سیستم تحریک ژنراتور

تحریک کننده (Exciter)

این بلوک وظیفه تامین جریان مستقیم مورد نیاز در سیم پیچ تحریک را به عهده دارد.

تنظیم کننده (Regulator)

این بلوک کنترلی، وظیفه تقویت وپردازش سیگنالهای کنترل ورودی را(به سطح و شکلی که برای کنترل تحریک کننده مناسب باشد) بر عهده دارد.

مبدل ولتاژ و جبران کننده بار

این بلوک، ولتاژ پایانه ژنراتور را اندازه گیری می نماید وپس از یکسو سازی، آن را به یک ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می کند. سپس این ولتاژ با یک ولتاژ مرجع (که بیانگر ولتاژ پایانه ژنراتور سنکرون است ) مقایسه می شود. همچنین اگر بخواهیم ولتاژ را در نقطه ای که از نظر الکتریکی از ژنراتور دور باشد ( مثل ترانسفور ماتور افزاینده ) ثابت نگه داریم، این بلوک مجهز به سیستم جبران کننده بار خواهد بود.

 

 

پایدار ساز سیستم قدرت

این بلوک ، به منظور میرا کردن نوسانات سیستم های قدرت ، سیگنال ورودی اضافی به تنظیم کننده ولتاژ را ایجاد می کند. سیکنالهای ورودی مورد نظر ، معمولاً انحراف سرعت روتور ف

توان شتاب دهنده و انحراف فرکانس می باشد.

مدارهای محدود کننده وحفاظتی

این بلوک شامل مجموعه وسیعی از توابع کنترلی و حفاظتی است. این بلوک برای اطمینان از این موضوع طراحی می شود که از حد توانایی تحریک کننده و ژنراتور خارج نشود. بعضی از توابع مرسوم شامل محدود کننده جریان تحریک و محدوده زیر تحریک است. معولاً این توابع شامل مدارهای مشخصی هستند و سیگنالهای خروجی آنها می تواند در محلهای مختلف به صورت جمع کننده به سیستم تحریک اعمال کرد.

انواع سیستم تحریک ژنراتور

سیستم تحریک ژنراتور بر اساس منبع توان تحریک به سه نوع عمده نقسیم می شوند:

۱- سیستم های تحریک جریان مستقیم ؛

۲- سیستم های تحریک جریان متناوب؛

۳- سیستم های تحریک جریان استاتیکی؛

دراین قسمت این سیستم ها را در حالت کلی مورد بررسی قرار می دهیم.

سیستم تحریک ژنراتور جریان مستقیم

دراین نوع سیستم های تحریک ، از ژنراتورهای جریان مستقیم بعنوان منبع توان تحریک استفاده می کنند که از طزیق جاروبک ها، جریان مورد نیاز تحریک را فراهم می کنند. تحریک کننده ممکن است به وسیله موتور و یا محور ژنراتور چرخانده شود و یا این که از نوع خودتحریک یا تحریک مستقل باشد. در حالت تحریک مستقل ، تحریک آن از طریق یک تحریک کمکی که دارای میدان مغناطیسی دائم است، تاُمین می شود.

البته این نوع سیستم ها قدیمی هستند و جای خود را به سیستم های جریان متناوب و استاتیکی داده اند. بعضی از این نوع سیستم ها از تنظیم کننده ولتاژ آمپلی دین استفاده می کنند. آمپلی دین نوعی ماشین جریان مسستقیم است که دارای دو مجموعه ذغال می باشد که با یکدیگر ۹٠ الکتریکی اختلاف موقعت دارند.

یک مجموعه روی محور طولی ماشین و مجموعه دیگر روی محور عرضی قرار دارند. همچنین سیم پیچ های کنترل تحریک هم روی محور d واقع هستند. بعلاوه یک سیم پیچ جبرانگر به طور سریع با بار محور طولی قراردارد که شار مساوی و مخالف با شار جریان آرمیچر (شار محور طولی ) ایجاد می کند تا به صورت یک فیدبک منفی ، عکس العمل آرمیچر را خنثی نماید. زغال های موجود روی محور q اتصال کوتاه می شوند و طبعاً با توان تحریک بسیار اندک، جریان بسیار زیادی در آمیچر محور q ایجاد می شود. میدان مغناطیسی اصلی به وسیله محور q ایجاد می گردد و توان مورد نیاز برای حفظ جریان محور q به طور مکانیکی از طریق موتوری که آن را می چرخاند، تاٌمین می شود.

درنتیجه آمپلی دین، تقویت کننده ای با تقویت توان در حدود 104 تا 105 و ثابت زمانی در حدود 0.02 تا 0.25 ثانیه است. آمپلی دین در سیستم به صورت یک طرح تقویتی، وظیفه تامین تغیرات افزایشی تحریک کننده ( اکسایتر ) را بر عهده دار. بقیه تحریک مورد نیاز اکسایتر با استفاده از خروجی آن و به صورت خود تحریک تاٌمین می شود. با خارج شدن آمپلی دین از مدار، تحریک اکسایتر را می توان به صورت دستی انجام داد. برای کنترل توان خروجی ژنراتور dc ودر نهایت کنترل توان میدان سیم پیچ ژنراتور تحریک کننده dc به وسیله یک ماشین آمپلی دین با ضریب تقویت ( نسبت بین خروجی ژنراتور و تغذیه میدان ) بالا انجام می شود.

سیستم های تحریک جریان متناوب

دراین نوع سیستم های تحریک از ژنراتورهای جریان متناوب برای تامین جریان تحریک مورد نیاز در در سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی استفاده می کنند. معمولاً اکسایتر ( تحریک کننده ) روی همان محور اصلی توربوژنراتور قرار دارد. سپس خروجی جریان متناب اکسایترها با کنترل و یا بدون کنترل، یکسوسازی می شوند تا جریان مستقیم تولید شده به سیم پیچ تحریک منتقل شود.

سیستم یکسوکننده هم می تواند به دو صورت ساکن یا چرخان باشد. سیستم های اولیه تحریک جریان متناوب، ترکیبی از سیستم تقویت کننده های مغناطیسی و چرخان را به عنوان تنظیم کننده مورد استفاده قرار می دادند؛ اما اغلب سیستم های دیگر از تقویت کننده های الکترونیکی استفاده می کنند. پس مشاهده می شود که با توجه به ترکیب یکسو کننده ها و روشهای کنترل خروجی اکسایتر و نیز منبع اکسایتر، سیستم های تحریک جریان متناوب حالتهای مختلفی را به خود می گیرند که در اینجا بطور مختصر توضیح خواهیم داد.

الف- سیستم های با یکسو ساز ساکن

اگر سیستم یکسوکننده ساکن باشد، خروجی جریان مستقیم آنها باید از طریق جاروبکهایی به سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی تزریق گردد. در صورتی که از یکسوکننده های دیودی بدون کنترل استفاده شود، تنظیم کننده تحریک اکسایتر جریان متناوب را کنترل می کند که آن نیز به نوبه خود، وظیفه کنترل ولتاژ خروجی اکسایتر را بر عهده دارد.

در این سیستم که معروف به تحریک آلترکس از شرکت جنرال الکتریک است اکسایتر به وسیله روتور محور اصلی چرخیده می شود. در اینجا اکسایتر به صورت خود تحریک عمل می کند و توان تحریک را از طریق یکسوسازهای تریستوری تامین می کند. همچنین تنظیم کننده ولتاژ، توان مورد نیاز خود را از طریق ولتاژ خروجی اکسایتر تامین می نماید. در نوع دیگری از این سیستم ها، از یک اکسایتر کمکی برای تامین توان اکسایتر اصلی استفاده می شود.

در صورتی که از یکسو کننده های قابل کنترل (تریستور) استفاده شود تنظیم کننده بطور مستقیم، کنترل ولتاژ خروجی اکسایتر را به عهده دارد. در این نوع، تنظیم کننده ولتاژ نقطه آتش تریستورها را کنترل می کند. اکسایتر هم از نوع خودتحریک است که برای حفظ ولتاژ خروجی از یک تنظیم کننده استاتیکی و مستقل ولتاژ استفاده می کند.

از آنجایی که تریستورها بطور مستقیم خروجی اکسایتر را کنترل می کنند، عملاً این سیستم، عکس العمل اولیه سریعی(پاسخ زمانی کوتاهی ) دارد.

در هر دو نوع ، دو مد تنظیم کننده وجود دارد:

۱) تنظیم کننده جریان متناوب که به طورخودکار، ولتاژ پایانه استاتور ژنراتور اصلی رادر مقدار مطلوب که همان مقدار مبنای جریان متناوب است حفظ می کند.

٢) تنظیم کننده جریان مستقیم که ولتاژ تحریک ژنراتور را در مقدار مطلوب که همان مقدار مبنای جریان مستقیم است حفظ می کند.

تنظیم کننده جریان مستقیم یا حالت کنترل دستی در مواقعی استفاده می شود که تنظیم کننده جریان متناوب خراب باشد ویا اینکه لازم باشد که از مدار خارج گردد. همچنین تنظیم کننده جریان متناوب امکان اعمال سیگنالهای اضافی فراهم می سازد تا بتواند وظایف کنترلی و حفاظتی را انجام دهد.

ب) سیستم های با یکسوساز چرخان

در این نوع سیستم ها، بدلیل چرخان بودن یکسوکننده ها، نیاز به استفاده از جاروبک یا زغال برطرف و خروجی جریان مستقیم اکسایتر به طور مستقیم به ژنراتور اصلی اعمال میگردد. طرح کلی این نوع سیسم ها به سیستم تحریک بدون جاروبک معروف است. در این سیستم، آرمیچر مربوط به اکسایتر جریان متناوب و یکسوکننده های دیودی به همراه تحریک ژنراتور اصلی با یک محور مشترک می چرخند.

همچنین یک اکسایتر کمکی جریان متناوب که دارای روتور مغناطیس دائم آهنربای N-S است، به همراه آرمیچر اکسایتر اصلی و یکسوسازهای دیودی می چرخند. خروجی یکسوسازی شده استاتور اکسایتر کمکی، تحریک ساکن اکسایتر جریان متناوب اصلی را تغذیه می کند. بعلاوه تنظیم کننده ولتاژ، تحریک اکسایتر جریان متناوب را کنترل می کند که آن نیز به نوبه خود، تحریک ژنراتور اصلی را کنترل می نماید.

در این نوع سیستم ها به خاطر عدم استفاده از جاروبک، مشکل عدم انتقال جریانهای زیاد به سیم پیچ تحریک ژنراتورهای بزرگ مرتفع می شود. البته اگر جاروبکها و زغالها به طور مرتب تعمیر و نگهداری شوند، امکان استفاده وسیع از سیستم های تحریک جریان متناوب با زغال و یا بدون زغال در هر محدوده قدرت ژنراتورها وجود خواهد داشت. در سیستم های تحریک بدون جاروبک، امکان اندازه گیری مستقیم ولتاژ و جریان تحریک ژنراتور وجود ندارد. و با تنظیم ورودی جریان مستقیم به مدارهای کنترل تریستور، امکان اعمال کنترل دستی ولتاژ ژنراتور اصلی فراهم می شود.

 

نكات قابل توجه

مهمترين مزيت سيستم‏هاي تحريك ثابت در مقايسه با سيستم‏های تحريك چرخشی (دوار) در نكات ذيل خلاصه شده است

• برحسب كارايی، ميزان قدرت داده شده يا جذب شده (98% ) بيشتر است.

• مشكلات مربوط به تعميرات كمتر است، كاهش قابل توجهی در ساعات توقف ناشی از تعميرات بوجود می ‏آيد زيرا اساساً هيچ قسمت مكانيكي در حركت نمی ‏باشد.

• پايداری سيستم بيشتر است: با داشتن نوع ثابتی از زمان متوسط بين خرابی ‏ها (MTBF )

• تعداد توقفات ناشی از خرابيی ها، بطور قابل ملاحظه‏ای كاهش می ‏يابد.

• فوريت بيشتر در پاسخ به تغييرات ناگهانی بار زيان‏های ناشی از افت‏های اصلی را حذف می‏كند.

• دقت سيستم بيشتر است (0.5 %در مقايسه با 4% يا 5% كه از نوع چرخشي بدست می ‏آيد) كه در كل تصحيح سيستم را در حد قابل توجهی بدنبال دارد.

سیستم های کنترل دیجیتال، در مقایسه با سیستم های کنترل آنالوگ، مزیتهای ذیل را دارا است

• كاهش زمان تلف شده در انجام تعميرات و اصلاحات (MTTR = زمان متوسط برای تعمير كردن)، استفاده از تعداد كمتر قسمتهای الكترونيكی.

• توانايی تركيب بهتر، مشخص كردن محدوده و زمان ثابت ، ميسر كردن و يا ممنوع كردن عملكردها بدون عوض كردن سخت افزار

• آسان بودن ارتباط و برخورد افراد با اين سيستم، استفاده از صفحه كليدها، مانيتورها و نشانگرها