پارالل کردن ژنراتور سنکرون با شبکه

نوشته شده توسط WebMaster. نوشته شده در محصولات CONTORLER

شرایط موازی کردن ژنراتور

 

از کاربردهای موتور سنکرون در حالت بی باری «کندانسور سنکرون» است. در این حالت این موتور همچون خازن یا سلفی رفتار می کند که جهت تنظیم ولتاژ و کنترل توان راکتیو مورد بهره برداری قرار می گیرد.

 

 

خصوصیت ماشین های الکتریکی سنکرون آن است که سرعت چرخش روتور و سرعت چرخش میدان دوار استاتور با هم برابر است که این سرعت را سرعت سنکرون می نامند (بدین جهت این ماشین از نوع ماشین های سرعت ثابت محسوب می شود) که طبق آنچه در درس ماشین های الکتریکی ۳ فرا گرفتیم این سرعت به فرکانس تغذیه، جریان های جاری در استاتور و قطب های سیم پیچی استاتور بستگی دارد.

نکته ی دیگر که حائز اهمیت است و از نقاط اشتراک این نوع ماشین با ماشین آسنکرون می باشد، سیم پیچی سه فاز استاتور است که در داخل آن شیارهای استاتور جا می گیرد.

در مورد روتور این ماشین باید این نکته را متذکر شد که روی روتور یک سیم پیچ معمولی با ۲ ترمینال وجود دارد که در هر ۲ حالت کاری ماشین (موتور و ژنراتور) به برق DC متصل می شود. روتور این نوع ماشین در دو نوع ساخته می شود:

۱- قطب برجسته (شکل ۱)

۲- قطب صاف (شکل ۲)

نوع قطب صاف معمولا در سرعت های بالاتر و با تعداد دور کمتر ساخته می شود در حالی که نوع قطب برجسته به طور معمول تعداد قطب های بیشتر و سرعت کمتری دارد.

 

1) ژنراتور سنکرون:

در حالت کار ژنراتوری در سیم پیچ سه فاز استاتور ولتاژ ac القا می شود که فرکانس آن به دور سنکرون بستگی دارد. در چنین حالتی باید محور ژنراتور توسط یک محرک چرخانده شود.

2) موتور سنکرون:

در این حالت استاتوربه یک سیستم برق سه فاز متصل شده و روتور با دور سنکرون که وابسته به فرکانس شبکه و قطب های استاتور است به گردش در خواهد آمد.

در هر دو حالت موتوری و ژنراتوری ولتاژ DC به روتور اعمال می گردد. در حالت موتوری آهن ربای ایجاد شده روی روتور همراه با میدان دوار می گردد و در حالت ژنراتوری بر اثر چرخاندن این آهن ربا توسط محرک خارجی، میدان دواری ایجاد می شود که در سیم پیچ استاتور ولتاژ القا می کند .

موازی کردن ژنراتورهای سنکرون Synchronous Generator

امروزه به ندرت می‌توان مولد هم‌زمانی یافت كه مستقل از دیگر مولدها كار كند و به تنهایی بار خودش را تغذیق كند. چنین حالتی را تنها در كاربردهای اندكی، مثلاً‌به عنوان مولدهای اضطراری می‌توان یافت. در كاربردهای معمولی همیشه تعدادی مولد به طور موازی توان مورد نیاز بارها را تولید می‌كند .

مزایای موازی كردن ژتراتورها :

1. باری كه چند مولد می‌توانند تأمین كنند بیشتر از باری است كه یك ماشین به تنهایی تاٌمین می‌كند .

2. داشتن موتدهای زیاد، قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد، چون خرابی یكی از آنها موجب نمی‌شود كه تمام توان توان تأمین شده برای بار قطع شود .

3. اگر تعداد مولدها زیاد باشد امكان خارج كردنیك یا چند مولد از مئار برای سرویس و نگه‌داری موجود است .

شرایط لازم برای موازی كردن ژنراتورها

1. مقدار rms ولتاژهای خط دو مولد باید برابر باشد .

2. دو مولد باید ترتیب فاز یكسانی داشته باشند .

3. زوایای فاز باید برابر باشد .

4. بسامد مولد جدید (مولدی كه به مدار وارد می‌شود) باید اندكی بیشتر از بسامد سیستم در حال كار باشد .

روش كلی موازی كردن ژنراتورها

فرض كنید بخواهیم مولدی را به سیستم در حال كاری وصل كنیم، برای این كار باید مراحل زیر را انجام دهیم :

نخست با استفاده از ولت‌متر، جریان میدان مولد جدید را تنظیم می‌كنیم تا ولتاژ پایانه‌اش برابر ولتاژ خط سیستم در حال كار شود .

دوم، ترتیب فاز مولد جدید را با ترتیب فاز سیستم در حال كار مقایسهع می‌كنیم .این كار را به چند راه مختلف می‌توان انجام داد، یكی از این راه‌ها روش سه لامپی است. در این روش بین سه لاكپ را با كلیدی كه مولد را به سیستم وصل می‌كند موازی می‌كنیم وقتی كه زاویۀ فاز بین دو سیستم تغییر می‌كند، لامپ‌ها پرنور (اختلاف فاز زیاد) و كم‌نور (اختلاف فاز كم) می‌شود .اگر هرسه لامپ با هم پرنورو كم‌نور شوند ف دو سیستم ترتیب فاز یكسانی دارند .

سپس بسامد مولد جدید را باید تنظیم كرد تا بیشتر از بسامد سیستم در حال كار باشد. برای این كار ابتدا با بسامدسنج، بسامدها رال اندازه می‌گیریم تا بسامدهای نزدیك به هم به دست آید و سپس تغییرات فاز بین دو سیستم را در نظر می‌گیریم وقتی كه بسامدها خیلی نزدیك به هم باشند، فاز ولتاژهای دو سیستم نسبت به هم خیلی كند حركت می‌كند. این تغییرات فاز را مشاهده می‌كنیم و هنگامی‌كه زوایای فازها نسبت به هم برابر شوند كلید را می‌بندیم .

چه وقت می‌توان گفت دو سیستم همفازند؟ یك راه ساده مشاهدۀ سه لامپی است هنگامی كه هر سه لامپ خاموشند، اختلاف ولتاژ دو سر آنها صفر است و دو سیستم همفازند. البته این روش زیاد دقیق نیست و راه بهتر استفاده از سنكروسكوپ است .

موازی کردن ژنراتور با شبکه ی فشار ضعیف:

برلی اتصال ژنراتور به شبکه ی سه فاز کشور بایستی سه شرط که شرایط پارالل کردن نامیده می شوند برقرار باشند:

1) دامنه ی ولتاژ خط ژنراتور و شبکه یکسان باشد :جهت برقراری این شرط به دو ولتمتر برای اندازه گیری ولتاژهای خط ژنراتور و شبکه نیازمندیم که به صورت شکل ۳در مدار قرار می گیرد.

2) تساوری فرکانس ژنراتور سنکرون و شبکه : جهت برقراری این شرایط هم به دو عدد فرکانس متر مطابق شکل ۳ نیازمندیم.

3) توالی فازها: فازهای متناظر دو سیستم بایستی دارای اختلاف فاز صفر باشند. به دیگر سخن بایستی ستاره های دو شبکه بر هم منطبق باشند.

در عمل تنها ماشین سنکرون در اختیار ماست لذا بایستی شرایط ماشین سنکرون را به نحوی تغییر دهیم تا با شرایط شبکه ی سه فاز هماهنگ گردد.

جهت برقراری شرط تساوی فرکانس ژنراتور سنکرون از روابط زیر استفاده خواهیم کرد:

لذا با تنظیم دور محرکی که باعث چرخش ژنراتور می گردد می توان فرکانس مورد نظر شبکه یعنی 50Hz را تامین کرد. این کار در محرک توسط رئوستای مدار تحریک انجام می شود.

جهت تنظیم ولتاژ ژنراتور سنکرون هم جریان تحریک آن را آنقدر تغییر می دهیم تا ولتاژ خروجی آن به ولتاژ شبکه برابر گردد.

مهمترین و سخت ترین شرط در حوزه ی عمل شرط توالی فازهاست که شاید چندین دقیقه برقراری آن طول بکشد. جهت تست کردن این شرط راه های فراوانی موجود است که یکی از این روش ها استفاده از عقربه ی فاز نما است که وقتی این شرط محقق می گردد عقربه مقابل شاخص قرار خواهد گرفت که در آن لحظه بایستی کلید اتصال ژنراتور به شبکه را وصل نمود.

شکل 3- بررسی برابر بودن فرکانس و سطح ولتاژ در دو طرف کلید

روش دیگر قرار دادن لامپ ها به صورت سری است (شکل ۴). مطابق این شکل وقتی اختلاف فاز صفر شد لامپها خاموش می گردند. اگر لامپ ها بین دو فاز قرار گیرند سیستم از نوع تمام روشن خواهد بود.

روشی که در آزمایشگاه از آن استفاده می شود، سیستم لامپی با اتصال فازهای غیر متناظر است که وقتی شرط توالی فاز برقرار شد لامپها یک در میان روشن می شوند. (شکل ۵-ب)

در آزمایشگاه جهت تحقیق سه شرط بالا از سنکروسکوپ استفاده خواهیم کرد که با وصل نمودن برق شبکه و پایانه های استاتور ژنراتور به آن‌، ولتاژ‌ ژنراتور و شبکه بطور همزمان نمایش داده شده و شرط توالی فاز را هم به وسیله ی چراغهایی با اتصال فازهای غیرمتناظر نمایش می دهد که در لحظه ی خاموش و روشن شدن یک در میان چراغها، بایستی کلید را وصل نمود تا ماشین به شبکه سه فاز فشار ضعیف کشور وصل شود .

شکل 4- سیستم لامپی تمام خاموش

شکل 5- سیستم های لامپی تمام روشن (a) روشن - خاموش – روشن (b)

نکته ۱:

اگر مدتی صبر کردیم ولی شرط توالی فاز برقرار نگردید بایستی جای دو فاز ژنراتور را با هم عوض کنیم.

نکته ۲:

درست است که برای نمایش فرکانس و ولتاژ به طور کلی از سنکروسکوپ آزمایشگاه استفاده می کنیم لیکن در داخل آن فرکانس متر به طور تکفاز به مدار وصل شده است.

با تغییر جریان تحریک ژنراتور در حالی که با شبکه پارالل شده است می توان توان تولید شده را از پیش فاز به پس فاز تغییر داد، بدین صورت که با کاهش جریان تجریک از حالت پیش فاز به پس فازی می رویم. در ضریب توان ۱ توان راکتیو داده شده به شبکه صفر خواهد شد، در این حالت روی مینیمم منحنی های U شکل قرار داریم. با افزایش جریان تحریک می توان توان راکتیو داده شده به شبکه را افزایش داد .

شکل 6- اثر جریان تحریک بر ضریب توان و جریان آرمیچر

در شکل فوق اگر بار افزایش پیدا کند منحنی U شکل حاصل بالاتر از منحنی فعلی خواهد بود.

در همین حال اگر توان ورودی به ژنراتور افزایش یابد، دور آن تغییری نمی کند بلکه توان اکتیو تزریقی به شبکه افزایش خواهد یافت.

شرح آزمایش:

قبل از انجام هرکاری پس از شناسایی ماشین سنکرون توصیه می گردد حتما داده های پلاک این مایشن را یادداشت نمایید. این داده ها عبارتند از:

· دور نامی (Nr)

· ولتاژ و نحوه ی اتصال ماشین (380Y)

· توان خروجی ماشین (Pn)

· ضریب قدرت (cosϕ)

· فرکانس کار ماشین (f)

پس از آن مدار را به صورت زیر جهت انجام آزمایش بی باری وصل می کنیم. (با توجه به داده های پلاک بایستی استاتور به صورت ستاره وصل شود)

شکل 7- آزمایش بی باری ماشین سنکرون

جهت چرخاندن ژنراتور از یک موتور شنت که هم دور با ژنراتور است استفاده خواهیم کرد. ضمنا برای مشخص شدن دور ژنراتور که آیا به دور نامی رسیده یا نه از یک فرکانس متر (سنکروسکوپ) استفاده خواهیم کرد که یک فاز ژنراتور را به آن وصل نموده و هرگاه فرکانس نامی شد، دور نامی خواهد بود.

پس از وصل نمودن برق محرک شنت آنرا به دور نامی می رسانیم (با تغییر رئوستای مدار تحریک). چنانکه ذکر شد هر گاه فرکانس نامی گردید دور نامی است. سپس اولین نقطه ی ولتاژ و جریان بی باری را که ولتاژ پسماند نام دارد در جدول ۷-۱ یادداشت می نماییم. پس از آن تحریک ژنراتور سنکرون را وصل کرده (توصیه می شود هنگام وصل کردن تحریک به ولتاژ DC از یک صافی خازنی جهت تثبیت ولتاژ استفاده نمایید) و به تدریج ولتاژ را تغییر می دهیم تا ولتاژ برابر ولتاژ نامی هر کلاف گردد و جدول ۷-۱ را کامل خواهیم کرد.

پس از انجام آزمایش بی باری، بار سه فاز اهمی پله ای به پایانه های استاتور (شکل ۸) وصل می کنیم. پس از وصل بار و روشن کردن موتور و رسیدن ژنراتور به دور نامی (با قرائت فرکانس متر که به استاتور وصل است) پله پله بار را اضافه می کنیم. دقت کنید که دور افت نکند. در این حالت جدول ۷-۲ را تکمیل خواهیم کرد. (جریان فاز بار را به وسیله ی آمپرمتر چنگکی اندازه بگیرید(Aac))

شکل 8- آزمایش بارداری ژنراتور سنکرون مستقل

پس از انجام آزمایش های بالا نوبت به آزمایش پارالل می رسد، لذا مدار را مطابق شکل ۹ بسته و به جای ولتمتر و فرکانس متر پایانه های استاتور و ورودی های شبکه را به سنکروسکوپ وصل خواهیم کرد.

شکل 9- پارالل کردن ژنراتور سنکرون با شبکه

ابتدا محرک را وصل کرده و در حالیکه پایانه های شبکه و پایانه های استاتور به سنکروسکوپ وصل شده است ژنراتور را به وسیله ی سیم پیچ تحریک آن در حد ولتاژ‌ شبکه راه اندازی می نماییم.

فرکانس را با تغییر رئوستای مدار تحریک محرک به فرکانس شبکه می رسانیم و در ژنراتور هم به وسیله ی سیم پیچ تحریک ژنراتور آنچنانکه گفته شد در حد ولتاژ شبکه ولتاژ‌سازی می نماییم.

مدتی صبر کرده تا وضعیت چراغهای سنکروسکوپ یکی در میان روشن و خاموش گردد که به محض بر قراری این حالت بایستی کلید سه فاز روی سنکروسکوپ را از حالت ۰ به ۱ تغییر دهیم و ژنراتور را به شبکه وصل نماییم.

نکته:

برای اینکه بدانیم سنکروسکوپ از چه نوع سیستم لامپی ای استفاده می کند یک روش استفاده از اهمتر است ولی روش راحتتر آن است که کلید را در حالی که ژنراتور به سنکروسکوپ وصل نیست در حالت ‍۱ قرار دهیم، در این صورت چراغها به همان ترتیبی روشن و خاموش می مانند که مورد نظر ماست.

چنانچه مدتی صبر کردیم لیکن وضعیت مورد نظر در چراغ ها دیده نشد، جای دو فاز استاتور را در سنکروسکوپ عوض کرده و مجددا امتحان می کنیم.

با نزدیک شدن ژنراتور به دور نامی سرعت خاموش – روشن شدن چراغ ها کاهش می یابد، علت این است که سرعت چرخش سیستم سه فاز شبکه و میدان دوار ژنراتور رفته رفته به هم نزدیک می شود و سرعت نسبی این سیستم ها کاهش می یابد.

نکته:

جالب توجه است که پس از وصل شدن ژنراتور به شبکه چنانچه محرک موتور را قطع نماییم ملاحظه خواهیم کرد که ژنراتور خود به تنهایی با سرعت نامی (1500rpm) هنچنان در حال چرخش است (وارد حالتی موتوری شده است). در این وضعیت جهت توان اکتیو عوض می شود و موتور سنکرون توان اکتیو از شبکه جذب می کند.

جداول:

ADC

.28

.32

.37

.4

.48

.56

.6

.77

.97

1

1.06

1.12

1.22

1.38

1.54

VAC

92

103

116

131

150

176

190

230

280

296

335

345

354

372

380

جدول ۷-۱، داده های آزمایش بی باری

ولتاژ پسماند در این آزمایش 0.3V اندازه گیری شد.

نکته:

جهت تنظیم جریان تحریک در مقادیر پایین از دو رئوستای سری استفاده شد.

نکته:

رئوستای تنظیم جریان تحریک دارای حداکثر جریان مجاز می باشد که در این آزمایش 1A بود. پس از رسیدن به این محدودیت از دو رئوستای موازی با هم استفاده شده است.

نکته:

همان طور که ملاحظه می شود جریان تحریک را تا رسیدن به ولتاژ نامی زیاد کرده ایم.

نکته:

در این آزمایش جریان تحریک را رفته رفته زیاد می کنیم و ولتاژ خروجی را در دور سنکرون اندازه می گریم. بنابراین نیاز داریم که سرعت را به صورت مداوم چک کنیم. اگر سرعت سنج کار نمی کرد جهت سیم پیچ شنت تحریک را عوض کنید.

AAC

0

.2

.4

.7

1

1.2

1.4

VAC

380

373

373

351

350

350

349

جدول ۷-۲-۱، داده های آزمایش بارداری برای بار مقاومتی

نکته:

بار سلفی منحنی مشابهی خواهد داشت (آزمایش نشد) و بار خازنی به علت توان راکتیوی که می دهد باعث افزایش ولتاژ می شود و زیاد شدن شده و برای ژنراتور خطرناک است به همین خاطر از ولتاژ‌ 220V شروع می کنیم:

AAC

.3

.4

.6

1

1.2

2.2

VAC

240

270

280

321

334

380

جدول ۷-۲-۱، داده های آزمایش بارداری برای بار خازنی

نمودار:

رسم نمودار جداول ۷-۱ و ۷-۲.

شکل 10- آزمایش بی باری ژنراتور سنکرون

شکل 11- آزمایش بارداری ژنراتور سنکرون در بار مقاومتی

شکل 12- آزمایش بارداری برای بار خازنی

نتیجه گیری :

1. باری كه چند مولد می‌توانند تأمین كنند بیشتر از باری است كه یك ماشین به تنهایی تاٌمین می‌كند .

2. داشتن موتدهای زیاد، قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد، چون خرابی یكی از آنها موجب نمی‌شود كه تمام توان توان تأمین شده برای بار قطع شود .

3. اگر تعداد مولدها زیاد باشد امكان خارج كردنیك یا چند مولد از مئار برای سرویس و نگه‌داری موجود است .

روش پارالل یکی از روش های راه اندازی ژنراتور سنکرون است که معمولا در نیروگاه ها استفاده می شود. چراکه وقتی سرعت سنکرون نباشد گشتاور راه اندازی بالایی نیاز خواهیم داشت، لذا بایستی برای راه اندازی سرعت میدان استاتور و روتور سنکرون شود و پس از وصل ژنراتور به شبکه محرک را قطع نماییم.

روش دیگری که معمولا در نیروگاه ها کاربرد دارد استفاده از سیم پیچ دمپر[1] است که این سیم پیچ در ماشین های سنکرون وجود دارد و بوسیله ی آن گشتاور راه اندازی تولید می شود (مشابه ماشین های القایی روتور قفسی). در این روش تحریک ماشین سنکرون در ابتدا وصل نیست و باید صبر کرد ماشین با استفاده از روش مذکور به اندازه ی کافی دور بگیرد (مثلا 10rpm اختلاف)، پس از آن می توان تحریک را وصل نمود.

روش دیگر راه اندازی استفاده از یک مبدل فرکانس با فرکانسی معادل ۱ یا ۲ هرتز برای راه اندازی است و رفته رفته فرکانس باید زیاد شود تا نهایتا به فرکانس نامی برسد.