۱) مقدمه

ترانسفورماتور فرکانس متغیر Variable Frequency Transformer یک عنصر کنترل پذیر و دو طرفه توان است که به منظور اتصال و انتقال توان بین دو شبکه آسنکرون مورد استفاده قرار میگیرد. ساختار و ویژگیهای این ترانسفورماتور به گونهای است که میتواند بین دو شبکه با فرکانسهای متفاوت نیز عمل کند. ترانسفورماتور فرکانس درواقع شبیه به ماشین های سنکرون سنتی است. این ترانسفورماتور همانند یک مبدل پشت به پشت عمل میکند. با این تفاوت که مسائل مهمی از قبیل هارمونیک و رزونانس در شبکه هایی که از VFT استفاده میکنند، وجود ندارد. کنترل جهت و مقدار توان انتقالی بین دو شبکه آسنکرون که توسط ترانسفورماتورهای فرکانس متغیر به یکدیگر متصل شدهاند، توسط موتور dc و درایور کنترل کننده سرعت متغیر آن صورت میگیرد. این ترانسفورماتورها میتوانند به عنوان یک جایگزین مناسب برای مبدل الکترونیک قدرت ذکر شده باشد.

ساختار ترانسفورماتور فرکانس متغیر

 

 

۲) ساختار VFT

ترانسفورماتور فرکانس متغیر یک ماشین سنکرون می باشد و جهت کنترل توان بین دو شبکه که دارای فرکانس های مختلف هستند مورد استفاده قرار می گیرد. برای کنترل سیلان توان در شبکه های آسنکرون، استاتور این ماشین به یک شبکه و رتور آن به شبکه دیگر متصل می شود و تبادل توان توسط کوپلینگ مغناطیسی بین رتور و استاتور کنترل می شود. اولین ترانسفورماتور فرکانس متغیر جهان برای انتقال توان زیاد بین شبکه های سنکرون بزرگ در سال ۲۰۰۴ مورد بهره برداری قرار گرفت. اگرچه مفهوم VFT نسبتاً جدید به نظر می رسد اما ادوات آن نظیر ژنراتور سنکرون، ماشین DC و تکنولوژی درایوهای سرعت متغیر به خوبی شناخته شده هستند. VFT اساساً یک ترانسفورماتور شیفت فاز متغیر می باشد که می تواند در یک زاویه فاز متغیر مورد بهره برداری قرار بگیرد. کاربرد مستقیم ترانسفورماتور فرکانس متغیر استفاده بعنوان ترانس شیفت فاز می باشد که دو شبکه با فرکانس یکسان را به یکدیگر متصل می کند و سیلان توان را کنترل می کند. ترانس های شیفت فاز سنتی برای کنترل سیلان توان اکتیو در طول خط انتقال به کار می روند. سیلان توان در خط انتقال به اختلاف ولتاژ و امپدانس خط بستگی دارد. به دلیل خاصیت سلفی خطوط انتقال (X>>R)، تغییر در توان راکتیو بر روی ولتاژ اثر می گذارد. در حالیکه این قانون در شبکه های انتقال با خط کوتاه بالعکس می باشد. یعنی در خطوط کوتاه که مقدار مقاومت در امپدانس خط از مقدار سلف بزرگتر است، رابطه توان راکتیو و فرکانس برقرار است. در ترانس های شیف فاز مرسوم، یک ولتاژ تزریقی که زاویه فاز ۹۰ درجه پیشفاز دارد، باعث جاری شدن جریان همفاز با ولتاژ در خط انتقال می شود که این امر سیلان توان اکتیو اولیه را تحت الشعاع قرار می دهد. معایب استفاده از ترانس شیفت فاز این است که عملکرد آن بصورت پله یا گسسته بوده و نمی تواند بصورت پیوسته کار کند. دیگر عیب ترانس شیفت فاز این است که خیلی کند می باشد و طول عمر آن به دلیل عملکردهای تکراری کاهش می یابد. زمانیکه این ترانس شیفت فاز سنتی همراه با ادوات الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار بگیرد، معایب ذکر شده حذف شدنی هستند. با این وجود خود ادوات الکترونیک قدرت نیز از مشکلاتی همچون تلفات کلیدزنی و تولید هارمونیک رنج می برند. بنابراین یک ترانسفورماتو فرکانس متغیر می توان تمامی این معایب را از بین ببرد.

پروژه شبیه سازی ترانسفورماتور فرکانس متغیر در سیمولینک متلب

سیستم کنترل VFT یا ترانسفورماتور فرکانس متغیر برای انرژی دار کردن، راه اندازی و توقف دارای توالی های اتوماتیک می باشد. زمانیکه VFT راه اندازی می شود، زاویه فاار مورد نظر برای تبادل توان را بر حسب مگاوات وارد می کند. تنظیم توان حالت نرمال بهرهبرداری برای VFT می باشد. ترانسفورماتور فرکانس متغیر از یک حلقه رگولاتور توان حلقه بسته برای ثابت نگه داشتن توان انتقالی در حد همان توانی که اپراتور تنظیم کرده استفاده می کند. توان اعمالی به VFT توسط اپراتور ممکن است توسط توابعی دیگر قابلیت اصلاح سازی داشته باشد که شامل گاورنر، میرا کنندگی نوسان توان  برگشت توان هستند. قسمت های مختلف یک VFT برش خورده در شکل زیر نشان داده شده است.

اجزای VFT