سیستم تحریک کننده یا اکسایتر دیزل ژنراتور

سیستم تحریک کننده یا اکسایتر دیزل ژنراتور، نقش بسیار مهمی در تولید برق ایفا می‌کند. این سیستم وظیفه تأمین جریان مستقیم (DC) برای سیم‌پیچ‌های میدان ژنراتور را بر عهده دارد که نیز باعث تولید جریان متناوب (AC) در سیم‌پیچ‌های آرمیچر می‌شود. اکسایتر ژنراتور، به ایجاد و تنظیم میدان‌های الکتریکی در روتور ژنراتور اشاره دارد و به عنوان سیستمی تعریف می‌شود که جریان میدانی را برای سیم پیچ روتور فراهم می‌کند. در ادامه به بررسی جزئیات و عملکرد سیستم تحریک کننده یا اکسایتر دیزل ژنراتور می‌پردازیم.

در ادامه خواهید دید:

سیستم تحریک کننده یا اکسایتر چیست

انواع سیستم تحریک دیزل ژنراتور

اجزای تشکیل‌دهنده سیستم تحریک دیزل ژنراتور

روش های تحریک دیزل ژنراتور

نحوه عملکرد سیستم تحریک ژنراتور

مزایای سیستم تحریک دیزل ژنراتور

مقایسه سیستم تحرک تابت و چرخشی

سیستم تحریک ماشین سنکرون

وظیفه انواع اکسایتر در ژنراتور سنکرون

سیستم تحریک کننده یا اکسایتر چیست

ژنراتور گازوئیلی به یک میدان مغناطیسی برای ارائه خروجی مد نظر نیاز دارد. این میدان مغناطیسی خود به جریان الکتریکی نیاز دارد که سیستم تحریک یا اکسایتر آن را تولید می‌کند. سیستم تحریک ژنراتور، از یک میدان الکتریکی برای تولید میدان مغناطیسی استفاده می‌کند و به این طریق، جریان DC تنظیم‌شده را به سیم پیچ روتور یا سیم پیچ‌های میدان می‌رساند که در نهایت، منجر به ایجاد ولتاژ خروجی می‌شود. اکسایتر دیزل ژنراتور با تنظیم ولتاژ و جریان میدانی، از عملکرد کارآمد سیستم تولید توان خروجی محافظت می‌کند.

انواع سیستم تحریک ژنراتور

سیستم تحریک کننده یا اکسایتر دیزل ژنراتور عبارتند از:

• سیستم تحریک جریان مستقیم DC
• سیستم تحریک جریان متناوب AC
• سیستم تحریک جریان استاتیکی

سیستم تحریک بر اساس منبع تولید جریان حوزه مغناطیسی به سه نوع عمده تقسیم می‌شود:

سیستم تحریک جریان مستقیم DC

در این سیستم از ژنراتور جریان مستقیم به عنوان منبع تولید جریان استفاده می‌شود که از طریق جاروبک، جریان مورد نیاز تحریک را فراهم می‌کند. تحریک کننده ممکن است به وسیله موتوری مستقل و یا محور ژنراتور چرخانده شود و یا این که به شکل خودتحریک یا تحریک مستقل باشد. در حالت تحریک مستقل، جریان تحریک آن از طریق یک سیستم تحریک کمکی که دارای میدان مغناطیسی دائم است، تاُمین می‌شود. آلترناتورهای امروزی اکثرا AC (براشلس-بدون زغال) هستند و سیستم تحریک DC امروزه منسوخ شده است.

سیستم تحریک جریان متناوب AC

سیستم تحریک دیزل ژنراتور AC از دو بخش تشکیل شده است؛ پل یکسوساز تریستور و آلترناتور متصل به شفت اصلی. فرآیند تحریک ژنراتور می‌تواند به صورت جداگانه یا به تنهایی رخ دهد. خود سیستم تحریک AC، به دو دسته سیستم تحریک تریستور چرخان و سیستم تحریک بدون جاروبک طبقه‌بندی می‌شود. سیستم تحریک تریستور چرخان، دارای پاسخ‌دهی سریع، ساده و کم‌هزینه است. در مقابل، سیستم تحریک بدون جاروبک، قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر است و نیاز کمی به تعمیرات و نگهداری دارد.

در این سیستم از ژنراتورهای جریان متناوب برای ایجاد جریان تحریک مورد نیاز در سیم پیچ روتور ژنراتور اصلی استفاده می‌شود. در این حالت معمولاً اکسایتر روی همان محور اصلی توربو ژنراتور قرار می‌گیرد. سپس خروجی جریان متناب اکسایترها، یکسوسازی می‌شوند و جریان مستقیم تولید شده به سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی منتقل شود. سیستم یکسوکننده هم می تواند به دو صورت ساکن یا چرخان باشد. اگر سیستم یکسوکننده ساکن باشد، خروجی جریان مستقیم تولیدی آنها باید از طریق جاروبک‌هایی به سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی منتقل گردد. در سیستم یکسوساز چرخان، نیاز به استفاده از جاروبک یا زغال برطرف شده و خروجی جریان مستقیم اکسایتر به شکل مستقیم به ژنراتور اصلی اعمال می‌شود. این سیستم، به سیستم تحریک بدون جاروبک (Brushless) معروف است.

سیستم تحریک جریان استاتیکی

در این روش، جریان تحریک ژنراتور از یک منبع مستقل خارجی تامین می‌شود که معمولا آن منبع مستقل، باطری می باشد و برای استفاده مناسب و افزایش طول عمر باطری ها، پس از راه اندازی ژنراتور این منبع از مدار خارج شده و برق خود ژنراتور با استفاده از ادوات الکترونیک قدرت جایگزین آن می‌شود.

سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک بدون قطعات چرخان کار می‌کند، بنابراین از مزاحمت باد خبری نیست و اتلاف‌های ناشی از چرخش قطعات را از بین می‌برد. سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک، قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری خوبی دارد و اندازه آن کوچک است. به علاوه، در سیستم تحریک استاتیک، اتلاف کمی وجود دارد، عملکرد سیستم بالا است و با پاسخ‌دهی عالی روبرو هستیم. البته، این نوع سیستم تحریک بدون عیب نیست؛ نیاز به جاروبک و حلقه لغزنده از معایب اصلی سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک هستند.

اجزای تشکیل‌دهنده سیستم تحریک دیزل ژنراتور

سیستم تحریک کننده یا اکسایتر دیزل ژنراتور از اجزا و قطعات زیر تشکیل شده است:

تحریک کننده Exciter

این بلوک وظیفه تامین جریان مستقیم مورد نیاز در سیم پیچ تحریک را به عهده دارد. این بلوک برق DC را به سیستم تحریک می‌رساند.

تنظیم کننده Regulator

این بلوک کنترلی، وظیفه تقویت و پردازش سیگنال‌های کنترل ورودی را (به سطح و شکلی که برای کنترل تحریک کننده مناسب باشد) بر عهده دارد و اکسایتر را برای تعدیل قدرت و شکل جریان ورودی کنترل می‌کند.

مبدل ولتاژ و جبران کننده بار

این بلوک، ولتاژ پایانه ژنراتور را اندازه گیری می‌نماید و پس از یکسوسازی، آن را به یک ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می‌کند. سپس این ولتاژ با یک ولتاژ مرجع (که بیانگر ولتاژ پایانه ژنراتور سنکرون است) مقایسه می‌شود. همچنین اگر بخواهیم ولتاژ را در نقطه ای که از نظر الکتریکی از ژنراتور دور باشد (مثل ترانسفور ماتور افزاینده) ثابت نگه داریم، این بلوک مجهز به سیستم جبران کننده بار خواهد بود. مبدل ولتاژ تولیدی را کنترل می‌کند و مطابق نیاز، آن را تغییر می‌دهد.

پایدار ساز سیستم قدرت PSS

این بلوک با تعدیل تحریک ژنراتور به منظور توسعه اجزای گشتاور الکتریکی در فاز با انحراف سرعت روتور به دست می‌آید. بنابراین PSS به افزایش پایداری سیگنال های کوچک سیستم های قدرت کمک می‌کند.

استابلایز سیستم توان

برای کنترل نوسانات، سیگنال ورودی را به رگولاتور ارسال می‌کند.

مدارهای محدود کننده و حفاظتی

این بلوک شامل مجموعه وسیعی از توابع کنترلی و حفاظتی است. این بلوک برای اطمینان از این موضوع طراحی می‌شود که از حد توانایی تحریک کننده و ژنراتور خارج نشود. بعضی از توابع مرسوم شامل محدود کننده جریان تحریک و محدوده زیر تحریک است. معولاً این توابع شامل مدارهای مشخصی هستند و سیگنال‌های خروجی آنها می‌تواند در محل‌های مختلف به صورت جمع کننده به سیستم تحریک اعمال کرد. لیمیتر و مدار محافظ تأثیر زیادی در افزایش ظرفیت ژنراتور و اکسایتر دارد.

مقاومت

این بلوک به کنترل دستی جریان میدانی کمک می‌کند.

یکسوساز

این بلوک جریان AC را به DC تبدیل می‌کند (برای اکسایترهای AC مورد نیاز است).

سیستم چشمک‌زن

در صورت از بین رفتن مغناطیس باقی‌مانده، جریان مستقیم را در اختیار روتور قرار می‌دهد.

روش های تحریک دیزل ژنراتور

4 روش برای تحریک آلترناتور وجود دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم. روش های تحریک دیزل ژنراتور عبارتند از:

• شانت یا خود تحریک
• سیستم تقویت یا بوست تحریک (EBS)
• ژنراتور مغناطیس دائم (PMG)
• سیم پیچ کمکی (AUX)

شانت یا خود تحریک

سیستم شانت (Shunt) یا خود تحریک نیازی به تحریک خارجی ندارد. در این روش، مغناطیس باقی‌مانده در روتور، منجر به خود تحریکی ژنراتور می‌شود. این کار با تولید یک ولتاژ کوچک که AVR را تغذیه می‌کند، انجام می‌شود و جریان DC را به استاتور تحریک‌کننده می‌رساند. این یک روش مقرون‌به‌صرفه است که نیازی به سیم‌کشی یا قطعات اضافی ندارد.

در این روش، فرآیند عیب‌یابی ساده‌تر است، اما کنترل محدودی دارد و شروع آن، بدون مغناطیس باقی‌مانده، دشوار است. در روش شانت، ولتاژ تسلیم (Yield Voltage) ممکن است کاهش یابد. همچنین، در صورت قطع کوتاه، ژنراتور بازده توان خود را از دست می‌دهد. به طور کلی، روش شانت برای بارهای مستقیم بهتر است.

سیستم تقویت یا بوست تحریک (EBS)

سیستم تقویت یا بوست تحریک، شامل یک منبع تغذیه اضافی و یک ژنراتور کمکی کوچک یا یک منبع تغذیه خارجی است. با تقویت ولتاژ تا حد کافی، ژنراتور تحریک می‌شود و به منزله یک مزیت برای شروع به کار ژنراتور است. ژنراتور EB برق کنترلر را تأمین می‌کند. پس از شروع به کار، AVR تنظیم ولتاژ را به عهده می‌گیرد. ماژول کنترل EBS به طور موازی به AVR و اکسایتر متصل است.

سیستم تقویت تحریک، قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به روش شانت دارد؛ با این حال، نیاز به منبع تغذیه اضافی یک محدودیت است. علاوه بر این، سیستم EBS برای کاربردهای تأمین برق به صورت مداوم مناسب نیست، اما می‌تواند عملکرد خوبی در شرایط اضطراری داشته باشد.

