چکیده
کدک صحبت استاندارد G.728 ، یک کدک کم تاخیر است که صحبت با کیفیت عالی را در نرخ بیت 16 kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اینترنت و موبایل که به تاخیر زیاد حساس هستند ، مناسب است. در این رساله به پیاده سازی بلادرنگ اینکدر و دیکدر G.728 بصورت دوطرفه کامل ( Full Duplex ) بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم .
روشی ترکیبی برای برنامه نویسی TMS ارائه می شود که در آن زمان وپیچیدگی برنامه نویسی نسبت به برنامه نویسی دستی به 30% کاهش می یابد . در این روش پس از برنامه نویسی و شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم کدک به زبان C ، با استفاده از نرم افزار ( Code Composer Studio ) CCS ، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهینه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گیرد . سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنویسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پایان نتایج این پیاده سازی ارائه می شود .
– مقدمه
امروزه در عصر ارتباطات و گسترش روزافزون استفاده از شبکه های تلفن ،موبایل و اینترنت در جهان ومحدودیت پهنای باند در شبکه های مخابراتی ، کدینگ و فشرده سازی صحبت امری اجتناب ناپذیر است . در چند دهه اخیر روشهای کدینگ مختلفی پدیدآمده اند ولی بهترین و پرکاربردترین آنها کدک های آنالیزباسنتز هستند که توسط Atal & Remedeدر سال 1982 معرفی شدند [2] . اخیرا مناسبترین الگوریتم برای کدینگ صحبت با کیفیت خوب در نرخ بیت های پائین و زیر 16 kbps ، روش پیشگویی خطی باتحریک کد (CELP) می باشد که در سال 1985 توسط Schroeder & Atal معرفی شد [8] و تا کنون چندین استاندارد مهم کدینگ صحبت بر اساس CELP تعریف شده اند .
در سال 1988 CCITT برنامه ای برای استانداردسازی یک کدک 16 kbps با تاخیراندک و کیفیت بالا در برابر خطاهای کانال آغاز نمود و برای آن کاربردهای زیادی همچون شبکه PSTN ،ISDN ،تلفن تصویری و غیره در نظر گرفت . این کدک در سال 1992 توسط Chen et al. تحت عنوان LD-CELP معرفی شد[6] و بصورت استاندارد G.728 در آمد[9] و در سال 1994 مشخصات ممیز ثابت این کدک توسط ITU ارائه شد[10] . با توجه به کیفیت بالای این کدک که در آن صحبت سنتزشده از صحبت اولیه تقریبا غیرقابل تشخیص است و کاربردهای آن در شبکه های تلفن و اینترنت و ماهواره ای در این گزارش به پیاده سازی این کدک می پردازیم .
در فصل اول به معرفی وآنالیز سیگنال صحبت پرداخته می شود و در فصل دوم روش ها و استانداردهای کدینگ بیان می شوند . در فصل سوم کدک LD-CELP را بیشتر بررسی می کنیم و در فصل چهارم شبیه سازی ممیز ثابت الگوریتم به زبان C را بیان می نمائیم. ودر پایان در فصل 5 به نحوه پیاده سازی بلادرنگ کدکG.728 بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم.
فهرست
– مقدمه 4
فصل 1 : بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت
1-1- معرفی سیگنال صحبت 6
1-2- مدل سازی پیشگویی خطی 10
1-2-1- پنجره کردن سیگنال صحبت 11
1-2-2- پیش تاکید سیگنال صحبت 13
1-2-3- تخمین پارامترهای LPC
فصل 2 : روش ها و استانداردهای کدینگ صحبت
2-1- مقدمه 15
2-2- روش های کدینگ 19
2-2-1- کدرهای شکل موج 21
2-2-2- کدرهای صوتی 22
2-2-3- کدرهای مختلط 24
الف- کدرهای مختلط حوزه فرکانس 27
ب- کدرهای مختلط حوزه زمان 29
فصل 3 : کدر کم تاخیر LD-CELP
3-1- مقدمه 34
3-2- بررسی کدرکم تاخیر LD-CELP
3-2-1- LPC معکوس مرتبه بالا 39
3-2-2- فیلتر وزنی شنیداری 42
3-2-3- ساختار کتاب کد 42
3-2-3-1- جستجوی کتاب کد 43
3-2-4- شبه دیکدر 45
3-2-5- پست فیلتر 46
فصل 4 : شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم به زبان C
4-1- مقدمه 49
4-2- ویژگی های برنامه نویسی ممیزثابت 50
4-3- ساده سازی محاسبات الگوریتم 53
4-3-1- تطبیق دهنده بهره 54
4-3-2- محاسبه لگاریتم معکوس 58
4-4- روندنمای برنامه 59
4-4-1- اینکدر 63
4-4-2- دیکدر 69
فصل 5 : پیاده سازی الگوریتم برروی DSP
5-1- مقدمه 74
5-2- مروری بر پیاده سازی بلادرنگ 75
5-3- چیپ های DSP
5-3-1- DSP های ممیزثابت 77
5-3-2- مروری بر DSP های خانواده TMS320
5-3-2-1- معرفی سری TMS320C54x
5-4- توسعه برنامه بلادرنگ 81
5-5- اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK
5-5-1- بکارگیری ابزارهای توسعه نرم افزار 84
5-5-2- استفاده از نرم افزارCCS
5-5-3- نتایج پیاده سازی 94
5-6- نتیجه گیری و پیشنهاد 97
– ضمائم
– ضمیمه (الف) : دیسکت برنامه های شبیه سازی ممیز ثابت به زبان C و
پیاده سازی کدک به زبان اسمبلی
– ضمیمه (ب) : مقایسه برنامه نویسی C و اسمبلی 98
– مراجع 103
چکیده
کدک صحبت استاندارد G.728 ، یک کدک کم تاخیر است که صحبت با کیفیت عالی را در نرخ بیت 16 kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اینترنت و موبایل که به تاخیر زیاد حساس هستند ، مناسب است. در این رساله به پیاده سازی بلادرنگ اینکدر و دیکدر G.728 بصورت دوطرفه کامل ( Full Duplex ) بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم .
روشی ترکیبی برای برنامه نویسی TMS ارائه می شود که در آن زمان وپیچیدگی برنامه نویسی نسبت به برنامه نویسی دستی به 30% کاهش می یابد . در این روش پس از برنامه نویسی و شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم کدک به زبان C ، با استفاده از نرم افزار ( Code Composer Studio ) CCS ، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهینه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گیرد . سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنویسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پایان نتایج این پیاده سازی ارائه می شود .
فهرست
– مقدمه 4
فصل 1 : بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت
1-1- معرفی سیگنال صحبت 6
1-2- مدل سازی پیشگویی خطی 10
1-2-1- پنجره کردن سیگنال صحبت 11
1-2-2- پیش تاکید سیگنال صحبت 13
1-2-3- تخمین پارامترهای LPC
فصل 2 : روش ها و استانداردهای کدینگ صحبت
2-1- مقدمه 15
2-2- روش های کدینگ 19
2-2-1- کدرهای شکل موج 21
2-2-2- کدرهای صوتی 22
2-2-3- کدرهای مختلط 24
الف- کدرهای مختلط حوزه فرکانس 27
ب- کدرهای مختلط حوزه زمان 29
فصل 3 : کدر کم تاخیر LD-CELP
3-1- مقدمه 34
3-2- بررسی کدرکم تاخیر LD-CELP
3-2-1- LPC معکوس مرتبه بالا 39
3-2-2- فیلتر وزنی شنیداری 42
3-2-3- ساختار کتاب کد 42
3-2-3-1- جستجوی کتاب کد 43
3-2-4- شبه دیکدر 45
3-2-5- پست فیلتر 46
فصل 4 : شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم به زبان C
4-1- مقدمه 49
4-2- ویژگی های برنامه نویسی ممیزثابت 50
4-3- ساده سازی محاسبات الگوریتم 53
4-3-1- تطبیق دهنده بهره 54
4-3-2- محاسبه لگاریتم معکوس 58
4-4- روندنمای برنامه 59
4-4-1- اینکدر 63
4-4-2- دیکدر 69
فصل 5 : پیاده سازی الگوریتم برروی DSP
5-1- مقدمه 74
5-2- مروری بر پیاده سازی بلادرنگ 75
5-3- چیپ های DSP
5-3-1- DSP های ممیزثابت 77
5-3-2- مروری بر DSP های خانواده TMS320
5-3-2-1- معرفی سری TMS320C54x
5-4- توسعه برنامه بلادرنگ 81
5-5- اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK
5-5-1- بکارگیری ابزارهای توسعه نرم افزار 84
5-5-2- استفاده از نرم افزارCCS
5-5-3- نتایج پیاده سازی 94
5-6- نتیجه گیری و پیشنهاد 97
– ضمائم
– ضمیمه (الف) : دیسکت برنامه های شبیه سازی ممیز ثابت به زبان C و
پیاده سازی کدک به زبان اسمبلی
– ضمیمه (ب) : مقایسه برنامه نویسی C و اسمبلی 98
– مراجع 103
مقدمه
انرژی الکتریکی به وسیله نیروگاههای حرارتی که معمولاً در کنار ذخایر بزرگ ایجاد می شوند و نیروگاههای آبی که در نواحی دارای منابع آبی قابل ملاحظه احداث می شوند ، تولید می شود . از این رو به منظور انتقال آن به نواحی صنعتی که ممکن است صدها و هزاران کیلومتر دورتر از نیروگاه باشد ، خطوط انتقال زیادی بین نیروگاهها و مصرف کننده ها لازم است .
در هنگام جاری شدن جریان در طول یک خط انتقال مقداری از قدرت انتقالی به صورت حرارت در هادیهای خط انتقال تلف می شود . این تلفات با افزایش جریان و مقاومت خط افزایش می یابد .تلاش برای کاهش تلفات تنها از طریق کاهش مقاومت ، به صرفه اقتصادی نیست زیرا لازم است افزایش اساسی در سطح مقطع هادیها داده شود و این مستلزم مصرف مقدار زیادی فلزات غیر آهنی است .
ترانسفورماتور برای کاهش توان تلف شده و مصرف فلزات غیر آهنی بکار می رود . ترانسفورماتور در حالیکه توان انتقالی را تغییر نمی دهد با افزایش ولتاژ ، جریان و تلفاتی که متناسب با توان دوم جریان است را با شیب زیاد کاهش می دهد .
در ابتدای خط انتقال قدرت ، ولتاژ توسط ترانسفورماتور افزاینده افزایش می یابد و در انتهای خط انتقال توسط ترانسفورماتور کاهنده به مقادیر مناسب برای مصرف کننده ها پایین آورده می شود و به وسیله ترانسفورماتور های توزیع پخش می شود .
