ژنراتور سنکرون

عبارت ژنراتور سنکرون ممکن است توصیف کننده ی ساختمان یک مولد یا روش کار آن باشد. در تاسیسات الکتریکی این اصطلاح به معنی ژنراتور با قابلیت کار موازی است.

ژنراتور سنکرون را می توان با طراحی سیستم های خاصی به مولد های دیگر، منبع برق اصلی و یا هردو متصل کرد. سنکرون کردن ژنراتورها با یکدیگر یا کار موازی با برق شهر می تواند بسیاری از مشکلات تاسیسات حساس را مرتفع کند.

از مزایای وجود ژنراتور یا ژنراتورهای سنکرون در تاسیسات الکتریکی می توان به این موارد اشاره کرد:

• کاهش خاموشی های مربوط به جابجایی بین منبع اضطراری و منبع اصلی
• توانایی کار پارالل یا سنکرون و کاهش هزینه های مصرف برق
• توانایی کار پارالل یا سنکرون و پیک سایی جهت کاهش خاموشی های شبکه برق
• توانایی انتخاب چند ژنراتور کوچک بجای یک ژنراتور بزرگ و وابسته کردن آن ها به میزان بار مصرفی
• افزایش قابلیت اطمینان در تاسیسات و تغذیه ی بارهای حساس

 ژنراتور سنکرون یا آلتروناتور

البته نوعی ماشین سنکرون به نام کمپانستور compansator یا اصلاح کننده ضریب توان نیز در صنایع موجود می باشد.

این ماشین ها نیز از دوقسمت تشکیل شده اند که قسمت متحرک این ماشین ها را روتور و قسمت ساکن آنها را استاتور گویند.

رتور ماشین های سنکرون از لحاظ ساختمان دو دسته اند.

ماشینهای سنکرون با قطب صاف و ماشین های با قطب برجسته . و همچنین ماشینهای سنکرون بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده روتور آنها چه توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شود :

1- توربو: در این وسیله گرداننده ی روتور توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابر این توربو ژنراتور سنکرون دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانایی ایجاد دورهای بسیار بالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربو ژنراتور سنکرون را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر و ارزانتر تمام می شود.

2- هیدرو : در آن وسیله گرداننده رتور به وسیله ی توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدرو ژنراتور دارای قطب برجسته بوده ودارای سرعت کم می باشد.

3- دیزل : در قدرت های کوچک و اضطراری وسیله گرداننده ی روتور دیزل است که در این مورد هم قطب های روتور آن قطب برجسته می باشد.

مولدهای AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای dc بر اساس القاء الکترومغناطیسی کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر ویک میدان مغناطیسی هستند. اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد : درحالی که در ژنراتور سنکرون dc آرمیچر چرخیده می شود وسیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.

یک موتور سنکرون از نظر الکتریکی مشابه یک آلترناتور یا ژنراتور ac می باشد در حقیقت از نظر تئوری یک ماشین سنکرون می تواند به عنوان آلترناتور استفاده گردد که به طور مکانیکی راه اندازی شده و یا به عنوان موتوری استفاده گردد که به صورت الکتریکی راه اندازی شده باشد.

بیشتر موتورهای سنکرون دارای مقدار نامی 150 کیلو وات تا 15 مگاوات بوده ودارای محدوده سرعتی rpm150 تا rpm1800 کار میکنند .بعضی از خواص مشخصه ی یک موتور سنکرون که جالب توجه است عبارتند از :

1-  هم در سرعت سنکرون کار می کند وهم کار نمی کند یعنی در حال کار سرعترا ثابت نگه می دارد . تنها روش برای تغییر سرعت آن تغییر دادن در فرکانس تغذیه می باشد.

2- ذاتا خود راه انداز نبوده و مجبور استتا سرعت سنکرون با استفاده از وسیله خاص تا رسیدن به حالت سنکرون به حرکت در آید.

