نظام التحريض

نظام التحريض

التعريف

يعتبر نظام التحريض مكونًا أساسيًا في الآلات المتزامنة، حيث يتم تكليفه بتزويد التيار المغناطيسي اللازم لللفائف الدوارة. ببساطة، يتم تصميمه لتوليد التدفق المغناطيسي عن طريق مرور تيار كهربائي عبر لفائف المجال. تتضمن السمات الأساسية التي تحدد النظام المثالي للتحريض الثقة المستمرة في جميع سيناريوهات التشغيل، وآليات التحكم البسيطة، والسهولة في الصيانة والاستقرار، واستجابة سريعة للحالات العابرة.

تعتمد درجة التحريض المطلوبة من قبل الآلة المتزامنة على عدة عوامل، بما في ذلك تيار الحمل، معامل قوة الحمل، وسرعة دوران الآلة. يقتضي تيار الحمل الأكبر، والسرعات الأقل، ومعاملات القوة المتأخرة مستوى أعلى من التحريض داخل النظام.

في إعداد التحريض، يكون لكل جهاز تيار متناوب عادةً متحريض خاص به، والذي يعمل كمولد. في النظام المركزي للتحريض، يتم استخدام متحريضين أو أكثر لتزويد الطاقة إلى الشريط الأمامي. بينما يعتبر هذا النهج المركزي فعالًا من حيث التكلفة، يمكن أن يكون للأعطال داخل النظام تأثير ضار على الأجهزة المتزامنة التي تعمل في محطة الطاقة.

أنواع نظام التحريض

يمكن تقسيم نظام التحريض بشكل أساسي إلى عدة أنواع، حيث تعتبر الثلاثة التالية هي الأكثر أهمية: نظام التحريض الكهربائي المباشر، نظام التحريض الكهربائي المتردد، ونظام التحريض الثابت. بالإضافة إلى ذلك، هناك أنواع فرعية مثل نظام تحريض الدوار ونظام التحريض بدون فرشاة، والتي سيتم شرحها بالتفصيل أدناه.

نظام التحريض الكهربائي المباشر

يتكون نظام التحريض الكهربائي المباشر من متحريضين: المتحريض الرئيسي والمتحريض المساعد. يقوم المنظم التلقائي للجهد (AVR) بدور رئيسي في هذا النظام من خلال تعديل الإخراج للمتحريضين. يهدف هذا التعديل إلى التحكم بدقة في الجهد الناتج للطرف الخرجي للجهاز المتناوب. يُعتبر الإدخال من المحول الكهربائي إلى AVR كضمان، مما يضمن تقييد تيار الجهاز المتناوب أثناء حالات الأعطال.

عندما يكون مفتاح المجال في وضع الفتح، يتم توصيل مقاومة تفريغ المجال عبر لفائف المجال. نظرًا للطبيعة الحثية العالية للفائف المجال، فإن هذه المقاومة ضرورية للتخلص من الطاقة المخزنة، وبالتالي حماية مكونات النظام من الأضرار المحتملة بسبب الجهد المحمول.

نظام التحريض الكهربائي المباشر (المتابعة)

يمكن تشغيل كل من المتحريض الرئيسي والمتحريض المساعد بطريقتين: إما مباشرة بواسطة العمود الرئيسي للآلة المتزامنة أو بشكل مستقل بواسطة محرك خارجي. غالبًا ما تكون المتحريضات المباشرة هي الخيار المفضل. هذا لأنها تحافظ على سلامة نظام التشغيل الوحدوي، مما يضمن أن عملية التحريض تبقى غير متأثرة بالاضطرابات الخارجية.

عادة ما يكون للمتحريض الرئيسي تصنيف جهد حوالي 400 فولت، وسعته حوالي 0.5% من سعة الجهاز المتناوب. ومع ذلك، في الأجهزة المتناوبة ذات السرعات الدورانية العالية، تكون مشاكل المتحريضات شائعة. تساهم السرعات الدورانية العالية لهذه الآلات في زيادة التآكل، مما يجعل المتحريضات أكثر عرضة للعطل. للتعامل مع هذا، يتم تركيب المتحريضات التي يتم تشغيلها بواسطة محرك خارجي كوحدات احتياطية، جاهزة للتدخل في حالة أي عطل في المتحريضات الرئيسية.

نظام التحريض الكهربائي المتردد

يحتوي نظام التحريض الكهربائي المتردد على جهاز تيار متناوب وجسر معدني ذو أقطاب ثابتة، وكلاهما متصل مباشرة بعمود الجهاز المتناوب الرئيسي. يمكن للمتحريض الرئيسي في هذا النظام العمل في نمطين: التحريض الذاتي، حيث يولد مجاله المغناطيسي الخاص لإنتاج الإخراج الكهربائي، أو التحريض المنفصل، الذي يعتمد على مصدر طاقة خارجي لبدء عملية التحريض. يمكن تقسيم نظام التحريض الكهربائي المتردد إلى فئتين مختلفتين، ولكل منها خصائصها الخاصة، والتي سيتم استكشافها بمزيد من التفصيل أدناه.

نظام التحريض المعدني الدوار

كما هو موضح في الشكل المرفق، يتضمن نظام التحريض المعدني الدوار قسمًا دوارًا محددًا بخط متقطع. يتكون هذا النظام من متحريض كهربائي متردد، ومجال ثابت، وأذرع دوارة. يخضع الإخراج من متحريض الكهرباء المتردد للتصحيح عبر دائرة معدنية كاملة. يتم تزويد هذا الإخراج المباشر المتحول إلى لفائف المجال للجهاز المتناوب الرئيسي، مما يتيح إنشاء المجال المغناطيسي اللازم لعمل الجهاز المتناوب.

في نظام التحريض المعدني الدوار، يتم أيضًا تزويد لفائف المجال للجهاز المتناوب عبر دائرة تصحيح إضافية. يمكن لمتحريض الكهرباء المتردد أن ينشأ جهده باستخدام التدفق المغناطيسي المتبقّي. تقوم وحدة التغذية الكهربائية، بالاشتراك مع آليات التحكم في التصحيح، بإنشاء إشارات تشغيلية محكومة بدقة. في وضع التشغيل التلقائي، يتم أولاً تسوية إشارة جهد الجهاز المتناوب ثم مقارنتها مباشرة بقيمة تعديل الجهد المحددة من قبل المشغل. وبالمقابل، في وضع التشغيل اليدوي، يتم مقارنة تيار التحريض للجهاز المتناوب بمرجع جهد يدوي محدد بشكل منفصل.

نظام التحريض بدون فرشاة

يظهر نظام التحريض بدون الفرشاة في الشكل أدناه، مع مكوناته الدوارة محاطة بمستطيل خط متقطع. يتكون هذا النظام المعقد من جهاز تيار متناوب، ومحول، ومتحريض رئيسي، ومولد بديهي دائم. يتم تشغيل كل من المتحريض الرئيسي والمتحريض المساعد بواسطة العمود الرئيسي للآلة. يتميز المتحريض الرئيسي بمجال ثابت وأذرع دوارة. يتم توصيل إخراج الأذرع الدوارة مباشرة، عبر محوِّلات السيليكون، بلفائف المجال للجهاز المتناوب الرئيسي، مما يضمن نقل سلس وخالي من الفرشاة للطاقة الكهربائية لأغراض التحريض.

يعد المتحريض المساعد مولدًا دائمًا مرتبطًا بالعمود. يتميز بوجود مغناطيسات دائمة مثبتة على العمود وأذرع ثابتة ثلاثية الأطوار. توفر هذه الأذرع الطاقة إلى مجال المتحريض الرئيسي عبر محوِّلات السيليكون، مما يساهم في تحريض الجهاز المتناوب الرئيسي. بالإضافة إلى ذلك، في تكوين آخر، يستخدم المتحريض المساعد، وهو ما زال مولدًا دائمًا مرتبطًا بالعمود، جسور معدنية ثلاثية الأطوار كاملة التحكم في الطور لتغذية المتحريض الرئيسي.

يقدم نظام التحريض بدون الفرشاة العديد من المزايا البارزة. من خلال إلغاء استخدام المجاميع والتجميعات والفرش، فإنه يقلل بشكل كبير من متطلبات الصيانة. كما أنه يتمتع بثابت زمني قصير جدًا، مع وقت استجابة أقل من 0.1 ثانية. يعزز هذا الثابت الزمني القصير الأداء الديناميكي للإشارة الصغيرة للنظام، مما يمكّنه من الاستجابة بشكل أسرع وأكثر دقة للاضطرابات الكهربائية الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك، يبسط تكامل إشارات الاستقرار الإضافية لنظام الطاقة، وهي ضرورية لضمان استقرار الشبكة.

نظام التحريض الثابت

في نظام التحريض الثابت، يتم الحصول على التغذية الكهربائية مباشرة من الجهاز المتناوب. يتم تحقيق ذلك من خلال محول ثلاثي الأطوار متصل بنظام نجمة/مثلث. يتم ربط اللفائف الأولية لهذا المحول بحافلة الجهاز المتناوب، بينما تقوم اللفائف الثانوية بأدوار متعددة. فهي تزود الطاقة للمحول، الذي يحول التيار المتردد إلى تيار مباشر لأغراض التحريض. بالإضافة إلى ذلك، توفر الطاقة الكهربائية لدائرة التحكم في الشبكة والمعدات الكهربائية الأخرى المرتبطة، مما يضمن التشغيل السلس لنظام التحريض والتحكم بأكمله.

يتميز نظام التحريض الثابت بوقت استجابة قصير للغاية، مما يمكّنه من الاستجابة بسرعة للتغيرات في الظروف الكهربائية. هذه الاستجابة السريعة، بدورها، تمنح الأداء الديناميكي الممتاز، مما يسمح للنظام بالحفاظ على التشغيل المستقر حتى تحت الأحمال المتغيرة والطلب الكهربائي المتغير.

إحدى مزايا هذا النظام الرئيسية تكمن في قدرته على خفض تكاليف التشغيل بشكل كبير. من خلال التخلص من المتحريضات التقليدية، فإنه يلغي خسائر الهواء - الطاقة التي يتم تبددها بسبب الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة والهواء المحيط. بالإضافة إلى ذلك، دون الحاجة إلى صيانة منتظمة للفائف المتحريض، يتم تقليل تكاليف الصيانة بشكل كبير. تجعل هذه الميزات الاقتصادية نظام التحريض الثابت خيارًا جذابًا اقتصاديًا لتطبيقات متنوعة.