امروزه ترانسفورماتور های قدرت ، در مهندسی قدرت نقش اول را بازی می کنند . به عبارت دیگر ترانسفورماتور ها در تغذیه شبکه های قدرت که به منظور انتقال توان در فواصل زیاد به کار گرفته می شوند و توان را بین مصرف کننده ها توزیع می کنند ، ولتاژ را افزایش یا کاهش می دهند . به علاوه ترانسفورماتور های قدرت به خاطر ظرفیت و ولتاژ کاری بالایی که دارند مورد توجه قرار می گیرند .
تامین شبکه های 220 کیلو ولت و بالاتر موجب کاربرد وسیع اتو ترانسفورماتور ها شده است که دو سیم پیچ یا بیشتر از نظر هدایت الکتریکی متصلند ، به طوریکه مقداری از سیم پیچ در مدارات اولیه و ثانویه مشترک است .
در پستهای فشارقوی به دو منظور اساسی اندازه گیری و حفاظت ، به اطلاع از وضعیت کمیت های الکتریکی ولتاژ و جریان احتیاج است . ولی از آنجا که مقادیر کمیت های مذبور در پستها و خطوط فشارقوی بسیار زیاد است و دسترسی مستقیم به آنها نه اقتصادی بوده و نه عملی است ، لذا از ترانسفورماتور های جریان و ولتاژ استفاده می شود . ثانویه این ترانسفورماتور ها نمونه هایی با مقیاس کم از کمیت های مزبور که تا حد بسیار بالایی تمام ویژگیهای کمیت اصلی را داراست ، در اختیار می گذارد ، و کلیه دستگاههای اندازه گیری ، حفاظت و کنترل مانند ولتمتر ، آمپرمتر ، توان سنج ، رله ها دستگاههای ثبات خطاها و وقایع و غیره که برای ولتاژ و جریان های پایین ساخته می شوند از طریق آنها به کمیت های مورد نظر در پست دست می یابند . بنابراین ترانسفورماتور های جریان و ولتاژ از یک طرف یک وسیله فشار قوی بوده و بنابراین می بایستی هماهنگ با سایر تجهیزات فشار قوی انتخاب شوند و از طرف دیگر به تجهیزات فشار ضعیف پست ارتباط دارند ، لذا لازم است مشخصات فنی آنها بطور هماهنگ با تجهیزات حفاظت ، کنترل و اندازه گیری انتخاب شوند .
ترانسفورماتور جریان حفاظتی جهت بدست آوردن جریان عبوری از خط انتقال یا تجهیزات دیگر در شبکه قدرت در مقیاس پایین تر به کار می روند و سیم پیچی اولیه آن بطور سری در مدار قرار می گیرد . تفاوت آن با ترانسفورماتور اندازه گیری آن است که قابلیت آن را دارد که جریانهای خیلی زیاد را به جریان کم قابل استفاده در رله ها تبدیل کند. از آنجا که در اختیار گذاشتن جریان به طور مستقیم در ولتاژ های بالا میسر نیست ، و از طرفی چنانچه امکان بدست اوردن ان نیز باشد ، ساخت وسایل حفاظتی که در جریان زیاد کارکنند به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست لذا این عمل عمدتاً توسط ترانسفورماتور های جریان انجام می شود . همچنین ترانسفورماتور جریان باید طوری انتخاب شود که هم در حالت عادی شبکه و هم در حالت اتصال کوتاه ئ ایجاد خطا بتواند جریان ثانویه لازم و مجاز برای دستگاههای حفاظتی تامین کند .
ترانسفورماتور ولتاژ حفاظتی ترانسفورماتور هایی هستند که در آن ولتاژ ثانویه متناسب و هم فاز با اولیه بوده و به منظور افزایش درجه بندی اندازه گیری ولتمتر ها ، واتمترها و نیز به منظور ایزولاسیون این وسایل از ولتاژ فشار قوی بکار برده می شود . همچنین از ثانویه ترانسفورماتور ولتاژ برای رله های حفاظتی که هب ولتاژ نیاز دارند نظیر رلههای دیستانس ، واتمتری و… استفاده می شود . این ترانسفورماتور از نظر ساختمان به دو نوع تقسیم می شود که عبارتند از :
الف- ترانسفورماتور ولتاژاندکتیوی
ب- ترانسفورماتور ولتاژ خازنی
همچنین این نوع ترانسفورماتور ها سد عایقی ایجاد می کنند به طوریکه رله هایی که برای حفاظت تجهیزات فشار قوی استفاده می شود ، فقط نیاز دارند برای یک ولتاژ نامی 600 ولت عایق بندی شوند .
ترانسفورماتور های اندازه گیری : در بیشتر مدارهای قدرت ، ولتاژ و جریانها بسیار زیادتر از آنستکه بشود با دستگاههای اندازه گیری معمولی اندازه گرفت . از این رو ترانسهای اندازه گیری بین این مدارها و وسایل اندازه گیری قرار می گیرند تا ایمنی ایجاد کنند . در ضمن مقدیر اندزه گیری شده در ثانویه ، معمولاً برای سیم پیچ های جریان A 1یا A 5 و برای سیم پیچ های ولتاژ 120 ولت است . رفتار ترانسفورماتور های ولتاژ و جریان در طول مدت رخداد خطا و پس از آن در حفاظت الکتریکی ، حساس و مهم است زیرا اگر در اثر رفتار نا مناسب در سیگنال حفاظتی ، خطایی رخ دهد ، ممکن است باعث عملکرد نادرست رله هل شود . یک ترانسفورماتور حفاظتی نیاز است که در یک محدوده ای از جریان که چندین برابر جریان نامی است کار کند و اغلب در معرض شرایطی قرار دارد که بسیار سنگین تر از شرایطی است که ممکن است ترانسفورماتور جریان اندازه گیری با آن مواجهه شود . تحت چنین شرایطی چگالی شار تا وضعیت اشباع پیشرفت می کند که پاسخ، تحت این شرایط و دوره گذرای اندازه گیری اولیه جریان اتصال کوتاه مهم است ، در نتیجه به هنگام گزینش ترانسفورماتور های ولتاژ یا جریان مناسب ، مسائلی مانند دورة گذرا و اشباع نیز باید در نظر گرفته شود .
