دانلود پروژه رشته برق درباره فیوز های الكتریكی – قسمت پنجم

دانلود پایان نامه

سازندگان این قطعات معمولاً چنین مشخصه ای را در اختیار خریداران خود قرار نمی دهند ولی این مشخصه از روی مقادیر ITSM ای كه این كارخانجات در زمانهای مختلف در اختیار قرار می دهند قابل باز سازی است. به عنوان مثال برای یك نیم سیكل زمانی

to كه مقدار جریان با ITSM مشخص شده است، انتگرال برابر با. است و مقدار جریان مؤثر انتظاری برابر با می باشد. اما مشخصه ای كه به این ترتیب حاصل می گردد بخاطر اینكه در عمل جریان اتصالی نیم موج، سینوسی نمی باشد كاملاً دقیق نیست و بنابراین یك محدودة تغییراتی برای آن می باید در نظر گرفته شود. بهرحال برای جریانهای انتظاری بسیار زیاد، وقتیكه فیوز محدود كنندة جریان عمل خود را انجام می دهد، موج سینوسی را می توان بصورت مثلثی در نظر گرفت كه در این صورت ممكن است سازندگان قطعات برای مقدار قابل تحمل قطعه خود ( با توجه به شكل موج مثلثی مذكور ) مقدار بیشتری را توصیه نمایند.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

از طرفی دیگر شكل (3-8) مشخصه مربوط به یك فیوز محدود كنندة جریان را چنانچه در فصل دوم در مورد آن صحبت شد نشان می دهد. مقدار قبل از قوس با افزایش جریان همنطوریكه درشكل مشخص است و در فصل دوم نیز در مورد آن بحث شد كاهش می یابد. این اثر كاهشی برای فیوزهائی كه مختص نیمه هادی ساخته می شوند به علت وجود شیارهای عمیق بیشتر می گردد.

برای جریانهای كم مقدار كل عملكرد فیوز، تغییرات قبل از قوس را دنبال می نماید. ولی وقتیكه جریان انتظاری افزایش می یابد مقدار كل سریعاً بعلت تأثیر قوس افزایش یافته و بعد از عبور از یك مقدار ماكزیمم مجدداً شروع به كاهش می كند. مشخصه فیوزی كه به عنوان نمونه در نظر گرفته می شود ممكن است مربوط به ماكزیمم جریان قابل دسترسی در عمل باشد یعنی وقتیكه اتصالی در بدترین لحظه ممكن در یك مدار بخصوص اتفاق بیافتد. همچنین ممكن است این منحنیها در شرایط بخصوصی از مدار از نظر ضریب قدرت جریان عبوری و ولتاژ تغذیه ترسیم شده باشند. بنابراین منحنی های مذكور بستگی به نوع كاربرد و با توجه به منحنی های تغییرات كه از طرف كارخانجات سازنده با در نظر گیری عوامل مختلف در اختیار قرار می گیرند می باید ساخته و پرداخته گردد.

پس از انجام عملیاتی كه در بالا در موردشان صحبت شد و ساخته شدن منحنی های قابل قبول، هماهنگی مابین قطعه فیوز با مقایسه منحنی های هر دو قطعه كه بر روی یك دیاگرام كشیده شده اند( همانطوریكه در شكل (3-9) نشان داده شده است) به آسانی قابل حصول می باشد. اگر ماكزیمم جریان انتظاری از مقدار جریان       IAكمتر باشد در این صورت فیوز A حفاظت مطمئنی را ایجاد می كند. اما اگر جریان انتظاری به مقدار جریان    IBبرسد در این صورت فیوز B با جریان نامی كوچكتر می باید انتخاب گردد.

همینطور ممكن است كه لازم باشد كه مقدار پیك جریان قابل عبور از فیوز كمتر از مقدار پیك جریان قطعه باشد، ولی در بیشتر مواقع اگر هماهنگی برقرار باشد هماهنگی مقدار پیك جریان نیز حاصل می گردد.

ولتاژ قوس

به منظور دسترسی به عمل محدود كردن جریان، فیوز محدود كنندة جریان ولتاژی بزرگتر از ولتاژ پیك منبع تولید می كند. در مدارات مبدل این مقدار ولتاژ می تواند در دو سر عناصر یكسو كننده كه در حالت قطع ( با یاس مستقیم یا معكوس) قرار دارند ظاهر شود. برای یك دیود ایجاد چنین حالتی ممكن است باعث شود كه دیود درست زمانی كه می باید قطع نماید هدایت نماید و در نتیجه كا مدار را مختل سازد برای تایرستورها در حالت قطع و یا دیودها یا تایریستورهائی كه تحت فشار ولتاژ قوس فیوز در حالت معكوس قرار گرفته اند وجود چنین حالتی ما را مجبور می سازد كه ولتاژ تحمل قطعه نیمه هادی را افزایش دهیم تا اینكه بتواند مقدار ولتاژ قوس را تحمل نماید. یا اینكه از دید فیوز ولتاژ قوس ایجاد شده را كاهش دهیم. خوشتبختانه در طراحی فیوزهای نیمه هادی با ایجاد شیارهای عمیق كوتاه كه باعث ایجاد پروفیل ولتاژ ایده آل می گردند این مسئله در نظر گرفته شد است و مسئله مذكور با انتخاب فیوز مختص نیمه هادیها حل می گردد.

مثال ساده

در اینجا اصول كلی را كه تاكنون در انتخاب فیوزهای نیمه هادی مورد بحث قرار داده ایم، با استفاده از یك مثال كه از یك پل یسكو ساز سه فازه تشكیل شده است مورد بررسی قرار می دهیم (شكل (3-10)). اگر جریان بار D.C برابر Id باشد در اینصورت هر دیود جریان مؤثری برابر Id 577/0را ( با صرفنظر كردن از ولتاژ با یاس دیود) از خود عبور می دهد. این مقدار مینیمم جریان نامی فیوزی می باشد كه با هر كدام از دیودهای مدار بصورت سری قرار می گیرد بهر حال انتخاب فیوز در عمل با در نظر گرفتن جریانهای اتصال كوتاهی كه در زیر بحث شده اند دیكته می شود.

 

الف- خطای خارجی:

اگر تغذیه به صورت سه فاز در نظر گرفته شود، خطای مذكور از دید مدار سه فازه بصورت خطای فازبه فاز خواهد بود و جریان خطا در مسیر نشان داده شده عبور خواهد كرد. بنابراین فیوزهای F   1 و F6 عمل می نمایند و اگر عملكرد شان بسیار سریع باشد، قبل از ایجاد كموتاسیون های بعدی، خطای مدار برطرف می گردد. تحت این شرایط، فیوزهای F1و F6 كه با هم سری شده اند، مجبور خواهند بود كه تحت ولتاژ خط منبع a.c جریان خطای مدار را قطع نمایند، در حین عملكرد فیوز، D4 توسط ولتاژ قوس uF1 در جهت مخالف تحت فشار قرار گرفته و دیود D3 هم توسط ولتاژ uF6 در جهت مخالف تحت فشار قرار می گیر. بهر حال حذف خطا با چنین سرعتی امكان نداشته و در عمل بین دیودهای دیگر به سرعت كموتاسیون ایجاد می گردد. به عنوان مثال اگر در سیكل كموتاسیون طبیعی، دیود شماره 2 دیودی بود كه می باید پس از دیود شماره 6 هدایت می نمود، حین پدیده اتصال كوتاه، بدلیل كم بودن ولتاژ آند، این دوید زودتر از موقع هدایت خواهد نمود. در هر صورت حتی اگر رفع اتصال كوتاه بسیار سریع باشد، فیوزها به دنبال سیكل طبیعی كموتاسیون عمل خواهند كرد تا اینكه حداقل 5 فیوز از 6 فیوز بسوزند. تعیین ترتیبهای ممكن عملكرد فیوزها بسیار پیچیده است. هر فیوز باید با ولتاژ نامی برابر با ولتاژ خط انتخاب گردد، زیرا ممكن است كه فیوز در لحظه ای مجبور به رفع خطا باشد كه فیوز انتخاب گردد، زیرا ممكن است كه فیوز در لحظه ای مجبور ب رفع خطا باشد كه فیوز دیگری كه با آن سری می باشد، هنوز ذوب نشده است. واضح است كه مربوط به هر فیوز باید كمتر از قابل دیود مربوطه باشد.

