आवेग प्रणाली

उत्तेजना प्रणाली

परिभाषा

उत्तेजना प्रणाली संक्रमण यंत्रों में एक महत्वपूर्ण घटक है, जिसका कार्य रोटर वाइंडिंग में आवश्यक क्षेत्र धारा प्रदान करना होता है। सरल शब्दों में, यह फील्ड वाइंडिंग में विद्युत धारा पास करके चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आदर्श उत्तेजना प्रणाली की परिभाषा करने वाले मुख्य गुण शामिल हैं: सभी संचालन परिस्थितियों में अटूट विश्वसनीयता, सरल नियंत्रण तंत्र, रखरखाव की आसानी, स्थिरता, और तेज़ ट्रांजिएंट प्रतिक्रिया।

संक्रमण यंत्र द्वारा आवश्यक उत्तेजना की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे लोड धारा, लोड वाट-फैक्टर, और यंत्र की घूर्णन गति। बड़ी लोड धाराएँ, निम्न गति, और लगती वाट-फैक्टर उत्तेजना प्रणाली में उच्च स्तर की उत्तेजना की आवश्यकता होती है।

एक उत्तेजना सेटअप में, प्रत्येक विद्युत उत्पादक अपना अलग उत्तेजक (exciter) रखता है, जो एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है। एक केंद्रीकृत उत्तेजना प्रणाली में, दो या अधिक उत्तेजक बस-बार को ऊर्जा प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किए जाते हैं। यद्यपि यह केंद्रीकृत दृष्टिकोण लागत-कुशल है, प्रणाली में कोई दोष विद्युत संयंत्र में संचालन में चल रहे विद्युत उत्पादकों पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकता है।

उत्तेजना प्रणाली के प्रकार

उत्तेजना प्रणाली मुख्यतः कई प्रकारों में विभाजित की जा सकती है, जिनमें निम्नलिखित तीन सबसे महत्वपूर्ण हैं: DC उत्तेजना प्रणाली, AC उत्तेजना प्रणाली, और स्थैतिक उत्तेजना प्रणाली। इसके अलावा, रोटर उत्तेजना प्रणाली और ब्रशलेस उत्तेजना प्रणाली जैसे उप-प्रकार भी हैं, जिनका विस्तार से वर्णन नीचे किया गया है।

DC उत्तेजना प्रणाली

DC उत्तेजना प्रणाली में दो उत्तेजक होते हैं: एक मुख्य उत्तेजक और एक पायलट उत्तेजक। ऑटोमैटिक वोल्टेज रेगुलेटर (AVR) इस प्रणाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो उत्तेजकों के आउटपुट को समायोजित करता है। यह समायोजन विद्युत उत्पादक के आउटपुट टर्मिनल वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए लक्ष्यित है। AVR को एक करंट ट्रांसफार्मर से इनपुट दिया जाता है, जो दोष स्थितियों में विद्युत उत्पादक की धारा को सीमित रखने के लिए एक सुरक्षा उपाय के रूप में कार्य करता है।

जब क्षेत्र ब्रेकर खुले स्थिति में होता है, तो एक क्षेत्र डिस्चार्ज रेझिस्टर को क्षेत्र वाइंडिंग पर जोड़ा जाता है। क्षेत्र वाइंडिंग की उच्च इंडक्टिव प्रकृति के कारण, यह रेझिस्टर भंडारित ऊर्जा को विसर्जित करने के लिए आवश्यक होता है, जिससे प्रणाली के घटकों को उत्पन्न वोल्टेज के कारण संभावित क्षति से बचाया जा सके।

DC उत्तेजना प्रणाली (जारी)

मुख्य और पायलट उत्तेजक दोनों को दो तरीकों से ऊर्जा प्रदान की जा सकती है: या तो संक्रमण यंत्र के मुख्य शाफ्ट से सीधे या बाहरी मोटर द्वारा स्वतंत्र रूप से। सीधे-चलाए जाने वाले उत्तेजक अक्सर पसंदीदा चुनाव होते हैं। इसका कारण यह है कि वे इकाई के संचालन प्रणाली की अखंडता बनाए रखते हैं, जिससे उत्तेजना प्रक्रिया बाहरी विघटनों से अप्रभावित रहती है।

मुख्य उत्तेजक का आमतौर पर वोल्टेज रेटिंग लगभग 400 वोल्ट होता है, और इसकी क्षमता विद्युत उत्पादक की क्षमता का लगभग 0.5% होती है। टर्बो-विद्युत उत्पादकों में, उत्तेजकों से संबंधित मुद्दे अपेक्षाकृत सामान्य हैं। इन यंत्रों की उच्च घूर्णन गति अधिक खराबी और तनाव का कारण बनती है, जिससे उत्तेजक अधिक असफल होने की संभावना रहती है। इस समस्या का समाधान करने के लिए, अलग से मोटर-चलाए जाने वाले उत्तेजक बैकअप इकाइ के रूप में स्थापित किए जाते हैं, जो मुख्य उत्तेजकों की किसी भी विफलता की स्थिति में लेन लेने को तैयार रहते हैं।

AC उत्तेजना प्रणाली

AC उत्तेजना प्रणाली में एक विद्युत उत्पादक और एक थायरिस्टर रेक्टिफायर ब्रिज शामिल होते हैं, जो दोनों मुख्य विद्युत उत्पादक शाफ्ट से सीधे जुड़े होते हैं। इस प्रणाली में मुख्य उत्तेजक दो मोड में कार्य कर सकता है: स्व-उत्तेजन, जहाँ यह अपना चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करके विद्युत आउटपुट उत्पन्न करता है, या अलग उत्तेजन, जो बाहरी ऊर्जा स्रोत पर निर्भर करता है उत्तेजन प्रक्रिया शुरू करने के लिए। AC उत्तेजना प्रणाली को दो अलग-अलग श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी विशिष्ट विशेषताएँ होती हैं, जिनका विस्तार से वर्णन नीचे किया गया है।

रोटेटिंग थायरिस्टर उत्तेजना प्रणाली

साथ दिए गए चित्र में दिखाए गए अनुसार, रोटेटिंग थायरिस्टर उत्तेजना प्रणाली में एक स्पष्ट रोटेटिंग खंड होता है, जो एक डैशड लाइन द्वारा विभाजित होता है। यह प्रणाली एक AC उत्तेजक, एक स्थिर क्षेत्र, और एक घूमने वाला आर्मेचर शामिल होता है। AC उत्तेजक से आउटपुट एक पूर्ण-तरंग थायरिस्टर ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट द्वारा रेक्टिफायड किया जाता है। यह रूपांतरित सीधे-धारा आउटपुट फिर मुख्य विद्युत उत्पादक के क्षेत्र वाइंडिंग तक पहुंचाया जाता है, जिससे विद्युत उत्पादक के संचालन के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।

रोटेटिंग थायरिस्टर उत्तेजना प्रणाली में, विद्युत उत्पादक का क्षेत्र वाइंडिंग एक अतिरिक्त रेक्टिफायर सर्किट द्वारा भी ऊर्जा प्राप्त करता है। उत्तेजक अपने अवशिष्ट चुंबकीय फ्लक्स का उपयोग करके अपना वोल्टेज स्थापित कर सकता है। ऊर्जा सप्लाई यूनिट, रेक्टिफायर नियंत्रण तंत्र के साथ, नियंत्रित ट्रिगरिंग सिग्नल उत्पन्न करता है। स्वचालित संचालन मोड में, विद्युत उत्पादक वोल्टेज सिग्नल सर्वप्रथम औसतित किया जाता है और फिर सीधे ऑपरेटर-सेट वोल्टेज अनुसरण मूल्य के साथ तुलना की जाती है। इसके विपरीत, मैन्युअल संचालन मोड में, विद्युत उत्पादक की उत्तेजना धारा एक अलग, मैन्युअल रूप से समायोजित वोल्टेज संदर्भ के साथ तुलना की जाती है।

ब्रशलेस उत्तेजना प्रणाली

ब्रशलेस उत्तेजना प्रणाली नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है, जिसमें घूमने वाले घटकों को एक डैशड-लाइन आयत में स्पष्ट रूप से दिखाया गया है। यह समृद्ध प्रणाली एक विद्युत उत्पादक, एक रेक्टिफायर, एक मुख्य उत्तेजक, और एक स्थायी चुंबक जनरेटर विद्युत उत्पादक से बनी है। मुख्य और पायलट उत्तेजक दोनों मशीन के मुख्य शाफ्ट द्वारा चलाए जाते हैं। मुख्य उत्तेजक में एक स्थिर क्षेत्र और एक घूमने वाला आर्मेचर होता है। घूमने वाले आर्मेचर का आउटपुट सिलिकॉन रेक्टिफायरों के माध्यम से सीधे मुख्य विद्युत उत्पादक के क्षेत्र वाइंडिंग तक जुड़ा रहता है, जिससे उत्तेजना के लिए बिना ब्रश के विद्युत ऊर्जा का सिलिकॉन रेक्टिफायरों के माध्यम से सीधे मुख्य विद्युत उत्पादक के क्षेत्र वाइंडिंग तक जुड़ा रहता है, जिससे उत्तेजना के लिए बिना ब्रश के विद्युत ऊर्जा का सुगम ट्रांसफर होता है।

पायलट उत्तेजक एक शाफ्ट-चलाए जाने वाला स्थायी चुंबक जनरेटर है। इसमें शाफ्ट पर लगाए गए घूमने वाले स्थायी चुंबक और एक तीन-धारा स्थिर आर्मेचर शामिल है। यह आर्मेचर सिलिकॉन रेक्टिफायरों के माध्यम से मुख्य उत्तेजक क्षेत्र को ऊर्जा प्रदान करता है, जो अंततः मुख्य विद्युत उत्पादक की उत्तेजना में योगदान देता है। इसके अलावा, एक अन्य व्यवस्था में, पायलट उत्तेजक, अभी भी एक शाफ्ट-चलाए जाने वाला स्थायी चुंबकीय जनरेटर, तीन-धारा पूर्ण-तरंग फेज-नियंत्रित थायरिस्टर ब्रिज का उपयोग करके मुख्य उत्तेजक को फीड करता है।

ब्रशलेस उत्तेजना प्रणाली कई उल्लेखनीय लाभ प्रदान करती है। कम्यूटेटर, कलेक्टर, और ब्रश के उपयोग को रोककर, यह रखरखाव की आवश्यकताओं को बहुत कम करती है। इसके अलावा, इसका समय स्थिरांक बहुत कम होता है, जिसका प्रतिक्रिया समय 0.1 सेकंड से कम होता है। यह छोटे सिग्नल डायनामिक प्रदर्शन को बढ़ाता है, जिससे यह छोटे विद्युत विकारों पर तेज और सटीक रूप से प्रतिक्रिया कर सकता है। इसके अलावा, यह अतिरिक्त पावर सिस्टम स्थिरीकरण सिग्नलों के समावेशन को सरल बनाता है, जो ग्रिड स्थिरता बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं।

स्थैतिक उत्तेजना प्रणाली

स्थैतिक उत्तेजना प्रणाली में, विद्युत आपूर्ति सीधे विद्युत उत्पादक से प्राप्त की जाती है। यह एक तीन-धारा स्टार/डेल्टा कनेक्टेड स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर के माध्यम से लागू की जाती है। इस ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग विद्युत उत्पादक बस से जुड़ी होती है, जबकि द्वितीयक वाइंडिंग विभिन्न कार्यों को संभालती है। यह रेक्टिफायर को ऊर्जा प्रदान करती है, जो एक्सीलिटिंग उद्देश्यों के लिए वैद्युत धारा को सीधे धारा में रूपांतरित करता है। इसके अलावा, यह ग्रिड नियंत्रण सर्किट और अन्य संबंधित विद्युत उपकरणों को ऊर्जा प्रदान करती है, जिससे उत्तेजना और नियंत्रण प्रणाली का निर्विघ्न संचालन सुनिश्चित होता है।

स्थैतिक उत्तेजना प्रणाली में बहुत कम समय स्थिरांक होता है, जिससे यह विद्युत स्थितियों में परिवर्तनों पर तेजी से प्रतिक्रिया कर सकती है। यह तेजी से प्रतिक्रिया, इसके बदले अत्युत्तम डायनामिक प्रदर्शन प्रदान करती है, जिससे प्रणाली डिमांडिंग लोड और विभिन्न विद्युत आवश्यकताओं के बीच भी स्थिर संचालन बनाए रख सकती है।

इस प्रणाली का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह कार्यक्रम की लागत को बहुत कम करता है। पारंपरिक उत्तेजकों को दूर करके, यह विंडेज लोस—चलते हुए भागों और आसपास के हवा के बीच घर्षण के कारण नष्ट ऊर्जा—को खत्म कर देता है। इसके अलावा, उत्तेजक व