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه…………………………………………………………………………………………………… 6
2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 10
2-2- معرفی ترانسفورماتورهای اندازه گیری…………………………………………………… 11
2-3 ترانسفورماتورهای ولتاژ و انواع آن……………………………………………………….. 12
2-3-1 ترانسفور ماتور ولتاژ القایی……………………………………………………………… 12
2-3-2 ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT )…………………………………………………
2-4 مسایل جنبی ترانسفورماتورهای ولتاژ………………………………………………………. 14
2-4-1 ضریب ولتاژ………………………………………………………………………………… 14
2-4-2 آلودگی……………………………………………………………………………………… 15
2-4-3 ظرفیت پراکندگی………………………………………………………………………… 15
3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 17
3-2 ماهیت نور………………………………………………………………………………………. 18
3-3 بررسی نور پلاریز ه شده…………………………………………………………………….. 18
3-3-1 نور پلاریزه شده خطی…………………………………………………………………… 20
3-3-2 نورپلاریزه شده دایره ای………………………………………………………………… 20
3-3-3 نورپلاریزه شده بیضوی…………………………………………………………………. 21
3-4 پدیده دو شکستی……………………………………………………………………………… 22
3-5 فعالیت نوری………………………………………………………………………………….. 23
3-6 اثرهای نوری القائی…………………………………………………………………………… 25
3-6-1 اثر فارادی…………………………………………………………………………………… 25
3-6-2 اثر کر………………………………………………………………………………………. 27
3-6-3 اثر پاکلز……………………………………………………………………………………. 28
3-7 معرفی المانهای مهم نوری………………………………………………………………….. 30
3-7- 1 منابع نور…………………………………………………………………………………….. 31
3-7-2 تار نوری…………………………………………………………………………………….. 31
3-7-3 قطبشگر ……………………………………………………………………………………. 32
3-7-4 تیغه ربع موج و نیمه موج………………………………………………………………… 33
3-7-5 آشکار سازی نور…………………………………………………………………………. 33
بررسی ترانسهای ولتاژ نوری………………………………………………………………………. 37
4-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 37
4-2 OPT براساس اثر کر………………………………………………………………………. 37
4-3 OPT بر اساس اثر پاکلز………………………………………………………………….. 40
4-3- 1 اصول کار OPT…………………………………………………………………………
4-3-2 سیستم مدولاسیون شدت نور در OPT……………………………………………….
4-3-3 مدار پردازش سیگنال در OPT…………………………………………………………
4-2-4 مواد سازنده سلول پاکلز………………………………………………………………….. 44
4-4 مشخصات OPT 45………………………………………………………………………..
4-4-1 مشخصه خروجی OPT………………………………………………………………….
4-4-2 مشخصه حرارتی OPT……………………………………………………………………
4-5 مسئل عملی OPT……………………………………………………………………………
4-6 بررسی مدار پردازش سیگنال در OCT 51……………………………………………..
4-6- 1 مدار پردازش سیگنال بر اساس روش AC/DC…………………………………….
4-6-2 مدار پردازش سیگنال به روش +/-…………………………………………………….. 52
4-6-3 مدار پردازش سیگنال با استفاده از متوسط شدت نور………………………………. 53
فصل پنجم……………………………………………………………………………………………. 56
5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 56
5-2- مزایا…………………………………………………………………………………………….. 57
5-3- تحلیل نوع تجاری……………………………………………………………………………. 60
5-3-1 هزینههای سرمایه پست و هزینههای ساخت………………………………………….. 60
5-3-2 بازده کارآیی عملکرد…………………………………………………………………… 62
5-3-3 صرفهجوییهای نگهداری و تعمیرات………………………………………………… 67
نسبت دور قابل انتخاب خریدار منجر میشود به : ……………………………………………. 68
5-3-4 صرفهجوییهای مصرف دوره نهایی………………………………………………….. 69
5-3-5 مثال عملکرد IPP، MW600 در KV230………………………………………..
5-4 نتیجهگیری…………………………………………………………………………………….. 70
فصل ششم…………………………………………………………………………………………….. 71
6-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 71
6-2 مشکلات و معایب ترانسفورماتورهای اندازه گیری معمولی………………………….. 72
6-2-1 احتمال انفجار……………………………………………………………………………… 72
6-2-2 اشباع شدن هسته ترانسفورماتور………………………………………………………… 72
6-2-3 اثر فرورزونانس……………………………………………………………………………. 74
6-2-3-1 ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی…………………………………………………….. 74
6-2-3-2 ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ القایی……………………………………………. 75
6-2-4 شار پس ماند………………………………………………………………………………. 75
6-2-5 وزن و حجم زیاد…………………………………………………………………………. 76
6-2-6 محدود بودن دقت آنها……………………………………………………………………. 77
6-3 مزایای ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری77
6-3-1 عدم احتمال انفجار78
6-3-2 عدم ایجاد پدیده فرورزونانس در آنها78
6-3-3 بدون اثر شار پس ماند78
6-3-4 وزن و حجم کم78
6-3-5 داشتن دقت بالا79
6-3-6 داشتن سرعت پاسخ دهی بالا80
6-4 کاربردهای عملی ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری80
6-5 نتیجه گیری81
6-6 پیشنهادات83
7-1 مبدل ولتاژ نوری KV 230 توسط سنسور نوری پخش میدان الکتریکی86
7-1-1 مقدمه86
7-1-2 طرح OVT:
7-1-3 برپایی آزمایش: 90
7-2 مبدلهای ولتاژ نوری بدون باند پهن 138 کیلوولت و 345 کیلوولت95
7-2-1 مقدمه: 95
7-2-2 اصول طرح و کارکرد96
7-2-3 نتایج تستهای آزمایشگاهی ولتاژ بالا: 98
7-2-3-1 بازدهی در مورد دقت98
B- عایقکاری103
7-3 ترانس اندازهگیری ولتاژ فشار قوی نوری توسط تداخل نسبی نور سفید105
7-3-1 مقدمه 105
7-3-2 سنسور پاکلز فشار قوی و ترانسفورماتور ولتاژ نوری بر پایه سیستم WLI……..
الف- مدولاتورهای الکترونوری در تنظیمات طولی106
ب- سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا بر اساس مدولاسیون طولی: 108
ج – تکنیک WLI اعمالی برای سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا جهت ساخت یک ترانسفورماتور نوری ولتاژ بالا : 110
د- ترانسفورماتور ولتاژ بالا نوری با استفاده از تنظیمات WLI
7-4 نتایج تجربی115
7-5 نتیجهگری117
ضمیمه1:
تحلیل ماتریس پلاریزاسیون نور120
1ـ بردار جونز120
2ـ پارامترهای استوکس121
3- ماتریسهای جونز123
4- ماتریسهای مولر123
5ـ معرفی ماتریسهای فارادی، کروپاکلز125
ضمیمه 2: جدول استاندارد ترانسفور ماتور ولتاژ126
مقدمه
انرژی الکتریکی به وسیله نیروگاههای حرارتی که معمولاً در کنار ذخایر بزرگ ایجاد می شوند و نیروگاههای آبی که در نواحی دارای منابع آبی قابل ملاحظه احداث می شوند ، تولید می شود . از این رو به منظور انتقال آن به نواحی صنعتی که ممکن است صدها و هزاران کیلومتر دورتر از نیروگاه باشد ، خطوط انتقال زیادی بین نیروگاهها و مصرف کننده ها لازم است .
در هنگام جاری شدن جریان در طول یک خط انتقال مقداری از قدرت انتقالی به صورت حرارت در هادیهای خط انتقال تلف می شود . این تلفات با افزایش جریان و مقاومت خط افزایش می یابد .تلاش برای کاهش تلفات تنها از طریق کاهش مقاومت ، به صرفه اقتصادی نیست زیرا لازم است افزایش اساسی در سطح مقطع هادیها داده شود و این مستلزم مصرف مقدار زیادی فلزات غیر آهنی است .
ترانسفورماتور برای کاهش توان تلف شده و مصرف فلزات غیر آهنی بکار می رود . ترانسفورماتور در حالیکه توان انتقالی را تغییر نمی دهد با افزایش ولتاژ ، جریان و تلفاتی که متناسب با توان دوم جریان است را با شیب زیاد کاهش می دهد .
در ابتدای خط انتقال قدرت ، ولتاژ توسط ترانسفورماتور افزاینده افزایش می یابد و در انتهای خط انتقال توسط ترانسفورماتور کاهنده به مقادیر مناسب برای مصرف کننده ها پایین آورده می شود و به وسیله ترانسفورماتور های توزیع پخش می شود .
امروزه ترانسفورماتور های قدرت ، در مهندسی قدرت نقش اول را بازی می کنند . به عبارت دیگر ترانسفورماتور ها در تغذیه شبکه های قدرت که به منظور انتقال توان در فواصل زیاد به کار گرفته می شوند و توان را بین مصرف کننده ها توزیع می کنند ، ولتاژ را افزایش یا کاهش می دهند . به علاوه ترانسفورماتور های قدرت به خاطر ظرفیت و ولتاژ کاری بالایی که دارند مورد توجه قرار می گیرند .
تامین شبکه های 220 کیلو ولت و بالاتر موجب کاربرد وسیع اتو ترانسفورماتور ها شده است که دو سیم پیچ یا بیشتر از نظر هدایت الکتریکی متصلند ، به طوریکه مقداری از سیم پیچ در مدارات اولیه و ثانویه مشترک است .
در پستهای فشارقوی به دو منظور اساسی اندازه گیری و حفاظت ، به اطلاع از وضعیت کمیت های الکتریکی ولتاژ و جریان احتیاج است . ولی از آنجا که مقادیر کمیت های مذبور در پستها و خطوط فشارقوی بسیار زیاد است و دسترسی مستقیم به آنها نه اقتصادی بوده و نه عملی است ، لذا از ترانسفورماتور های جریان و ولتاژ استفاده می شود . ثانویه این ترانسفورماتور ها نمونه هایی با مقیاس کم از کمیت های مزبور که تا حد بسیار بالایی تمام ویژگیهای کمیت اصلی را داراست ، در اختیار می گذارد ، و کلیه دستگاههای اندازه گیری ، حفاظت و کنترل مانند ولتمتر ، آمپرمتر ، توان سنج ، رله ها دستگاههای ثبات خطاها و وقایع و غیره که برای ولتاژ و جریان های پایین ساخته می شوند از طریق آنها به کمیت های مورد نظر در پست دست می یابند . بنابراین ترانسفورماتور های جریان و ولتاژ از یک طرف یک وسیله فشار قوی بوده و بنابراین می بایستی هماهنگ با سایر تجهیزات فشار قوی انتخاب شوند و از طرف دیگر به تجهیزات فشار ضعیف پست ارتباط دارند ، لذا لازم است مشخصات فنی آنها بطور هماهنگ با تجهیزات حفاظت ، کنترل و اندازه گیری انتخاب شوند .
