ژنراتور سنکرون چیست؟ به طور کلی، ژنراتور سنکرون به نوعی از ژنراتورهای القایی گفته می‌شود که سرعت دوران آن با فرکانس ۵۰ هرتز هماهنگ است. به دلیل این هم‌گامی بین سرعت و فرکانس، این ژنراتورها تحت عنوان ژنراتورهای سنکرون یا القایی سنکرون شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها انرژی مکانیکی را از منابعی مانند موتورهای دیزلی دریافت کرده و با چرخش موتور، انرژی الکتریکی تولید می‌کنند. در ادامه، به بررسی دقیق‌تر عملکرد این دستگاه‌ها، فرآیند سنکرون شدن و انواع مختلف آنها خواهیم پرداخت.
در ادامه مقاله خواهید دید:
روشهای راه اندازی موتورهای سنكرون
تفاوت ژنراتور سنکرون و آسنکرون
آشنایی با ژنراتور سنکرون
ژنراتور سنکرون تاریخچه‌ای بیش از صد سال دارد. اولین تحولات ژنراتور سنکرون در دهه ۱۸۸۰ رخ داد. در گذشته، به دلیل محدودیت‌های فنی و کمبود دانش، از ژنراتورهای ذغالی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی سه‌فاز استفاده می‌شد. اما با گذشت زمان و ظهور معایب فراوان در این نوع ژنراتورها، استفاده از آنها به تدریج کنار گذاشته شد. با توسعه ژنراتورهای سنکرون (القایی)، دانشمندان توانستند مشکلاتی چون راندمان پایین، دشواری در تعویض جاروبک‌ها، جریان تحریک بالا، هزینه‌های زیاد و ابعاد بزرگ قطعه AVR را برطرف کنند و در نتیجه، محصولی با بازدهی بیشتر و عملکرد بهتر ارائه دهند.
این دستگاه‌ها انرژی مکانیکی را از منابعی مانند موتورهای دیزلی دریافت کرده و با چرخش موتور، انرژی الکتریکی تولید می‌کنند. ژنراتورهای سنکرون معمولاً از دو بخش اصلی به نام‌های استاتور و روتور تشکیل می‌شوند.
ساختار ژنراتور سنکرون
در بخش روتور ژنراتور سنکرون، دو نوع اصلی وجود دارد: یکی با سیم‌پیچ و دیگری با مغناطیس دائم (PMG) است. عملکرد ژنراتور سنکرون به این صورت است که ابتدا یک جریان DC به سیم‌پیچ‌های روتور اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی ایجاد شود. سپس، با چرخش روتور به سرعت نامی، میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود که با برخورد به سیم‌پیچ‌های استاتور، ولتاژ القا می‌کند.
برای به حرکت درآوردن روتور، از موتورهای دیزلی یا بنزینی استفاده می‌شود. چرخش روتور باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود که در نهایت، ولتاژ سه‌فاز را القا کرده و جریان الکتریسیته تولید می‌شود. نکته مهم این است که میدان دوار روتور عامل اصلی انتقال ولتاژ به سیم‌پیچ‌های استاتور است.
سیم‌پیچ‌های میدان و آرمیچر
در ژنراتورهای سنکرون، دو نوع سیم‌پیچ میدان و آرمیچر وجود دارد. سیم‌پیچ‌های میدان مسئول تولید میدان مغناطیسی اصلی هستند، در حالی که سیم‌پیچ‌های آرمیچر وظیفه ایجاد القای ولتاژ را بر عهده دارند. سیم‌پیچ‌های میدان درون سیم‌پیچ روتور قرار دارند.
روتور در ژنراتور سنکرون مشابه یک آهن‌ربای الکتریکی بزرگ عمل می‌کند و می‌تواند قطبهای مغناطیسی با برجستگی‌های خاص داشته باشد. برجستگی قطب‌ها به ارتفاع قطب‌ها در روتور اشاره دارد. در روتورهای بدون برجستگی، برای کاربردهایی که نیاز به آهن‌ربای دو یا چهار قطبی دارند، استفاده می‌شود. در مقابل، روتورهای دارای برجستگی به عنوان آهن‌ربای چهار قطبی شناخته می‌شوند.
برای کاهش تلفات و افزایش بازدهی، روتورها معمولاً از لایه‌های نازک ساخته می‌شوند. برای عملکرد صحیح روتور، باید یک جریان ثابت به مدار میدان آن اعمال شود تا جریان DC بتواند به سیم‌پیچ‌های میدان منتقل شود و روتور در حال چرخش، میدان مغناطیسی لازم را تولید کند.
طرز كار ژنراتور سنکرون
در ژنراتور سنکرون، جریان مستقیم (DC) به سیم‌پیچ‌های روتور اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی در اطراف روتور ایجاد کند. این روتور توسط یک نیروی خارجی به حرکت در می‌آید و این حرکت موجب ایجاد یک میدان مغناطیسی در داخل دستگاه می‌شود. میدان مغناطیسی تولید شده در سیم‌پیچ‌های استاتور، ولتاژ سه‌فاز القا می‌کند. هرچه سرعت چرخش روتور بیشتر باشد، فرکانس و میزان برق تولیدی در ژنراتور سنکرون نیز افزایش می‌یابد.
در این ژنراتورها، سیم‌پیچ‌های میدان مغناطیسی در داخل روتور قرار دارند و روتور مانند یک الکترومغناطیس بزرگ عمل می‌کند. این روتور دارای قطبهای مغناطیسی است که به دو نوع برجسته و صاف تقسیم می‌شوند. قطبهای برجسته به صورت برآمدگی از سطح روتور ظاهر می‌شوند، در حالی که قطبهای صاف هم‌سطح با روتور هستند. روتورهایی که قطبهای صاف دارند، معمولاً در دستگاه‌های دو یا چهار قطبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اتصال استاتور به شبکه
زمانی که استاتور به شبکه سه‌فاز متصل می‌شود، یک میدان دوار در آن به وجود می‌آید که سرعت آن بستگی به فرکانس شبکه و تعداد قطبهای استاتور دارد. این میدان دوار، سطح روتور را جاروب می‌کند. قطبهای روتور توسط قطبهای غیر همنام استاتور جذب می‌شوند و لحظاتی بعد، همین قطب‌ها توسط قطبهای همنام استاتور دفع خواهند شد. در نتیجه، میانگین گشتاور صفر می‌شود و روتور قادر به حرکت نیست. به دلیل سنگینی روتور، این قطب‌ها نمی‌توانند بلافاصله با سرعت میدان دوار استاتور هماهنگ شوند. بنابراین، برای راه‌اندازی روتور باید از یک وسیله کمکی (راه‌انداز) استفاده شود تا سرعت روتور به سرعت میدان دوار استاتور نزدیک شود و سپس روتور قادر به حرکت هماهنگ با میدان دوار شود.
روشهای راه اندازی موتورهای سنكرون
برای راه‌اندازی موتورهای سنکرون، سه روش اصلی وجود دارد که به شرح زیر هستند:
کاهش سرعت میدان مغناطیسی استاتور
در این روش، سرعت میدان مغناطیسی استاتور تا حدی کاهش می‌یابد که روتور بتواند در طی نیم‌دوره چرخش میدان مغناطیسی شتاب بگیرد و با آن قفل شود. این کار از طریق کاهش فرکانس منبع تغذیه انجام می‌شود.
استفاده از یک گرداننده اولیه
در این روش، یک گرداننده اولیه سرعت موتور را تا سرعت سنکرون افزایش می‌دهد. پس از این مرحله، موتور به حالت سنکرون تغییر می‌کند و با جدا کردن گرداننده اولیه، موتور به حالت عادی خود یعنی موتور سنکرون تبدیل می‌شود.
استفاده از سیم‌پیچ‌های میرکننده
این سیم‌پیچ‌ها در انتهای قطبهای روتور نصب می‌شوند. در موتورهای سنکرون، سرعت روتور همیشه با سرعت میدان دوار استاتور برابر است. افزایش بار باعث ایجاد عقب‌ماندگی در روتور نسبت به میدان می‌شود. اختلاف فاز بین میدان‌های استاتور و روتور، که به آن زاویه گشتاور گفته می‌شود، از ۰ تا ۹۰ درجه تغییر می‌کند.
در صورتی که بار بیش از حد افزایش یابد، موتور از حالت سنکرون خارج می‌شود که به این وضعیت ناپایداری می‌گویند. همچنین، هنگام کار موتور در حالت سنکرون و با تغییرات جریان تحریک، جهت جریان آرمیچر و ضریب قدرت ماشین تغییر می‌کند. این تغییرات می‌تواند از حالت پس‌فازی به اهمی و پیش‌فازی کنترل شود که این ویژگی به تنظیم ضریب قدرت در شبکه کمک می‌کند. به این ترتیب، موتورهای سنکرون پرتحرک که در حالت پیش‌فازی کار می‌کنند، به عنوان "خازن‌های سنکرون" شناخته می‌شوند.
مزايای ژنراتور سنكرون
- اين موتور دارای ضريب قدرت مناسب و قابل تنظيم است.
- بازده عالی دارد.
- در مقابل نوسان ولتاژ حساسيت ندارد.
- امكان بكار بردن آن به طور مستقيم با ولتاژ زياد وجود دارد.
- با تحريك مناسب هيچگونه قدرت راكتيو مصرف نمیكند و فقط قدرت اكتيو مناسب می گيرد.
- از اين موتور ميتوان به عنوان مولد قدرت راكتيو برای بالا بردن ضريب قدرت خط استفاده كرد.
معايب موتور سنكرون
- یك وسيله راه اندازی اوليه كه موتور كمكی و غيره می باشد احتياج دارد.
- علاوه بر جريان متناوب برای سيم پيچ استاتور ، جريان دائم برای قطبهای آن هم مورد احتياج است در نتيجه قيمت ماشين را نسبت به مشابه خود بالا ميبرد.
- سرعت آن ثابت است در نتيجه قابل تنظيم نیست.
- نداشتن تحمل اضافه بار (در صورتيكه خيلی زيادتر از حد مجاز به آن بار دهند ميايستد و دوباره بايستی آنرا راه اندازی كرد)
تفاوت ژنراتور سنکرون و آسنکرون
ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون دو نوع اصلی ژنراتور هستند که در تولید برق استفاده می‌شوند. هر دو نوع انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند، اما نحوه عملکرد و ویژگی‌های آنها متفاوت است.
ژنراتور سنکرون
در این نوع ژنراتور، سرعت چرخش روتور (بخش متحرک) دقیقا با سرعت میدان مغناطیسی دوار استاتور (بخش ثابت) هماهنگ است. به عبارت دیگر، روتور و میدان مغناطیسی به صورت همگام حرکت می‌کنند. این هم‌زمانی باعث می‌شود فرکانس ولتاژ خروجی ژنراتور سنکرون بسیار پایدار و دقیق باشد. ژنراتورهای سنکرون بیشتر در نیروگاه‌های بزرگ و برای تولید برق با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ژنراتور آسنکرون
در ژنراتور آسنکرون، سرعت روتور کمی کمتر از سرعت میدان مغناطیسی استاتور است. این تفاوت سرعت، که به آن لغزش گفته می‌شود، باعث القای جریان در روتور و تولید گشتاور می‌گردد. ژنراتورهای آسنکرون معمولاً ساختار ساده‌تری نسبت به ژنراتورهای سنکرون دارند و هزینه ساخت آنها نیز کمتر است. با این حال، کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی در ژنراتورهای آسنکرون پیچیده‌تر از ژنراتورهای سنکرون است.
در مجموع، تفاوت اصلی بین این دو نوع ژنراتور در سرعت چرخش روتور نسبت به میدان مغناطیسی استاتور است. این تفاوت موجب اختلاف در ساختار، عملکرد، کنترل و کاربردهای هر یک از این ژنراتورها می‌شود.
كاربرد موتور سنكرون
ژنراتورهای سنکرون در انواع مختلفی از کاربردها استفاده می‌شوند که در آنها دقت در کنترل ولتاژ، فرکانس و توان خروجی بسیار اهمیت دارد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این ژنراتورها عبارتند از:
تولید برق
ژنراتورهای سنکرون به طور معمول در نیروگاه‌ها برای تبدیل انرژی مکانیکی تولید شده توسط توربین‌های بخار، توربین‌های گاز یا موتورهای دیزلی به انرژی الکتریکی به کار می‌روند. این ژنراتورها در تولید برق در مقیاس بزرگ و تأمین برق شبکه‌های ملی نقش حیاتی دارند.
سیستم‌های قدرت آماده به کار
این ژنراتورها به عنوان منابع برق پشتیبان در مکان‌های حساس مانند بیمارستان‌ها، مراکز داده و کارخانه‌های صنعتی به کار می‌روند. آنها می‌توانند در مواقع قطعی برق یا شرایط اضطراری، انرژی قابل اعتماد را برای تضمین عملکرد مداوم تجهیزات حیاتی تأمین کنند.
انرژی تجدیدپذیر
ژنراتورهای سنکرون در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مانند توربین‌های بادی و نیروگاه‌های برق‌آبی نیز استفاده می‌شوند. این ژنراتورها انرژی مکانیکی حاصل از باد یا آب را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند که می‌تواند به شبکه برق تزریق شده یا برای استفاده‌های بعدی ذخیره شود.
کاربردهای دریایی
در صنعت دریانوردی، ژنراتورهای سنکرون در کشتی‌ها و سکوهای دریایی برای تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز سیستم‌های پیشران، روشنایی، تهویه مطبوع و سایر تجهیزات داخلی استفاده می‌شوند.
کاربردهای صنعتی
این ژنراتورها در صنایع مختلفی مانند استخراج معادن، تولید، و تأسیسات نفت و گاز به کار گرفته می‌شوند، جایی که تأمین برق پایدار برای ادامه فرآیندهای تولید بسیار حیاتی است.
پایداری شبکه
ژنراتورهای سنکرون نقش اساسی در حفظ پایداری شبکه برق دارند. آنها با ارائه توان راکتیو و تنظیم ولتاژ، فرکانس و ضریب توان، از پایداری و اطمینان در تأمین انرژی الکتریکی کمک می‌کنند.
در مجموع، ژنراتورهای سنکرون ماشین‌های چندمنظوره‌ای هستند که در صنایع مختلف به دلیل توانایی‌هایشان در تولید برق کارآمد و قابل اعتماد، به ویژه در شرایطی که همگام‌سازی و کنترل دقیق سیستم‌های الکتریکی ضروری است، استفاده می‌شوند.
اجزای ژنراتور سنکرون
ژنراتور سنکرون به عنوان قلب بسیاری از نیروگاه‌ها شناخته می‌شود و از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظیفه خاصی در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی دارند.
استاتور
بخش ثابت ژنراتور است که از یک هسته آهنی و چندین شیار تشکیل شده است. سیم‌پیچ‌های سه‌فاز در این شیارها قرار دارند. هنگامی که میدان مغناطیسی دوار روتور از میان این سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کند، ولتاژ در آنها القا می‌شود. این ولتاژ همان انرژی الکتریکی است که از ژنراتور خارج شده و به شبکه برق انتقال می‌یابد.
روتور
قسمت متحرک ژنراتور است که به شفت توربین متصل است. روتور از دو بخش اصلی تشکیل شده است: قطبهای مغناطیسی و سیم‌پیچ‌های تحریک. قطبهای مغناطیسی می‌توانند به صورت برجسته یا صاف باشند. سیم‌پیچ‌های تحریک در داخل این قطب‌ها قرار دارند و با عبور جریان مستقیم از آنها، میدان مغناطیسی مورد نیاز برای تولید ولتاژ در استاتور را فراهم می‌آورند.
سامانه تحریک
این سیستم وظیفه تأمین جریان مستقیم برای سیم‌پیچ‌های تحریک روتور را به عهده دارد. سامانه‌های تحریک می‌توانند به دو صورت DC یا AC باشند. در سیستم‌های تحریک AC، برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم، از یک مبدل استفاده می‌شود.
سامانه خنک‌کننده
به دلیل تولید حرارت زیاد در حین عملکرد ژنراتورهای سنکرون، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده ضروری است. این سیستم‌ها کمک می‌کنند تا از آسیب به عایق‌ها جلوگیری شود و عمر مفید ژنراتور افزایش یابد. سامانه‌های خنک‌کننده می‌توانند از نوع هوا، روغن یا هیدروژن باشند.
امیدواریم مقاله منظور از ژنراتور سنکرون چیست برای شما عزیزان مفید واقع شده باشد. برای دریافت مشاوره رایگان، با شماره های درج شده در سایت تماس حاصل فرمایید تا فرآیند خرید شما تکمیل شود.
پست قبلی
پست بعدی
به سه روش تحریک سری، موازی و شنت است.
بدلیل روتور سیم پیچی و مشکلات مربوط به سیم پیچ دوار، استاده از ژنراتور سنکرون بسیار کم شده و بیشتر در صنایع نیروگاهی و ژنراتورهای دور پایین استفاده می‌شود.
دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید
فروش برای شهرستان های جنوبی دارید؟
سلام. بله ارسال به سراسر ایران عزیز داریم