لینک فایل تحقیق درباره ابررسانایی

تعداد صفحه:  43

نوع فایل:  Word

فرمت فایل:  docx

***  قابل ویـرایش

فهرست مطالب

مقدمه

ابررسانایی

کاربردهای ابر رسانایی

 SMES چیست؟

اولین سیستم  SMES

 SMES  و مدل‌سازی آن

چگونگی انجام کار ابررسانایی

ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی

کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا

 کاربرد ابررسانا در ذخیره‌سازهای مغناطیسی

کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها

کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها

ویژگی

مشخصات فنی  GCP83

محدوده فشار خروجی

شرایط نصب

‌ سیستم‌ کنترل‌ توربین‌های‌گازی«EGATROL»

انواع ASD

سیستم‌های ASD جهت کنترل سرعت موتورهای القایی «آسنکرون»

ASD از نوع ولتاژ متغییر و فرکانس ثابت

  ASD از نوع ولتاژ و فرکانس متغیر

آزمون مدار باز

اندازه‌گیری پارامترهای مدل مولد همزمان

آزمون اتصال کوتاه

تعیین راکتانس همزمان

اثر تغییرات بار بر کار مولد همزمان تنها

کار موازی مولدها

شرایط لازم موازی کردن

روش کلی موازی کردن مولدها

مشخصه‌های بسامد – توان مولد همزمان

مقادیر نامی مولد همزمان

ولتاژ، سرعت و بسامد نامی

توان ظاهری و ضریب توان نامی

کار کوتاه مدت و ضریب سرویس

مقدمه

از اوایل دهه‌ی هفتاد مفهوم ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی به شکل مغناطیسی مورد توجه قرار گرفت. با ظهور تکنولژی ابر رسانایی، کاربردهای گوناگونی برای این پدیده فیزیکی مطرح شد. از معروف ترین این کاربردها می‌توان به SMES اشاره کرد. در SMES  انرژی در یک سیم‌پیچ با اندوکتاس بزرگ که از ابر رسانا ساخته شده است، ذخیره می‌شود. ویژگی ابر رسانایی سیم‌پیچ موجب می‌شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بالا و در حدود  95% باشد. ویژگی راندمان بالای SMES آن را از سایر تکنیکهای ذخیره انرژی متمایز می کند. همچنین از آنجایی که در این تکنیک انرژی از صورت الکتریکی به صورت مغناطیسی و یا برعکس تبدیل می‌شود، SMES دارای پاسخ دینامیکی سریع می‌باشد. بنابراین می‌تواند در جهت بهبود عملکرد دینامیکی نیز بکار رود. معمولاً واحدهای ابر رسانایی ذخیره‌سازی انرژی را به دو گونه ظرفیت بالا (MWh 500) جهت ترازسازی منحنی مصرف، و ظرفیت پایین(چندین مگا ژول) به منظور افزایش میرایی نوسانات و بهبود پایداری سیستم می‌سازند.

بطور خلاصه مهم‌ترین قابلیت  SMESجداسازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره‌برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد.

ابررسانایی

در سال 1908 وقتی کمرلینگ اونز هلندی در دانشگاه لیدن موفق به تولید هلیوم مایع گردید حاصل شد که با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود یک درجه کلوین برسد.

یکی از اولین بررسی‌هایی که اونز با این درجه حرارت پایین قابل دسترسی انجام داد مطالعه تغییرات مقاومت الکتریکی فلزات بر حسب درجه حرارت بود. چندین سال قبل از آن معلوم شده بود که مقاومت فلزات وقتی دمای آن‌ها به پایین‌تر از دمای اتاق برسد کاهش پیدا می‌کند. اما معلوم نبود که اگر درجه حرارت تا حدود کلوین تنزل یابد  مقاومت تا چه حد کاهش پیدا می‌کند.  آقای اونز که با پلاتینیم کار می‌کرد متوجه شد که مقاومت نمونه سرد تا یک مقدار کم کاهش پیدا می‌کرد که این کاهش به خلوص نمونه بستگی داشت. در آن زمان خالص‌ترین فلز قابل دسترس جیوه بود و در تلاش برای بدست آوردن رفتار فلز خیلی خالص اونز مقاومت جیوه خالص را اندازه گرفت. او متوجه شد که در درجه حرارت خیلی پایین مقاومت جیوه تا حد غیرقابل اندازه‌گیری کاهش پیدا می‌کند که البته این موضوع زیاد شگفت‌انگیز نبود اما نحوه از بین رفتن مقاومت غیر منتظره می‌نمود. موقعی که درجه حرارت به سمت صفر تنزل داده می‌شود به‌جای این‌که مقاومت به آرامی کاهش یابد در درجه حرارت 4 کلوین ناگهان افت می‌کرد و پایین‌تر از این درجه حرارت جیوه هیچ‌گونه مقاومتی از خود نشان نمی‌داد. همچنین این گذار ناگهانی به حالت بی‌مقاومتی فقط مربوط به خواص فلزات نمی‌شد و حتی اگر جیوه ناخالص بود اتفاق می‌افتاد.آقای اونز قبول کرد که پایین‌تر از 4 کلوین جیوه به یک حالت دیگری از خواص الکتریکی که کاملاً با حالت شناخته شده قبلی متفاوت بود رفته است و این حالت تازه «حالت ابر رسانایی» نام گرفت. بعداً کشف شد که ابررسانایی را می توان از بین برد (یعنی مقاومت الکتریکی را می توان مجددا بازگردانید).  و در نتیجه معلوم شد که اگر یک میدان مغناطیسی قوی به فلز اعمال شود این فلز در حالت ابر رسانایی دارای خواص مغناطیسی بسیار متفاوتی با حالت درجه حرارت‌های معمولی می‌باشد.

تاکنون مشخص شده است که نصف عناصر فلزی و همچنین چندین آلیاژ در درجه حرارت‌های پایین ابر رسانا می‌شوند. فلزاتی که ابررسانایی را در درجه حرارت‌های پایین از خود نشان می‌دهند (ابر رسانا) نامیده می‌شوند. سال‌های بسیاری تصور می‌شد که تمام ابررساناها بر طبق یک اصول فیزیکی مشابه رفتار می‌کنند. اما اکنون ثابت شده است که دو نوع ابررسانا وجود دارد که به نوع I و II مشهور می‌باشد. اغلب عناصری که ابررسانا هستند ابررسانایی از نوع I را از خود نشان می‌دهند. در صورتی‌که آلیاژها عموماً ابررسانایی از نوع II را از خود نشان می‌دهند. این دو نوع چندین خاصیت مشابه دارند. اما رفتار مغناطیسی بسیار متفاوتی از خود بروز می‌دهند.

پدیده‌ی ابر رسانایی در تکنولوژی از توانایی گستردهای بر خوردار است زیرا بر پایه‌ی این پدیده بارهای الکتریکی می‌توانند بدون تلفات گرمایی از یک رسانا عبور کنند. به‌طور مثال جریان القا شده در یک حلقه‌ی ابر رسانا بدون وجود هیچ باطری در مدار به مدت چند سال بدون کاهش باقی می‌ماند. برای نمونه در واشنگتن از یک خلقه ابر رسانای بزرگ برای ذخیره‌کردن انرژی الکتریکی در تکوما استفاده می‌شود. ذخیره‌ی انرژی در این حلقه تا 5 مگاوات بالا می رود و انرژی در مدت مورد نظر آزاد می‌شود.

عمده مشکل ایجاد کردن شرایط برای این پدیده دمای بسیار پایین آن می‌باشد که باید دماهای بسیار پایین را محیا کرد. اما در سال 1986 مواد سرامیکی جدیدی کشف شد که در دماهای بالاتری توانایی ابر رسانایی را داشته باشد. (تا اکنون در دمای 138 درجه کلوین این امر میسر شده است).

کاربردهای ابر رسانایی

کاربردهای زیادی را برای ابررساناها در نظر گرفته است به‌عنوان مثال استفاده از ابر رساناها باعث خواهد شدکه مدار ماهواره‌های چرخنده به دور زمین با دقت بسیاربالایی کنترل شوند. خاصیت اصلی ابر رساناها به دلیل نداشتن مقاومت الکتریکی امکان انتقال جریان الکتریکی- حجم کوچکی از ابررسانا است. به همین خاطر اگر بجای سیمهای مسی از ابر رساناها استفاده شود، موتورهای فضاپیماها تا 6 برابر نسبت به موتورهای فعلی سبکتر خواهند شد و باعث می‌شود که وزن و فضاپیما بسیار کاهش یابد .

از دیگر زمینه‌هایی که ابررساناها می‌توانند نقش اساسی در آن‌ها بازی می‌کنند می‌توان کاوش‌های بعدی انسان از فضارا نام برد. ابررساناها بهترین گزینه برای تولید و انتقال بسیار کارآمد انرژی الکتریکی هستند و طی شب‌های طولانی ماه که دما تا 173- درجه سانتی‌گراد پایین می‌آید و طی ماه‌های ژانویه تا مارس دستگاه‌های MRI ساخته شده ازسیمهای ابررسانا، ابزار تشخیص دقیق و توانمندی در خدمت سلامت خدمه فضاپیما خواهد بود. و همچنین ساخت ابر کامپیوترهای بسیار کوچک و کم‌مصرف می‌باشد.

 SMES چیست؟

 Superconducting Mgnetic Enrgy Storage

 ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی وسیله‌ای است برای ذخیره کردن انرژی و بهبود پایداری سیستم و کم کردن نوسانات. این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می‌شود ذخیره می‌شود.

این وسیله می‌تواند هزاران بار شارژ و دشارژ شود بدون این‌که تغییری در مغناطیس آن ایجاد شود .

اولین سیستم  SMES

 اولین نظریه‌ها در مورد این سیستم توسط فرریهFerrier  در سال 1969 مطرح شد او سیم‌پچی بزرگ مارپیچی که توانایی ذخیره انرژی روزانه کل فرانسه داشت پیشنهاد کرد. که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن کسی پیگیری نکرد. در سال 1971 تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحث‌های بنیادی اثر متقابل مابین انرژی ذخیره شده و سیستم‌های چند فازه منجر به ساخت اولین دستگاه شد.

هیتاچی در سال1986 یک دستگاه SMES به میزان 5MJ  را ساخت و آزمایش کرد. در سال1998 یک SMES 100KWH توسط ISTEC در ژاپن ساخته شد.

 SMES  و مدل‌سازی آن

 یک واحد SMES که در سیستمهای قدرت بکار گرفته می‌شود از یک سیم‌پیچ بزرگ ابررسانا و یک سیستم سردکننده هلیم به منظور نگهداری دمای هلیم در زیر دمای بحرانی تشکیل شده است. سیم‌پیچ ابررسانا از طریق دو مبدل AC/DC شش تریسیتور و یک ترانسفورماتور قدرت سه سیم پیچه کاهنده به سیستم قدرت متصل است.

در شکل اندوکتانس L بهzعنوان بار در قسمت DC در منطقه کنترل دما قرار می‌گیرد. و مبدل‌های AC/DCدر خارج این منطقه قرار می‌گیرند. با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم‌پیچ ابر رسانا را می‌توان به‌طور پیوسته در بازه‌ی وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت و منفی کنترل کرد. اگر از تلفات جزیی سیستم صرف‌نظر کنیم بر اساس تئوری مبدل‌ها داریم:

که در آن Ed ولتاژ دو سرسیم‌پیچ Ed ولتاژ ماکزیمم دو سر سیم‌پیچ در بی‌باری،  Idجریان سیم‌پیچ ابر رسانا،xc  راکتانس کموتاسیون همگی بر حسب pu و a زاویه آتش می‌باشد مشخصه‌کاری SMES دارای دو حالت یکسوسازی و اینورتری می‌باشد. معمولاً این پریود در زاویه آتش صفر یعنی حداکثر ولتاژ انجام می‌شود. در حالت اینورتری انرژی مغناطیسی ذخیره شده در سیم‌پیچ به شکل الکتریکی وارد شبکه می‌گردد.

شکل زیر بلوک دیاگرام مدل SMES را نشان می‌دهد. ولتاژ Ed دو سر سیم سیم‌پیچ به‌عنوان عامل کنترل توان مورد استفاه قرار می‌گیرد. بسته به نوع کاربرد SMES  یکی از کمیت‌های تغییر فرکانس شبکه تغییر سرعت ماشین سنکرون، تغییرات ولتاژ شبکه و... به‌عنوان ورودی به SMES انتخاب می‌شود. خروجی SMES  نیز توان دریافتی می‌باشد. در این شکل Tdc تأخیر زمانی مبدل،Kf بهره حلقه کنترل و L اندوکتانس سیم‌پیچ می‌باشد. معمولاً پس از تخلیه انرژی SMES  زمان زیادی لازم است تا جریان به حالت اولیه بر می‌گردد، به منظور رفع این مشکل می‌توان از یک فیدبک تغییر جریان استفاده کرد. بدین ترتیب SMES را در مطالعات دینامیکی می توان با این مدل غیر خطی مرتبه دوم توصیف کرد.

چگونگی انجام کار ابررسانایی

اجسام ابررسانا ظرفیت ذخیزه را افزایش می‌دهند، در دماهای پایین اجسام ابررسانا در مقابل عبور جریان از خود مقاومتی نشان نمی‌دهند. به هر حال کاربرد ابرساناها توسط عواملی چون وضعیت کاهش دما، میدان مغناطیسی بحرانی و چگالی جریان بحرانی محدود می‌شود.

   

 SMES انرژی الکتریکی را در میدان مغناطیسی ناشی از جریانDC  جاری در سیم‌پیچ ذخیره می‌شود. اگر سیم‌پیچ از موادی مثل مس باشد انرژی مغناطیسی زیادی در سیم به خاطر مقاومت بیهوده تلف می‌شود؛ اگر سیم از جنس ابر رسانا باشد انرژی در حالت «پایا» و تا زمانی‌که لازم است ذخیره شود. ابررساناها در مقابل جریان DC مقاومت ندارند و به همین دلیل در دمای پایین تلفات اهمی را محو می‌کنند در کابرد AC  جریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات می‌تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دوحالت کاری AC DC انرژی زیادی ذخیره می‌شود.بهینه‌ترین دما برای دستگاهها 77-50 کلوین است.

 انرژی ذخیره شده در سیم‌پیچ برابر است با :

حجم چگالی انرژی :

ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی

اصول کلی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی (MHD) که از سال 1959 پژوهش‌هایی برای تولید برق به وسیله آن‌ها شروع شده و هنوز ادامه دارد،  بر این اساس است که جریان گاز پلاسما (بسیار داغ) یا فلز مذاب از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود. با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود، یون‌های مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می‌شوند و مانند یک ژنراتور جریان مستقیم، تولید الکتریسیته را باعث می‌شوند. قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم با اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل می‌شود. با توجه به هزینه بالای تولید الکتریسیته در ژنراتورهای MHD، استفاده از آنها تنها به منظور یکنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبکه مفید است. سیم‌پیچهای بزرگ ابررسانا که از مواد ابررسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده‌اند برای تولید میدانهای مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الکترود 1/0 متر، سرعت یونها 400 متر بر ثانیه و میدان مغناطیسی 5 تسلا باشد، ولتاژ خروجی 200 ولت خواهد بود و در طول کانال 6 متری و با قطر یک متر، 40 مگاوات انرژی قابل تولید است. مزیت اصلی ژنرتورهای MHD وزن نسبتاً کم آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنایع هوایی و دریایی موجب شده است.

کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا

علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهای ابررسانائی جریان خطا یا SFCL نیز رده تازه‌ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می‌کنند که قادرند شبکه را از اضافه جریان‌های خطرناکی که باعث قطعی پر هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می‌شوند حفاظت نمایند. اتصال کوتاه یکی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است که در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از 10 برابر جریان نامی افزایش می‌یابد و با رشد و گسترش شبکه‌های برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه نیز افزوده می‌شود. تولید جریانهای خطای بزرگتر، ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القائی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه را در پی دارد. لذا عبور چنین جریانی از شبکه احتیاج به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و جهت قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که هزینه‌های سنگینی به سیستم تحمیل می‌کند. اما اگر به روشی بتوان پس از آشکارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه‌جویی قابل توجهی صورت می‌گیرد. انواع مختلفی از محدود کننده‌های خطا تا به حال برای شبکه‌های توزیع و انتقال معرفی شده‌اند که ساده‌ترین آن‌ها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند. از آنجایی که جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکل‌های اولیه ناشی می‌شود باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودکننده‌های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه‌های اخیر، عناصری سری با تجهیزات شبکه هستند و وظیفه دارند جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود محدود نمایند به طوری که توسط کلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند. این تجهیزات در حالت عادی، مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهند ولی پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آن‌ها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری می‌کنند. این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نگردند. محدودسازهای اولیه با استفاده از کلیدهای مکانیکی امپدانسی را در زمان خطا در مسیر جریان قرار می‌دادند. با ورود ادوات الکترونیک قدرت کلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردیده است. محدودکننده‌های ابررسانا در شرایط بهره‌برداری عادی سیستم یک سیم‌پیچ با خاصیت ابررسانایی بوده (مقاومت و افت ولتاژ کمی را باعث می‌شود) ولی به محض وقوع اتصال کوتاه و افزایش جریان از یک حد معینی (جریان بحرانی) سیم‌پیچ مربوط مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد و به همین دلیل جریان خطا کاهش می‌یابد. عمل فوق در زمان کوتاهی انجام می‌پذیرد و نیاز به سیستم کشف خطا نمی‌باشد.........

کلمات کلیدی : تحقیق درباره ابر رسانایی , تحقیق در مورد ابر رسانایی , ابر رسانایی , ابررسانایی , تحقیق در باره ابررسانایی , دانلود تحقیق در مورد ابررسانایی , ا
در این سایت هیچ فایلی برای فروش قرار نمی گیرد. برای پشتیبانی و خرید فایل به مراجعه بفرمائید: