مهندسی برق قدرت و انرژیهای نوین

مهندسی برق قدرت و انرژیهای نوین - ژنراتور

علی رشیدی
مهندسی برق قدرت و انرژیهای نوین

ژنراتور

در هر نيروگاه ، ژنراتور مهمترين قسمت از اجزا آن است.ژنراتورهاي مورد استفاده در نيروگاهها از نوع سه فاز سنكرون مي باشد ولي ژنراتورهاي آسنكرون سه فاز نيز در نيروگاههاي آبي كوچك و به خصوص در نيروگاههاي بادي متصل به شبكه ، به كار برده مي شوند. البته در اين نيروگاهها هم ميتوان از ژنراتورهاي سنكرون استفاده نمود ولي نياز به تجهيزات متعدد و گران قيمت مربوط به تثبيت ولتاژ و فركانس خروجي دارند كه به همين دليل و مزاياي بسيار ديگر ،در اين گونه موارد بيشتر از ژنراتورها ي القائي استفاده مي شود .

در شکل زیر چگونگی اتصال ژنراتورهای القایی به شبکه قدرت نمایش داده شده است.(دیاگرام آزمایشگاهی) .

از آنجا كه به دليل محدوديت كاربرد اين ژنراتورها ، مطالب چنداني دربارعملكرد دقيق آنها ( به طور تخصصي تر ) منتشر نشده است در اين قسمت ابتدا به تشريح خلاصه اي از عملكرد اين ژنراتورها پرداخته مي شود ، سپس به معرفي وتشريح عملكرد ژنراتورالقائي مربوط به توربينهاي نيروگاه بادي بينالود ميپردازيم.

ژنراتورهاي آسنكرون

منحني گشتاور- سرعت يك ماشين القائي نشان مي دهد كه اگر يك موتور القائي توسط يك گرداننده خارجي با سرعت بيش از سرعت سنكرون ميدان شبكه تغذيه كننده اش بچرخد، گشتاور القائي آن معكوس شده و به ژنراتور تبديل مي شود .

به منظور بررسي بهتر ، به تشريح چگونگي اين عمل مي پردازيم:

هنگاميكه يك ماشين القائي به صورت موتور به شبكه وصل است نيروي محركه SE0 = Er در ميله ها يا سيم پيچي رتور آن القا مي شود. وقتي كه دور ماشين به بيش از دور سنكرون برسد طبق رابطه زير لغزش منفي مي شود ، پس جريان القا شده در رتور نيز و به دنبال آن فوران رتور معكوس مي شود.

پس فوران رتور نيز به جاي مخالفت كردن با فوران ميدان دوار ، با آن جمع مي شود و بدين ترتيب نيروي محركه E1 هر فاز استاتور كه قبلاً به وسيله فقط ميدان دوار حاصل مي گرديد اينك با فوراني فزوني يافته حاصل مي گردد و مقدارش نسبت به ولتاژ تغذيه شبكه افزايش مي يابد. پس بلافاصله جهت جريان به سمت پتانسيل با قطب كمتر (شبكه) عوض مي شود . يعني ماشين القائي تبديل به يك ژنراتور القائي مي شود كه بسته به قدرت اعمالي آن ، به شبكه توان مي دهد . البته استاتور ، جريان ايجاد كننده ميدان دوار خود را از شبكه مي گيرد . در شكلهاي زير با استفاده از مدار معادل ماشين آسنكرون به تشريح چگونگي ماشين القائي از حالت موتوري به ژنراتوري پرداخته شده است .

ژنراتورهاي القائي به دليل اينكه مدار ميدان مجزا ندارند، نمي توانند توان راكتيو توليد كنند و در واقع خود آنها مصرف كننده توان راكتيو هستند به همين جهت همواره بايد با كندانسورهاي سنكرون و يا با خازن هاي قدرت به كار روند. در غير اين صورت دچار افت شديد ولتاژ در خروجي مي شوند .

ژنراتور هاي آسنكرون را مي توان به طور جداگانه و به دور از هر شبكه خارجي (براي برخي بارهاي محلي ) به كار برد ، ولي به كارگيري آنها در اين شرايط مشكلاتي را به همراه دارد كه از جمله اين مشكلات تغيير ولتاژ و فركانس آنها در صورت تغييرات محرك آنها و نياز به خازن هاي متعدد براي بهبود خود تحريكي آنها مي باشد.البته در برخي مواقع به وسيله ادوات الكترونيك قدرت و رگولاتورهاي ولتاژ ، ولتاژ خروجي ژنراتور در ابتدا يكسو و سپس به وسيله محرك هاي pwm به ولتاژ متناوب با دامنه و فركانس مطلوب تبديل مي شود.

نوع ديگري از ژنراتورهاي القائي كه به كارمي روند ژنراتورهاي القائي با تغذيه دوگانه هستند.

