سنکرون

در این بخش قصد داریم در مورد عملکرد موازی ژنراتورهای DC – سنکرون ژنراتورها صحبت کنیم .

عملکرد موازی ژنراتورهای DC – وضعیت، مزایا و تقسیم بار

در یک شبکه سیستم قدرت، برق توسط ژنراتورهای زیادی که در یک شبکه متصل به هم هستند، تامین می‌شود. به جای استفاده از یک ژنراتور بزرگ، از ژنراتورهای کوچک DC یا AC به صورت موازی وسنکرون استفاده‌می‌شود.

گاهی اوقات، ژنراتورهای DC به عنوان پشتیبان سایت استفاده‌می‌شوند. در برخی شرایط، همیشه نمی‌توان ژنراتوری داشت که الزامات بار را برآورده کند. از این رو، برای پاسخگویی به تقاضای بار، بیش از یک واحد از ژنراتورهای DC به صورت موازی متصل می‌شوند.

مشاهده ویدیوی سنکرون 4 دیزل ژنراتور پرکینز با کنترلر دیپسی 

امروزه از عملکرد موازی ژنراتورهای DC به طور گسترده در شبکه برای دستیابی به مزایای زیر استفاده می‌شود.

سنکرون دیزل ژنراتور با برد کومپ

سنکرون دیزل ژنراتور با برد دیپسی

تداوم تامین برق

تداوم عرضه یک نیاز اصلی است. اگر یک نیروگاه از یک ژنراتور واحد تشکیل شده‌باشد، دستیابی به این نیاز ممکن نیست. زیرا اگر یک واحد ژنراتور در حال تعمیر و نگهداری یا خطا باشد، کل نیروگاه برای اجرای تقاضای بار متوقف می‌شود. از این رو، اگر نیروگاه از تعداد بیشتری ژنراتور به جای یک واحد استفاده کند، نیروگاه

می‌تواند با اطمینان بیشتری مورد استفاده قرار گیرد. اکثر مشتریان (مانند یک بیمارستان، کارخانه و غیره) به یک منبع تغذیه بدون وقفه نیاز دارند.

بهره وری بهتر

در نیروگاه ها، ژنراتورها طوری طراحی می‌شوند که با بار کامل کار کنند. و حداکثر کارایی را در بار کامل به دست خواهد آورد. اما تقاضای برق ثابت نیست. بین پیک تقاضا در روز و حداقل تقاضا در طول شب نوسان دارد. از این رو، استفاده‌از یک ژنراتور کوچک در طول شب و یک ژنراتور بزرگ در روز مقرون به صرفه‌است. اگر تقاضا افزایش یابد، هر دو ژنراتور به صورت موازی متصل می‌شوند تا تقاضای بالا را به طور موثر برآورده کنند.

تعمیر و نگهداری آسان

ژنراتور برای عمر طولانی و عملکرد کارآمد نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای دارد. در طول تعمیر و نگهداری، باید ژنراتور دیگری برای اجرای بار وجود داشته‌باشد. از این رو، نگهداری از ژنراتورها آسان‌است. و همچنین، اگر خرابی رخ دهد، بازگرداندن آن به زمان نیاز دارد. در این شرایط می‌توان از ژنراتور دیگری برای رفع نیاز بار استفاده‌کرد.

انعطاف پذیری

اتصال موازی ژنراتورها در مقایسه با ژنراتور بزرگ تک واحدی انعطاف پذیری بیشتری را ارائه می‌دهد. تعدادی ژنراتور کوچک را می‌توان به هم متصل کرد و در مکان‌های مختلف قرار دارد. تک ژنراتور بزرگ به فضای بیشتری نیاز داشت. به جای آن، تعداد بیشتری ژنراتور در مکان‌های مختلف نصب‌می‌شود.

مقرون به صرفه

اگر ژنراتورها همیشه با بار کامل کار کنند، هزینه برق کاهش می‌یابد. هنگامی که تقاضای بار زیاد‌است، تعداد بیشتری از ژنراتورها به صورت موازی متصل می‌شوند. و هنگامی که تقاضای بار کم‌است، تعداد کمتری از ژنراتورها به صورت موازی متصل می‌شوند. سایر ژنراتورها در حالت انتظار باقی می‌مانند. بنابراین همه ژنراتورها تحت شرایط بار کامل کار می‌کنند که باعث کاهش هزینه برق می‌شود.

گسترش آسان‌تر

تقاضای برق روز به روز افزایش می‌یابد. از این رو، در حین ساخت نیروگاه، همیشه مکان‌هایی  برای توسعه در آینده نگه دارید. به جای ساخت یک نیروگاه کامل، اضافه کردن ژنراتورهای بیشتر و اتصال آنها به صورت موازی برای دستیابی به تقاضای برق بیشتر آسان‌تر‌است.

با توجه به این مزایا، عملکرد موازی ژنراتور به طور گسترده‌ای مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرد. همانطور که می دانیم، ژنراتورهای DC به سه نوع طبقه‌بندی می‌شوند.

• ژنراتور شنت DC
• سری DC
• ترکیبی DC

در اتصال آرمیچر و سیم‌پیچ میدانی در هر نوع ژنراتور تفاوت وجود دارد. از این رو، در اینجا نحوه اتصال هر نوع ژنراتور به صورت موازی را مورد بحث قرار می‌دهیم.

تابلو سنکرون

عملکرد موازی ژنراتور شنت DC

برای اتصال دو ژنراتور به صورت موازی، ترمینال‌های مثبت و منفی آنها باید به ترمینال های مثبت و منفی باس بار متصل شوند. باس بار یک میله مسی سنگین‌است و ترمینال‌های باس بار به عنوان ترمینال های کل نیروگاه عمل می‌کنند.

نمودار اتصال عملکرد موازی ژنراتور شنت DC در شکل زیر نشان داده‌شده‌است.

عملکرد موازی ژنراتور شنت DC

در اینجا،

آرمیچر ژنراتور 1 در سراسر باس بار متصل می‌شود. و برای تامین بار استفاده‌می‌شود. اکنون باید ژنراتور 2 را به این سیستم متصل کنیم. برای آن، باید ژنراتور 2 را با همان قطبیت وصل کنیم. در غیر این صورت یک اتصال کوتاه جدی رخ می‌دهد که منجر به آسیب دائمی ژنراتورها می‌شود.

قبل از اتصال ژنراتور 2، کلید S باز‌است. یک ولت متر به موازات سوئیچ وصل شده‌است. ابتدا آرمیچر ژنراتور 2 به سرعت نامی ژنراتور افزایش می‌یابد. تحریک ژنراتور 2 تا زمانی که نشانگر ولت متر صفر را نشان دهد تغییر‌می‌کند. هنگامی که نشانگر صفر را نشان می‌دهد، به این معنی است که ولتاژ ترمینال همان ولتاژ باس بار یا ولتاژ ژنراتور 1‌است.

از این رو، پس از بستن کلید S، ژنراتور 2 به موازات ژنراتور 1 وصل می‌شود. اما ژنراتور 2 هیچ باری را تحمل نمی‌کند. زیرا EMF القایی ژنراتور 2 همان ولتاژ باس‌بار‌است. بنابراین، هیچ جریانی برای جریان در همان اختلاف پتانسیل وجود ندارد. در این شرایط ژنراتور 2 به عنوان ژنراتور شناور در سیستم شناخته‌می‌شود.

EMF القایی ژنراتور 2 باید بیشتر از ولتاژ باس‌بار باشد. در این شرایط ژنراتور 2 بار را تحویل می‌دهد. جریان تامین شده توسط ژنراتور 2‌است.

در اینجا:

Ra =مقاومت مدار آرمیچر

EMF = EMF القایی

=V  ولتاژ باس بار

EMF القایی یک ژنراتور جدید را می‌توان با کنترل میدان کنترل کرد. و با کنترل EMF القایی می‌توانیم سهم بار را کنترل کنیم.

عملکرد موازی ژنراتور ترکیببی DC

نمودار اتصال دو ژنراتور مرکب که به صورت موازی به هم متصل شده‌اند در شکل زیر نشان داده‌شده‌است.

ژنراتور ترکیبی دارای ویژگی‌های افزایشی‌است. از این رو، با عدم وجود هر گونه دستگاه اصلاحی، عملکرد موازی ژنراتورهای ترکیب DC ناپایدار‌است. در زمان راه اندازی، هر ژنراتور سهم یکسانی از بار را می‌گیرد. بنا به دلایلی، در صورت عبور جریان از میدان سری ژنراتور-1 سیم پیچی افزایش می‌یابد که میدان آن را بیشتر تقویت می‌کند. در نتیجه منجر به افزایش EMF تولید شده و بار بیشتری می‌شود.

در این عملیات بار ثابت را فرض کردیم. از این رو، سهم بار ژنراتور-2 کاهش یافته و میدان سری آن را تضعیف‌می‌کند. این باعث رها شدن بار آن می‌شود. این اثر تجمعی‌است پس از مدتی، ژنراتور-1 کل بار را می گیرد. و ژنراتور-2 به عنوان یک موتور عمل‌می‌کند. در این شرایط، کلید مدار هر ژنراتور قطع می‌شود و این عملیات را متوقف‌می‌کند.

برای اینکه این عملیات پایدار باشد، باید از هر وسیله اصلاحی با این سیستم استفاده‌کنیم. در این عملیات موازی، میله اکولایزر به انتهای آرمیچر سیم‌پیچ‌های سری متصل‌می‌شود. نوار اکولایزر رسانایی با مقاومت کم‌است. برای پایدار کردن عملکرد ژنراتورهای بیش از حد مرکب و تراز مرکب استفاده‌می‌شود.

به عنوان مثال،

ژنراتور-1 شروع به گرفتن سهم بیشتری از بار می‌کند. و جریان میدان سری آن افزایش می‌یابد. اکنون این جریان افزایش یافته از سیم‌پیچ میدان سری ژنراتور-1 و تا حدی از سیم‌پیچ میدان سری ژنراتور-2 عبور می‌کند. بنابراین هر دو ژنراتور به یک شکل تحت تأثیر قرار‌می‌گیرند. به این ترتیب ژنراتور-1 نمی‌تواند کل بار را تحمل کند و ژنراتور-2 نمی‌تواند کل بار خود را رها کند.

برای حفظ عملکرد موازی مناسب و سهم برابر بار، تنظیم هر دو ژنراتور باید یکسان باشد و مقاومت میدان سری باید با درجه بندی ژنراتور نسبت معکوس داشته‌باشد.

عملکرد موازی ژنراتور سری DC

نمودار اتصال عملکرد موازی دو ژنراتور سری DC مطابق شکل زیر می‌باشد.

عملکرد موازی ژنراتور سری DC

در اینجا، ما در نظر می گیریم که هر دو ژنراتور یکسان هستند و سهم یکسانی از بار را می‌گیرند. اما به هر دلیلی، EMF القایی ژنراتور-1 افزایش می یابد (E1 > E2). در این شرایط جریان ژنراتور I1 بیشتر از I2‌است. این منجر به تقویت میدان سری ژنراتور-1 می‌شود. و تضعیف میدان سری ژنراتور-2.

این یک فرآیند تجمعی‌است. بنابراین، در نهایت، کل بار توسط ژنراتور-1 گرفته می‌شود و ژنراتور-2 به عنوان یک موتور عمل می‌کند. مشابه موتور مرکب، این مشکل با استفاده‌از نوار اکولایزر حل خواهد شد. و به همین دلیل دو ماشین جریان تقریباً مساوی را به بار عبور می‌دهند.

تقسیم بار ژنراتور DC

ژنراتور شنت DC دارای ویژگی‌های افت کمی‌است. از این رو، مناسب ترین ژنراتور برای عملکرد موازی پایدار‌است. اگر یک ژنراتور بار بیشتر یا کمتری را تحمل کند، به دلیل تمایل آن به بازگرداندن تقسیم اولیه بار، هر دو ژنراتور فوراً تقسیم بار مناسب را انجام می‌دهند.

در شرایط خطا، یک ژنراتور از کار افتاده و میدان آن ضعیف شده‌است. در این شرایط میدان سری یک ژنراتور دیگر افزایش می یابد. بنابراین، بریکر باز‌است و ژنراتور معیوب از سیستم خارج‌می‌شود. این روش حذف و اتصال ژنراتور باعث اطمینان سیستم‌می‌شود و به جلوگیری از ضربه و اختلال ناگهانی اولیه و همچنین در بهتر شدن سیستم کمک‌می‌کند.

مشخصه ولتاژ ژنراتور شنت مطابق شکل زیر‌می‌باشد.

تقسیم بار ژنراتور DC

از مشخصه بالا، برای همان ولتاژ ترمینال V، ژنراتور-1 جریان I1 و ژنراتور-2 جریان I2 را ارائه‌می‌دهد. ژنراتور-1  دارای منحنی مشخصه دروپینگ بیشتری دارد و جریان کمتری ارائه‌می‌دهد. هر دو ژنراتور در صورت مشابه بودن و داشتن افت ولتاژ از حالت بی باری تا بار کامل، بار را در تمام نقاط به طور مساوی تقسیم‌می‌کنند.

اگر دو ژنراتور از درجه توان‌های مختلف به صورت موازی متصل می‌شوند، بار بر اساس رتبه بندی آنها تقسیم می‌شود. مشخصه های خارجی آنها که بر حسب درصد جریان بار کامل ترسیم شده‌اند باید مانند شکل زیر باشد.

شکل-5

به عنوان مثال،

یک ژنراتور 100 کیلو ولت آمپر و یک ژنراتور دیگر 200 کیلو ولت آمپر به موازات بار 240 کیلو وات متصل می‌شوند. در این شرایط مولد اول 80 کیلووات و ژنراتور دوم 160 کیلووات به اشتراک خواهد گذاشت.

مشخصه ترکیبی عملکرد را می‌توان در صورتی ترسیم کرد که ویژگی فردی هر ژنراتور را بدانیم. منابع جاری توسط هر ژنراتور در شکل زیر قابل مشاهده‌است.

شکل-6

نتایج فوق را می‌توان با محاسبه ساده به جای نمایش گرافیکی در صورتی که ژنراتور دارای خط مستقیم باشد، یافت. اکنون، بخش تقسیم بار را محاسبه می‌کنیم که ولتاژ بی باری نابرابر‌ دارد.

E1, E2  =ولتاژ بدون بار دو ژنراتور

R2, R2 =مقاومت آرمیچر

V =ولتاژ ترمینال مشترک

بخش تقسیم بار نابرابر که دارای ولتاژ بدون بار‌است

از معادله بالا می بینیم که با افزایش Φ2 یا N2 یا کاهش N1 یا Φ1 می‌توان ولتاژ باس بار را ثابت نگه‌داشت. N2 و N1 با تغییر سرعت موتورهای محرک تغییر می‌کنند و Φ1 و Φ2 را می‌توان با استفاده‌از مقاومت‌های میدان شنت کنترل‌کرد.

مقاله زبان اصلی:

سنکرون ژنراتور