برای جلوگیری از درگیر شدن با عملكرد متوالی فیوزها همانگونه كه در بالا ذكر شد، می توان فیوزهائی را در خطوط تغذیه مدار و یا مدار تغذیه بار    d.c قرار داد. در اینصورت كل مربوط به قطع جریان این فیوزها باید كمتر از قبل از قوس مربوط به فیوزهایی باشد كه در پل دیودی مورد استفاده قرار گرفته اند. در عمل چنین تركیبی زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد. زیرا وقوع اتصال كوتاه با مقاومت صفر در دو قطب موجود در سمت d.c یا بصورتی كه در شكل ( 3-10) نشان داده شده است، دارای كمترین احتمال است.

ب- خطای داخلی:

این نوع از خطا كه معمولاً بدلیل خراب شدن یكی از قطعات نیمه هادی می باشد،‌بسیار رایج بوده و در شكل (3-11) نشان داده شده است. در این شرایط، در حالتی كه دیودهای 1و6 در حال هدایت طبیعی خود می باشند، دیود شماره 3 كه باید در حالت خاموش باشد ولتاژ معكوس Vdc را ممكن است تحمل نكند و باعث ایجاد اتصال كوتاه فاز به فاز بین فازهای b,a گردد. در اینجا هم ابتدا فرض می كنیم كه قطع جریان خطا توسط فیوز به اندازه ای سریع است كه زمان كافی برای ایجاد كموتاسیون بین دیودهای دیگر، وجود ندارد. اگر وضعیت بدینگونه باشد، معیار تحمل مانند همان چیزی خواهد بود كه قبلاً داشتیم، ولی ولتاژ قوس در جهت مخالف به دو سر دیود D4 اعمال می گردد. بنابراین ظاهراً دیود D4 مجبور است كه قابلیت تحمل در برابر ولتاژ قوس فیوز را داشته باشد. ولی در عمل ولتاژ به این مقدار نمی رسد، چرا كه كه با هم سری هستند، به یكدیگر كمك كرده و تا حدی ولتاژ قوس را كاهش می دهند و همچنین كموتاسیون جریان وانتقال آن به سایر دیودها نیز باعث تغییر شرایط و در نتیجه كاهش ولتاژ مذكور می گردد. برای تعیین دقیق شرایط، شكل موج های جریان برای مبدلی كه یكی از المانهای نیمه هادی آن خراب شده است باید با جزئیات كامل مورد بررسی قرار گیرد. یك روش سرانگشتی برای انتخاب فیوز مناسب به قرار زیر می باشد:

الف- در شرایط كاری نرمال ( در بار نامی) مقدار موثر جریان عبور كننده از فیوز را به دست آورید و با در نظر گرفتن چگونگی نصب فیوز، دمای محیط و روشهای دفع گرما( در صورت وجود)، مقدار جریان نامی فیوز را تعیین نمائید.

ب- جریان خطایی برای یك خطای داخل در نظر گرفته و با دو روش ارائه شده در شكل (3-9) بررسی كنید كه آیا فیوز با قابل تحمل عنصر نیمه هادی هماهنگی دارد یا خیر.

ج- بررسی كنید كه حداكثر ولتاژ قوس فیوز كمتر از حداكثر ولتاژ معكوس قابل تحمل عنصر نیمه هادی باشد.

در یكسو كننده های با توان زیاد، برای دستیابی به جریان نامی مورد نیاز، در هر بازوی یكسو كننده چند المان نیمه هادی را بصورت موازی قرار می دهند. هر كدام از این المانها باید جداگانه فیوز گذاری شوند. معمول است كه تعداد المانهای موازی در هر بازو بیش از تعداد المانی باشد كه برای عبور جریان نامی لازم است. این كار باعث می شود كه پل یكسو كننده ذاتاً دارای نوعی قابلیت جایگزینی  (Redundancy) باشد. دلیل این كار تداوم عمل تغذیه است، بطوریكه اگر عنصر خراب توسط فیوز مربوطه از مدار جدا گردد، جریان از طریق سایر دیودها جریان یافته و عمل تغذیه ادامه یابد. دیود خراب را بعداً، در موقع مناسب می توان تعویض نمود. برای اینكه مداری كه بدین صورت تعبیه شده است، بتواند به خوبی كار كند، لازم است كه كل عملكرد فیوز مربوط به المان خراب( كه جریان اتصالی IF را هدایت می نماید) كمتر از مقدار قبل از جرقه سایر فیوزها باشد. در بازوی سالمی كه بصورت سری با بازوی حاوی خطا قرار گرفته است، هر یك از المانها جریانی برابر را از خود عبور می دهند كه p تعداد المانهایی است كه با هم موازی هستند، یعنی:

این شرایط وقتیكه p>4 باشد صادق است. البته شرط اساسی دیگری نیز وجود دارد و آن این است كه كل عملكرد فیوز باید كمتر از مقدار قابل تحمل المان مربوط به فیوز باشد.

توضیحات فوق حالت بسیار ساده شده ای می باشد و واضح است كه برای طراحی تركیبهای حفاظتی برای یك یكسو كننده یا اینورتر (   Inverter) با توان بالا باید مطالعاتی دقیق تر از آنچه در اینجا ارائه شده است، انجام داد.

بارگذاری متناوب

فیوزهایی كه در مبدلهای قدرت برای حفاظت المانهای نیمه هادی مورد استفاده قرار می گیردند، اغلب مواجه با بارگذاری ( عبور جریان) بصورت متناوب می باشند یك مثال از این مورد، یكسو كننده هائی هستند كه به عنوان تغذیه موتورهای جریان مستقیم نورد در كارخانجات فولاد استفاده شوند، كه در آن بار بصورت متناوب با پریود روشن و خاموش شدن موتور كه در حدود چند ثانیه با دقیقه است، تغییر می كند. گرچه مقدار مؤثرجریان بار در حد جریان نامی فیوز می باشد، ولی فشارهای حرارتی كه مرتباً بصورت متناوب در اثر عبور جریان بار در فیوز ایجاد می شوند، می توانند باعث ایجاد فرسودگی مكانیكی و سبب خراب شدن فیوز گردند.

فیوزهائی كه برای حفاظت عناصر نیمه هادی استفاده می گردند، بدلیل طبیعت شكننده قستهای باریك المان فیوز، به این امر بسیار حساس می باشند. نقره، مانند سایر فلزات غیر آهنی، حد فرسودگی ندارد. بنابراین برای دستیابی به عمر قابل قبول، باید تحت بررسی قرار گیرد. پدیده های مربوط به فرسودگی مكانیكی بسیار پیچیده می باشند و به همین دلیل اغلب تولید كنندگان برای المان خود از یك قانون سرانگشتی كه مبنای آن محدود كردن تغییرات حرارت و در نتیجه فشارهای حرارتی می باشد، استفاده می نماین. برای سیكلی كه بصورت روشن- خاموش می باشد، روش را می توان با مراجعه به شكل (3-12) توضیح دد. اگر مدت زمان حالت“روشن” را T بنامیم، مقدار جریان IT را می توان از منحنی مشخصه زمان قبل از قوس جریان بدست آورد. بنابراین      IT جریانی خواهد بود كه در مدت زمان T باعث ذوب شدن المان فیوز می گردد. برای جلوگیری از فرسودگی، جریان پله ای مجاز باید كمتر از مقدار باشد و از ارتباط زیر به دست می آید:

كه در آن f ضریبی است معمولاً بین 3/0 الی 5/0 و توسط كارخانه تولید كنندة فیوز مقدار f جهت بكارگیری برای فیوزهای مختلف پیشنهاد می گردد. در مورد سیكلهای پیچیده تر، روشهای مشابهی برای تعیین فیوز مناسب مورد استفاده قرار می گیرند.

حفاظت كابلها

كابل روپوش PVC در مقابل اضافه بارهای جزئی كه در زمان طولانی از آنها می گذرند بسیار آسیب ناپذیر می باشند. چرا كه در این نوع از كابلها حتی جریان اضافی كوچكی باعث تغییر شكل عایق كابل گردیده و در نتیجه آسیب دائمی به آن وارد می نماید. بنابراین كابلهای از این نوع باید تحت حفاظت اضافه بار( بطوریكه منحنی حفاظتی در محدوده اضافه بار، بسیار نزدیك به منحنی حد تحمل كابل باشد) قرار گیرند. این امر با استفاده از فیوز قابل حصول است بشرطیكه فیوز دارای فاكتور فیوزینگ كمی باشد. طریقه دیگر در این نوع حفاظت «نزدیك» همانطوریكه قبلاً گفته شد استفاده از دژنكتور و فیوز می باشد. در اینصورت فیوز وظیفه حفاظت اتصال كوتاه، و دژنكتور می توان حفاظت اضافه بار را به عهده می گیرد. بدینوسیله با تنظیم جریان رله مربوطه به دژنكتور می توان حفاظت از نوع«نزدیك» را در مقابل اضافه بار ایجاد نمود. یك قانون تجربی می گوید كه از كابل PVC در جریان نامی خود فقط به شرطی می توان استفاده نمود كه حفاظت كابل از نوع «نزدیك» صوتر گرفته باشد. یعنی اینكه یا از دژنكتور و فیوز استفاده شود و یا از فیوزی كه فاكتور فیوزینگ كمتر از 5/1 داشته باشد. در غیر اینصورت مقدار جریان نامی كابل می باید بیستو پنج درصد كمتر در نظر گرفته شود.

حفاظت بانكهای خازن

خازن ها بصورت بسیار گسترده برای تسحیح ضریب مورد استفاده قرار می گیرند، و حفاظت آنها مسائل خاصی را ایجاد می كند كه در نظر گیری این مسائل جزء لاینفك طراحی حفاظتی برای بانكهای خازنی می باشد.

بانكهای خازنی از المانهای منفرد خازن تشكیل یافته اند و امكان دارد كه هر یك از المانها به تنهائی بتوسط یك فیوز حفاظت شود. فیوزهایی كه برای المانها مورد استفاده قرار می گیرند دارای جریان نامی و قدرت كمی می باشند. با ایجاد اتصالات سری و یا موازی بین المانهای بانك خازنی می توان آنها را تبدیل به واحدهای خازنی نمود كه هر واحد توسط یك فیوز كه معمولاً از انواع محدود كنندة جریان می باشد، حفاظت می گردد. واحدهای خازنی تك فاز تا ولتاژ نامی KV 15 ساخته می شوند واگر ولتاژ های بالا مورد نیاز باشد می توان با اتصلات سری و یا موازی واحدها، آنها را با هم تركیب نمود تا مقدار نامی مورد نظر بدست آید. البته برای خط تغذیه نیز می توان فیوز در نظر گرفت.

یك فیوز كه وظیفه حفاظت واحدی از یك بانك خازنی بزرگ را بر عهده دارد، باید دارای قابلیتهای اساسی زیر باشد:

الف- فیوز باید توانایی عبور مداوم جریان معمولی خازن را بدون از دست دادن كیفیت، داشته باشد. از آنجا كه امپدانس خازنها با فركانس نسبت عكس دارد، وجود جریانهای هارمونیكی كه ناشی از اعوجاج شكل موج ولتاژ می باشند، می تواند بطور قابل توجهی اهمیت این خصوصیت فیوز را بیافزاید. با توجه به این موضوع كه معمولاً مقدار خازن دارای تولرانس مثبتی در حدود 10% می باشد، مقدار نامی جریان مورد نیاز را در برخی موارد می توان حدود 4 0% بیش از جریان نامی خازن در فركانس قدرت نامی در نظر گرفت.

