مباحث تخصصی مهندسی برق - کنترل ابزاردقیق

گرایش کنترل(ابزاردقیق - فرآیند)

 

مهندسی کنترل و هدایت موشکها

اگر بخواهیم یک تعریف کلی از کنترل ارائه دهیم، می‌توانیم بگوییم که هدف این علم، کنترل متغیرهای اساسی سیستم (که متغیرهای خروجی می‌تواند تنها بخشی از این متغیرها باشد) بر مبنای برخی ملاکهای مطلوب می‌باشد. این ملاکها می‌تواند سرعت یک موشک، دمای یک اتاق، زاویه‌ی چرخش بازوی ربات و... باشد. به عنوان یک مثال ساده می‌توان کنترل زمان اوج گیری یک هواپیمای جنگنده را در نظر گرفت.در این مثال٬ زاویه پره‌های هواپیما، میزان سوخت تزریقی و سایر متغیرهای تاثیرگذار بایستی با روش‌های ریاضی محاسبه و سیستم کنترل‌کننده به دقت طراحی شود تا بتوان زمان عکس‌العمل سیستم را کاهش داد و آن را در برابر اثرات نویز محیط ( مانند وزش باد یا ...) مقاوم کرد.

کنترل، در پیشرفت علوم دیگر نقش ارزنده‌ای را ایفا می‌کند. به طور کلی می‌توان گفت مهندسی کنترل حلقه اتصال میان مهندسی برق و رشته‌های دیگر می‌باشد. امروزه مهندسی کنترل به صورت بخش اصلی و مهمی از فرآیندهای صنعتی و تولیدی درآمده‌است.

به کمک این علم می‌توان به عملکرد بهینه سیستم‌های پویا، بهبود کیفیت و ارزان‌تر شدن فرآورده‌های تولیدی، گسترش میزان تولید، ماشینی کردن بسیاری از عملیات تکراری و خسته‌کننده دستی و نظایر آن دست یافت. هدف سیستم کنترل‌کننده عبارت است از کنترل خروجی‌ها(مانند زاویه‌ی حمله‌ی موشک هدایت‌شونده) به روش معین به کمک ورودی‌ها(مانند سیگنال دریافتی از رادار موشک) از طریق اجزای سیستم کنترل که می‌تواند شامل اجزای الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی به تناسب نوع سیستم کنترل باشد.

یکی از مفاهیم پرکاربرد در این رشته مفهوم پسخورد (فیدبک) می‌باشد. پسخورد در واقع اندازه گیری متغیرهای خروجی و استفاده از این متغیرهای اندازه گیری شده برای اصلاح متغیر ورودی سیستم می‌باشد.برای مثال ٬ در یک سیستم سرمایشی٬ یک سنسور٬ که در واقع یک دماسنج است٬ دمای اتاق را اندازه‌گیری می‌کند تا سیستم بتواند از دما مطلع شده و از کاهش یا افزایش بیش از اندازه دما جلوگیری کند. با استفاده از سیستمهای دارای پسخورد می‌توان بسیاری از فرآیندهای صنعتی را به صورت خودکار کنترل کرد. اتوماسیون صنعتی بخشی از رشته کنترل می‌باشد که بر پایه سیستمهای فیدبک‌دار توانسته‌است صنعت مدرنی را پایه گذاری کند.

گفتنی است که گرایش کنترل دارای زیر بخش‌های متنوعی مانند کنترل خطی، کنترل غیرخطی،کنترل مقاوم،کنترل تطبیقی،کنترل دیجیتال،کنترل فازی و غیره‌است.

از دروس اصلی این گرایش مهندسی برق می‌توان به کنترل دیجیتال و کنترل غیرخطی، کنترل مدرن، کنترل صنعتی، ابزار دقیق، اصول میکروکامپیوتر، ترمودینامیک، مبانی تحقیق در عملیات و سیستمهای کنترل خطی اشاره کرد.

وضعیت تحصیل در مقاطع بالاتر از کارشناسی

فارغ التحصیل در مقطع کارشناسی برق که مدرک خود را در یکی از چهار گرایش الکترونیک، مخابرات، قدرت و کنترل می‌گیرد، می‌تواند در یکی از این گرایشها (اختیاری) یا رشته‌ای که برق زیر مجموعه‌ای برای آن تعریف شده، ادامه تحصیل نماید. این رشته به صورت: مهندسی برق- الکترونیک، برق- قدرت، برق- مخابرات (شامل گرایش‌های: میدان، سیستم، موج، رمز، مایکرونوری) برق- کنترل، مهندسی پزشکی (گرایش بیوالکتریک)، مهندسی هسته‌ای (دو گرایش مهندسی راکتور و مهندسی پرتو پزشکی، مهندسی کامپیوتر (معماری کامپیوتر، هوش مصنوعی و رباتیک) است. برای تحصیل در مقطع دکترای تخصصی، می‌توان، در هر یک از زیرشاخه‌های تخصصی‌تر گرایشهای یاد شده میزان مورد نیاز واحدها را اخذ کرد و رساله دکتری را در همان موضوع خاص ارائه داد. مسلم است این زیر شاخه‌ها، گرایشهای تخصصی تر این چهار گرایش است. رشته برق به دلیل کاربردی بودن آن در بسیاری از علوم مهندسی دیگر، برای فارغ التحصیلان امکان تحصیل در بسیاری گرایشها و دانشها را فراهم می‌کند.

www.poursalehi55eng.ir

خازن قابل كليدزني با تريستور (TSC):

يك خازن قابل كليدزني با تريستور كه بصورت موازي بسته شده و راكتانس موثر آن با عملكرد دريچه تريستور در حالت‌هاي هدايت صفر يا كامل،بصورت پله‌اي تغيير مي كند. TSC هم يك زير مجموعه SVC است. كه در آن كليدهاي AC مبتني بر تريستور براي وارد كردن و خارج كردن واحدهاي خازن موازي بكار مي‌روند تا پله‌هاي تغييرات مورد نياز در توان راكتيو تحويل شده با سيستم بدست آيد. برخلاف رآكتورهاي موازي خازن‌هاي موازي را نمي‌توان با كنترل زاويه آتش متغير بصورت پيوسته كليدزني كرد.

www.poursalehi55eng.ir

رآكتور قابل كليد زني با تريستور (TSR):

يك القاگر قابل كليدزني با تريستور كه بصورت موازي بسته شده و مقدار راكتانس موثر آن،با عملكرد دريچه تريستور در حالت‌هاي هدايت صفر يا كامل،بصورت پله اي تغيير مي كند.TSR يك زير مجموعه ديگر از SVC است. TSR از چندين القاگر تشكيل شده است كه بصورت موازي بسته شده‌اند و با كليدهاي تريستوري فاقد كنترل زاويه آتش به مدار وارد و يا از آن خارج مي شوند تا پله هاي تغييرات مورد نياز در توان راكتيو اخذ شده از سيستم بدست آيد. استفاده از كليدهاي تريستوري فاقدكنترل زاويه آتش منجر به هزينه و تلفات كمتر مي شود،اما كنترل بصورت پيوسته نمي باشد.

www.poursalehi55eng.ir

كاربردهاي ديناميكي ادوات FACTS

هزينه‌هاي تجهيزات ادوات FACTS

هزينه تجهيزات ادوات FACTS علاوه بر مقادير نامي كاركرد عنصر FACTS (ظرفيت نامي، ولتاژ نامي) به ملزومات خاص آن عنصر نيز بستگي دارد كه در ادامه به آنها اشاره شده است:

-      سيستم كنترل و حفاظت اضافي (پشتيبان) و يا حتي عناصر اصلي اضافه مانند راكتورها، خازن­ها و ترانس­ها

-      شرايط زمين­لرزه

-      شرايط محدودكننده (مانند دماي محيط و سطح آلودگي)

ارتباط با سيستم كنترل پست يا مركز كنترل منطقه‌اي يا ملي

www.poursalehi55eng.ir

مزایاي سيستم HVDC LIGHT

- امکان تغذیه شبکه‌های جریان متناوب مجزا از شبکه اصلی

مناطق زیادی مثل شهرهای کوچک ومعادن وجود دارند که دور از شبکه اصلی‌هستند،دو روش متداول برای برق‌رسانی به این مناطق عبارتند از :

-         ایجاد یک انتقال شعاعی جریان متناوب از شبکه اصلی به محل‌های مذکور

-         تولید انرژی الکتریکی با استفاده از توربین‌های گازی و دیزل ژنراتور‌ها در همان محل‌ها .

توان مورد نیاز این مناطق دوردست معمولا پایین است و اگر این توان کمتر از 150 مگاوات باشد. استفاده از خط انتقال شعاعی جریان متناوب به دلیل نیاز به افزایش سطح ولتاژ برای کاهش افت ولتاژ تلفات اقتصادی نخواهد بود . 

www.poursalehi55eng.ir

آشنایی با HVDC LIGHT

سیستم‌های انتقال DC نسبی معمولا برای انتقال مقادیر زیادی از توان الکتریکی در فواصل طولانی بکار می‌رود ولی با استفاده از سیستم‌های جدید می‌توان‌تواني در محدوده یک تا صد مگاوات را در فواصل کوتاه منتقل کرد.

امکان انتقال مقادیر کم‌توان الکتریکی موجب شده تا این سیستم‌ها،سیستم انتقال DC سبک يا به اختصار HVDC LIGHT  نامیده شوند .

www.poursalehi55eng.ir 

ساختار و وظایف UPQC

UPQC از دو مبدل ولتاژ(VSC)سری و موازی تشکیل شده است.قسمت سری توسط یک خازن به قسمت موازی لینک می‌شود.قسمت سری با سه ترانسفورماتورتکفاز به شبکه‌توزیع وصل‌می شود در حالیکه در اتصال قسمت موازی از یک ترانسفورماتور سه فاز استفاده می گردد. برای حذف نوسانات کلید زنی از یک فیلتر پسیو درجه اول یا دوم در سر مبدل ها استفاده می‌شود.وظایف پایه‌ای قسمت موازی‌UPQC جهت بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان در باس توزیع اولیه ویا ثانویه:

1-    بهسازی نامتعادلی و هارمونیک های جریان بار

2-   جبرانسازی توان راکینو بار و تصحیح ضریب قدرت

3-   تغذیه مقدار انرژی مورد نیاز قسمت سری UPQC و تنظیم ولتاژ باس DC

www.poursalehi55eng.ir  

آشنایی با UPQC 

با گسترش سریع کاربردهای گوناگون بارهای غیرخطی و حساس در شبکه‌های توزیع مسئله کیفیت توان روز‌به‌روز از اهمیت بیشتری برخوردار می‌شود.این بارها با کشیدن جریان غیر سینوسی از شبکه باعث کاهش کیفیت توان در شبکه‌های توزیع می شوند از طرفی اعوجاج‌های ولتاژ و هارمونیک‌های ولتاژ در سیستم تفاوت بسیار جدی‌اند و اکثر بارهای حساس،جهت عملکرد مناسب به منابع ولتاژ سینوسی نیاز دارند.با توجه به این موضوع استفاده از بهسازهای کیفیت توان ضروری به نظر می رسد تجهیزات پیشرفته‌ای برای بهسازی کیفیت توان در شبکه‌های توزیع پیشنهاد شده‌اند.این تجهیزات با عنوان تجهیزات custom power مطرح‌اند که به سه گروه تقسیم می شوند:

 1- ادوات قطع و وصل کلید های الکترونیک قدرت

2- ادوات کنترل پذیر گسسته 

3- ادوات کنترل پذیر پیوسته 

www.poursalehi55eng.ir

     مقایسه سیستم SMES با دیگر ذخیره کننده های انرژی

تاکنون به غیر از SMES ها،UPS های گوناگونی با استفاده از باتری،خازن،چرخ‌گردان ودیگرفن‌آوریهای ذخیره‌سازی انرژی ساخته شده است.هرکدام از این‌فن‌آوریها از نظرویژگیهایی مانند میزان انرژی قابل ذخیره بازده سیکل شارژ و شارژ سیستم،تاثیرات محیطی،قابلیت اطمینان،سادگی استفاده و سرعت آماده بکار شدن ، امکان استفاده درشبکه به عنوان بار راکتیو، يا تثبیت کننده فرکانس و پایدار کننده شبکه و تعدیل منحنی پیک‌بار و مدت زمانی که می‌توانند قسمت اعظمی از انرژی را در خود نگه دارند،با یکدیگر متفاوتند.

بعضی درتعداد مراتب شارژ و دشارژ،بعضی درسادگی وراحتی استفاده وبعضی درقیمت بر بقیه ارجحیت دارند. مسلم است که در سطوح انتقال توان مساله میزان توان قابل ذخیره که معمولا در حد چندمگاوات است در درجه اهمیت بیشتری قرار دارد.خوشبختانه سیستم SMES دارای تمام خصوصیات مذکور بوده و به‌راحتی می‌تواند درهنگام وقوع خطا میزان انرژی زیادی را در اختیار شبکه قرار دهد، درحالیکه سیستم‌های چرخ‌گردان وباتریها فاقد این خصوصیت‌اند. 

