کلیات :
همانطور که کرارا در کلیه جزوات تحریک عنوان شده در ژنراتورهای سنکرون جهت تولید الکتریسیته لازم است یک میدان مغناطیسی دوار داشته باشیم بدین لحاظ می بایستی بتوانیم جراین DC مناسبی برای تولید این میدان به روتور ژنراتور اعمال کنیم.
این مولد DC بایستی از شبکه مستقل باشد تا ضربه های اعمال شده در شبکه به آن اعمال نشود حال این مولد را می توان بر روی بخشی از روتور ژنراتور مستقر نمود که تشکیل خواهد شد از ژنراتور و یک سو کننده جریان بدون اتصالات الکتریکی که این نوع را تحریک دینامیک گویند.
و نوع دیگر سیستم تحریک استاتیک می باشد که شامل یک ترانس و یک سو کننده جریان می باشد که توان لازم را از خروجی ژنراتور می گیرد و توسط جاروبک بر روتور منتقل می نماید.
بدیهی است این نوع سیستم هر کدام دارای معایب و محاسنی می باشند که بطور خلاصه و فهرست وار تشریح می گردد.
سیستم دینامیک :
1- استهلاک کمتر در نبود قطعات جاروبک و رینگ انتقال دهنده جریان
2- حجم کمتر در بخش تجهیزات کمکی
3- رسیدگی و بازبینی کمتر
4- طویل شدن روتور و سنگین شدن آن و مشکلات بالانس
سیستم استاتیک :
1- بالا بودن سرعت پاسخ سیستم
2- کوتاه بودن شفت
3- استهلاک رینگ و جاروبک ها
4- الزام به داشتن محرک اولیه
بدیهی است برای کنترل ولتاژ خروجی ژنراتور باید جریان DC اعمال شده به روتور توسط یک سیستم کنترل تحت نظارت قرار گیرد که اینجا نقش کنترل کننده این سیستم ها از ساده ترین و قدیمی ترین نوع تا پیشرفته ترین آنها در ساختار کلی مشترک می باشند که تشکیل می شود از یک مقایسه – کننده با دو تا چند ورودی که عبارتست از ولتاژ ژنراتور، ولتاژ مبنا (set point) ، جریان ژنراتور ، جمع برداری ولتاژ و جریان ژنراتور که ورودی ذکر شده آخرین بعنوان کنترل کننده MVAR ژنراتور بکار می رود . از طرفی بسته به نوع و ارزش کنترل کننده ها سیستم می تواند دارای یک حلقه کنترل یا بیشتر باشد. بطور مثال جهت بالابردن سرعت سیستم یک حلقه فرعی جهت نمونه گیری جریان تحریک استفاده می شود.
در این جزوه سیستم تحریک ژنراتورهای MARELL1 که از نوع استاتیک با کنترل کننده الکترونیکی می باشد در قالب سه بخش زیر تشریح می گردد.
1- مولد جریان DC یا بخش قدرت
2- سیستم کنترل
3- اجزاء کنترل
1- بخش قدرت و تولید کننده جریان DC
معمولا این بخش از یک پل نیمه هادی تشکیل شده که در سیستم های مختلف بصورت پلهای تمام موج یا نیم موج که می تواند بصورت تک فاز یا سه فاز در مدار عمل نمایند تشکیل شده است این سیستم دارای یک پل سه فاز نیم موج می باشد که در یک بازو دیود و در بازوی دیگر تایریستور کار یکسو سازی را عهده دار می باشند . جریان سه فاز ورودی ازطریق یک ترانس 11KV/330 V با توان 200 KVA از طریق فیوزهای 1FU ~ 3FU به پل ارتباط پیدا می کند مسیر تغذیه سه فاز ورودی در شکل (1) و مجموعه پل یکسو ساز با تجهیزات جانبی آن در شکل (2) نشان داده شده است.
در شکل (1) ترانس TV با نسبت 330/220 و قدرت 350 VA فن 88VE1 را تغذیه می کند و فیوزهای 4FU و 5FU کار حفاظت جریانی آنرا عهده دار است، این فن در بالای سقف پانل تحریک نصب شده است و کار خنک کاری تجهیزات تحریک را انجام می دهد ترانس 330/380 IS با توان 1KVA تغذیه ترانس TVT از شکل 2 را بعهده دارد.
همانطور که در شکل شماره (2) مشاهده می شود جریان خروجی از شاخه مثبت پل پس از عبور از حلقه سیم پیچ آمپلی فایر مغناطیسی TC و کلید تحریک (41F) به جاروبک روتور انتقال می یابد همچنین جریان خروجی از شاخه منفی پس از عبور از شنت N2 و کنتاکت دیگر کلید (41F) به جاروبک روتور منتقل می شود.
سیم پیچ TC که بعنوان یک مجموعه کنترل کننده جریان در بازوی ثانویه ترانس TVT قرار گرفته است وظیفه دارد با افزایش جریان تحریک میزان ولتاژ اعمال شده به فن خنک کننده تایریستورها VT را افزایش دهد تا در نتیجه میزان هوای دمیده شده به رادیاتورهای پل افزایش یابد، لذا نتیجه می گیریم میزان دمش خنک کاری تابع جریان خروجی پل می باشد.
جریان خروجی پل توسط شنت و آمپرمتر 0 ~ 500 متصل به آن قابل قرائت می باشد همچنین ولتاژ خروجی تحریک توسط ولتمتر 0 ~ 500 از طریق دو فیوز قابل قرائت است.
از مقاومت RSC به عنوان مقاومت تخلیه جریان تحریک پس از قطع کلید (41F) استفاده می گردد بدیهی است پس از قطع کلید فوق کنتاکتهای N.C کلید مذکور جریان پسماند حاصل در، روتور را سریعا در مقاومت RSC تخلیه می نماید.
ترانس های T و 2T ترانسهای پالس می باشند که وظیفه انتقال مغناطیسی پالسهای اعمال شده از سیستم کنترل به گیت تایریستورها را عهده دار می باشند.
مقاومت متغییر RSC در سر راه سیم پیچ TC قرار گرفته است بطوریکه افت ولتاژ حاصل از آن به عنوان فیدبک جریان تحریک استفاده می گردد.
شایان ذکر است این فیدبک در کلیه سیستم های مختلف تحریک بکار نمی رود و بسته به نوع طراحی به جهت داشتن سرعت بیشتر در پاسخ سیستم کنترل، بعنوان یک فیدبک داخلی بکار می رود.
ترانسهای جریان TA1 و TA2 بعنوان فیدبک جریان ژنراتور و ترانس های ولتاژ TV3 و TV1 بعنوان فیدبک ولتاژ ژنراتور بکارمی رود.
در راه اندازی اولیه ژنراتور های سنکرون قبل از برقراری جریان از طریق پل یکسو کننده، احتیاج است که یک میدان مغناطیسی اولیه ایجاد شده تا ژنراتور دارای ولتاژ خروجی گردد و این ولتاژ بتواند بعنوان منبع تغذیه پل مذکور استفاده گردد.
در ژنراتورها معمولا از 3 طریق این کارعملی می گردد:
1- پسماند مغناطیسی:
در این حالت هسته روتور از جنس آهن نرم استفاده می شود بطوریکه توسط اعمال یک جریان DC اولیه به روتور مغناطیسی گردد این پسماند مغناطیسی تا مدتهای زیاد قابل استفاده می باشد که گاها در تغییرات انجام شده بر روی روتور (مثلا زمان خارج کردن روتور از درون استانور این پسماند کم شده و یا از بین می رود در این صورت پس از جا زدن روتور با اعمال جریان DC به روتورباعث احیاء این پسماند می شوند.
2- ژنراتور کمکی : (PMG)
معمولا این سیستم در تحریک های نوع دینامیک بکار می رود بدین صورت که یک ژنراتور در انتهای روتور اصلی ژنراتور نصب گردیده است که روتور آن مغناطیس دائم می باشد و جریان تولید شده در استانور آن به عنوان تغذیه سیستم بکار می رود.
