سیستم تحریک

سیستم تحریک

تعریف

سیستم تحریک بخش مهمی در دستگاه‌های همزمان است که مأمور ارائه جریان میدان لازم به پیچه روتور است. به طور ساده، این سیستم برای تولید شار مغناطیسی با عبور جریان الکتریکی از پیچه میدان طراحی شده است. ویژگی‌های کلیدی که یک سیستم تحریک ایده‌آل را تعریف می‌کنند شامل قابلیت اطمینان نامتناسب در تمام سناریوهای عملیاتی، مکانیزم‌های کنترل ساده، راحتی نگهداری، پایداری و پاسخ ترانزیانت سریع می‌باشد.

مقدار تحریک مورد نیاز توسط یک دستگاه همزمان به چندین عامل بستگی دارد، از جمله جریان بار، ضریب توان بار و سرعت دورانی دستگاه. جریان‌های بار بزرگتر، سرعت‌های کمتر و ضرایب توان پشت‌افتاده نیاز به سطح بالاتری از تحریک در سیستم را می‌طلبد.

در یک تنظیمات تحریک، معمولاً هر مولد جریان خودش یک تحریک‌کننده دارد که به عنوان یک مولد عمل می‌کند. در یک سیستم تحریک مرکزی، دو یا چند تحریک‌کننده برای تأمین انرژی به باربر استفاده می‌شوند. اگرچه این رویکرد مرکزی از نظر هزینه مقرون به صرفه است، اما خرابی در سیستم می‌تواند تأثیر منفی بر مولد‌های جریان موجود در نیروگاه داشته باشد.

نوع‌های سیستم تحریک

سیستم تحریک می‌تواند به چندین نوع تقسیم‌بندی شود، با این حال سه نوع زیر مهم‌ترین آنها هستند: سیستم تحریک DC، سیستم تحریک AC و سیستم تحریک استاتیک. علاوه بر این، زیرنوع‌هایی مانند سیستم تحریک روتور و سیستم تحریک بدون فرش وجود دارند که در زیر به تفصیل توضیح داده خواهند شد.

سیستم تحریک DC

سیستم تحریک DC شامل دو تحریک‌کننده است: تحریک‌کننده اصلی و تحریک‌کننده هدایت‌کننده. یک تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار (AVR) نقش محوری در این سیستم با تنظیم خروجی تحریک‌کننده‌ها ایفا می‌کند. این تنظیم برای کنترل دقیق ولتاژ پایانه مولد جریان است. ورودی از ترانسفورماتور جریان به AVR به عنوان یک محافظ عمل می‌کند تا مطمئن شود که جریان مولد جریان در شرایط خرابی محدود می‌شود.

وقتی که قطع‌کننده میدان در حالت باز است، یک مقاومت تخلیه میدان به صورت موازی با پیچه میدان متصل می‌شود. با توجه به ماهیت بسیار القایی پیچه میدان، این مقاومت برای تخلیه انرژی ذخیره شده ضروری است و اجزای سیستم را از آسیب‌های ناشی از ولتاژهای القایی محافظت می‌کند.

سیستم تحریک DC (ادامه)

هر دو تحریک‌کننده اصلی و هدایت‌کننده می‌توانند به دو روش تغذیه شوند: یا مستقیماً توسط میله اصلی دستگاه همزمان یا به طور مستقل توسط یک موتور خارجی. تحریک‌کننده‌های مستقیم-محرک معمولاً انتخاب محبوب‌تری هستند. این به این دلیل است که آنها تمامیت سیستم عملیاتی واحد را حفظ می‌کنند و مطمئن می‌شوند که فرآیند تحریک از اختلالات خارجی تاثیر نمی‌پذیرد.

تحریک‌کننده اصلی معمولاً ولتاژ حدود ۴۰۰ ولت دارد و ظرفیتش تقریباً ۰.۵٪ ظرفیت مولد جریان است. با این حال، در توربو-مولد جریان‌ها، مشکلات با تحریک‌کننده‌ها نسبتاً رایج است. سرعت‌های دورانی بالای این دستگاه‌ها باعث افزایش فرسودگی می‌شود و تحریک‌کننده‌ها را به شکستن آسان‌تر می‌کند. برای رفع این مشکل، تحریک‌کننده‌های موتور-محرک جداگانه به عنوان واحدهای پشتیبان نصب می‌شوند تا در صورت خرابی تحریک‌کننده‌های اصلی جایگزین شوند.

سیستم تحریک AC

سیستم تحریک AC یک مولد جریان و یک پل مستطیلی thyristor را شامل می‌شود که هر دو مستقیماً به میله اصلی مولد جریان اصلی متصل هستند. تحریک‌کننده اصلی در این سیستم می‌تواند در دو حالت کار کند: خودتحریک، که در آن میدان مغناطیسی خود را تولید می‌کند تا خروجی الکتریکی ایجاد کند، یا تحریک جداگانه که برای شروع فرآیند تحریک به منبع تغذیه خارجی وابسته است. سیستم تحریک AC می‌تواند به دو دسته متمایز تقسیم شود که هر کدام ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند که در زیر به تفصیل بررسی خواهند شد.

سیستم تحریک thyristor چرخان

همانطور که در شکل همراه نشان داده شده است، سیستم تحریک thyristor چرخان شامل یک بخش چرخان واضح است که با خط تیره مشخص شده است. این سیستم شامل یک تحریک‌کننده AC، یک میدان ثابت و یک آرماتور چرخان است. خروجی تحریک‌کننده AC از طریق یک مدار مستطیلی thyristor full-wave rectifier تصحیح می‌شود. این خروجی مستقیم جریان‌پایدار به پیچه میدان مولد جریان اصلی تغذیه می‌شود و امکان تولید میدان مغناطیسی لازم برای عملکرد مولد جریان را فراهم می‌کند.

در سیستم تحریک thyristor چرخان، پیچه میدان مولد جریان نیز از طریق یک مدار مستطیلی اضافی تغذیه می‌شود. تحریک‌کننده قادر است ولتاژ خود را با استفاده از شار مغناطیسی باقی‌مانده خود برقرار کند. واحد تغذیه، به همراه مکانیسم کنترل مستطیلی، سیگنال‌های تحریک دقیقاً کنترل‌شده تولید می‌کند. در حالت عملکرد خودکار، سیگنال ولتاژ مولد جریان ابتدا میانگین گرفته می‌شود و سپس مستقیماً با مقدار تنظیم ولتاژ توسط اپراتور مقایسه می‌شود. از طرف دیگر، در حالت عملکرد دستی، جریان تحریک مولد جریان با یک مرجع ولتاژ جداگانه و دستی مقایسه می‌شود.

سیستم تحریک بدون فرش

سیستم تحریک بدون فرش در شکل زیر نشان داده شده است که اجزای چرخان آن به وضوح در یک مستطیل خط تیره قرار گرفته‌اند. این سیستم پیشرفته شامل یک مولد جریان، یک مستطیلی، یک تحریک‌کننده اصلی و یک مولد جریان مولد جریان دائمی است. هر دو تحریک‌کننده اصلی و هدایت‌کننده توسط میله اصلی دستگاه محرک می‌شوند. تحریک‌کننده اصلی شامل یک میدان ثابت و یک آرماتور چرخان است. خروجی آرماتور چرخان مستقیماً از طریق مستطیل‌های سیلیکونی به پیچه میدان مولد جریان اصلی متصل می‌شود و انتقال برق الکتریکی برای اهداف تحریک بدون فرش انجام می‌شود.

تحریک‌کننده هدایت‌کننده یک مولد جریان دائمی محرک توسط میله است. این مولد شامل مغناطیس‌های دائمی چرخان که به میله متصل شده‌اند و یک آرماتور ثابت سه‌فاز است. این آرماتور از طریق مستطیل‌های سیلیکونی تغذیه میدان تحریک‌کننده اصلی را فراهم می‌کند و در نهایت به تحریک مولد جریان اصلی کمک می‌کند. علاوه بر این، در یک پیکربندی دیگر، تحریک‌کننده هدایت‌کننده همچنان یک مولد جریان دائمی محرک توسط میله است که از پل‌های thyristor سه‌فاز full-wave phase-controlled برای تغذیه تحریک‌کننده اصلی استفاده می‌کند.

سیستم تحریک بدون فرش مزایای قابل توجهی دارد. با حذف استفاده از کموناتورها، جمع‌کننده‌ها و فرش، نیاز به نگهداری به شدت کاهش می‌یابد. همچنین زمان ثابت بسیار کوتاهی دارد که زمان پاسخ کمتر از ۰.۱ ثانیه است. این زمان ثابت کوتاه عملکرد دینامیکی سیگنال کوچک سیستم را بهبود می‌بخشد و به آن اجازه می‌دهد به اختلالات الکتریکی کوچک با سرعت و دقت بیشتری واکنش نشان دهد. علاوه بر این، ادغام سیگنال‌های پایدارساز سیستم توان اضافی را ساده می‌کند که برای حفظ پایداری شبکه ضروری است.

سیستم تحریک استاتیک

در سیستم تحریک استاتیک، تغذیه الکتریکی مستقیماً از مولد جریان بدست می‌آید. این امر از طریق یک ترانسفورماتور step-down ستاره/مثلث سه‌فازی انجام می‌شود. پیچه اصلی این ترانسفورماتور به باربر مولد جریان متصل است، در حالی که پیچه ثانویه وظایف متعددی دارد. این پیچه تغذیه را به مستطیلی می‌دهد که جریان متناوب را به جریان مستقیم برای اهداف تحریک تبدیل می‌کند. علاوه بر این، انرژی الکتریکی را به مدار کنترل شبکه و تجهیزات الکتریکی مرتبط دیگر می‌دهد تا عملکرد بی‌وقفه کل سیستم تحریک و کنترل را تضمین کند.

سیستم تحریک استاتیک زمان پاسخ بسیار کوتاهی دارد که به آن اجازه می‌دهد به تغییرات شرایط الکتریکی به سرعت واکنش نشان دهد. این پاسخ‌دهی سریع به نوبه خود عملکرد دینامیکی برجسته‌ای را فراهم می‌کند و به سیستم اجازه می‌دهد حتی تحت بارهای متغیر و نیازهای الکتریکی مختلف عملکرد پایداری داشته باشد.

یکی از مزایای کلیدی این سیستم در توانایی آن برای کاهش قابل توجه هزینه‌های عملیاتی است. با حذف تحریک‌کننده‌های سنتی، آن موجب حذف تلفات بادکردن - انرژی که به دلیل اصطکاک بین قطعات متحرک و هوای اطراف تلف می‌شود - می‌شود. علاوه بر این، بدون نیاز به نگهداری منظم پیچه‌های تحریک‌کننده، هزینه‌های نگهداری به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. این ویژگی‌های صرفه‌جویی در هزینه سیستم تحریک استاتیک را یک گزینه اقتصادی جذاب برای محدوده وسیعی از کاربردها می‌کند.