ژنراتور مغناطیس دائم (PMG)

ژنراتور مغناطیس دائم یا Permanent Magnet Generator، به یک مولد مغناطیسی دائم کوچک اشاره دارد که روی همان ژنراتور اصلی (قسمت انتهایی شفت ژنراتور) نصب می‌شود. این یک رویکرد مدرن است که ولتاژ DC را برای تغذیه AVR تولید کرده و از این طریق، ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی را تنظیم می‌کند. ژنراتور PMG، بدون توجه به بار، یک منبع ولتاژ پایدار و ثابت برای AVR فراهم می‌کند، اما با هزینه اولیه و پیچیدگی بالاتری همراه است.

سیم پیچ کمکی (AUX)

سیم پیچ کمکی، به ژنراتور اصلی برای تولید ولتاژ AC اضافه می‌شود. سپس، ولتاژ AC به DC تبدیل می‌شود و متعاقباً، AVR را تغذیه می‌کند. به این طریق، ولتاژ ژنراتور اصلی تنظیم می‌گردد. سیم پیچ کمکی، یک منبع خود پایدار برای AVR فراهم می‌کند، اما باعث می‌شود که ژنراتور طراحی پیچیده‌تری پیدا کند. این روش، بیشتر برای کاربردهای صنعتی مناسب است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش تحریک AUX، هم برای بار مستقیم و هم غیرمستقیم کاربرد دارد.

نحوه عملکرد سیستم تحریک ژنراتور

اکسایتر در دیزل ژنراتور ها به 4 روش انجام می‌شوند.

در روش اول که خود تحریکی نام داشته میدان مغناطیسی تولید شده در داخل روتور که در طی فرآیند تولید برق به وجود آمده باعث تحریک ژنراتور شده و نیاز به تحریک خارجی دستگاه نیست.

روش دوم روش تقویتی یا بوست بوده که برای تحریک دیزل ژنراتور از مولد برق اضافی و خارجی استفاده می‌کند.

روش بعدی استفاده از سیم پیچی های تقویتی بوده که بر روی ژنراتور اصلی نصب شده و به تحریک بهتر دستگاه کمک می‌کند.

و در نهایت استفاده از منبع مغناطیسی دائم در کنار ژنراتور بوده که دائما وظیفه تحریک دستگاه را برعهده دارد.

مزایای سیستم تحریک دیزل ژنراتور

استفاده از سیستم تحریک ژنراتورهای تولید برق مزایای بسیاری را به همراه دارد. مزایای سیستم تحریک ژنراتور عبارتند از:

کنترل دقیق ولتاژ

کنترل کردن ولتاژ برای عملکرد صحیح تجهیزات متصل به شبکه بسیار مهم است.

پایداری دستگاه

با کنترل جریان تحریک، می‌توان پاسخ مناسبی به تغییرات بار و اختلالات شبکه داد و از بروز پدیده‌هایی مانند نوسانات ولتاژ و فرکانس جلوگیری کرد.

بهبود کیفیت برق

کیفیت جریان برق برای تجهیزات حساس الکترونیکی بسیار مهم است.

محافظت از ژنراتور

سیستم تحریک با تشخیص شرایط نامناسب مانند اضافه بار، کاهش ولتاژ یا افزایش جریان، می‌تواند به صورت خودکار اقدامات لازم را برای حفاظت ژنراتور را انجام دهد.

افزایش بهره‌وری

با کنترل دقیق ولتاژ و جریان تحریک، می‌توان بهره‌وری ژنراتور را افزایش داده و تلفات انرژی را کاهش داد.

مقایسه سیستم تحرک ثابت و چرخشی

مهمترین مزیت سیستم‌‏های تحریک ثابت در مقایسه با سیستم‌‏های تحریک چرخشی (دوار) در نکات ذیل خلاصه شده است

• برحسب کارایی، میزان قدرت داده شده یا جذب شده (98%) بیشتر است.
• مشکلات مربوط به تعمیرات کمتر است، کاهش قابل توجهی در ساعات توقف ناشی از تعمیرات بوجود می‌‏آید زیرا اساساً هیچ قسمت مکانیکی در حرکت نمی‌‏باشد.
• پایداری سیستم بیشتر است: با داشتن نوع ثابتی از زمان متوسط بین خرابی ‏ها (MTBF)
• تعداد توقفات ناشی از خرابی ها، بطور قابل ملاحظه ه‏ای کاهش می‌یابد.
• فوریت بیشتر در پاسخ به تغییرات ناگهانی بار زیان‌‏های ناشی از افت‌‏های اصلی را حذف می‏‌کند.
• دقت سیستم بیشتر است (0.5 %در مقایسه با 4% یا 5% که از نوع چرخشی بدست می‌آید) که در کل تصحیح سیستم را در حد قابل توجهی به دنبال دارد.

سیستم تحریک ماشین سنکرون

اصطلاح تحریک در این حوزه به معنای تولید شار با عبور جریان در سیم‌پیچ میدان‌است. چیدمان یا سیستمی که برای تحریک کردن ماشین سنکرون استفاده‌ می‌شود، به عنوان سیستم تحریک شناخته‌می‌شود. برای تحریک سیم‌پیچ میدان روتور ماشین سنکرون، جریان مستقیم مورد نیاز‌ است. جریان مستقیم توسط یک ژنراتور DC به نام تحریک به میدان روتور ماشین کوچک تامین‌ می‌شود. یک ژنراتور DC کوچک به نام Pilot Generator جریان را به تحریک می‌رساند.

وظیفه انواع سیستم تحریک یا اکسایتر در ژنراتور سنکرون

اکسایتر و اکسایتر پایلوت هر دو بر روی شفت اصلی ژنراتور سنکرون یا موتور نصب شده‌اند. خروجی DC محرک اصلی از طریق جاروبک یا حلقه‌های لغزنده به سیم‌پیچ میدانی ماشین سنکرون داده‌ می‌شود. اکسایتر پایلوت در ماشین‌های کوچکتر مستثنی‌ است.

برای ماشین‌های سایز متوسط، AC Exciter به جای DC Exciter استفاده می‌شود. AC اکسایترها ژنراتورهای AC سه فاز هستند. خروجی یک Exciter AC از طریق جاروبک‌ها اصلاح و تامین‌ می‌شود و حلقه‌های لغزشی به سیم‌پیچ روتور ماشین سنکرون می‌رسد.

بیشتر بخوانید: ژنراتور سنکرون چیست؟

جمع بندی

اکسایتر دیزل ژنراتور برای عملکرد دستگاه بسیار حیاتی است، زیرا نقش مهمی را در شروع فرآیند راه‌اندازی ژنراتور و تولید برق ایفا می‌کند. به طور خلاصه، اکسایتر وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی در روتور ژنراتور را به عهده دارد و به این طریق، جریان الکتریکی را به سیم پیچ‌های استاتور القا می‌کند. جریان القایی منجر به تولید جریان برق می‌شود، بنابراین فرآیند تحریک، نخستین و مهم‌ترین مرحله در تولید برق است. روش‌ها و سیستم‌های مختلفی برای تحریک ژنراتور وجود دارد. انتخاب اکسایتر دیزل ژنراتور به فاکتورهایی مانند خصوصیات بار، ملاحظات هزینه، اندازه، ظرفیت ژنراتور و سایر موارد بستگی دارد.

در این مقاله درباره سیستم تحریک کننده یا اکسایتر دیزل ژنراتور و اینکه جریان تحریک چیست صحبت کردیم و به انواع اکسایتر و بررسی سیستم تحریک ژنراتورهای تولید برق پرداختیم. امیدواریم این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر و بهره مندی از خدمات مشاوره رایگان هنگام خرید با شماره های درج شده در سایت تماس بگیرید.