www.poursalehi55eng.ir

نحوه کار سیستم SMES

سیم‌پیچ ابررسانا توسط یک یکسوسازAC ‌بهDC که درمنبع تغذیه‌سیم‌پیچ ابررسانا قراردارد شارژ می‌شود. شارژکننده سیم‌پیچ به منظور غلبه بر تلفات اهمی آن قسمت ازمدارکه دردمای محیط قرار دارد، ولتاژکوچکی در دو سر سیم‌پیچ ایجاد می کند.‌این مساله باعث می‌شود که جریان ثابتی در سیم پیچ ابر رسانا جاری شود. در‌حالت‌ ‌آماده به کار یعنی زمانیکه هیچ تبادل توانی با سیم پیچ انجام نمی شود جریان ذخیره شده سیم پیچ توسط یک سوئیچ که دو سر سیم پیچ را اتصال کوتاه می کند دوباره به خود سیم پیچ ابررسانا بازگردانده شده و حالت گردشی پیدا می کند .

در نتیجه انرژی سیم‌پیچ ابررسانا حفظ می شود.در بعضی از مدلهای SMES این سوئیچ به داخل مخزن حاوی سیم‌پیچ انتقال پیدا کرده که با طرق مختلف از بیرون مخزن به آن فرمان داده می شود. بدون قرار دادن این سوئیچ اتصال کوتاه کننده میزان تلفات سیم‌پیچ در حالت آماده بکارزیاد خواهد بود. مانند قبل منبع سیم پیچ به منظور جبران تلفات اهمی قسمتی از مدار که در گرمای محیط قرار دارد ولتاژ کوچک را در دوسر سیم‌پیچ ابر رسانا تولید می کند.اگرسیستم کنترل کننده حس کند که ولتاژ خط سیستم قدرت بخاطر تضعیف ویا خطای اتفاق افتاده در شبکه کاهش پیدا کرده،کلید اتصال‌کوتاه کننده ظرف مدت 200 تا 500 میکرو ثانیه قطع خواهد شد.به دنبال این امر ابتدا جریان سیم پیچ ابر رسانا به یک بانک خازنی قوی منتقل شده و سطح ولتاژ آن را بالا می‌برد.سپس سوئیچ دوباره بسته می شود.بانک خازنی یک اینورتر12پالسه را که تامین کننده توان AC مورد نیاز بار است تغذیه می کند.

www.poursalehi55eng.ir

مولد سنكرون استاتيكي (SSG) :

يك كنورتور استاتيكي خود تغيير براي كليدزني توان،كه از يك منبع مناسب انرژي الكتريكي تغذيه مي‌شود و براي توليد مجموعه‌اي از ولتاژهاي خروجي قابل تنظيم به كار مي رود و مي‌تواند براي تبادل توان‌هاي حقيقي و راكتيوي كه مستقلاً قابل كنترل هستند،با يك سيستم قدرت AC جفت شود. روشن است كه SSG  تركيبي از STATCOM و هر منبع انرژي،براي تامين يا جذب توان است.

www.poursalehi55eng.ir

جبران‌كننده سنكرون استاتيكي (STAT COM) :

يك مولد سنكرون استاتيكي كه به عنوان جبران‌ساز توان راكتيو موازي،كار مي كند و جريان خازني يا القايي خروجي آن را مي توان مستقل از ولتاژ AC سيستم كنترل كرد.STATCOM يكي از كنترل كننده‌هاي كليدي FACTS است. مبناي آن مي تواند بر كنورتور منبع ولتاژي يا منبع جرياني باشد.در كنورتورهاي منبع ولتاژي،ولتاژ AC خروجي،طوري كنترل مي‌شود كه درست براي انتقال جريان راكتيو مورد نياز كفايت نمايد. براي هر ولتاژ شينهAC،ولتاژ خازن DC بصورت خودكار به اندازه مورد نياز،جهت عمل كردن به عنوان منبع ولتاژ كنورتور،تنظيم مي‌شود. مي‌توان STATCOM را به صورتي طراحي كرد كه به عنوان يك فيلتر فعال،هارمونيك‌هاي سيستم را نيز جذب نمايد.

www.poursalehi55eng.ir

1- مقدار بار مجاز ترانسفورماتورهای 30 MVA بر اساس دستور العمل ثابت بهره برداری پست های فوق توزیع چه مقدار می باشد ؟ 1- حداکثر 26 مگا ولت آمپر بدون محدودیت زمانی و با توجه به درجه حرارت ترانسفورماتور 2- 28 مگا ولت آمپر برای مدت حداکثر 12 ساعت با توجه به درجه حرارت مجاز ترانسفورماتور 3- 30 مگا ولت آمپر برای مدت 2 ساعت با توجه به درجه حرارت مجاز ترانسفورماتور .

