می‌تواند بوسیله زاویه بین محور d و شار محوری فاز a و سیم پیچی آرمیچر (0+wt? =?) توضیح داده می‌شود بنابراین اندوکتانس خودی و متقابل هر سیم‌پیچ می‌تواند به شکل زیر بسط داده شود. ]26[
1-اندوکتانس خودی و متقابل سیم پیچی آرمیچر:
(3-1)
(3-2)
همانطور که فرض کردیم در ژنراتور سنکرون ایده‌ال می‌توان ثابت کرد I2=M2 برای کامل کردن روتور ژنراتور ارمیچر رلوکتانس مغناطیسی مدار به اندوکتانس خودی مرتبط می‌شود و اندوکتانس متقابل سیم‌پیچی‌های آرمیچربا چرخش روتور خیلی تغییر نمی‌کند و داریم0=I2=M2 بنابراین اندوکتانس خودی و متقابل یک مقدار ثابتند
2-اندوکتانس متقابل بین سیم‌پیچی روتور و آرمیچر:
(3-3)
(3-4)
3- اندوکتانس خودی ومتقابل بین سیم‌پیچی روتور:
از آنجایی‌ که سیم‌پیچی روتور با چرخش ژنراتور می‌گردند برای روتور با قطب برجسته نباید رلوکتانس مغناطیسی مدار با تغییرات موقعیت روتور تغییر کند. بنابراین اندوکتانس خودی و متقابل سیم‌پیچی‌های روتور ثابتند بنابراین اندوکتانس متقابل میا سیم‌پیچ‌ها صفر است]26[:
(3-4) Mfg=Mfq=Mdg=Mdq=0
3-4-1- معادلات پایه متناسب با dq0:
از بحث بالا متوجه شدیم که اندوکتانس خودی و متقابل سیم‌پیچی‌ها مقدار ثابتی نیستند و بعضی از آنها با مکان روتور ژنراتور تغییر بنابراین اشکال 1-6 و2-6 معادلات تفاضلی متغیر با زمان هستند که حل آنها مشکل است برای انتقال این معادلات تفاضلی متغیر با زمان چند مدل از انتقال متناسب پیشنهاد شده است که از میان آنها انتقال پیشنهاد شده dq0 توسط پارک کاربرد وسیعی دارد. ]26[
در تناسب dq0 معادله پارک معادله شار نشتی با زمان ثابت فرض شده است. بنابراین مدل ریاضی ژنراتور سنکرون به عنوان گروهی از معادلات زمان ثابت تفاضلی نشان داداه می‌شوند در معادلات زیر ما باید در مورد جزئیات معادله انتقال پارک بحث کنیم معادله انتقال پارک شار نشتی سه فاز و جریان ارمیچر ولتاژ را به ترتیب به o,q,d در شرایط dq0 از طریق تساوی شرایط انتقال تبدیل می‌کند و می‌تواند به شکل زیر نوشته شود. ]26[
(3-5)
به بیان ساده معادله بالا می‌تواند به شکل زیر نوشته شود:
(3-6)
بر اساس انتقال معکوس پارک داریم:
(3-7)
(3-8)
در (11-6)و(8-6) حرفA نشان‌ دهنده جریان ولتاژ یا شار نشتی می‌باشد.
(3-9)
(3-10)
استفاده از انتقال (12-6)و(13-6) بهتر است از (7-6)و(1-6) و(2-6) و(3-6) که می‌تواند به معادله زیردر شرایط dq0 تبدیل شود:
(3-11)
(3-12)
dt/?W=d سرعت زاویه‌ای ژنراتور سنکرون می‌باشد. ]26[
3-4-2- معادلات اصلی ریاضی ژنراتور سنکرون:
شکل (3-4-a) ساختار ژنراتور سنکرون و دیاگرام سیم‌پیچی مدار را نشان می‌دهد و در همه حالت‌ها ژنراتور را با D,g,Q با سیم‌پیچی نقصانی و رفتار روتور ژنراتور به عنوان یک حالت خاص در نظر می‌گیریم زیرا فقط دارای سیم‌پیچی D,Q است در شکل مسیر مثبت ولتاژ و جریان مشخص شده و شار مغناطیسی به سیم‌پیچی آرمیچر سه فاز a,b,c وسیم پیچی میدان f و سیم‌پیچی میرا شده d,g,Q مشخص شده‌اند که شار مغناطیسی سیم‌پیچی مسیر مثبت مربوط به سیم‌پیچی سه فاز ارمیچر می‌شود که با جریان القایی مسیر مثبت هر سیم پیچ ارمیچر مخالفت می‌کند. هنگامی که شار مغناطیسی همراه شده با سیم‌پیچی روتور تعریف شده باشد در همان مسیر به عنوان جریان القاء شده در همان سیم‌پیچ در مسیر مثبت القاء می‌شود محور q بوسیله 90 درجه چرخش مسیر روتور ژنراتور تقدم می‌یابد در نتیجه محور شارش مسیر مثبت برای پاسخگویی مسیر مغناطیسی مشخص شده است.
