سیستم تحریک ژنراتور

سیستم های تحریک

سیستم تحریک ژنراتور را می توان به عنوان سیستمی تعریف کرد که جریان میدانی را برای سیم پیچ روتور یک ژنراتور فراهم می کند. سیستم های تحریک خوب طراحی شده، قابلیت اطمینان عملیات، پایداری و پاسخ سریع گذرا را فراهم می کنند.

چهار سیستم متداول تحریک عبارتند از:

• شانت یا خود هیجانی (Shunt)
• سیستم تقویت تحریک (EBS)
• ژنراتور آهنربا دائمی (PMG)
• سیم پیچ کمکی (AUX)

هر روش مزایای فردی خود را دارد. همه روش ها از یک تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) برای تامین خروجی DC به استاتور تحریک کننده استفاده می کنند. خروجی AC روتور تحریک کننده به یک ورودی DC برای روتور ژنراتور اصلی اصلاح می شود. سیستم های پیشرفته تر از ورودی اضافی به AVR استفاده می کنند. این مقاله ساختار، عملکرد و کاربرد هر سیستم را بررسی می‌کند و شامل نمودارها و تصاویر برای هر یک می‌شود.

تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک (AVR)

ساختار AVR با تحریک مورد استفاده متفاوت است. همه در هنگام چرخش از استاتور ژنراتور ورودی دریافت می کنند. AVR ها با قابلیت دریافت ورودی دوم برای کاهش یا حذف هارمونیک های داخلی ناشی از سیگنال های بازخورد بار برای کاربردهای بار غیر خطی استفاده می شوند. دو نوع رایج مورد استفاده عبارتند از:

• یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی (SCR) – سطح توان را از استاتور حس می کند و شلیک آن را برای ولتاژ تحریک کننده تعیین می کند. هنگام استفاده با بارهای غیر خطی می تواند باعث ایجاد مشکل شود.
• ترانزیستور اثر میدان (FET) – سطح توان را از استاتور حس می کند و به سیگنال مدوله شده با عرض پالس (PWM) به محرک تبدیل می شود. از این سبک AVR می توان برای روش های تحریک استفاده کرد. بارهای غیر خطی باعث ایجاد فیدبک در نتیجه خرابی تحریک نمی شوند.

شانت یا خود هیجانی (Shunt)

روش شنت دارای یک طراحی ساده و مقرون به صرفه برای تامین برق ورودی به AVR است. این روش نیازی به قطعات اضافی یا سیم کشی ندارد. در صورت بروز مشکلات، عیب‌یابی با اجزای کمتر و سیم‌کشی برای اعتبارسنجی ساده‌تر می‌شود.

با چرخاندن ژنراتور، استاتور ولتاژ ورودی را به AVR می رساند. علاوه بر این AVR دارای سنسورهایی است که خروجی استاتور را نظارت می کنندAVR انرژی تحریک کننده را تامین می کند و به جریان DC یکسو می شود. جریان برای خروجی بار به استاتور القا می شود.

بزرگترین اشکال این سیستم این است که AVR تحت تأثیر باری است که ژنراتور تغذیه می کند. هنگامی که بار افزایش می یابد، ولتاژ شروع به کاهش می کند و AVR باید جریان بیشتری را به تحریک کننده برای پشتیبانی از تقاضا ارائه دهد. این AVR را به محدودیت های خود سوق می دهد. اگر AVR فراتر از محدوده آن فشار داده شود، میدان تحریک فرو می ریزد. ولتاژ خروجی به مقدار کمی کاهش می یابد.

اگر یک اتصال کوتاه در منبع تغذیه AVR رخ دهد، ژنراتور منبع تحریک نخواهد داشت. این باعث از دست رفتن توان خروجی ژنراتور می شود.

ژنراتورهای با روش شنت یا خود تحریکی را می توان در بارهای خطی (بار ثابت) استفاده کرد. کاربردهایی که دارای بارهای غیر خطی (بار متغیر) هستند برای ژنراتورهایی با این روش تحریک توصیه نمی شود. هارمونیک های مرتبط با بارهای غیر خطی می توانند باعث خرابی میدان تحریک شوند.

سیستم تقویت تحریک (EBS)

سیستم EBS از همان اجزای اصلی تشکیل شده است که ورودی ها را به AVR و خروجی ها را از آن دریافت می کنند. اجزای اضافی در این سیستم عبارتند از:

• ماژول کنترل تقویت تحریک (EBC)
• ژنراتور تقویت کننده تحریک (EBG)

EBG در انتهای محرک دینام نصب شده است. ظاهر فیزیکی همان آهنربای دائمی است. EBG با چرخش شفت ژنراتور برق را به کنترل کننده می رساند.

ماژول کنترل EBC به صورت موازی به AVR و محرک متصل است. EBC سیگنال را از AVR دریافت می کند. در صورت نیاز، کنترل کننده سطوح مختلفی از جریان تحریک را در سطوحی که به نیازهای سیستم بستگی دارد، به محرک می رساند.

منبع تغذیه اضافی به سیستم تحریک، نیازهای بار را پشتیبانی می کند. این به ژنراتور اجازه می دهد تا ولتاژ تحریک را راه اندازی و بازیابی کند

این سیستم تحریک برای کاربردهای برق پیوسته توصیه نمی شود. برای کاربردهای برق اضطراری یا پشتیبان در نظر گرفته شده است. هنگامی که ژنراتور شروع به کار می کند، سیستم EBS تا رسیدن به سرعت کار خاموش می شود. EBG هنوز در حال تولید برق است اما کنترل کننده آن را مسیریابی نمی کند

سیستم امکان پاسخ دینامیکی را فراهم می کند، هزینه کمتری دارد و شرایط لازم برای تامین جریان اتصال کوتاه 300% را برآورده می کند. بارهای غیر خطی مانند راه اندازی موتور در مقایسه با روش Shunt یا Self Excited بهبود می یابند.

ژنراتور مغناطیسی دائمی (PMG)

ژنراتورهای مجهز به آهنرباهای دائمی از جمله شناخته شده ترین روش های تحریک جداگانه هستند. یک آهنربای دائمی روی انتهای محرک شفت ژنراتور نصب شده است.

PMG وقتی شفت ژنراتور می چرخد، توان ایزوله ای را به AVR می دهد. AVR هنگام تامین بارهای غیرخطی مانند: راه اندازی موتورها.

هنگامی که شفت ژنراتور در حال چرخش است، یک شکل موج 3 فاز تمیز، ایزوله و بدون وقفه ایجاد می شود.

برخی از مزایای استفاده از ژنراتورهای مجهز به روش تحریک PMG عبارتند از:

• میدان تحریک فرو نمی ریزد و اجازه می دهد تا خطاهای اتصال کوتاه پایدار پاک شوند.
• غییر بار بر میدان تحریک تأثیر نمی گذارد.
• ولتاژ در راه اندازی اولیه ایجاد می شود و به مغناطیس باقی مانده در میدان بستگی ندارد.
• در هنگام راه اندازی موتور، میدان تحریک به دلیل کمبود منبع AVR فرو نمی ریزد.

سیستم PMG وزن و اندازه را به انتهای ژنراتور اضافه می کند. این متداول ترین روش تحریک برای کاربردهایی است که از موتورهایی استفاده می کنند که راه اندازی و خاموش می شوند و سایر بارهای غیر خطی.

سیم پیچ کمکی (AUX)

روش سیم پیچ کمکی سالهاست که مورد استفاده قرار می گیرد. کاربردها از کاربردهای دریایی تا صنعتی را شامل می شود و در تاسیسات بزرگتر کاربردی تر است.

این روش دارای یک میدان تحریک مجزا است، اما از یک جزء متصل به انتهای محرک شفت ژنراتور استفاده نمی کند. این روش ها از چرخش شفت و یک آهنربا یا ژنراتور دائمی برای تامین تحریک اضافی استفاده می کنند.

یک سیم پیچ تک فاز اضافی در استاتور نصب می شود. همانطور که شفت ژنراتور ولتاژ تغذیه سیم پیچ های اصلی استاتور به AVR را مانند تمام روش های ذکر شده در بالا می چرخاند.

سیم پیچ تک فاز اضافی ولتاژ را به AVR تامین می کند. این باعث ایجاد ولتاژ تحریک اضافی مورد نیاز هنگام تامین بارهای غیر خطی می شود.

برای کاربردهای بار خطی می توان از روش های تحریک EBS، PMG و AUX استفاده کرد. تحریک شنت مقرون به صرفه ترین روش است.

برای کاربردهای بار غیر خطی می توان از روش های تحریک EBS، PMG و AUX استفاده کرد. تحریک PMG رایج ترین و پرکاربردترین است.