ژنراتورهاي القايي با تغذيه دوگانه داراي قابليت هاي بسيار جالبي هستند. استاتور اين ژنراتورها مستقيما وسيم پيچي روتور آنها نيز از طريق يك كانورتر به شبكه متصل خواهد شد. اين ژنراتورها قادر هستند حتي در صورت تغيير سرعت رتور ، در استاتور ولتاژي با فركانس ثابت توليد كنند. با استفاده از كنترل برداري كه از روشهاي كنترل بسيار خوب و سريع در ماشينهاي القايي است، امكان كنترل مستقل توانهاي اكتيو و راكتيو استاتور يا گشتاور الكترومغناطيسي و توان راكتيو استاتور وجود دارد.

مزاياي ژنراتور القايي:
1- چون به سيستم تحريك احتياج ندارد و ساختمان آن ساده است ، تعمير و نگهداري آن آسان است.
2- راه‌اندازي و بهره‌برداري از آن آسان است، زيرا نيازي به سنكرونيزاسيون يا تنظيم تحريك ندارد.
3- جريان اتصال كوتاه آن كم است و زمان كاهش آن در مقايسه با ماشينهاي سنكرون كوتاهتر است، زيرا در هنگام اتصال كوتاه، تحريك قطع مي‌شود و جريان اتصال كوتاه فقط در يك مدت فوق‌العاده كوتاه جريان مي‌يابد تا اينكه فلوي مغناطيسي ناپديد شود.
4- چون هميشه بطور موازي با ژنراتور سنكرون كار مي‌كند و معمولاً مستقلاً مورد بهره‌برداري قرار نمي‌گيرد، به ژنراتور سرعت نيازي ندارد.
5- وقتي بار پس زده مي‌شود، جريان تحريك قطع مي‌شود و ولتاژ ناپديد مي‌شود و لذا هيچگونه صدمه و خسارتي به بخشهاي عايقي دستگاه از جانب ولتاژ اضافي صرفنظر از ميزان افزايش سرعت رخ نمي‌دهد.
6- وقتي ولتاژ سيستم افت مي‌كند، جريان تحريك خودبه‌خود كاهش مي‌يابد.
7- چون گاورنر سرعت مورد استفاده قرار نمي‌گيرد، لذا تا حدي كه سرعت آن از سرعت مجاز توربين( بادي و يا آبي ) بيشتر نشود به توليد انرژي ادامه مي‌دهد.
8- در مواقعي كه سيستم دچار اختلال مي‌شود، اين دستگاه مي‌تواند به صورت پايدار و بدون قطع شدن به كار خود ادامه دهد.

9- راندمان مولد آسنكرون در يك اندازه معين ، اغلب بيشتر از مولد سنكرون است معايب ژنراتور القايي
1- فقط وقتي مثل يك ژنراتور كار مي‌كند كه با ماشين سنكرون موازي شده باشد و نمي‌تواند مستقلاً توليد برق كند.
2- چون جريان اوليه ژنراتور در ارتباط با ولتاژ خروجي در پيش‌فاز است.
(يعني با ضريب قدرت پيش فاز ژنراتور سنكرون مطابقت مي‌كند)
3- ضريب قدرت جريان بار بوسيله ضريب قدرت بار تعيين نمي‌شود، بلكه بوسيله ضريب قدرت ذاتي خود ژنراتور تعيين مي‌شود.
اين بدان معني است كه ضريب قدرت بوسيله ظرفيت تعيين مي‌شود و قابل كنترل نيست. ژنراتور سنكروني كه بطور موازي به ژنراتور القايي متصل شده است. بايد علاوه بر جريان تاخير فاز مورد نياز بار جريان تحريك مورد نياز ژنراتور القايي را هم تامين كند.
بنابراين، ضريب قدرت ژنراتور سنكرون بدتر شده و ظرفيت قابل حصول آن نيز كاهش مي‌يابد. اين امر هم‌چنين باعث افزايش تلفات در خطوط انتقال مي‌شود.
براي جبران اين تلفات لازم است از كندانسورها استفاده شود.
4- در بهره‌برداري موازي، جريان هجومي بالايي جريان مي‌يابد و ولتاژ سيستم راتحت تاثير قرار مي‌دهد.
5- به طور كلي، ماشينهاي القايي با سرعتهاي پايين و قطبهاي زياد، نسبت به ماشينهاي سنكرون از لحاظ ضريب قدرت و ابعاد ماشين نامرغوبتر هستند.

6- قدرت تحريك مورد نياز در ژنراتورهاي آسنكرون حدود 25% تا 45% قدرت مولد آسنكرون است در حاليكه در ماشينهاي سنكرون بزرگ اين مقدار حدود 1%قدرت نامي آنهاست.ملاحظات:
ظرفيت كندانسور تصحيح‌كننده قدرت از معادله زير تعيين مي‌شود:
COSØ: ضريب قدرت ژنراتور القايي COSØ: مقدار تصحيح شده ضريب قدرت به منظور جلوگيري از خود تحريكي ژنراتور: القايي، نبايد ظرفيت كندانسور بسيار زياد باشد. معمولاً COSØبرابر 95/0 انتخاب مي‌شود.



تاريخ : چهارشنبه پانزدهم اسفند 1386 | 21:35 | نویسنده : علی رشیدی |
.: Weblog Themes By SlideTheme :.