شکل(3-4) شمایی از ژنراتور سنکرون a)ساختار ژنراتور سنکرون b) دیاگرام سیم پیچی مدار]26[
3-5- نظریه سیستم تحریک:
شکل(3-5) نمایی از نظریه سیستم تحریک ژنراتور سنکرون]26[
ما در این فصل دو قسمت کلی را مورد بررسی قرار می‌دهیم:
1- سیستم تحریک چیست؟ 2. با حالتهای عملکرد ماشین سنکرون و مشخصات آن آشنا خواهیم شد.
در این فصل سعی شده است که با ژنراتور سنکرون و مشخصات آن که به سیستم تحریک مربوط می‌شود نیز تا حدودی اشاره شود.
3-5-1- سیستم تحریک چیست ؟
به القای ولتاژ در روتور ماشین سنکرون (که خاصیت الکترو مغناطیس پیدا کرده) تحریک ماشین گفته می‌شود و بنابراین سیستمی که جریان را تغذیه می‌کند سیستم تحریک نامیده می‌‌شود.
شکل(3-6) شمایی از سیستم تحریک ]25[
مقدار جریان تغذیه شده به طور مستقیم به نیروی الکترومغناطیسی و در نتیجه به سطح ولتاژ القا شده برروی استاتور بستگی دارد. برای ژنراتور سنکرون سیم‌پیچی میدان (که مغناطیس شده) همیشه برروی روتور قرار دارد و این بدان علت است که مقدار جریان در سیم‌پیچی میدان بسیار کمتر از سیم‌پیچ استاتور می باشد ودر نتیجه ترتیب حرکت شفت آسانتر است و از همه مهمتر تعداد زغالها یکی کمتر و اسلیپ رینگ و زغال‌ها حامل جریان کمتری می‌باشد. اگر سیم‌پیچی میدان روی استاتور قرار بگیرد حجم سیم پیچی بیشتر می‌شود و در نتیجه ترتیب حرکت شفت سخت‌تر خواهد شد. البته مطالبی که در بالا اشاره شد? اشاره به بحث آرمیچر ساکن در ماشین سنکرون دارد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی از نیمه هادی‌های قدرت نظیر دیود و تریستور برای کنترل بهتر مشخصات ماشین تحریک می‌توان استفاده کرد. در هر سیستم تحریک، بسته به نوع و شکل آن، تجهیزات ممکن است خیلی زیاد باشند ولی با این حال در هر سیستم تحریک یک سری اجزای ثابت و اصلی وجود دارد که در ادامه به شرح برخی از اجزای اصلی سیستم تحریک اشاره خواهیم کرد. ]25[
3-5-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم تحریک:
3-5-2-1- تولید جریان روتور:
روتور ماشین باید به وسیله جریانی تغذیه شود به عنوان مثال: روتور ماشین بوسیله یک مبدل الکترونیکی پر قدرت تغذیه شود (این روش مستقیم است) و یا یک جریان کوچک، ماشین تحریک را تغذیه می‌کند که به طور منظم جریان روتور زیاد می‌شود. (روش غیر مستقیم). ]25و13 [
3-5-2-2- منبع تغذیه:
سیستم تحریک به منظور تولید جریان به منبع تغذیه نیاز دارد منبع تغذیه به دو صورت تغذیه موازی و تغذیه سری کاربرد دارد. تغذیه موازی تغذیه‌ای است که از ترمینالهای ماشین گرفته می‌شود و تغذیه سری تغذیه‌ای است که از تغذیه کمکی گرفته می‌شود. ]25[
3-5-2-3- سیستم تنظیم کننده خودکار ولتاژ (میکروکنترلر):
میکروکنترلر یک کنترل‌کننده حلقه بسته است که سیگنالی متناسب با ولتاژ خروجی ژنراتور را با یک ولتاژ مبنای ثابت مقایسه نموده و خطای ولتاژ به دست آمده را جهت کنترل خروجی سیستم تحریک مورد استفاده قرار می‌دهد. ]13و25[
اگر بار ژنراتور تغییر کند ولتاژ خروجی ژنراتور نیز تغییر می‌کند که این منجر به ارسال سیگنال خطا می‌گردد. خطای ولتاژ بوسیله تنظیم‌کننده ولتاژ تقویت شده و جهت کاهش یا افزایش میزان تحریک مورد استفاده قرار می‌گیرد تا ولتاژ خروجی ژنراتور را به مقدار اصلی خود برگرداند. پاسخ سریع و پایدار میکروکنترلر به تغییرات بار از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ]13و25[
میکروکنترلر ولتاژ خروجی ژنراتور را از طریق ترانسفورماتور ولتاژ مربوط به خود دریافت می‌نماید. سیگنال ولتاژ سپس یکسو و صاف شده و با ولتاژ مبنا مقایسه می‌گردد. امکان تغییر ولتاژ مبنا با توجه به نیاز سیستم توسط اپراتور وجود دارد.
علاوه بر وظیفه اصلی کنترل ولتاژ، وظایف حیاتی دیگری بعهده میکروکنترلر است. میکروکنترلر شامل حلقه‌های کنترلی دیگری برای کنترل حدی مگاوار و فلوی اضافی می‌باشد.
3-5-2-4- مدار دنبال کننده خودکار:
در میکروکنترلر دو کاناله هر دو کانال تنظیم‌کننده می‌تواند بطور همزمان فعال باشند و هر کانال نیمی از نیازهای سیستم تحریک را برآورده سازند. روش دیگر فعال بودن یک کانال و رزو بودن کانال دیگر است که در صورتی که کانال فعال از کار بیفتد کانال رزرو وظیفه کانال فعال را دنبال خواهد کرد. ]25و13[
3-5-2-5- کنترل تحریک:
علاوه بر حلقه کنترل ولتاژ، تجهیزات مدرن تحریک شامل تعدادی مدارهای محدودکننده جنبی می‌باشند که بصورت کنترل کننده‌های موازی با مدار کنترل ولتاژ کار می‌کنند و در صورتیکه متغیر محدود شونده از حد تعیین شده تجاوز کند، جانشین سیگنال ولتاژ می‌باشد. ]25و13[
3-5-2-6- محدود کننده جریان روتور:
سیستم‌های تحریک قادر به تأمین جریان تحریکی بیش از میزان مورد نیاز ژنراتور برای کار در حالت حداکثر بار پیوسته مجاز هستند این قابلیت فوق‌العاده، در مواقعی که خطایی در سیستم اتفاق می‌افتد و احتیاج به توان راکتیو اضافی برای تقویت گشتاور سنکرون روتور است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این جریان اضافی تحریک بایستی از نظر زمانی گردد تا گرم شدن بیش از حد روتور منجرب به از بین رفتن عایق هادیهای روتور نگردد برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد روتور مدار محدود‌کننده جریان روتور جریانهای تحریک بیش از 110% حداکثر بار پیوسته مجاز را آشکار می‌سازد. هنگام خطا، میکروکنترلر با افزایش جریان تحریک وارد عمل می‌گردد و معمولاً این وضعیت چند میلی ثانیه بیشتر دوام نداشته و کلید، مدار اتصال کوتاه را قطع می‌کند. برای حداکثر پشتیبانی معمولاً بعد از تأخیری در حدود 5 ثانیه مدار محدود کننده جریان روتورها سیگنالی که با سیگنال ارسالی از میکروکنترلر مخالفت کند، ارسال نموده و جریان تحریک را به محدوده مجاز تقلیل می‌دهد. ]25و13[
3-5-2-7- محدود کننده مگاوار :
تجهیزات مدرن میکروکنترلر توانایی کنترل کار ژنراتور در زوایای بار 130 تا 140 درجه را دارند که مربوط به حالت گذرا می‌باشد و معمولاً کار ژنراتور تا زاویه 75 درجه محدود می‌گردد. توان راکتیو پیش فاز مجاز ژنراتور با مربع ولتاژ خروجی ژنراتور تغییر می‌کند و اگر تحریک ژنراتور کم باشد بزرگ شدن زاویه بار ( ) خیلی زود ژنراتور را به حالتی می‌کشاند که از شبکه توان راکتیو بگیرد. برای اینکه از این حالت جلوگیری شود، عملاً وقتی مقدار بخار توربین زیاد می‌گردد و یا به عبارت دیگر توان ورودی از توربین به ژنراتور افزایش می‌یابد، بایستی جریان تحریک ژنراتور نیز متناسب با آن افزایش یابد ضمناً یک محدود‌کننده مگاوار در میکروکنترلرAVR تعبیه گردیده است که در صورتی که مقدار توان راکتیو پیش فاز ژنراتور از حد تعیین شده‌ای تجاوز کند، کار اصلی میکروکنترلر AVR که کنترل ولتاژ در مقداری ثابت است، را تحت‌الشعاع قرار داده و جریان تحریک را به مقداری بالا می‌برد که زاویه بار افزایش نیابد و به این شکل از ناپایدار

مطلب مرتبط :   دانلود پایان نامه دربارهارزش افزوده، قرن نوزدهم، صنعت مواد
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید