انواع ژنراتور یا مولد الکتریکی

انواع سيم پيچهاي ژنراتور:

اين مدارها بصورت موازي در داخل دستگاه با دو سري كه به اتصالات خروجي دستگاه متصل است وصل مي شوند. در كل بيشتر از سه ترانسفورماتور در انتهاي سيم پيچي هر فاز براي رله ها و ابزار ديگر بكار مي رود.

در ساختار برخي هيدورژراتورها تعدادي مدار براي هر فاز مي تواند وجود داشته باشد كه هر مدار شامل چند سيم پيچي چند لايه است كه بصورت سري به هم متصل شده اند. در اين ماشينها مدار اتصالي موازي مي تواند در دو گروه بصورت موازي با دو سر خروجي باشد كه به اتصالات خروجي ماشين متصل است.

در هر گروه اتصالات موازي مي تواند تعداد مساوي و يا نامساوي مدار در هر گروه وجود داشته باشد. در اين طراحي ترانسفورماتورهاي جريان مي توانند در هر گروه فازي و درسرهاي اتصالات خروجي موجود باشند.

معمولا در ژنراتورهاي توربين بخاري بكار مي رود. هر فاز داراي دو سيم پيچي مجزا است كه بصورت دو اتصال ستاره متصل هستند. ترمينالها ولتاژ بالاي هر فاز بصورت موازي براي ايجاد يك خروجي سه فاز بكار مي رود. اتصالات ستاره مجزا براي تشكيل نقطه نوترال انتهاي هر سيم پيچي بكار مي رود كه اين نقاط نوترال بصورت فيزيكي مي تواند در انتهاي ماشين باشد.

در ژنراتورهاي  با اتصال ستاره ، يك يا چند مدار موازي در هر فاز با دو انتهاي خروجي در اتصالات خروجي مي تواند باشد. و ترانسفورماتورهاي جريان مي توانند درون اتصال ستاره و در انتهاي هر سيم پيچي و يا بيرون اتصال ستاره قرار بگيرند و يا در هر دو قرار بگيرند.

زمين كردن ژنراتور :

زمين كردن ژنراتورها توسط يك امپدانس خارجي امري اجتناب ناپذير است. كه در مورد تمام ژنراتورها اين امر بايد صورت گيرد  هدف از اين كار نيز كاهش تنش مكانيكي و خسارات ناشي از خطاها و كاهش ولتاژ گذرا كه در حين ايجاد خطا در ماشين ايجاد شده مي باشد. بحث كاملي از تمامي زمينه ها و روش حفاظت زمين را مي توان در IEEE std C37.101-1993 يافت.

روشهايي كه اغلب براي زمين كردن بكار ميرود عبارتند از :

a) زمين كردن با امپدانس بالا       b) زمين كردن با مقاومت كم

C) زمين كردن توسط راكتانس    d) زمين كردن توسط ترانسفورماتور زمين

زمين كردن مستقيم نقطه نوترال ژنراتور ممكن است در تنشهاي بالاي مكانيكي و ايجاد خطا در ژنراتور موجب ايجاد عيب و خسارات در ماشين شود. طبق استاندارد ANSI C50.13-1989 ماكزيمم تنشي كه ژنراتور با ان طراحي شده متناسب است با خطاي جريانهاي سه فازي كه در ترمينالهاي ماشين بوجود مي آيد. بدليل امپدانس توالي  صفر ژنراتورهاي سنكرون در خطاهاي تك فاز بازبين جريان در ترمينالها بيش از خطاي سه فاز است.

به همين دليل نحوه زمين كردن بايد به گونه اي باشد كه مقدار جريان خطاي تك فاز با زمين كمتر و يا در حد مقدار جريان خطاي سه فاز باشد.

زمين كردن با امپدانس بالا:

دو گونه اتصال به زمين توسط امپدانس بالا كه امروزه مورد استفاده بيشتر دارند در زير توضيح داده شده است.

زمين كردن با مقاومت بالا :

در اين روش ترانسفورماتور توزيع بين نقطه نوترال ژنراتور و زمين متصل شده است كه مقاومت در ثانويه ترانسفورماتور قرار دارد. ميزان ولتاژ اوليه ترانسفورماتور معمولا مساوي يا بزرگتر از ميزان ولتاژ خط به نوترال ژنراتور در نظر گرفته مي شود. در حاليكه ولتاژ سيم پيچي ثانويه 120v يا 240v مي باشد. مقاومت ثانويه برحسب  خطاهاي تك فاز با زمين در ژنراتور انتخاب مي شود. قدرت محاسبه شده در مقاومت مساوي يا بزرگتر از سه برابر خاصيت خازني بر حسب KVA ژنراتور نسبت به زمين و همينطور براي ساير تجهيزاتي كه به ترمينالهاي ماشين ممكن است متصل شوند. در نظر گرفته مي شود  با اين مقدار مقاومت اضافه ولتاژ گذرا در طول خطا در ميزان و حد مناسبي قرار مي گيرد. اين ساختار به عنوان زمين كردن با مقاومت بالا شناخته مي شود. برا ي خطاهاي تك فاز با زمين در ترمينالهاي ماشين جريان خطاي اوليه در محدوده اي بين A3 تا A25  قرار مي گيرد. در صورت امكان براي محدود كردن جريان خطاهاي زمين مي توان از فيوزهايي در اوليه ترانفسورماتورهاي ولتاژ كه بصورت ستاره – ستاره و نقطه نوتروان زمين شده هستند استفاده كرد.

البته بايد توجه داشت كه اين ترانسفورماتورهاي توزيع با فيوزهاي داخلي يا كليدهاي قدرت نبايد بكار روند.

در برخي موارد ترانسفورماتورهاي توزيع حذف شده و به جاي آن يك مقاومت با مقدار بالا بين زمين و نقطه نوترال ژنراتور متصل مي شود.

مقدار مقاومت به نحوي انتخاب مي شود كه جريان توليدي در خطاي زمين در محدوده 3-25A قرار گيرد. وقتي اين روش در اروپا بكار مي رود، اندازه فيزيكي مقاومت سطح عايقي مقاومت و قيمت مقاومت باعث استفاده از اين روش مي شود.

 زمين كردن نقطه صفر توسط راكتور اندوكتيو تنظيم شده در خطاهاي زمين :

در اين روش زمين كردن ، نوع ترانسفورماتور توزيع همانند روش قبل انتخاب شده و در ثانويه آن به جاي مقاومت از خازن تنظيم پذير استفاده مي شود.

خاصيت اهمي خازن به اين صورت تعيين مي شود كه وقتي كه خازن به اوليه ترانفسورماتور انتقال داده مي شود. راكتانس آن مساوي با  راكتانس خازني ژنراتور و تمام ابزار متصل به ترمينال ژنراتور و همينطور سيم پيچهاي با اتصال مثلث ترانسفورماتور قدرت در نظرگرفته  مي شود.

اين نحوه زمين كردن جريان خطاهاي تك فاز با زمين را به اندازه 1A و يا  كمتر  مي رساند.

و واضح است كه اين جريان ناچيز نمي تواند قوس توليد كند و يا باعث خراب شدن آهن استانور شود. اين نوع زمين كردن در تمام سيستمها با اتصال unit  مي تواند مورد استفاده قرارگيرد.

پس اين روش قابليت اطمينان بالاتري از روش قبل دارد. براي مثال مقدار امپدانس خطاي محاسبه شده يك واحد اتمي 975MVA  كه به اين صورت زمين شده است برابر 3574000 اهم مي باشد. و جريان خطاي استاتور براي واحد اتمي 975MVA برابر 0.45A است. براي همين واحد كه با روش قبل  زمين شده است مقدار ماكزيمم امپدانس برابر 66900 اهم است.

زمين كردن با مقاومت كم :

در اين روش مقاومت مستقيما بين نقطه نوترال ژنراتور و زمين متصل مي شود. در كل مقاومت زمين براي محدود كردن جريان خطاهاي تك فاز با زمين بر روي ترمينالهاي ژنراتور در محدوده  زير 200A تا 150% جريان بار كامل انتخاب مي شود.

اين روش زمين كردن معمولا در جاهايي كه دو ژنراتور به صورت موازي به باس وصل هستند و هر دو داراي يك ترانسفورماتور هستند استفاده مي شود.

و يا در جاهايي كاربرد دارد كه ژنراتور مستقيما به سيستم توزيعي كه با امپدانس كم زمين شده متصل است

زمين كردن توسط راكتانس :

در اين روش از يك راكتانس اندوكتيو بين نقطه نوترال ژنراتور و زمين استفاده مي شود. اين راكتانس براي توليد نسبت  در ترمينالهاي ماشين به نسبت 1 به 10 انتخاب مي شود. تجربيات نشان داده است كه اين سيستم زمين كردن وقتي موثر است كه اين نسبت  برابر 3 و يا كمتر باشد.

اين روش زمين كردن باعث مي شود كه جريان خطاهاي تك فاز با  زمين در حدود 25% تا 100% جريان خطاهاي سه فاز قرار بگيرد. اين روش زمين كردن معمولا جاهايي استفاده مي شود كه ژنراتور مستقيما به سيستم توزيع كه مستقيما زمين شده است متصل باشد.

زمين كردن توسط ترانسفورماتور زمين:

در اين روش از يك ترانسفورماتور زمين كه به ترمينالهاي ماشين و يا شين ژنراتور متصل است استفاده مي شود. در اين روش ممكن است از يك ترانس با اتصال زيگ زاگ و يا يك ترانسفورمر زمين با اتصال ستاره – ثلث  استفاده شود. و يا از يك ترانسفمورماتوزمين با اتصال ستاره – مثلث باز با يك مقاومت متصل در گوشه مثلث باز استفاده شود. وقتي كه ترانسفورمر زيگ زاگ و يا ستاره – مثلث  بكار مي رود.

امپدانس موثر زمين بصورتي انتخاب ميشود كه جريان كافي براي رله هاي زمين را فراهم كند نوع سوم اين اتصال در واقع همان زمين كردن توسط راكتانس بالا مي باشد. و مقدار مقاومت نيز بايد به همان صورت كه مقدار مقاومت ثانويه ترانسفورماتورهاي توزيع انتخاب مي شود تعيين گردد.

اين نحوه زمين كردن جريان خطاي تكفاز با زمين را در حدود3-25 آمپر اوليه محدود مي كند.

براي ژنراتورهايي كه نقطه نوترالشان توسط يك راكتور زمين شده و مستقيما به سيستم توزيع متصل شده اند مي توان از ترانسفورمرهاي زمين با اتصال زيگ زاگ يا ستاره – مثلث به عنوان يك منبع متناوب زميني استفاده كرد. از اين روش در ژنراتورهاي با اتصال ستاره زمين نشده و يا مثلث استفاده مي شود. ترانسفورماتورهايي كه داراي اتصال ستاره – مثلث  باز با يك مقاومت در گوشه  مثلث باز  هستند مي توانند در حفاظت خطاهاي زمين ژنراتورهايي كه داراي اتصال ستاره زمين نشده و يا مثلث باز هستند استفاده شوند.

سيستمهاي تحريك :

1) ژنراتورهاي dc

2) سيستم تحريك با يكسوسازي ac ساكن

3) سيستم تحريك با يكسو سازي ac متحرك

4) سيستم هاي تحريك ساكن

ژنراتور:dc

 در اين سيستم ، سيگنال كنترل dc از سيستم تحريك به ميدان ساكن محرك dc منتقل مي شود. سپس عنصر دوار اكساتير جريان مستقيمي (dc) را به سيم پيچي هاي اصلي ميدان ژنراتور ac تحويل مي دهد. . شفت آرميچر اكسايتر مي تواند روي شفت ژنراتور اصلي قرار داشته باشد. و يا توسط موتور ديگري اين شفت بچرخد. كوماتاتور هاي dc بر روي اكسايتر قرار دارند و حلقه هاي كلكتورها و براشها در روي ميدان ژنراتور دوار براي انتقال جريان ميدان ژنراتور اصلي قرار دارند  اين سيستم در ماشين هاي كوچك و قديمي مورد استفاده دارد.

 سيستم تحريك با يكسوسازي ac ساكن :

براي حل مشكل و كاهش جريان  بالا براي ماشينهاي بزرگ و متوسط اكسايترهاي dc با ac تعويض شده اند.

سيستم  يك اكسايتر ac با ميدان مغناطيسي dc متحرك كه توسط شفت ژنراتورac اصلي حركت مي كند را نشان مي دهد. جريان اين ميدان مغناطيسي از طريق كنترلر تحريك به براشها و حلقه هاي كلكتور منتقل مي شود.

جريان سه فاز ac خروجي از الترناتور ، توسط پل ديودي سه فاز ساكن يكسو مي شود. و سپس جريان dc به ميدان مغناطيسي ژنراتور از طريق براشها و حلقه هاي كلكتور داده مي شود.

سيستم تحريك با يكسوسازي ac متحرك (براش ليس):

روش قبل از يك آلترناتور استفاده كرده است  وداراي يك آرميچر ac بر روي رونور و ميدان مغناطيسي dc بر روي استاتور اكساتير مي باشد. تمام براشها و كموتا تورها حذف شده اند. در اين سيستم آرميچر ac اكساتير و پل ديودي يكسوساز سه فاز دوار و ميدان ac ژنراتور اصلي همگي برروي شفت دوار سيستم سوار شده اند. تمام ارتباطات الكتريكي در طول و يا سرتاسر مركز اين شفت قرار داده شده اند.

سيستمهاي تحريك ساكن:

در طرح ذكر شده قدرت مورد نياز براي سيستم تحريك مستقيما از محرك شفت اصلي گرفته مي شود. سيستمهاي تحريك ساكن انرژي را از خروجي الكتريكي ژنراتور و يا سيستمهاي متصل بدست مي آورند.  قدرت خروجي ترانسهاي جريان و يا ترانسهاي ولتاژ (و يا هر دو) يكسو سازها را در سيستم تنظيم تغذيه مي كند كه در برگشت جريان مستقيم ميدان مغناطيسي اصلي ژنراتور را از ميان براشها و حلقه هاي كلكتور تامين مي كند.

 اتصال ژنراتور  به شبكه :

انتخاب و ايجاد حفاظتهاي ژنراتور تحت تاثير از نحوه اتصال ژنراتور به شبكه است. به همين منظور انواع اتصالات ژنراتور به شبكه در زير معرفي شده است.

a)   اتصال واحد ژنراتور و ترانسفورماتور

b)   اتصال واحد ژنراتور و ترانسفورماتور با كليد قدرت ژنراتور

c)   اتصال تركيبي – موازي ژنراتورها

d)  اتصال چند ژنراتور به يك ترانسفورماتور واحد

e)   اتصال ژنراتور به صورت مستقيم به سيستم توزيع

اتصال واحد ژنراتور و ترانسفورماتور :

در اين اتصال ژنراتور به همراه ترانسفورماتور قدرت (ترانسفورماتور  واحد) بصورت واحد همانند شكل 1-4-3 به يكديگر متصل شده اند. ژنراتور معمولا داراي اتصال ستاره است و سيستم زمين آن از نوع مقاومت زياد و يك ترانسفورماتور است. و ترانسفورماتور قدرت نيز داراي اتصال ستاره مثلث مي باشد.

در بسياري از ژنراتورهاي توربين بخاري (واحدهاي بخاري ) نحوه اتصال به اين صورت است كه يك ژنراتور ممكن است به دو ترانسفورماتور قدرت موازي متصل شده باشد.

ممكن است يك و يا دو ترانسفورماتور واحد كمكي نيز وجود داشته باشد. كه اين ترانسفورماتور ها ممكن است دو سيم پيچه و يا سه سيم پيچه  باشند كه بستگي به سايز ژنراتور واحد دارد. در اكثر شرايط نوع اتصال سيم پيچي داخل ترانسفورماتور هاي كمكي بصورت مثلث – ستاره با نقطه نوترال ستاره متصل به زمين توسط يك امپدانس مي باشد.

نظر دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *