتروژن تخليه و سيم پيچها در دماي محيط خنك و سفت مي شدند. اين فرآيند وي پي آي ناميده مي شد. در اواخر دهه 1940 كمپاني جنرال الكتريك به منظور بهبود سيستم عايق سيم پيچي استاتور تركيبات اپوكسي را برگزيد. در نتيجه اين تحقيقات، يك سيستم به اصطلاح رزين ريچ عرضه شد كه در آن رزين در نوارها و يا وارنيش مورد استفاده بين لايه ها قرار مي گرفت. در دهه هاي 1940 تا 1960 همراه با افزايش ظرفيت ژنراتورها و در نتيجه افزايش استرسهاي حرارتي، تعداد خطاهاي عايقي به طرز چشمگيري افزايش يافت. پس از بررسي مشخص شد علت اكثر اين خطاها بروز پديده جدا شدن نوار يا ترك خوردن آن است. اين پديده به علت انبساط و انقباض ناهماهنگ هادي مسي و هسته آهني به وجود مي آمد. براي حل اين مشكل بعد از جنگ جهاني دوم محققان شركت وستينگهاوس كار آزمايشگاهي را بر روي پلي استرهاي جديد آغاز كرده و سيستمي با نام تجاري ترمالاستيك عرضه كردند. نسل بعدي عايقها كه در نيمه اول دهه 1950 مورد استفاده قرار گرفتند، كاغذهاي فايبرگلاس بودند. در ادامه در سال 1955 يك نوع عايق مقاوم در برابر تخليه جزيي از تركيب 50 درصد رشته هاي فايبرگلاس و 50 درصد رشته هاي PET بدست آمد كه روي هادي پوشانده مي شد و سپس با حرارت دادن در كوره هاي مخصوص، PET ذوب شده و روي فايبرگلاس را مي پوشاند. اين عايق بسته به نياز به صورت يك يا چند لايه مورد استفاده قرار مي گرفت. عايق مذكور با نام عمومي پلي گلاس و نام تجاري داگلاس وارد بازار شد. مهمترين استرسهاي وارد بر عايق استرسهاي حرارتي است. بنابراين سيستم هاي عايقي همواره در ارتباط تنگاتنگ با سيستم هاي خنك سازي بوده اند. خنك سازي در ژنراتورهاي اوليه توسط هوا انجام مي گرفت. بهترين نتيجه بدست آمده با اين روش خنك سازي يك ژنراتور MVA200 با سرعت rpm1800 بود كه در سال 1932 در منطقه بروكلين نيويورك نصب شد. اما با افزايش ظرفيت ژنراتورها نياز به سيستم خنك سازي موثرتري احساس شد. ايده خنك سازي با هيدروژن اولين بار در سال 1915 توسط ماكس شولر مطرح شد. تلاش او براي ساخت چنين سيستمي از 1928 آغاز و در سال 1936 با ساخت اولين نمونه با سرعت rpm3600 به نتيجه رسيد. در سال 1937 جنرال الكتريك اولين توربوژنراتور تجاري خنك شونده با هيدروژن را روانه بازار كرد. اين تكنولوژي در اروپا بعد از سال 1945 رايج شد. در دهه هاي 1950 و 1960 روشهاي مختلف خنك سازي مستقيم مانند خنك سازي سيم پيچ استاتور با گاز، روغن و آب پا به عرصه ظهور گذاشتند تا آنجا كه در اواسط دهه 1960 اغلب ژنراتورهاي بزرگ با آب خنك مي شدند. ظهور تكنولوژي خنك سازي مستقيم موجب افزايش ظرفيت ژنراتورها به ميزان MVA1500 شد. يكي از تحولات برجسته اي كه در دهه 1960 به وقوع پيوست توليد اولين ماده ابررساناي تجاري يعني نيوبيوم- تيتانيوم بود كه در دهه هاي بعدي بسيار مورد توجه قرار گرفت. تحولات دهه 1970 در اين دهه تحول مهمي در فرآيند عايق كاري ژنراتور رخ داد. قبل از سال 1975 اغلب عايقها را توسط رزينهاي محلول در تركيبات آلي فرار اشباع مي كردند. در اين فرآيند، تركيبات مذكور تبخير و در جو منتشر مي شد. با توجه به وضع قوانين زيست محيطي و آغاز نهضت سبز در اوايل دهه 1970، محدوديتهاي شديدي بر ميزان انتشار اين مواد اعمال شد كه حذف آنها را از اين فرآيند در پي داشت. در نتيجه استفاده از مواد سازگار با محيط زيست در توليد و تعمير ماشينهاي الكتريكي مورد توجه قرار گرفت. استفاده از رزينهاي با پايه آبي يكي از اولين پيشنهاداتي بود كه مطرح شد، اما يك راه حل جامعتر كه امروزه نيز مرسوم است، كاربرد چسبهاي جامد بود. در همين راستا توليد نوارهاي ميكاي رزين ريچ بدون حلال نيز توسعه يافت. از ديگر پيشرفتهاي مهم اين دهه ظهور ژنراتورهاي ابررسانا بود. يك ماشين ابررسانا عموماً از يك سيم پيچ ميدان ابررسانا و يك سيم پيچ آرميچر مسي تشكيل شده است. هسته رتور عموماً آهني نيست، چرا كه آهن به دليل شدت بالاي ميدان توليدي توسط سيم پيچي ميدان اشباع مي شود. فقط در يوغ استاتور از آهن مغناطيسي استفاده مي شود تا به عنوان شيلد و همچنين منتقل كننده شار بين قطبها عمل كند. عدم استفاده از آهن، موجب كاهش راكتانس سنكرون (به حدود pu50- 30) در اين ماشينها شده كه طبعاً موجب پايداري ديناميكي بهتر مي شود. همانطور كه اشاره شد، اولين ماده ابررساناي تجاري نيوبيوم- تيتانيوم بود كه تا دماي 5 درجه كلوين خاصيت ابررسانايي داشت. البته در دهه هاي بعد پيشرفت اين صنعت به معرفي مواد ابررسانايي با دماي عملكرد 110 درجه كلوين انجاميد. براين اساس مواد ابررسانا را به دو گروه دما پايين مانند نيوبيوم ndash; تيتانيوم و دما بالا مانند BSCCO-2223 تقسيم مي كنند. از اوايل دهه 1970 تحقيقات بر روي ژنراتورهاي ابررسانا با استفاده از هاديهاي دما پايين آغاز شد. در اين دهه كمپاني وستينگهاوس تحقيقات براي ساخت يك نمونه دوقطبي را با استفاده هاديهاي دماپايين آغاز كرد. نتيجه اين پروژه ساخت و تست يك ژنراتور MVA5 در سال 1972 بود. این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید