Print Friendly and PDF

ژنراتورهای سنکرون

آشنایی با ژنراتور سنکرون
ژنراتورهای سنکرون یا آلترناتورها ماشین هایی سنکرونی هستند که برای تبدیل توان مکانیکی به الکتریکی ac به کار می روند.

ژنراتور های سنکرون

ساختمان ژنراتور سنکرون
در ژنراتور سنکرون , یک جریان dc به سیم پیچی روتور اعمال می شود ,که میدان مغناطیسی روتور را تولید می کند. روتور  ژنراتور نیز توسط یک محرک اولیه به گردش درمی آید و به این ترتیب یک میدان مغناطیسی دوار درون ماشین ایجاد می شود . این میدان مغناطیسی دوار در سیم پیچی های استاتور ژنراتور یک مجموعه  ولتاژ سه فاز القا می کند چون استاتور به صورت سه فاز سیم پیچی شده ولتاژ القا شده در آن نیز سه فاز می باشد.
سیم پیچی میدان و سیم پیچی آرمیچر دو اصطلاح متداولی هستند که برای توصیف سیم پیچی های ماشین به کار می رود . به طور کلی , اصطلاح ” سیم پیچی ” به سیم پیچی هایی اطلاق می شود که میدان مغناطیسی اصلی ماشین را تولید می کند , و اصطلاح ” سیم پیچی آرمیچر ” به سیم پیچی هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القا می شود. در ماشین های سنکرون , سیم پیچی های میدان روی روتور قرار دارند ; پس عبارت های ” سیم پیچی روتور ” و ” سیم پیچی میدان ” را می توان به جای هم به کار برد . عبارتهای ” سیم پیچی استاتور ”  و  ” سیم پیچی آرمیچر ” نیز وضعیت مشابهی دارند .
روتور ژنراتور سنکرون اساسا یک الکترو مغناطیس بزرگ است. قطب های مغناطیسی روتور می توانند ساختمان برجسته یا صاف داشته باشند . قطب برجسته قطب مغناطیسی ای است که نسبت به سطح روتور پیش آمدگی دارد . از سوی دیگر , قطب صاف قطب مغناطیسی ای است که با سطح روتور هم سطح باشد. در شکل زیر یک قطب صاف و یک قطب برجسته نشان داده شده است. روتوهای قطب – صاف معمولا برای ماشین های دو یا چهار قطبی یا بیشتر به کار می روند. چون روتور در معرض میدان های مغناطیسی متغییر قرار دارد , آن را از لایه های نازک می سازند تا تلفات جریان گردابی کاهش یابد.
یک جریان dc باید به مدار روتور اعمال شود تا میدان مغناطیسی رتور شکل بگیرد. چون روتور در حال دوران است , برای دادن توان dc  به سیم پیچی های میدان آن آرایش خاصی لازم است. برای فراهم کردن این توان dc دو روش متداول وجود دارد:

  •  فراهم کردن توان dc خارجی با استفاده از حلقه ای لغزان و جاروبک ها.
  •  فراهم کردن توان dc  از یک منبع تغذیه dc  خاص که مستقیما بر روی محور ژنراتور سنکرون نصب شده است.

حلقه های لغزان حلفه های فلزی هستند که محور ماشین را کاملا احاطه کرده اند اما نسبت به آن عایق شده اند . هر کدام از سرهای سیم پیچی روتور به یکی از دو حلقه  لغزان روی محور ماشین سنکرون متصل می شود , و بر روی هر حلقه ی لغزان یک جاروبک سوار است. اگر سر مثبت یک منبع ولتاژ dc  به یک جاروبک و سر منفی آن به جاروبک دیگر متصل شود , آن ولتاژ dc  در همه ی زمان ها به سیم پیچی میدان اعمال می شود و مقدار آن به موقعیت زاویه ای و سرعت روتور ربطی ندارد.

هنگامی که برای تامین توان dc سیم پیچی میدان ماشین سنکرون حلقه های لغزان و جاروبک ها به کار می روند , چند مشکل ایجاد می شود .مراقبت و نگهداری ماشین باید بیش از پیش صورت گیرد , زیرا جاروبک ها را باید از نظر فرسودگی به طور منظم کنترل کرد. به  علاوه در ماشین هایی که جریان میدان بزرگتری دارند, افت ولتاژ جاروبک ها می تواند یک عامل مهم افت توان باشد . با وجود این مسایل , حلقه های لغزان و جاروبک ها در تمام ماشین های سنکرون کوچک به کار می روند , چون هیچ روش ارزان قیمت دیگری برای تامین جریان dc  میدان وجود ندارد.
در ژنراتور و موتورهای بزرگتر, برای تامین جریان dc  میدان ماشین , تحریک های بدون جاروبک به کار می روند . تحریک بدون جاروبک یک ژنراتور ac  کوچک است که مدار میدان آن در استاتور و مدار آرمیچر آن بر محور موتور سوار شده است. خروجی سه – فاز ژنراتور تحریک توسط یک مدار یک سوکننده ی سه فاز , که آن نیز روی محور ژنراتور سوار شده است , یکسو شده , به مدار میدان اصلی داده می شود(که روی رتور قرار دارد) . با کنترل جریان کوچک   dc میدان ژنراتور تحریک (که در استاتور قرار دارد) می توان جریان میدان اصلی ماشین را بدون استفاده از حلقه های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد.
شکل زیر روتور یک ماشین سنکرون را نشان می دهد که تحریک بدون جاروبک آن روی محور ماشین سوار شده است. چون بین روتور و استاتور هیچ اتصال مکانیکی وجود ندارد, تحریک بدون جاروبک در مقایسه با حلقه های اصطکاکی و جاروبکها نگهداری بسیار کمتری لازم دارد.

برای تحریک ژنراتور کاملا مستقل از منبع تغذیه خارجی باشد. معمولا یک تحریک راهنما به سیستم اضافه می کنند. تحریک راهنما یک ژنراتور ac کوچک با مغناطیس دائم است. مغناطیس دائم روی محور روتور و سیم پیچی سه فاز در استاتور قرار دارد . این ژنراتور توان مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می کند . اگر یک تحریک راهنما روی محور ژنراتور وجود داشته باشد , برای به کار انداختن ژنراتور منبع الکتریکی خارجی لازم نیست.

در بسیاری از ژنراتورهای سنکرون دارای تحریک بدون جاروبک , حلقه های لغزان و جاروبک ها نیز تعبیه شده اند , تا در مواقع اضطراری یک منبع جریان dc  کمکی برای میدان در دسترس باشد.
استاتور ژنراتور سنکرون معمولا از پیچک های پیش ساخته تشکیل می شود که به صورت دو طبقه دراستاتور قرار می گیرند. خود سیم پیچی توزیع شده است و گام کوتاه دارد تا دامنه  هارمونیکهای ولتاژها و جریان های خروجی کم باشند.
سرعت چرخش ژنراتور سنکرون
ژنراتورهای سنکرون طبق تعریف سنکرون یا همزمان اند, به این معنی که فرکانس الکتریکی تولید شده با سرعت چرخش مکانیکی ژنراتور همزمان است. روتور ژنراتور سنکرون یک الکترومغناطیس است که به آن جریان dc اعمال می شود . میدان مغناطیسی روتور همراه با چرخش روتور می چرخد. پس بین سرعت چرخش میدان مغناطیسی ماشین و فرکانس الکتریکی استاتور رابطه ی زیر برقرار است:
120/fe = NM  P

fe : فرکانس الکتریکی , برحسب HZ

Nm : سرعت مکانیکی میدان مغناطیسی بر حسب r/ min ( سرعت روتور ماشین سنکرون )

P : تعداد قطب ها
چون روتور با همان سرعت میدان مغناطیسی می چرخد , این معادله سرعت چرخش روتور را به فرکانس الکتریکی حاصل مربوط می کند . توان الکتریکی در فرکانس 50 یا 60 هرتز تولید می شود, پس ژنراتور باید با سرعت ثابتی, که به تعداد قطبهای ماشین بستگی دارد بچرخد. به عنوان مثال , برای تولید توان HZ 60  در یک ماشین دو – قطبی , روتور باید با سرعت r/min  3600 بچرخد. برای تولید HZ 50  در یک ماشین چهار قطبی , روتور باید با سرعت r/min 1500 بچرخد. سرعت چرخش لازم برای یک فرکانس معین را همیشه می توان با استفاده از معادله بالا حساب کرد.
ولتاژ داخلی تولید شده در ژنراتور سنکرون
اندازه ولتاژ القا شده در یک فاز معین استاتور از رابطه ی زیر بدست می آید:
EA = k.NC. Ø. f
این ولتاژ به شار ماشین Ø ,  فرکانس یا سرعت چرخش , و ساختمان ماشین بستگی دارد. برای حل مسایل مربوط به  ماشینهای سنکرون گاهی این  معادله را به شکل ساده تری می نویسند. در این معادله کمیتی که در هنگام کار ماشین تغییر می کنند واضح تر دیده می شوند.این شکل ساده به صورت زیر است:

EA=K Ø W

برای کسب اطلاعات بشتر در مورد ماشین های الکتریکی حتما تقسیم بندی کامل ماشین های الکتریکی رو بخونید.

احداث صفر تا صد نیروگاه

 

مطالب مرتبط

3 دیدگاه

  • Azizi / آبان ۱۴, ۱۳۹۴ در تاریخ ۱۸:۳۶

    سلام لطفا درمورد وظایف و علل بکارگیری قفس لبلان در ماشین های سنکرون در دوحالت موتوری و مولدی کسی میتونه توضیح بده؟مقایسشو میخام یه ذره زود !!! مرررررسی

    پاسخ
  • Azizi / آبان ۱۴, ۱۳۹۴ در تاریخ ۱۷:۱۵

    سلام لطفا درمورد وظایف و علل بکارگیری قفس لبلان در ماشین های سنکرون در دوحالت موتوری و مولدی کسی میتونه توضیح بده؟مقایسشو میخام مرررررررررررررررررسی

    پاسخ
  • perarin / اردیبهشت ۷, ۱۳۹۴ در تاریخ ۲۱:۲۲

    سلام میشه در مورد ماشین سنکرون با بار متقارن توضیحی بدید؟منظور بار متقارن چیست؟

    پاسخ
فقط با یک کلیک,ما را در گوگل محبوب کنید.