3- منبع تغذیه کمکی (باتری)
در سیستم های نوع استاتیک معمولا برای راه اندازی ژنراتور جراین باطری توسط یک کلید به جاروبک های روتور منتقل می گردد این کلید قبل از بسته شدن کلید تحریک اصلی به مدت چند ثانیه یک جریان ابتدایی به روتور منتقل کرده تا با بالا رفتن ولتاژ خروجی ژنراتور سیستم خود کفا گردد که جریان راه اندازی در سیستم تحریک Marelli از این نوع می باشد، این جریان از طریق باتری و از طریق کلید 31 (Field Flash) به روتور جاری می گردد. بدین صورت که با اعمال فرمان بستن کلید تحریک (کلید 41F) کویل 31 انرژی دار شده و کلید مذکورکه زمان دار می باشد به مدت 3 ثانیه جریان را هدایت می کند تا ولتاژ ژنراتور را به میزان 6KV برساند این ولتاژ به میزانی است تا تغذیه سیستم به جهت افزایش ولتاژ ژنراتور تا حد 11Kv کنترل آن تامین گردد.
2- سیستم کنترلک
همانطور که در بخش اول عنوان شد سیستم های تحریک بطور عام فقط دارای دو فیدبک یکی ولتاژ و دیگری جریان ژنراتور می باشد که در یک حلقه کنترلی در بخش مقایسته کننده با مرجع سنجیده و حاصل سیگنال خطا پس از اعمال ضرایب حاصله از توابع تبدیل سیستم در خروجی بعنوان سیگنال کنترل کننده ظاهر می شود.
بدیهی است در این حلقه که بعنوان حلقه اصلی کنترل محسوب می گردد ضرایب عکس العمل سیم پیچ ژنراتور می بایستی دخالت داده شود.
در صورتیکه بخواهیم اثر لختی حاصل از سیم پیچ تحریک را در سرعت پاسخ سیستم تاثیر دهیم احتیاج است یک حلقه فرعی برای آن تعریف کنیم ، بصورتیکه سگنال خطای مورد نظر حاصل سنجش سیگنال خروجی حلقه اصلی با سیگنال فیدبک جریان تحریک باشد. مطالب بیان شده فوق در دیاگرام شکل شماره (3) در قالب دو حلقه مشاهده می شود. در صورتیکه توابع تبدیل دو حلقه مذکور را بترتیب با F(S)1 و F(S)2 نمایش دهیم مقادیر هر یک بشرح ذیل خواهد بود.
تابع تبدیل F(S)1 مربوط به بلوک 1
تابع تبدیل F(S)2 مربوط به بلوک 2
که مقادیر t1 الی t5 براساس مشخصات سازنده بترتیب ذیل می باشد.
همچنین مقدار kc عبارتست از:
در رابطه فوق Ven نرخ افزایش ولتاژ تحریک می باشد.
- محدود کننده های جریان تحریک
تا زمانی که ژنراتور با شکبه پارالل نشده است افزایش و کاهش جریان تحریک به غیر از محدود کردن ولتاژ بی باری ژنراتور (OVER VOLTAGE PROTECTION) مشکلاتی را برای سیم پیچ های روتور و استاتورایجاد نخواهد کرد ولی پس از اتصال به شبکه رفتار سیستم کنترل تابع شبکه خواهد بود بصورتیکه با افزایش میزان سفلی شدن شبکه جریان تحریک افزایش و با افزایش خازنی شدن شبکه جریان تحریک کاهش پیدا خواهد کرد این تغییرات در مجموعه ای بنام کنترل کننده بار راکتیو خلاصه می گردد که باید به محدود کننده های حد بالا و حد پایین تحریک به شرح زیر اشاره کرد.
