7520

بررسي طراحي سيم پيچ ترانسفورماتور ابررسانا در دماي بالا

كارشناسي

مهندسي برق

1400

آقاي دكتر حسين حيدري

1400/07/18

برق

Survey on High-Temperature Superconducting Transformer Winding Design

ابررسانايي به معناي صفر شدن مقاومت الكتريكي و بروز رفتارهاي مغناطيسي ويژه در بعضي مواد است هنگامي كه دماي آن‌ها تا كمتر از يك مقدار بحراني، كاهش يابد. ابررساناها مي‌توانند چگالي جريان نسبتا زيادي بدون تلفات داشته باشند. ترانسفورماتورهايي كه با سيم‌پيچ‌هاي ابررسانا ساخته مي‌شوند، داراي حجم و وزن كمتر و راندمان بيشتري نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي هستند. در اين رساله ابتدا در فصل اول به بررسي مواد ابررسانا و خواص و ويژگي‌هاي آنها پرداخته شده است. در فصل دوم تئوري‌هاي ترانسفورماتور هسته‌كامل و ابررساناها معرفي شده‌اند. در اين فصل يك مدل از ترانسفورماتور با سيم‌پيچ مسي بر اساس مدار معادل اشتاينمتز و روش طراحي معكوس، شرح داده شده است. يك مدل از تلفات ابررسانا كه انواع تلفات تحت شرايط AC را مشخص مي‌كند براي تعيين مقاومت سيم‌پيچ‌ها در مدار معادل اشتاينمتز استفاده مي‌شود. اين مقاومت با مقدار جريان و قدرت ميدان مغناطيسي كه در شكاف بين هر لايه سيم‌پيچ وجود دارد تغيير مي‌كند. سپس يك مدل شار نشتي جايگزين ارائه مي‌شود، كه در آن شار بر اساس تركيب رلوكتانس هسته و هواي اطراف سيم‌پيچ‌ها مدل‌سازي مي‌شود. بر اساس اين تئوري‌ها، يك الگوريتم تكراري براي محاسبه مقاومت ابررساناها معرفي شده است. در فصل سوم به بررسي طراحي از يك ترانسفورماتور ابررساناي تك هسته‌اي تك فاز 15 كيلوولت آمپر كه در نيتروژن مايع كار مي‌كند پرداخته شده است. اين ترانسفورماتور براي اولين بار در دانشگاه كانتربري در سال 2010 طراحي و ساخته شد. در ادامه مسائل و مشكلات مربوط به ساخت ترانسفورماتور ابررسانا بيان شده است. ابتدا يك نمونه مسي از ترانسفورماتور ابررسانا طراحي شد كه در آن ماكت داراي نوار و ابعاد سيم‌پيچ مشابه ترانسفورماتور ابررسانا بود، به اين معني كه از يك هسته مي‌توانستند براي دو مجموعه مختلف سيم‌پيچ استفاده كنند. اين امر منجر به طراحي هسته‌اي شد كه مي‌تواند به راحتي جدا شده و دوباره مونتاژ شود. در فصل چهارم مدل ترانسفورماتورهاي مسي و ابررساناي بحث شده در فصل سوم در نرم افزار متلب شبيه‌سازي شده و آزمايش‌هاي اتصال كوتاه، بي‌باري و بارهاي مختلف و شرايط پايداري روي آنها انجام مي‌شود. نتايج آزمايش عملي كه روي ترانسفورمانورها در دانشگاه كانتربري انجام شده است ارائه مي‌شود. سپس نتايج آزمايش عملي و شبيه‌سازي با هدف سنجش صحت و دقت روابط ارائه شده براي مدل باهم مقايسه مي‌شوند. در فصل پنجم نيز نتيجه‌گيري ارائه مي‌شود.

ترانسفورماتور ابررسانا , ابررساناي دماي بالا , بررسي طراحي سيم پيچ