3- توانایی عمل کردن در محدوده ی وسیعی از ضریب قدرت های پس فاز و پیش فاز رادارد . لذا می تواند برای مقاصد تصحیح توان و به علاوه برا تغذیه گشتاور وراه اندازی بارها استفاده گردد.

کنترل ولتاژ و فرکانس در ژنراتور سنکرون

ولتاژ و فرکانس توسط رگولاتورهای اولیه در ژنراتور تنظیم می‌شود. تنظیم فرکانس توسط رگولاتور سرعت و تنظیم ولتاژ توسط رگولاتور تحریک صورت می گیرد.

هنگام کار چند ژنراتور به صورت سنکرون نیاز به سیستم‌های کنترلی اضافه است. سیستم کنترلی در ژنراتورهای سنکرون نقش تقسیم کننده‌ی توان اکتیو و راکتیو بین ژنراتورها را دارد. به منظور تقسیم بار اکتیو و راکتیو روی ژنراتورها از ماژول های اختصاصی استفاده می‌شود.

این ماژول‌ها نقش‌های مهم دیگری مانند سنکرون سازی اتوماتیک و کوپل کردن ژنراتورها را دارند.

روش کار سیستم تقسیم توان اکتیو و راکتیو بین ژنراتورهای سنکرون یا پارالل بر این اساس است:

• افزایش میزان توان اکتیو تولیدی با شتاب گرفتن ماشین محرک مانند دیزل و برعکس
• افزایش میزان توان راکتیو تولیدی با افزایش جریان تحریک و برعکس

در تصویر زیر سه ژنراتور با قابلیت کار پارالل را مشاهده می کنید. هر ژنراتور سنکرون توسط یک بریکر به باسبار اصلی متصل می شود. بریکرهای سنکرون سازی فاقد اینترلاک مکانیکی و الکتریکی بوده وباید به صورت آزادانه به باسبار متصل شوند. زمان وصل بریکرها بسیار مهم بوده و توسط سیستم های سنکرون چک و بردهای دیزل ژنراتور تعیین می شود. مجموع توان تولید شده توسط بریکر شماره 4 روی ترانسفورماتور قرار می گیرد. این ترانسفورماتور جهت تبدیل ولتاژ LV خروجی ژنراتورها به MV است. این روش در بسیاری از تاسیسات داخلی و مولدهای تولید پراکنده یا DG ها صورت می گیرد.

کنترل و حفاظت ژنراتور

سیستم تولید انرژی الکتریکی از نظر نیرو محرکه، سوخت، سطح ولتاژ، جریان خروجی و غیره در مدل های بسیار متنوعی ساخته می شوند. در توان های پائین معمولا از یک موتور یا انجین درون سوز برای تامین نیرو محرکه ی مولد استفاده می شود. این موتور می تواند با سوخت های مختلفی مانند بنزین، گازوئیل یا گاز تغذیه تغذیه گردد.

نیروی تولید شده توسط انجین به یک ژنراتور منتقل شده و در نهایت به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد. مولدهای برق کوپل شده با انجین گازوئیل سوز با عنوان دیزل ژنراتور شناخته می شوند. انجین و ژنراتور دارای دو سیستم جداگانه بوده ولی به یکدیگر مرتبط هستند. برای کنترل و حفاظت انجین و ژنراتور می توان از بردهای خاصی استفاده کرد.

بردهای کنترلی بر اساس تعداد پارامترها، نحوه کار استندبای یا پارالل و غیره انتخاب می شوند. در نظر داشته باشید که تمام حفاظت های ژنراتور توسط برد انجام نشده و باید از بریکر و رله های دیجیتال نیز استفاده گردد. بردهای کنترل ژنراتور دارای فانکشن های مختلفی جهت حفاظت الکتریکی، مکانیکی و محیطی هستند.

از موارد مهم در حفاظت موتور یا انجین می توان به دمای آب، دمای روغن، فشار روغن، ساعت کار و غیره اشاره کرد. برخی از پارامترهای مربوط به ژنراتور نیز در این بردها با دقت مناسبی کنترل می شوند. پارامترهای الکتریکی مهم در حفاظت ژنراتور شامل ولتاژ، فرکانس، جریان و غیره هستند.

ژنراتور سنکرون راه اندازی در حالت بارداری ساختمان

استاتور موتورهای سنکرون از نظر ساختمان دقیقاً مشابه استاتور موتورهای القایی است سیم پیچهای سه فاز آن در داخل شیارهای هسته آهنی استاتور تعبیه شده که وظیفه آنها ایجاد میدان دوار در هسته استاتور است. روتور این موتور به صورت یکپارچه یا از ورقهای مغناطیسی ساخته می شود و بر روی آن یک سیم پیچی جریان مستقیم به نام سیم پیچ تحریک نصب می شود.

جریان تغذیه سیم پیچی تحریک روتور، از طریق دو حلقه که بر روی محور روتور نصب شده به وسیله جاروبک ها تأمین می شود و روتور این موتورها عملا بصورت یک مغناطیس الکتریکی (چرخ قطب) رفتار می کند که تعداد قطبهای روتور به اندازه قطبهای سیم پیچی استاتور خواهد بود.

طرز کار ژنراتور سنکرون

هنگام وصل استاتور به شبکه سه فاز ، یک میدان دوار که سرعت آن متناسب با فرکانس شبکه و تعداد قطبهای استاتور است در آن بوجود می آید و سطح روتور را جاروب می کند.

قطبهای روتور از طریق قطبهای غیر همنام استاتور جذب و لحظه ای بعد مجدداً این قطبها به وسیله قطبهای همنام استاتور دفع خواهند شد. پس میانگین گشتاور صفر و روتور حرکت نمی کند قطب های روتور به دلیل سنگینی و اینرسی موجود در آن نمی توانند به سرعت همراه میدان دوار استاتور بچرخند.

پس باید با یک وسیله کمکی (راه انداز) ابتدا سرعت روتور را به نزدیکی سرعت میدان دوار استاتور رساند تا روتور بتواند همراه میدان دوار چرخش کند.

سؤال: گشتاور راه اندازی این موتورها چقدر است؟

روشهای راه اندازی موتورهای سنکرون: برای راه اندازی موتورهای سنکرون سه روش اساسی می توان به کار برد.

1- کاهش سرعت میدان مغناطیسی استاتور:تا حدی که روتور بتواند طی نیم سیکل چرخش میدان مغناطیسی شتاب بگیرد و با آن قفل شود . این کار را می توان با کاهش فرکانس منبع تغذیه انجام داد.

2- استفاده از یک گرداننده اولیه: که سرعت موتور را تا حد سرعت سنکرون بالا میبرد و با طی مراحل موازی کردن ماشین مثل ژنراتور سنکرون روی خط آورده شود. پس از این مراحل خاموش کردن با جدا کردن گرداننده اولیه ماشین سنکرون را تبدیل به موتور خواهد کرد.

3- استفاده از سیم پیچ های میرا کننده که در انتهای قطبین روتور نصب می شود. در موتورهای سنکرون سرعت حرکت روتور در هر حال برابر با سرعت میدان دوار استاتور خواهد بود و افزایش بار فقط عقب ماندگی روتور نسبت به میدان را موجب می شود.

اختلاف فاز این دو میدان Bs وBR همان زاویه گشتاور است که از0 تا90 تغییر می کند. البته اگر افزایش بار بیش حد باشد. موتور از حالت سنکرونیزم خارج خواهد شد که اصطلاحا آن را ناپایدار می نامیم ضمنا هنگام کار با سرعت سنکرون با تغییرات جریان تحریک امتداد جریان آرمیچر و ضریب قدرت ماشین از حالت پس فازی به اهمی و پیش فازی قابل کنترل خواهد بود که از این خاصیت جهت اصلاح ضریب قدرت شبکه استفاده می شود که به موتورهای سنکرون پر تحرک (کاردر حالت پیش فازی) خازنهای سنکرون نیز گفته می شود .

(موتورهای سنکرون در حالت کار پیش فازی کم تحریک هستند) موتورهای جریان متناوب 1- موتورهای سنکرون 2- موتورهای آسنکرون موتورهای آسنکرون به علت نداشتن کلکتور و سادگی ساختمان آن بیشتر از موتور سنکرون متداول است.

 مزایای موتور سنکرون

1- این موتور دارای ضریب قدرت مناسب و قابل تنظیم است.

2- بازده عالی دارد.

3- در مقابل نوسان ولتاژ حساسیت ندارد.

4- امکان بکار بردن آن به طور مستقیم با ولتاژ زیاد وجود دارد.

5- با تحریک مناسب هیچگونه قدرت راکتیو مصرف نمیکند و فقط قدرت اکتیو مناسب می گیرد.

6- از این موتور میتوان به عنوان مولد قدرت راکتیو برای بالا بردن ضریب قدرت خط استفاده کرد.

 معایب موتور سنکرون

1-    یک وسیله راه اندازی اولیه که موتور کمکی و غیره می باشد احتیاج دارد.

2- علاوه بر جریان متناوب برای سیم پیچ استاتور ، جریان دائم برای قطبهای آن هم مورد احتیاج است در نتیجه قیمت ماشین را نسبت به مشابه خود بالا میبرد.

3- سرعت آن ثابت است در نتیجه قابل تنظیم نیست.

4- نداشتن تحمل اضافه بار (در صورتیکه خیلی زیادتر از حد مجاز به آن بار دهند میایستد و دوباره بایستی آنرا راه اندازی کرد)

کاربرد موتور سنکرون

به خاطر راه اندازی مشکل موتور سنکرون ، مورد استفاده آن محدود است. به خاطر سرعت ثابت آن، در مواردیکه دور ثابت نیاز باشد، استفاده می شود.

در وسایل دقیق مانند ساعتهای الکتریکی و گرام و .... کاربرد مهم موتور سنکرون ، برای اصلاح Cosφ است. بار روی آن قرار نداده یعنی موتور بدون بار کار میکند در این حالت موتور سنکرون را خازن سنکرون گویند.

استاتور موتورهای سنکرون از نظر ساختمان دقیقاً مشابه استاتور موتورهای القایی است سیم پیچهای سه فاز آن در داخل شیارهای هسته آهنی استاتور تعبیه شده که وظیفه آنها ایجاد میدان دوار در هسته استاتور است.

روتور این موتور به صورت یکپارچه یا از ورقهای مغناطیسی ساخته می شود و بر روی آن یک سیم پیچی جریان مستقیم به نام سیم پیچ تحریک نصب می شود.

جریان تغذیه سیم پیچی تحریک روتور، از طریق دو حلقه که بر روی محور روتور نصب شده به وسیله جاروبکها تأمین می شود و روتور این موتورها عملا بصورت یک مغناطیس الکتریکی (چرخ قطب) رفتار می کند که تعداد قطبهای روتور به اندازه قطبهای سیم پیچی استاتور خواهد بود.

طرز کار: هنگام وصل استاتور به شبکه سه فاز ، یک میدان دوار که سرعت آن متناسب با فرکانس شبکه و تعداد قطبهای استاتور است در آن بوجود می آید و سطح روتور را جاروب می کند.

موتور AC سه فاز سنکرون اگر خروجی قطب‌های روتور به وسیله کلکتورها از موتور خارج شده و به یک منبع خارجی وصل شود به طوری که روتور نیز به نوبه خود میدانی جداگانه و مداوم را ایجاد کند به موتور موتور سنکرون یا هم‌زمان گفته می‌شود. سرعت چرخش روتور در موتورهای سنکرون هنواره برابر سرعت میدان دوار است و به همین دلیل این موتورها را هم‌زمان می‌نامند.

از این موتورها می‌توان به عنوان یک ژنراتور AC نیز استفاده کرد. امروزه موتورهای سنکرون را اغلب به وسیله کنترل کننده‌های ترانزیستوری فرکانس راه‌اندازی می‌کنند. این موتورها همچنین می‌توانند به صورت یک موتور القایی نیز راه‌اندازی شوند به این صورت که در روتور این موتورها از میله‌های هادیی شبیه روتورهای قفسی استفاده می‌شود و پس از راه اندازی, این قسمت روتور خود به خود از مدار خارج می‌شود به این صورت که پس از رسیدن موتور به دور نامی مقدار ناچیزی جریان در قفس رتور القا می‌شود و بدین ترتیب تقریباً از مدار خارج می‌شود.

یکی از کاربردهای موتورهای سنکرون اصلاح ضریب توان است. در مراکز صنعتی تقریباً تمامی بارها (به جز موتورهای سنکرون پر تحریک) از انرژی الکتریکی به صورت پس فاز استفاده می‌کنند.

بارهای پس فاز موجب به وجود آمدن اختلاف فاز در مدار شده و ضریب توان مدار را کاهش می‌دهند که این می‌تواند موجب به وجود آمدن تلفات اضافی در طول خطوط شود. به دلیل خصوصیت خاص موتورهای سنکرون می‌توان از آنها برای اصلاح ضریب توان نیز استفاده کرد,

چراکه در صورتی که موتور سنکرون در حالت پر تحریک کار کند تقریباً مانند یک بار خازنی عمل کرده و از انرژی الکتریکی به صورت پیش فاز استفاده می‌کند و به این ترتیب می‌توان از یک موتور سنکرون به جای خازن‌های اصلاح ضریب توان استفاده کرد.

این خصوصیت موتورهای سنکرون باعث شده که با وجود مشکلات مربوط به راه‌اندازی آنها, استفاده از آنها هنوز رایج باشد.

برخی از بزرگ‌ترین موتورهای AC در نیروگاه‌های آب تلمبه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند چراکه این موتورها به راحتی می‌توانند نقش ژنراتور را ایفا کنند و به این ترتیب در ساعات کم مصرف انرژی الکتریکی به صورت موتور عمل کرده و آب را به مخزن پر ارتفاعی پمپ کنند و سپس در ساعات پر مصرف با پایین آمدن آب به صورت ژنراتور عمل کرده و از شبکه پشتیبانی کنند.

در نیروگاه آب تلمبه‌ای Bath County در ورجینیای آمریکا از شش ژنراتور سنکرون ۳۵۰ مگاواتی استفاده شده‌است که در زمان پمپ, هرکدام می‌توانند توانی برابر ۵۶۳۴۰۰ اسب بخار (۴۲۰۱۲۷ وات) تولید کنند.

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون

در ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ روتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی روتور تولید شود.

سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده می شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید. این میدان مغناطیسی، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می کند.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است، یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر.

سیم پیچ های میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می نماید.

سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود. برای ماشین های سنکرون، سیم پیچ های میدان در روتور است.

رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است.

قطب های مغناطیسی در روتور می تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد. قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح روتور می باشد.

ازطرف دیگر، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح روتور است. یک روتور غیر برجسته یا صاف معمولا برای موارد 2 یا 4 قطبی بکار می روند.

در حالی که روتورهای برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در روتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند.

به مدار میدان در روتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون روتور می چرخد، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد.

تفاوت سنکرون و آسنکرون

این دو دستگاه تفاوت های بسیاری با هم دارند به دلیل اینکه کارکرد آن ها کاملا مخالف هم است، در ادامه به مهم ترین آن ها پرداخته ایم.

• از اصلی ترین و مهم ترین تفاوت سنکرون و آسنکرون ، می توان به تعریف آن ها اشاره کرد. زیرا با توجه به تعریفشان آسنکرون وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و موتور سنکرون مکانیکی به الکتریکی است. به همین دلیل به موتور سنکرون، ژنراتور هم گفته می شود.
• در آسنکرون سرعت روتور و استاتور برابر نیست، ولی در موتور سنکرون این دو سرعت برابرند. از همین رو وقتی سرعت یکی را کم کنیم، سرعت دیگری نیز کاهش خواهد یافت.
• در الکتروموتور آسنکرون با افزایش بار، سرعت کم می شود. اما در موتور سنکرون روی سرعت دستگاه در صورت تغییر در میزان بار تاثیری نمی گذارد.
• جهت تغییر سرعت در هر کدام از این دو الکتروموتور، روش های مختلفی وجود دارد. در سنکرون با تغییر در فرکانس تغذیه آن یا تغییر تعداد قطب ها، سرعت موتور کم و زیاد می شود. در آسنکرون نیز با کوپل کردن موتور به گیربکس این تغییر امکان پذیر می باشد. 

ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم

اختراع حاضر یک ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم دو استاتوره با قابلیت های ویژه است، که علاوه بر داشتن مزایای ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم عادی مانند حذف سیم پیچ تحریک، کاهش تلفات سیم پیچ، کاهش وزن رتور، حذف جاروبک و کاهش تلفات آن، سادگی کنترل و افزایش قابلیت اطمینان، سادگی در افزایش تعداد قطب¬های ژنراتور، آسان بودن تعمیرات دوره¬ای آن، بهبود دینامیک ژنراتور و ... دارای مزیت های دیگری همچون کاهش ضربان گشتاور الکتریکی، کاهش ریپل تغییرات ولتاژ در لینک DC مبدل پشت به پشت و توان تولیدی بالا باتوجه به حجم و ابعاد ژنراتور است.

این اختراع بوسیله بازیافت یک موتور القایی سه فاز و از طریق دو استاتوره کردن ژنراتور به کمک دو دسته سیم پیچ که با هم ۳۰ درجه الکتریکی اختلاف فاز داشته و در پوسته استاتور موتور بازیافت شده تعبیه شده اند، گزینه ی بسیار خوبی برای استحصال انرژی الکتریکی از منابع انرژی نو مخصوصاً انرژی باد در جهان و ایران بشمار می رود.

مدار معادل ژنراتور سنکرون

برای تحلیل بهتر ژنراتور سنکرون نیازمند شناخت مدار معادل ماشین می‌باشد. در این بخش به بررسی مدار معادل ژنراتور سنکرون می‌پردازیم.

جریان تحریک If در شکاف هوایی ماشین شار Φf را حاصل می‌سازد جریان Ia در استاتور شار Φr را پدید می‌آورد Φr از دو بخش تشکیل شده است:

Φlr: (شار نشتی) که سیم پیچ استاتور را دور می‌زند و آن را در بر می‌گیرد و سیم پیم تحریک روتور را در بر نمی‌گیرد.

Φr: (شار عکس‌العمل آرمیچر) در شکاف هوایی شکل می‌گیرد و سیم پیچ تحریک روتور نیز در بر می‌گیرد که بخش اعظم Φr را تشکیل می‌دهد لذا شار منتجه در شکاف هوایی Φr از دو مؤلفه تشکیل شده است:

1. Φf به خاطر میدان روتور
2. Φar به خاطر عکس‌العمل آرمیچر

Φf در استاتور ولتاژ Ef را القاء می‌کند و Φar را نیز در استاتور و ولتاژ Ear القاء می‌کند منتجه دو ولتاژ القایی Ear و Ef به ولتاژ منتجه Er مشهور است. واضح است که Er توسط شار منتجه Φr حاصل شده است.

Ef همان ولتاژ تحریک است و Er ولتاژ عکس‌العمل آرمیچر می‌باشد که به Φar متقابلاً به جریان آرمیچر وابسته است شکل زیر مدار معادل ژنراتور سنکرون سه فاز با روتور استوانه را نمایش می‌دهد.

نمودار فازور برای ژنراتور سنکرون

در مقاله حاضر می‌خواهیم یکی از ساده‌ترین روش‌های ساخت نمودار فازور برای ژنراتور سنکرون را مورد بحث قرار‌دهیم. حال ، بگذارید علائم مختلف را برای هر کمیت بصورت یکجا بنویسیم ، این به ما کمک می‌کند تا نمودار را واضح تر درک کنیم. در این نمودار فازور قصد داریم از این موارد استفاده‌کنیم:

E_f که بیانگر ولتاژ تحریک‌است

V_t که ولتاژ ترمینال را نشان می‌دهد

I_a که نشان دهنده جریان آرمیچر‌است

θ که زاویه فاز بین V_t و I_a را نشان می‌دهد

ᴪ که نشانگر زاویه بین E_f و I_a‌است

δ که زاویه ای بین E_f و V_t را نشان‌می‌دهد

R_a که مقاومت آرمیچر در هر فاز را نشان‌می‌دهد

برای ترسیم نمودار فازور از V_t به عنوان مرجع استفاده‌می‌کنیم. این دو نکته مهم را که در زیر نوشته‌شده‌است در نظر‌بگیرید:

1. ما در حال حاضر می‌دانیم که اگر یک ماشین به عنوان ژنراتور سنکرون کار می‌کند ، جهت Ia هم فاز E_f خواهد‌شد.
2. E_f همیشه جلوتر از V_t است.

این دو نکته برای ساخت نمودار فازور ژنراتور سنکرون ضروری‌است. نمودار فازور  ژنراتور سنکرون در زیر آورده‌شده‌است:

در این نمودار فازور ، جهت I_a که مطابق با نکته شماره 1 که در بالا ذکر شد ، هم فاز با E_f‌است. حالا بگذارید برای هر یک  از حالت ها emf را به دست بیاوریم. ما سه مورد داریم که در زیر نوشته‌شده‌است:

• 1- عملکرد ژنراتور در ضریب قدرت پسفاز.
• 2- عملکرد ژنراتور در ضریب قدرت واحد.
• 3- عملکرد ژنراتور در ضریب قدرت پیشفاز.

در زیرنمودارهای فازور برای کلیه عملکرد‌های بالا آورده‌شده‌است.

(الف) عملکرد ژنراتور در ضریب قدرت پسفاز:

ما می توانیم با استفاده‌از مؤلفه V_t در جهت I_a ، ابتدا مقدار E_f را استخراج کنیم. مؤلفه V_t در جهت I_a V_tcosΘ‌است ، از این رو افت ولتاژ در کل Ia برابر با

است. به همین ترتیب می‌توانیم افت ولتاژ را در امتداد جهت عمود بر Ia محاسبه‌کنیم. افت ولتاژ کل عمود بر I_a برابر با

است. با کمک مثلث BOD در اولین نمودار فازور می‌توانیم E_F را بنویسیم

(ب) عملکرد ژنراتور در ضریب قدرت واحد:

در اینجا همچنین می توانیم با استفاده از مؤلفه V_t در جهت I_a ، ابتدا مقدار  E_f را استخراج کنیم. اما در این حالت مقدار تتا صفر‌است و از این رو ما ᴪ = δ داریم.

با کمک مثلث BOD در نمودار فاز دوم می‌توانیم مقدار E_f را به طور مستقیم بنویسیم

(ج) عملکرد ژنراتور در ضریب قدرت پیشفاز:

مؤلفه در جهت I_a VtcosΘ است. از آنجا که جهت I_a با جهت V_t برابر‌است بنابراین افت ولتاژ کل

 است. به همین ترتیب می‌توانیم افت ولتاژ در امتداد جهت عمود بر I_a را بنویسیم. افت ولتاژ کلبه نظر می رسد. با کمک مثلث BOD در اولین نمودار فازور می‌توانیم مقدار EF را بنویسیم

ژنراتور سنکرون مدل دینامیکی

ژنراتور سنکرون بادی تحریک الکتریکی شش فاز (SP - EESWG) یک نوع خاص از ژنراتورهای بادی فرکانس ثابت سرعت متغیر است.

مدل دینامیکی ساده‌شده‌ی مناسب از SP-EESWG، برای شبیه‌سازی پایداری گذرا در این مقاله با نادیده گرفتن هارمونیک‌ها در کانورترهای AC-DC-AC و برازش رابطه توان اکتیو-راکتیو ماندگار یک‌سوسازهای غیرقابل‌کنترل ارائه‌شده است.

مدل ساده‌شده، بر روی یک سیستم نمونه باس بی‌نهایت تک ماشینه آزمایش‌شده و پاسخ­های دینامیکی آن با مدل MATLAB / Simulink همان سیستم نمونه، مقایسه شده است.

تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به روتور با رینگ های لغزان و جاروبک

فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می شود.

رینگ های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هر رینگ لغزان سر می خورد.

جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و در نتیجه روی رینگ ها خوردگی بوجود نمی آورد.

اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگر وصل شود، آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ، جدا از مکان و سرعت زاویه ای آن، میدان در تمام مدت اعمال می شود.

رینگ های لغزان و جاروبک ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون ایجاد می کنند. آنها نگهداری را در ماشین افزایش می دهند، زیرا جاروبک باید به طور مرتب به لحاظ سائیدگی چک شود.

علاوه بر آن، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد.

علیرغم این مشکلات رینگ های لغزان روی همه ماشین های سنکرون کوچک تر بکار می رود، زیرا راه اقتصادی تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست.

محرک های بی جاروبک

در موتور ها و ژنراتورهای بزرگ تراز محرک های بی جاروبک استفاده می شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند. یک محرک بی جاروبک، یک ژنراتور AC کوچک است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی روتور نصب شده است.

خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می شود.

که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال می گردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد.

چون اتصال مکانیکی هرگز بین روتور و استاتور بوجود نمی آید. یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه های لغزان و جاروبک ها، به نگهداری کمتری نیاز دارد.

برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ می گردد.

محرک پیلوت، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت های (آهن ربا) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است.

این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می آورد که به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می نماید.

اگر یک محرک پیلوت روی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست.

بسیاری از ژنراتور های سنکرون که دارای محرک های بی جاروبک هستند. دارای رینگ های لغزان و جاروبک نیز هستند. بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است.

استاتور ژنراتور های سنکرون معمولا” در دو لایه ساخته می شوند: خود سیم پیچ توزیع شده و گام های کوچک دارد تا مولفه های هارمونیک ولتاژها و جریان های خروجی را کاهش دهد.

چون روتور با سرعتی برابر با سرعت میدان مغناطیسی می چرخد، توان الکتریکی با فرکانس 50 یا 60 هرتز تولید می شود.

ژنراتور بسته به تعداد قطب ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا برای تولید توان 60 هرتز در یک ماشین دو قطب روتور باید با سرعت 3600 دور در دقیقه بچرخد.

برای تولید توان 50 هرتز در یک ماشین 4 قطب، روتور باید با سرعت 1500 دور در دقیقه دوران کند.

ولتاژ القایی در استاتور

فرکانس یا سرعت چرخش و ساختمان ماشین بستگی دارد. ولتاژ تولیدی داخلی مستقیما متناسب با شار و سرعت است. ولی خود شار به جریان جاری در مدار میدان رتور بستگی دارد.

ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست و چندین فاکتور، عامل اختلاف بین این دو هست:

• امواج موجود درمیدان مغناطیسی فاصله هوا به علت جریان جاری در استاتور که به آن عکس العمل آرمیچر می گویند.
• خود القایی بوبین های آرمیچر
• مقاومت بوبین های آرمیچر
• تاثیر شکل قطب های برجسته روتور

برای خرید ژنراتور سنکرون با شماره های درج شده در سایت تماس بگیرید.