- حد پایین تحریک:
زمانی که شبکه بشدت خازنی شود سیستم می بایستی جریان تحریک را در جهت کاهش فعال نمودن این اثر را در حد مطلوب خنثی نماید . بدیهی است بدلیل کاهش جریان تحریک روتور در دو انتها شروع به گرم شدن می نماید که برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و همچنین از دست دادن میدان مغناطیسی مورد نیاز تولید مگاوات می بایستی یک محدود کننده حد پایین تحریک وارد عمل شود و اجازه ندهد که جریان راکتیو ازمیزان تعیین شده کمتر شود توابع این محدود کننده بشرح ذیل بیان می گردد.
- حد بالای تحریک
در این حالت بدلیل سلفی شدن شبکه سیستم لازم می بیند که جریان تحریک را به جهت پاسخگویی به این تغییر افزایش دهد که در این حالت مگاوار لازم به شبکه اعمال می شود که افزایش بیش از حد جریان تحریک باعث می گردد دمای سیم پیچ های استاتور از حد متعارف تجاوز کند و باعث صدمات ناشی از گرمای بیش از حد به عایق ژنراتور و هسته آن گردد در این بخش نیز احتیاج به یک محدود کننده حد بالای تحریک داریم که تابع مربوطه در این خصوص ذیلا آمده است :
در رابطه فوق و سیگنال خطای بلوک 2 از شکل (3) می باشد و len نرخ افزایش جریان تحریک است، ضمنا ضریب KLsv در حالت حداکثر محدود کنندگی برابر
Klsv=11(volt)/len(A)
و در غیراینصورت
Klsv=2.28(volt)/len(A)
همانطور که در شکل (4) مشاهده می شود AB منحنی حد بالای تحریک میباشد.
در شکل های شماره (5،6) دیاگرام سیستم کنترل جریان تحریک بطورجامع نشان داده شده است در شکل مذکور Ve،Ie بترتبی ولتاژ و جریان تحریک Im،Vm بترتیب ولتاژ جریان خروجی ژنراتور می باشد.
در بلوک های شکل (5) نمودار توابع هر بلوک و در شکل (6) توابع هر بلوک درج شده است.
در شکل (5) در بلوک 2، Vcp عبارتست از سقف مثبت ولتاژ تحریک و Vcp 0.8 سقف منفی ولتاژ تحریک می باشد.
در شکل (6) مقاومت سیم پیچ تحریک ، ولتاژ نامی ژنراتور، برابر است با :
در رابطه فوق زاویه جریان ، جریان اولیه ترانس تغذیه می باشد.
از آنجائیکه ولتاژ خروجی ژنراتور تابع تغییرات ولتاژ مرجع می باشد لذا ولتاژ خروجی ژنراتور در حالت زیر متناسب با مرجع تغییر می کند.
الف- تغییرات ولتاژ مرجع بین صفر و 11 ولت و ژنراتور بین صفر تا 110 درصد
ب- تغییرات ولتاژ مرجع بین 8 تا 11 ولت و ژنراتور بین 80 تا 110 درصد
تابع تبدیل فیدبک جریان ژنراتور و تابع تبدیل فیدبک ولتاژ ژنراتور می باشد
3- بررسی اجزاء کنترل
بدنبال بررسی اجمالی حلقه های کنترلی سیستم می توان با در نظر گرفتن شکل (6) اجزاء کنترل سیستم را بشرح زیر تشریح کرد:
در بلوک دیاگرام شکل (7) که شمابه دیاگرام توصیف شده در شکل شماره (6) می باشد می توان اجزاء سیستم را بطور گسترده مشاهده نمود.
همانطور که در شکل مشاهده می شود بلوک های مشخص شده با یک حرف با اندیس های مختلف در یک کارت الکترونیکی گنجانده شده اند. که ذیلا به تشریح این کارت ها می پردازیم.
4- اجزاء اصلی کنترل
کارت RT
این کارت در حقیقت مقایسگر اصلی حلقه کنترل می باشد. همانطور که در شرح دیاگرام کنترلی سیستم عنوان شد در حلقه اصلی ولتاژ و جریان ژنراتور بعنوان فیدبک های اصلی سیستم بکار رفته اند بدین لحاظ ورودی های این کارت عبارتند ازک
1- جریان ژنراتور
2- ولتاژ ژنراتور
3- سیگنال مرجع سیستم
شکل این کارت می بایستی مجموعه ای از شکل 5b و 4 از کتاب می باشد.
همانطور که در شکل (8) آمده است ولتاژ ژنراتور به ترانس 1T و 2T و جریان ژنراتور توسط CT از طریق دو مقاومت متغییر 1PST و PST به ترانس های 3T و 4T اعمال می گردد از این دو مقاومت متغییر در جهت تنظیم محدوده عملکرد جریان استفاده می شود.
بدیهی است بلوک A2 شامل ترانس های 1T و 2T و بلوک A3 شامل ترانس های3T و 4T می باشد. همانطور که مشاهده می گردد سیگنال حاصل از جمع برداری ولتاژ ترانس 1T و جریان 4T و همچنین ولتاژ ترانس 2T با جریان ترانس 3T به یکسو کننده 3 فاز وارد و ولتاژ DC شده حاصل از این یکسو ساز که از طریق پین 13 قابل قرائت در کارت به ورودی مقایسگر I-OA بعنوان فیدبک سیستم اعمال می گردد، همانطور که از طریق سربندی ترانس ها به یکدیگر مشاهده می گردد سیگنال حاصل از این دو ترانس عبارتند از تفاضل دو بردار ذکر شده.
که جمع برداری حاصل از این دو بردار در پل یکسو کننده و به عنوان قید یک سیستم به مقایسه کننده اعمال می گردد. از طرفی سیگنال مرجع از طریق کارت INS-GOI به ترمینال پین 47 این کارت اعمال می گردد. همانطور که دیده می شود سیگنال فیدبک با پلاریته مثبت و مرجع با پلاریته منفی ازطریق دو مقاومت مساوی 3R و 7R به مقدار 5/2 کیلو اهم به مدار جمع کننده 1-0A وارد می گردد.
حاصل جمع جبری این دو سیگنال با حداکثر ضریب تقویت در خروجی ظاهر می گردد که بدیهی است این ضریب تقویت با مقاومت متغییر 2P که در خارج کارت تعییه شده از صفر تا ماکزیمم مقدار خود قابل تغییر می باشد.
از طرفی جهت استفاده از سیگنال مذکور، در مدارات مختلف این در تقویت کننده PUSH-POLL طبقه بعد تقویت گردیده و بر روی پین 55 قبل ازOP- قابل خواندن است.
مقادیر الی به شرح ذیل می باشد.
براساس 12R=464 kn و 4c=22mf برابر 1sec می باشد.
در حالت اتصال 1J به 3
مقدار تغییرات مقاومت متغییر 2P می باشد.
مقدار برحسب 4c=22mf و 7R=215 kn بین صفر تا 0.47 ثانیه تغییر کند.
اجزاء دیگری که می توان در این کارت به آن اشاره نمود بشرح ذیل می باشدک
1- مدار محدود کننده سیگنال خروجی مقایسه کننده:
همانطور که در شکل 9 مشاهده می گردد این عمل به عهده دیود زنر 15D با حداکثر میزان محدود کننده می باشد.
2- رله PS (حفاظت)
کنتاکت N.C رله مذکور در مسیر فیدبک مقایسه کننده قرار گرفته است به شکلی که پس از بستن کلید تحریک 4I رله PS انرژی دار و با بازشدن کنتاکت مورد اشاره خروجی مقایسه کننده با شیب افزایش پیدا خواهد کرد.
لذا می توان گفت که این کنتاکت اجازه نمی دهد که با شروع لحظه اول بستن کلید تحریک ضربه و یا ولتاژ بالایی در خروجی مقایسه کننده ظاهر گردد و باالعکس پس از بازشدن کلید تحریک بلافاصله خروجی صفر گردد.
شایان ذکر است بر طبق FIG 9 می توان با استفاده از BREAK JUWPER . 1J و با اتصال خازنهای 2C یا 3C ازطریق اتصال پین 43 به پین 13 یک مدار مشتق گیر به کارت اضافه نمود. لذا در صورت استفاده از این بخش سیگنال فیدبک شبکه V/I با اعمال ضریب مشتق گیر مربوطه در مقایسه کننده ظاهر خواهد گردید همانطور که در شکل FIG9 مشاهده می گردد. در این کارت فقط انتگرال گیر مورد استفاده قرار گرفته است. بدیهی است در صورت استفاده این سیستم در یک شبکه محدود مانند شبکه داخلی کارخانجات که همواره شوکهای ناشی از به مدار آمدن و یا خارج شدن مصارف سلقی و یا خازنی را در بر دارد می توان از مشتق گیر مربوطه استفاده نمود.
به غیر از رله PS رله دیگری به نام AU در این کارت تعبیه شده است که کنتاکتهای آن در بخش های دیگر سیستم مورد استفاده قرار می گیرد.
جمع بندی عملکرد این کارت در سیستم به شرح ذیل میباشد:
پس از اعمال جریان ابتدایی از طریق باتری به سیم پیچ تحریک (بسته شدن کلید 4I) و برق دار شدن ترانس در تغذیه داخلی سیستم سیگنال مرجع با مقدار ابتدایی خود که به پین 47 اعمال می گردد باعث بالا رفتن ولتاژ مثبت در خروجی PIN55 و در نتیجه بالا رفتن ولتاژ ژنراتور می گردد. بدیهی است که با افزایش ولتاژ ژنراتور بلافاصله سیگنال فیدبک مربوطه در PIN13 کارت با پلاریته مثبت ظاهر خواهد شد تا باعث شود که ولتاژ خروجی کارت و در نتیجه ولتاژ ژنراتوراز حد تعیین شده بالاتر نرود. از این به بعد با افزایش و یا کاهش سیگنال مرجع توسط بهره بردار ( در صورتیکه ژنراتور با شبکه پارالل نباشد) باعث افزایش ولتاژ و در صورتیکه با شکبه پارالل باشد باعث افزایش بار REACTIVE می گردد.
کارت LS ( کارت محدود کننده بار REACTIVE)
وظیفه این کارت محدود کردن جریان راکتیو ژنراتور براساس اطلاعات دریافتی از CT و PT می باشد و همچنین در حالتی که شبکه دارای تغییراتی از نظر بار راکتیو گردد خروجی این کارت به عنوان یک مرجع دوم به PIN 17 کارت RT اعمال می گردد. بدیهی است این مرجع شناوربوده و مستقل از مرجعی است که توسط بهره بردار قابل تغییر است.
ترانس های تعبیه شده در این کارت وظیفه محاسبه میزان بار اکتیو و راکتیو ژنراتور بر عهده دارند. بدین صورت که با سربندی در نظر گرفته شده برای ترانس های IT و 2T که از فاز S و R مربوط به PT و R و زمین مربوط به CT تغذیه می گردند میزان بار راکتیو را تعیین می کند لذا سیگنال حاصل از جمع برداری دو ترانس IT و 2T پس از یکسوسازی از طریق مقاومت 15R به ورودی OP.AMP اعمال می گردد.
میزان سیگنال اعمال شده به عنوان بار راکتیو توسط مقاومت 14R و میزان سیگنال اعمال شده به عنوان بار اکتیو توسط مقاومت متغییر 5P قابل تنظیم می باشد. این دو سیگنال توسط مقاومت های یاد شده در مدار جمع کننده جمع جبری می شوند و با ضریب تقویت در خروجی (PIN47) ظاهر و از آنجا از طریق کلید ILS به ورودی کارتRT (PIN17) اعمال می شود. شکلهای (10) و (11)
بدهیهی است با (تغییرات شبکه ) گرایش شبکه به سمت سلفی شدن و یا خازنی شدن خروجی این کارت تغییر کرده و باعث می شود سیگنال خروجی کارت RT که نتیجه آن تغییر جریان تحریک است موجب گردد که ژنراتور خود را با شبکه وفق دهد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 32 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله سیستم کنترل تحریک ژنراتورهای Marelli