ترانسفورماتور جریان حفاظتی جهت بدست آوردن جریان عبوری از خط انتقال یا تجهیزات دیگر در شبکه قدرت در مقیاس پایین تر به کار می روند و سیم پیچی اولیه آن بطور سری در مدار قرار می گیرد . تفاوت آن با ترانسفورماتور اندازه گیری آن است که قابلیت آن را دارد که جریانهای خیلی زیاد را به جریان کم قابل استفاده در رله ها تبدیل کند. از آنجا که در اختیار گذاشتن جریان به طور مستقیم در ولتاژ های بالا میسر نیست ، و از طرفی چنانچه امکان بدست اوردن ان نیز باشد ، ساخت وسایل حفاظتی که در جریان زیاد کارکنند به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست لذا این عمل عمدتاً توسط ترانسفورماتور های جریان انجام می شود . همچنین ترانسفورماتور جریان باید طوری انتخاب شود که هم در حالت عادی شبکه و هم در حالت اتصال کوتاه ئ ایجاد خطا بتواند جریان ثانویه لازم و مجاز برای دستگاههای حفاظتی تامین کند .
ترانسفورماتور ولتاژ حفاظتی ترانسفورماتور هایی هستند که در آن ولتاژ ثانویه متناسب و هم فاز با اولیه بوده و به منظور افزایش درجه بندی اندازه گیری ولتمتر ها ، واتمترها و نیز به منظور ایزولاسیون این وسایل از ولتاژ فشار قوی بکار برده می شود . همچنین از ثانویه ترانسفورماتور ولتاژ برای رله های حفاظتی که هب ولتاژ نیاز دارند نظیر رلههای دیستانس ، واتمتری و… استفاده می شود . این ترانسفورماتور از نظر ساختمان به دو نوع تقسیم می شود که عبارتند از :
الف- ترانسفورماتور ولتاژاندکتیوی
ب- ترانسفورماتور ولتاژ خازنی
همچنین این نوع ترانسفورماتور ها سد عایقی ایجاد می کنند به طوریکه رله هایی که برای حفاظت تجهیزات فشار قوی استفاده می شود ، فقط نیاز دارند برای یک ولتاژ نامی 600 ولت عایق بندی شوند .
ترانسفورماتور های اندازه گیری : در بیشتر مدارهای قدرت ، ولتاژ و جریانها بسیار زیادتر از آنستکه بشود با دستگاههای اندازه گیری معمولی اندازه گرفت . از این رو ترانسهای اندازه گیری بین این مدارها و وسایل اندازه گیری قرار می گیرند تا ایمنی ایجاد کنند . در ضمن مقدیر اندزه گیری شده در ثانویه ، معمولاً برای سیم پیچ های جریان A 1یا A 5 و برای سیم پیچ های ولتاژ 120 ولت است . رفتار ترانسفورماتور های ولتاژ و جریان در طول مدت رخداد خطا و پس از آن در حفاظت الکتریکی ، حساس و مهم است زیرا اگر در اثر رفتار نا مناسب در سیگنال حفاظتی ، خطایی رخ دهد ، ممکن است باعث عملکرد نادرست رله هل شود . یک ترانسفورماتور حفاظتی نیاز است که در یک محدوده ای از جریان که چندین برابر جریان نامی است کار کند و اغلب در معرض شرایطی قرار دارد که بسیار سنگین تر از شرایطی است که ممکن است ترانسفورماتور جریان اندازه گیری با آن مواجهه شود . تحت چنین شرایطی چگالی شار تا وضعیت اشباع پیشرفت می کند که پاسخ، تحت این شرایط و دوره گذرای اندازه گیری اولیه جریان اتصال کوتاه مهم است ، در نتیجه به هنگام گزینش ترانسفورماتور های ولتاژ یا جریان مناسب ، مسائلی مانند دورة گذرا و اشباع نیز باید در نظر گرفته شود .
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه…………………………………………………………………………………………………… 6
2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 10
2-2- معرفی ترانسفورماتورهای اندازه گیری…………………………………………………… 11
2-3 ترانسفورماتورهای ولتاژ و انواع آن……………………………………………………….. 12
2-3-1 ترانسفور ماتور ولتاژ القایی……………………………………………………………… 12
2-3-2 ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT )…………………………………………………
2-4 مسایل جنبی ترانسفورماتورهای ولتاژ………………………………………………………. 14
2-4-1 ضریب ولتاژ………………………………………………………………………………… 14
2-4-2 آلودگی……………………………………………………………………………………… 15
2-4-3 ظرفیت پراکندگی………………………………………………………………………… 15
3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 17
3-2 ماهیت نور………………………………………………………………………………………. 18
3-3 بررسی نور پلاریز ه شده…………………………………………………………………….. 18
3-3-1 نور پلاریزه شده خطی…………………………………………………………………… 20
3-3-2 نورپلاریزه شده دایره ای………………………………………………………………… 20
3-3-3 نورپلاریزه شده بیضوی…………………………………………………………………. 21
3-4 پدیده دو شکستی……………………………………………………………………………… 22
3-5 فعالیت نوری………………………………………………………………………………….. 23
3-6 اثرهای نوری القائی…………………………………………………………………………… 25
3-6-1 اثر فارادی…………………………………………………………………………………… 25
3-6-2 اثر کر………………………………………………………………………………………. 27
3-6-3 اثر پاکلز……………………………………………………………………………………. 28
3-7 معرفی المانهای مهم نوری………………………………………………………………….. 30
3-7- 1 منابع نور…………………………………………………………………………………….. 31
3-7-2 تار نوری…………………………………………………………………………………….. 31
3-7-3 قطبشگر ……………………………………………………………………………………. 32
3-7-4 تیغه ربع موج و نیمه موج………………………………………………………………… 33
3-7-5 آشکار سازی نور…………………………………………………………………………. 33
بررسی ترانسهای ولتاژ نوری………………………………………………………………………. 37
4-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 37
4-2 OPT براساس اثر کر………………………………………………………………………. 37
4-3 OPT بر اساس اثر پاکلز………………………………………………………………….. 40
4-3- 1 اصول کار OPT…………………………………………………………………………
4-3-2 سیستم مدولاسیون شدت نور در OPT……………………………………………….
4-3-3 مدار پردازش سیگنال در OPT…………………………………………………………
4-2-4 مواد سازنده سلول پاکلز………………………………………………………………….. 44
4-4 مشخصات OPT 45………………………………………………………………………..
4-4-1 مشخصه خروجی OPT………………………………………………………………….
4-4-2 مشخصه حرارتی OPT……………………………………………………………………
4-5 مسئل عملی OPT……………………………………………………………………………
4-6 بررسی مدار پردازش سیگنال در OCT 51……………………………………………..
4-6- 1 مدار پردازش سیگنال بر اساس روش AC/DC…………………………………….
4-6-2 مدار پردازش سیگنال به روش +/-…………………………………………………….. 52
4-6-3 مدار پردازش سیگنال با استفاده از متوسط شدت نور………………………………. 53
فصل پنجم……………………………………………………………………………………………. 56
5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 56
5-2- مزایا…………………………………………………………………………………………….. 57
5-3- تحلیل نوع تجاری……………………………………………………………………………. 60
5-3-1 هزینههای سرمایه پست و هزینههای ساخت………………………………………….. 60
5-3-2 بازده کارآیی عملکرد…………………………………………………………………… 62
5-3-3 صرفهجوییهای نگهداری و تعمیرات………………………………………………… 67
نسبت دور قابل انتخاب خریدار منجر میشود به : ……………………………………………. 68
5-3-4 صرفهجوییهای مصرف دوره نهایی………………………………………………….. 69
5-3-5 مثال عملکرد IPP، MW600 در KV230………………………………………..
5-4 نتیجهگیری…………………………………………………………………………………….. 70
فصل ششم…………………………………………………………………………………………….. 71
6-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 71
6-2 مشکلات و معایب ترانسفورماتورهای اندازه گیری معمولی72
6-2-1 احتمال انفجار72
6-2-2 اشباع شدن هسته ترانسفورماتور72
6-2-3 اثر فرورزونانس74
6-2-3-1 ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی74
6-2-3-2 ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ القایی75
6-2-4 شار پس ماند75
6-2-5 وزن و حجم زیاد76
6-2-6 محدود بودن دقت آنها77
6-3 مزایای ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری77
6-3-1 عدم احتمال انفجار78
6-3-2 عدم ایجاد پدیده فرورزونانس در آنها78
6-3-3 بدون اثر شار پس ماند78
6-3-4 وزن و حجم کم78
6-3-5 داشتن دقت بالا79
6-3-6 داشتن سرعت پاسخ دهی بالا80
6-4 کاربردهای عملی ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری80
6-5 نتیجه گیری81
6-6 پیشنهادات83
7-1 مبدل ولتاژ نوری KV 230 توسط سنسور نوری پخش میدان الکتریکی86
7-1-1 مقدمه86
7-1-2 طرح OVT:
7-1-3 برپایی آزمایش: 90
7-2 مبدلهای ولتاژ نوری بدون باند پهن 138 کیلوولت و 345 کیلوولت95
7-2-1 مقدمه: 95
7-2-2 اصول طرح و کارکرد96
7-2-3 نتایج تستهای آزمایشگاهی ولتاژ بالا: 98
7-2-3-1 بازدهی در مورد دقت98
B- عایقکاری103
7-3 ترانس اندازهگیری ولتاژ فشار قوی نوری توسط تداخل نسبی نور سفید105
7-3-1 مقدمه 105
7-3-2 سنسور پاکلز فشار قوی و ترانسفورماتور ولتاژ نوری بر پایه سیستم WLI……..
الف- مدولاتورهای الکترونوری در تنظیمات طولی106
ب- سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا بر اساس مدولاسیون طولی: 108
ج – تکنیک WLI اعمالی برای سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا جهت ساخت یک ترانسفورماتور نوری ولتاژ بالا : 110
د- ترانسفورماتور ولتاژ بالا نوری با استفاده از تنظیمات WLI
7-4 نتایج تجربی115
7-5 نتیجهگری117
ضمیمه1:
تحلیل ماتریس پلاریزاسیون نور120
1ـ بردار جونز120
2ـ پارامترهای استوکس121
3- ماتریسهای جونز123
4- ماتریسهای مولر123
5ـ معرفی ماتریسهای فارادی، کروپاکلز125
ضمیمه 2: جدول استاندارد ترانسفور ماتور ولتاژ126
مقدمه
هدف از گردآوری این پایان نامه بررسی و تحلیل ترانسفورماتورها می باشد. ما سعی کردیم در پنج فصل به تجزیه و تحلیل ترانسفورماتور ها بپردازیم. که در اینجا برای آشنایی شما خواننده محترم با محتویات پایان نامه گزیده ای از هر فصل را توضیح می دهیم :
فصل اول : در این فصل به بررسی ساختمان ترانسفورماتور پرداخته ایم و قسمت های مختلف آن را از قبیل هسته ، سیم پیچ و قرقره بررسی نموده و اجزای داخلی آن را تشریح کردیم.
فصل دوم : در این فصل به ساختار ترانس قدرت پرداختیم و سعی کردیم اطلاعاتی در مورد ویژگی ها و وظایف ترانس قدرت را در اختیار شما قرار دهیم. همچنین به بررسی ترانس قدرت روغنی پرداختیم.
فصل سوم : در این فصل به نحوه و دلایل خنک کردن ترانسفورماتورها پرداختیم و انواع روشهای خنک کردن را بررسی کرده ایم. همچنین به بررسی روغن ترانسفورماتور و خصوصیات آن پرداخته شده است.
فصل چهارم : در این فصل در مورد سیستم مانیتورینگ OnLine ترانسفورماتور و قابلیتهای آن بحث کرده ایم.
فصل پنجم :ترانسفورماتورها از مهمترین اجزای سیستمهای قدرت بشمار می روند و سهم عمده ای از تلفات شبکه را به خود اختصاص می دهند. علیرغم آنکه تلفات یک ترانس توزیع در مقایسه با یک ترانس فوق توزیع یا انتقال بسیار کمتر است،اما تعداد بالای ترانسفورماتورهای موجود در شبکه های توزیع موجب شده است تا مجموع تلفات ترانسها در شبکه های توزیع بسیار بیشتر از شبکه های فوق توزیع و انتقال باشد.که در این فصل به شناسایی عوامل تاثیرگذار در تلفات ترانسفورماتور وشیوه های کاهش تلفات در ترانسفورماتورهای قدرتپرداختیم.
فهرست مطالب:
فهرست……………………………………………………………………………………………….. الف
چکیده…………………………………………………………………………………………………. 1
مقدمه………………………………………………………………………………………………….. 4
فصل اول
– ساختمان ترانسفورماتورها……………………………………………………………………….. 6
– اجزای تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور.
– هسته ترانسفورماتور.
– سیم پیچ ترانسفورماتور.
– قرقره ترانسفورماتور.
– آموزش سیم پیچی ترانسفورماتور……………………………………………………………. 9
– با استفاده از جداول.
– آزمایش ترانسفورماتور…………………………………………………………………………. 11
– آزمایش بی باری.
– آزمایش اتصال کوتاه.
فصل دوم
-ترانسفورماتور قدرت……………………………………………………………………………. 14
– ساختمان ترانسهای قدرت روغنی.
– سیستم های اندازه گیری و حفاظت.
– تپ چنجر.
– تست ترانس قدرت………………………………………………………………………………….. 30
– تست نسبت تبدیل :(RATIO)
– تست پیوستگی تپ چنجر(TAP CONTINUE)
– تست مقاومت عایقی : (MEGGER)
– تست جریان بی باری :(NO_LOAD)
– تست شار مغناطیسی : MAGNETIC
– تست گروه برداری :(VECTOR GROUP)
– تست اتصال کوتاه :(SHORT CIRCUIT)
– تست مقاومت اهمی :(RESISTANCE)
– تست تانژانت دلتا :(TAN- DELTA)
فصل سوم
– خنک کردن ترانسفورماتور…………………………………………………………………………… 33
– دلیل الزام در خنک کردن ترانسفورماتور.
– ترانسفورماتور خشک.
– ترانسفورماتور روغنی.
– خنک شدن طبیعی (OS).
– خنک کردن غیر طبیعی.
– روغن ترانسفورماتور…………………………………………………………………………………… 36
– خصوصیات روغن ترانسفورماتور.
– ترکیب روغن ها.
– تانک ترانسفورماتور………………………………………………………………………………. 40
– اثرات فشار منفی.
– بررسی نشتی ها.
– سیستم خنک کنندگی در ترانسفورماتور………………………………………………………………. 43
– سیستم ONAN (روغن طبیعی – هوا طبیعی)
– سیستم ONAF (روغن طبیعی – هوا اجباری)
– سیستم OFAF (روغن اجباری – هوا اجباری)
– سیستم OFWF (روغن اجباری – آب اجباری)
– سیستم ODWF (روغن اجباری در سیم پیچ هسته – آب اجباری)
– بررسی علل آسیب دیدن ترانس……………………………………………………. 45
– عواملی که باعث صدمه دیدن ترانس می شود.
فصل چهارم
– سیستم مانیتورینگ OnLine ترانسفورماتور……………………………………………………….. 54
– قابلیتهای سیستمهای مانیتورینگ On-Line ترانسفورماتور………………………………………… 56
فصل پنجم
– شناسایی عوامل تاثیرگذار در تلفات ترانسفورماتور و شیوه های کاهش تلفات در ترانسفورماتورهای قدرت. 65
– انتخاب ترانسفورماتورها بر اساس تلفات.
– پارامترهای موثر در تلفات ترانسفورماتورها.
– تلفات بی باری.
– تلفات بارداری.
– ساخت ترانسفورماتور خشک…………………………………………………………………. 70
– تکنولوژی ترانسفورماتور خشک.
– نخستین تجربه نصب ترانسفورماتور خشک.
– چشم انداز آینده تکنولوژی ترانسفورماتور خشک.