ب- فیوز باید توانایی تحمل جریان گذرای هجومی خازن را كه به هنگام وصل خازن به شبكه ایجاد می شود، داشته باشد. اگر كلید هنگامی بسته شود كه ولتاژ منبع در حداكثر مقدار خود می باشد(مقدار ماكزیمم) ،Em جریان حاصل از ارتباط زیر تبعیت خواهد نمود:

كه در آن:

= ضریب میرائی
= فركانس میرا شده
= فركانس طبیعی مدار
=       L اندوكتانس منبع
       C= ظرفیت خازن
   R   = مقاومت منبع

اگر از میرائی صرفنظر كنیم، با قراردادن خواهیم داشت:

 

كه دامنه اولین پیك از جریان هجومی بصورت زیر بدست می آید:

برای بانكهای خازنی كه از چند قسمت مجزا تشكیل شده اند بدلیل تبادل انرژی بین بخشها و با توجه به اندوكتانس باس بارها ممكن است بدنبال این پدپده نوساناتی هم ایجاد شود.

بعنوان مثال، برای بانكهای خازنی موازی چند بخشی حالت گذرا می تواند با فركانسی در حد چند ده كیلو هرتز و با دامنه ای در حدود 20 تا 250 برابر دامنه جریان خازن در فركانس قدرت ایجاد شود. این جریان گذرا معمولاً در مدت 20 میلی ثانیه میرا خواهد شد.

ج- فیوز باید قابلیت قطع جریان خازنی را داشته باشد.

د- فیوز باید به هنگام بروز خطا در یك واحد، نسبت به فیوزهای مربوط به واحدهای دیگر بطور هماهنگ عمل نموده و می باید جریان اتصال كوتاه را قبل از اینكه خازن منفجر شود، قطع نماید. وقتی كه تعداد زیادی از واحدها با هم موازی باشند، قدرت تمایز مسئله ای نیست، زیرا جریان از واحدهای سالم درون واحد اتصال كوتاه شده ریخته و بدلیل بزرگ شدن جریان خطا عمل قطع جریان به سرعت انجام می شود. مشخصاً اگر فقط دو واحد با هم موازی باشند، بدلیل اینكه این واحدها دارای جریانهای نسبتاً مساوی خواهند بود، عمل تمایز به خوبی انجام نمی گردد اگر خطا در واحد خازن در لحظه ای اتفاق بیافتد كه مقدار ولتاژ منبع صفر یا نزدیك صفر می باشد، از طرف واحدهای موازی دیگر جریان كوچكی كه ناشی از تخلیه خازنها می باشد، ایجاد خواهد شد و فیوز مجبور خواهد شدكه واحد حاوی تخلیه خازنها می باشد، ایجاد خواهد شد و فیوز مجبور خواهد شد كه واحد حاوی خطا را تحت تأثیر جریان HZ 50 عبوری از فیوز قطع نماید چرا كه تمامی خازنهای دیگر دشارژ شده می باشند.

هـ – فیوز حفاظت كننده از هر واحد خازنی باید هماهنگ با فیوزهای حفاظت كننده خطی كه این واحد ها به آن متصل هستند، عمل نماید. این كار می تواند منجر به افزایش مقادیر نامی فیوزهای خط تغذیه گردد به همین ترتیب فیوزهای خط می باید نسبت به هر فیوزی كه در سیستم تغذیه در پشت سر آنها قرار نگرفته است، بطور هماهنگ عمل كنند. بنابراین مسئله هماهنگی مابین فیوزهای واحد و فیوزهای خط و فیوزهای تغذیه بانك خازنی می باید بدقت در نظر گرفته شود.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment