مقاله سیستمهای تحریک ژنراتور

توضیحات محصول

دانلود مقاله سیستمهای تحریک ژنراتور با فرمت ورد ودر 42 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن مقاله

سیستم تحریک چیست ؟

به القای ولتاژ در روتور ماشین سنکرون (که خاصیت الکترو مغناطیس پیدا کرده) تحریک ماشین گفته میشود و بنابراین سیستمی که جریان را تغذیه می کند سیستم تحریک نامیده می شود.

مقدار جریان تغذیه شده به طور مستقیم به نیروی الکترومغناطیسی و در نتیجه به سطح ولتاژ القا شده برروی استاتور بستگی دارد. برای ژنراتور سنکرون سیم پیچی میدان (که مغناطیس شده) همیشه برروی روتور قرار دارد و این بدان علت است که مقدار جریان در سیم پیچی میدان بسیار کمتر از سیم پیچ استاتور می باشد ودر نتیجه ترتیب حرکت شفت آسانتر است و از همه مهمتر تعداد زغالها یکی کمتر و اسلیپ رینگ و زغالها حامل جریان کمتری می باشد. اگر سیم پیچی میدان روی استاتور قرار بگیرد حجم سیم پیچی بیشتر میشود و در نتیجه ترتیب حرکت شفت سخت تر خواهد شد. البته مطالبی که در بالا اشاره شد٬ اشاره به بحث آرمیچر ساکن در ماشین سنکرون دارد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی از نیمه هادی های قدرت نظیر دیود و تریستور برای کنترل بهتر مشخصات ماشین تحریک می توان استفاده کرد. در هر سیستم تحریک، بسته به نوع و شکل آن، تجهیزات ممکن است خیلی زیاد باشند ولی با این حال در هر سیستم تحریک یک سری اجزای ثابت و اصلی وجود دارد که در ادامه به شرح برخی از اجزای اصلی سیستم تحریک اشاره خواهیم کرد .

1-2 اجزای تشکیل دهنده سیستم تحریک :

تولید جریان روتور :

روتور ماشین باید به وسیله جریانی تغذیه شود به عنوان مثال: روتور ماشین بوسیله یک مبدل الکترونیکی پر قدرت تغذیه شود (این روش مستقیم است) و یا یک جریان کوچک٬ ماشین تحریک را تغذیه می کند که به طور منظم جریان روتور زیاد میشود. (روش غیر مستقیم).

منبع تغذیه :

سیستم تحریک به منظور تولید جریان به منبع تغذیه نیاز دارد منبع تغذیه به دو صورت تغذیه موازی و تغذیه سری کاربرد دارد. تغذیه موازی تغذیه ای است که از ترمینالهای ماشین گرفته میشود و تغذیه سری تغذیه ای است که از تغذیه کمکی گرفته میشود.

سیستم تنظیم کننده خودکار ولتاژ ( AVR ) :

AVR یک کنترل کننده حلقه بسته است که سیگنالی متناسب با ولتاژ خروجی ژنراتور را با یک ولتاژ مبنای ثابت مقایسه نموده و خطای ولتاژ به دست آمده را جهت کنترل خروجی سیستم تحریک مورد استفاده قرار می دهد.

اگر بار ژنراتور تغییر کند ولتاژ خروجی ژنراتور نیز تغییر می کند که این منجر به ارسال سیگنال خطا می گردد. خطای ولتاژ بوسیله تنظیم کننده ولتاژ تقویت شده و جهت کاهش یا افزایش میزان تحریک مورد استفاده قرار می گیرد تا ولتاژ خروجی ژنراتور را به مقدار اصلی خود برگرداند. پاسخ سریع و پایدار AVR به تغییرات بار از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

AVR ولتاژ خروجی ژنراتور را از طریق ترانسفورماتور ولتاژ مربوط به خود دریافت می نماید . سیگنال ولتاژ سپس یکسو و صاف شده و با ولتاژ مبنا مقایسه می گردد. امکان تغییر ولتاژ مبنا با توجه به نیاز سیستم توسط اپراتور وجود دارد.

علاوه بر وظیفه اصلی کنترل ولتاژ، وظایف حیاتی دیگری بعهده AVR است. AVR شامل حلقه های کنترلی دیگری برای کنترل حدی مگاوار و فلوی اضافی می باشد .

مدار دنبال کننده خودکار :

در AVR دو کاناله هر دو کانال تنظیم کننده می تواند بطور همزمان فعال باشند و هر کانال نیمی از نیازهای سیستم تحریک را برآورده سازند. روش دیگر فعال بودن یک کانال و رزو بودن کانال دیگر است که در صورتی که کانال فعال از کار بیفتد کانال رزرو وظیفه کانال فعال را دنبال خواهد کرد.

کنترل تحریک :

علاوه بر حلقه کنترل ولتاژ، تجهیزات مدرن تحریک شامل تعدادی مدارهای محدود کننده جنبی می باشند که بصورت کنترل کننده های موازی با مدار کنترل ولتاژ کار می کنند و در صورتیکه متغیر محدود شونده از حد تعیین شده تجاوز کند، جانشین سیگنال ولتاژ می باشد.

الف - محدود کننده جریان روتور :

سیستم های تحریک قادر به تأمین جریان تحریکی بیش از میزان مورد نیاز ژنراتور برای کار در حالت حداکثر بار پیوسته مجاز هستند این قابلیت فوق العاده، در مواقعی که خطایی در سیستم اتفاق می افتد و احتیاج به توان راکتیو اضافی برای تقویت گشتاور سنکرون روتور است، مورد استفاده قرار می گیرد. البته این جریان اضافی تحریک بایستی از نظر زمانی گردد تا گرم شدن بیش از حد روتور منجرب به از بین رفتن عایق هادیهای روتور نگرددبرای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد روتور مدار محدود کننده جریان روتور جریانهای تحریک بیش از 110% حداکثر بار پیوسته مجاز را آشکار می سازد. هنگام خطا، AVR با افزایش جریان تحریک وارد عمل می گردد و معمولاً این وضعیت چند میلی ثانیه بیشتر دوام نداشته و کلید، مدار اتصال کوتاه را قطع می کند. برای حداکثر پشتیبانی معمولاً بعد از تأخیری در حدود 5 ثانیه مدار محدود کننده جریان روتورها سیگنالی که با سیگنال ارسالی از AVR مخالفت کند، ارسال نموده و جریان تحریک را به محدوده مجاز تقلیل می دهد.

ب- محدود کننده مگاوار :

تجهیزات مدرن AVR توانایی کنترل کار ژنراتور در زوایای بار 130 تا 140 درجه را دارند که مربوط به حالت گذرا می باشد و معمولاً کار ژنراتور تا زاویه 75 درجه محدود می گردد. توان راکتیو پیش فاز مجاز ژنراتور با مربع ولتاژ خروجی ژنراتور تغییر می کند و اگر تحریک ژنراتور کم باشد بزرگ شدن زاویه بار () خیلی زود ژنراتور را به حالتی می کشاند که از شبکه توان راکتیو بگیرد. برای اینکه از این حالت جلوگیری شود، عملاً وقتی مقدار بخار توربین زیاد می گردد و یا به عبارت دیگر توان ورودی از توربین به ژنراتور افزایش می یابد، بایستی جریان تحریک ژنراتورنیز متناسب با آن افزایش یابد ضمناً یک محدود کننده مگاوار در AVR تعبیه گردیده است که در صورتی که مقدار توان راکتیو پیش فاز ژنراتور از حد تعیین شده ای تجاوز کند، کار اصلی AVR که کنترل ولتاژ در مقداری ثابت است، را تحت الشعاع قرار داده و جریان تحریک را به مقداری بالا می برد که زاویه بار () افزایش نیابد و به این شکل از ناپایدار شدن ژنراتور جلوگیری می کند .

ج- محدود کننده شار اضافی :

علاوه بر مدار حفاظت از فلوی اضافی، تجهیزات مدرن AVR شامل مدار محدود کننده فلوی اضافی نیز می باشند. این یک کنترل حلقه بسته است که نسبت ولتاژ به فرکانس را به هنگام کار غیر سنکرون ژنراتور آشکار می سازد و در صورتیکه از میزان از قبل تعیین شده تجاوز نماید محدود کننده، سیگنالی ارسال می کند که تحریک را کاهش می دهد و از فلوی اضافی در ترانسفورماتور واحد جلوگیری می کند.

د- تثبیت کننده سیستم قدرت :

تثبیت کننده سیستم قدرت دستگاهی است که خروجی تحریک را از طریق تنظیم کننده ولتاژ، کنترل می کند و به صورتی که نوسانات قدرت ژنراتور سنکرون میراگردند. متغیرهای ورودی PSS، سرعت، فرکانس و یا توان است.

1-3 وظایف سیستم تحریک :

1. نگه داشتن عملکرد ژنراتور در منطقه ایمنی که این کار با محدود کردن جریان میدان ماشین انجام می شود. به عنوان مثال محدودیت جریان میدان، محدودیت جریان استاتور، محدودیت ولتاژ، محدودیت جریان زیر تحریک و غیره

2. مانیتور کردن و نشان دادن مشکل در اجزای سیستم تحریک به عنوان مثال ایجاد مشکل در دمای روتور، دمای ترانسفورماتور، اتصال زمین روتور، شکست دیود در حال چرخش و ...

در هر سیستم تحریک با عملکرد منظم جریان٬ میدان تولید می شود (در سیستم تحریک unitrol 5000 ، سیستم کنترل با سرعت بالایی ساخته شده است و این سرعت بالا یکی از مزایای این سیستم تحریک به شمار می رود) در انتهای این قسمت به عنوان جمع بندی میتوان به این نکته اشاره کرد که :سیستم تحریک کامل و خوب علاوه بر انجام محدودیتها و عمل حفاظت ، باید دارای یک سیستم نمایش دهنده و یا (monitoring) جهت اعلام خطا باشد.

1-4 جایگاه سیستم تحریک در تولید انرژی الکتریکی :

ابتدا انرژی (فسیلی – اتمی – آب – بادی ) بوسیله ژنراتور سنکرون به انرژی الکتریکی تبدیل شده و این انرژی بعد از عبور از سیستم انتقال و توزیع به دست مصرف کننده می رسد. یکی از علائم نشان دهنده کیفیت انرژی الکتریکی وجود یک ولتاژ ثابت در نزد مصرف کننده می باشد که این کیفیت توسط سیستم تحریک بوجود آمده و به ژنراتور سنکرون ما القا می شود.

تبدیل به حرکت و انرژی الکتریکی : برای تبدیل انرژی با مقدار بزرگ، ابتدا انرژی اولیه به انرژی مکانیکی تبدیل شده و سپس از انرژی الکتریکی برای توربین ها و ژنراتورها استفاده میشود.

ولتاژ خروجی : ولتاژ خروجی ماشین بوسیله سیستم تحریک کنترل می شود.

انتقال و توزیع : انرژی الکتریکی از طریق خطوط انتقال به دست مصرف کننده میرسد.

1-5 سیستم تحریک در نیروگاه :

اجزای اصلی قرار گرفته در نیروگاه به همراه اتصالات آنها به یک سیستم تحریک استاتیکی در دیاگرام فوق نشان داده شده است

در ادامه به بررسی نحوه کنترل در AVR که یکی از مهمترین بخشهای تشکیل دهنده سیستم تحریک است پرداخته می شود و نحوه کنترل در آن تصویر می شود.

فرمان های تنظیم کننده super imposed :

تنظیم کننده توان راکتیو (Q) و تنظیم کننده ضریب قدرت می توانند روشن شوند اگر مد AUTO انتخاب شده باشد و ژنراتور به شبکه متصل شده باشد تنظیم کننده توان راکتیو و تنظیم کننده ضریب قدرت به تنظیم کننده ولتاژ تحمیل می شوند و واکنش ها به طور آهسته شرایط عملکرد را تغییر می دهند. تمام محدود کننده های مربوط به مد AUTO می توانند اگر لازم باشد بر تنظیم کننده ولتاژ به همراه تنظیم کننده Super Imposed تسلط داشته باشند.

تنظیم کننده های توان راکتیو و ضریب قدرت خود دارای بخش هایی برای تنظیم Set Point می باشند. زمانیکه تنظیم کننده Super Imposed خاموش می باشدSetting Set Pointمقدار واقعی را دنبال می کند (جریان توان راکتیو / جریان ضریب قدرت) و این به آن معنی است که تغییر وضعیت از تنظیم کننده ولتاژ به تنظیم کننده Super Imposed تاثیر مستقیم بروی نقطه عملکرد ژنراتور نمی گذارد.

شکل زیر شمای کلی سیستم تحریک به همراه بلوک های داخلی آن را نشان می دهد

نظیر سایر سیستمهای کنترلی ، مقدار اندازه گیری شده با مقدار مرجع مقایسه شده ،سیگنال خطای بدست آمده در کنرل کننده PID به صفر می رسد.در اینجا چون هدف ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی ژنراتور در حذ 20 کیلو ولت است لذا سیستم کنترل کننده ولتاژ (بلوک AVR) توسط PT ولتاژ خروجی را اندازه میگیرد.حال اگر این ولتاژ از 20 کیلو ولت که مقدار مرجع معرفی گردیده کمتر یا بیشتر باشد سیگنال خطایی تولیده می گردد و توسط کنترل کننده PID این سیگنال به صفر می رسد.لذا بدین ترتیب AVR می تواند عمل تنظیم ولتاژ را انجام دهد