2-  حدود وظایف عملیاتی اپراتور پست های فوق توزیع را شرح دهید ؟ هر گونه مانور معمولی در شبکه را طبق دستور مرکز کنترل دیسپاچینگ فوق توزیع و یا دیسپاچینگهای نواحی بنا به مورد و مطابق شرح وظایف خود انجام می دهند .

3- عوامل قطعی ناشی از عملکرد رله را نام ببرید ؟  1- عیب یا خرابی تجهیزات 2- شرایط نامساعد جوی 3- عوامل خارج از شبکه یا قطعیهای خارج از کنترل 4- شاخه درختان 5- عملکرد رله های حفاظتی و عیوب گذرا و نوسانات شدید شبکه 6- خطای نیروی انسانی 7- نامعلوم .

4-  برای اطمینان از قطع شدن یک بریکر فشار قوی چه مواردی را باید مورد توجه قرار داد ؟ 1- وضعیت قطع بریکر مربوطه هم از اطاق فرمان و هم از محوطه مطابقت داشته باشد 2- میترهای جریان و قدرت مربوطه باید مقدار صفر را نشان دهد 3- نشانگر حالت قطع و وصل روی کلید اور لیکن نیز باید حالت قطع را نشان دهد 4- در صورت عدم وجود شرایط فوق لازم است اپراتور مراتب را به صورت اعلام عیب به مراکز ذیربط اطلاع دهد .

5-  آیا می توان ترانسفورماتور را از طرف فشار ضعیف تحت تانسیون قرار داد ؟ ترانسفورماتور کلا قابل برقدار شدن از ترمینال های طرف طرف فشار قوی و ضعیف خود می باشد .

6-  در صورت عملکرد رله بوخهلتس به چه ترتیب باید عمل کرد ؟ اگر رله بوخهلتس به همراه یونیت پروتکشن عمل نماید مراتب باید به اطلاع مرکز کنترل برسد .

7-  نحوه برقدار کردن ترانسفورماتور 63/20 KV پس از پایان کار سرویس و تعمیرات در پست های فوق توزیع نوع فیدر ترانس به ترتیب چگونه است ؟ 1- برگشت دادن اجازه کار توسط اکیپ تعمیرات به اپراتور یا مسئول مانور 2- اعلام مراتب توسط اپراتور یا مسئول مانور به مرکز دیسپاچینگ فوق توزیع مربوطه 3- برداشتن زمین از سر کابل 20 کیلو ولت ترانسفورماتور در پست مقصد 4- برداشتن زمین از سر کابل 63 کیلو ولت در پست مبدا 5- جا زدن دپار یا بستن سکسیونرهای طرفین دیژنکتور در پست مبدا 6- جا زدن فیدرهای خازن و ترانسفورماتور 7- وصل دیژنکتور 63 کیلو ولت در پست مبدا 8- وصل فیدر 20 کیلو ولت ترانسفورماتور در صورت برقدار بودن سرکابل 20 کیلو ولت ترانسفورماتور 9- باز کردن فیدر 20 کیلو ولت ارتباط در صورت نیاز 10- در مدار قرار دادن خازن ها در صورت نیاز .

8-  در صورت دریافت آلارم درجه حرارت سیم پیچ ها چه باید کرد ؟ سریعا مبادرت به قرائت دقیق بار و درجه حرارت و اطلاع به مرکز کنترل نموده ضمنا وضعیت فن های ترانسفورماتور را نیز باید در نظر داشته و آماده پاسخگویی به مرکز کنترل باشد .

9- منظور از علامت YY0 و YND11 در روی یک ترانسفورماتور چیست ؟ منظور از علامت YY0 یعنی اتصال سیم پیچهای اولیه و ثانویه ترانسفورماتور به صورت ستاره بوده و اختلاف فاز اولیه و ثانویه صفر درجه می باشد و نیز منظور از علامت YND11 این است که اولیه این ترانسفورماتور قدرت با اتصال ستاره زمین شده و ثانویه اش مثلث می باشد به علاوه هر فاز اولیه با فاز مشابه اش در ثانویه دارای اختلاف فاز 30*10=330 درجه می باشد .

10-  شماره بریکری 6112 می باشد این شماره به چه مفهومی می باشد ؟ رقم اول 6 نشان دهنده ولتاژ 63 کیلو ولت است -  رقم دوم و سوم 11 نشان دهنده خط یا کابل است -  رقم چهارم 2 نشان دهنده ( علامت اختصاری ) بریکر است .  

www.poursalehi55eng.ir