جستجو در تالارهای گفتگو
در حال نمایش نتایج برای برچسب های 'دینام'.
3 نتیجه پیدا شد
-
ماشینهای سنکرون ● تاریخچه وساختار ماشین سنکرون همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی الکتریکی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است. ژنراتور سنکرون تاریخچه ای بیش از صد سال دارد. اولین تحولات ژنراتور سنکرون در دهه ۱۸۸۰ رخ داد. در نمونه های اولیه مانند ماشین جریان مستقیم، روی آرمیچر گردان یک یا دو جفت سیم پیچ وجود داشت که انتهای آنها به حلقه های لغزان متصل می شد و قطبهای ثابت روی استاتور، میدان تحریک را تامین می کردند. به این طرح اصطلاحاً قطب خارجی می گفتند. در سالهای بعد نمونه دیگری که در آن محل قرار گرفتن میدان و آرمیچر جابجا شده بود مورد توجه قرار گرفت. این نمونه که شکل اولیه ژنراتور سنکرون بود، تحت عنوان ژنراتور قطب داخلی شناخته و جایگاه مناسبی در صنعت برق پیدا کرد. شکلهای مختلفی از قطبهای مغناطیسی و سیم پیچهای میدان روی رتور استفاده شد، در حالی که سیم پیچی استاتور، تکفاز یا سه فاز بود. محققان بزودی دریافتند که حالت بهینه از ترکیب سه جریان متناوب با اختلاف فاز نسبت به هم بدست می آید. استاتور از سه جفت سیم پیچ تشکیل شده بود که در یک طرف به نقطه اتصال ستاره و در طرف دیگر به خط انتقال متصل بودند. هاسلواندر اولین ژنراتور سنکرون سه فاز را در سال ۱۸۸۷ ساخت که توانی در حدود ۸/۲ کیلووات را در سرعت ۹۶۰ دور بر دقیقه (فرکانس ۳۲ هرتز) تولید می کرد. این ماشین دارای آرمیچر سه فاز ثابت و رتور سیم پیچی شده چهار قطبی بود که میدان تحریک لازم را تامین می کرد. این ژنراتور برای تامین بارهای محلی مورد استفاده قرار می گرفت. در سال ۱۸۹۱ برای اولین بار ترکیب ژنراتور و خط بلند انتقال به منظور تامین بارهای دوردست با موفقیت تست شد. انرژی الکتریکی تولیدی این ژنراتور توسط یک خط انتقال سه فاز از لافن به نمایشگاه بین المللی فرانکفورت در فاصله ۱۷۵ کیلومتری منتقل می شد. ولتاژ فاز به فاز ۹۵ ولت، جریان فاز ۱۴۰۰ آمپر و فرکانس نامی ۴۰ هرتز بود. رتور این ژنراتور که برای سرعت ۱۵۰ دور بر دقیقه طراحی شده بود، ۳۲ قطب داشت. قطر آن ۱۷۵۲ میلیمتر و طول موثر آن ۳۸۰ میلیمتر بود. جریان تحریک توسط یک ماشین جریان مستقیم تامین می شد. استاتور آن ۹۶ شیار داشت که در هر شیار یک میله مسی به قطر ۲۹ میلیمتر قرار می گرفت. از آنجا که اثر پوستی تا آن زمان شناخته نشده بود، سیم پیچی استاتور متشکل از یک میله برای هر قطب / فاز بود. بازده این ژنراتور ۵/۹۶% بود که در مقایسه با تکنولوژی آن زمان بسیار عالی می نمود. طراحی و ساخت این ژنراتور را چارلز براون انجام داد. در آغاز، اکثر ژنراتورهای سنکرون برای اتصال به توربینهای آبی طراحی می شدند، اما بعد از ساخت توربینهای بخار قدرتمند، نیاز به توربوژنراتورهای سازگار با سرعت بالا احساس شد. در پاسخ به این نیاز اولین توربورتور در یکی از زمینه های مهم در بحث ژنراتورهای سنکرن، سیستم عایقی است. مواد عایقی اولیه مورد استفاده مواد طبیعی مانند فیبرها، سلولز، ابریشم، کتان، پشم و دیگر الیاف طبیعی بودند. همچنین رزینهای طبیعی بدست آمده از گیاهان و ترکیبات نفت خام برای ساخت مواد عایقی مورد استفاده قرارمی گرفتند. در سال ۱۹۰۸ تحقیقات روی عایقهای مصنوعی توسط دکتر بایکلند آغاز شد. در طول جنگ جهانی اولی رزین های آسفالتی که بیتومن نامیده می شدند، برای اولین بار همراه با قطعات میکا جهت عایق شیار در سیم پیچهای استاتور توربوژنراتورها مورد استفاده قرار گرفتند. این قطعات در هر دو طرف، با کاغذ سلولز مرغوب احاطه می شدند. در این روش سیم پیچهای استاتور ابتدا با نوارهای سلولز و سپس با دو لایه نوار کتان پوشیده می شدند. سیم پیچها در محفظه ای حرارت می دیدند و سپس تحت خلا قرار می گرفتند. بعد از چند ساعت عایق خشک و متخلخل حاصل می شد. سپس تحت خلا، حجم زیادی از قیر داغ روی سیم پیچ ها ریخته می شد. در ادامه محفظه با گاز نیتروژن خشک با فشار ۵۵۰ کیلو پاسکال پر و پس از چند ساعت گاز نیتروژن تخلیه و سیم پیچها در دمای محیط خنک و سفت می شدند. این فرآیند وی پی آی نامیده می شد. در اواخر دهه ۱۹۴۰ کمپانی جنرال الکتریک به منظور بهبود سیستم عایق سیم پیچی استاتور ترکیبات اپوکسی را برگزید. در نتیجه این تحقیقات، یک سیستم به اصطلاح رزین ریچ عرضه شد که در آن رزین در نوارها و یا وارنیش مورد استفاده بین لایه ها قرار می گرفت. در دهه های ۱۹۴۰ تا ۱۹۶۰ همراه با افزایش ظرفیت ژنراتورها و در نتیجه افزایش استرسهای حرارتی، تعداد خطاهای عایقی به طرز چشمگیری افزایش یافت. پس از بررسی مشخص شد علت اکثر این خطاها بروز پدیده جدا شدن نوار یا ترک خوردن آن است. این پدیده به علت انبساط و انقباض ناهماهنگ هادی مسی و هسته آهنی به وجود می آمد. برای حل این مشکل بعد از جنگ جهانی دوم محققان شرکت وستینگهاوس کار آزمایشگاهی را بر روی پلی استرهای جدید آغاز کرده و سیستمی با نام تجاری ترمالاستیک عرضه کردند. نسل بعدی عایقها که در نیمه اول دهه ۱۹۵۰ مورد استفاده قرار گرفتند، کاغذهای فایبرگلاس بودند. در ادامه در سال ۱۹۵۵ یک نوع عایق مقاوم در برابر تخلیه جزیی از ترکیب ۵۰ درصد رشته های فایبرگلاس و ۵۰ درصد رشته های PET بدست آمد که روی هادی پوشانده می شد و سپس با حرارت دادن در کوره های مخصوص، PET ذوب شده و روی فایبرگلاس را می پوشاند. این عایق بسته به نیاز به صورت یک یا چند لایه مورد استفاده قرار می گرفت. عایق مذکور با نام عمومی پلی گلاس و نام تجاری داگلاس وارد بازار شد. مهمترین استرسهای وارد بر عایق استرسهای حرارتی است. بنابراین سیستم های عایقی همواره در ارتباط تنگاتنگ با سیستم های خنک سازی بوده اند. خنک سازی در ژنراتورهای اولیه توسط هوا انجام می گرفت. بهترین نتیجه بدست آمده با این روش خنک سازی یک ژنراتور MVA۲۰۰ با سرعت rpm۱۸۰۰ بود که در سال ۱۹۳۲ در منطقه بروکلین نیویورک نصب شد. اما با افزایش ظرفیت ژنراتورها نیاز به سیستم خنک سازی موثرتری احساس شد. ایده خنک سازی با هیدروژن اولین بار در سال ۱۹۱۵ توسط ماکس شولر مطرح شد. تلاش او برای ساخت چنین سیستمی از ۱۹۲۸ آغاز و در سال ۱۹۳۶ با ساخت اولین نمونه با سرعت rpm۳۶۰۰ به نتیجه رسید. در سال ۱۹۳۷ جنرال الکتریک اولین توربوژنراتور تجاری خنک شونده با هیدروژن را روانه بازار کرد. این تکنولوژی در اروپا بعد از سال ۱۹۴۵ رایج شد. در دهه های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ روشهای مختلف خنک سازی مستقیم مانند خنک سازی سیم پیچ استاتور با گاز، روغن و آب پا به عرصه ظهور گذاشتند تا آنجا که در اواسط دهه ۱۹۶۰ اغلب ژنراتورهای بزرگ با آب خنک می شدند. ظهور تکنولوژی خنک سازی مستقیم موجب افزایش ظرفیت ژنراتورها به میزان MVA۱۵۰۰ شد. یکی از تحولات برجسته ای که در دهه ۱۹۶۰ به وقوع پیوست تولید اولین ماده ابررسانای تجاری یعنی نیوبیوم تیتانیوم بود که در دهه های بعدی بسیار مورد توجه قرار گرفت. ● تحولات دهه ۱۹۷۰ در این دهه تحول مهمی در فرآیند عایق کاری ژنراتور رخ داد. قبل از سال ۱۹۷۵ اغلب عایقها را توسط رزینهای محلول در ترکیبات آلی فرار اشباع می کردند. در این فرآیند، ترکیبات مذکور تبخیر و در جو منتشر می شد. با توجه به وضع قوانین زیست محیطی و آغاز نهضت سبز در اوایل دهه ۱۹۷۰، محدودیتهای شدیدی بر میزان انتشار این مواد اعمال شد که حذف آنها را از این فرآیند در پی داشت. در نتیجه استفاده از مواد سازگار با محیط زیست در تولید و تعمیر ماشینهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفت. استفاده از رزینهای با پایه آبی یکی از اولین پیشنهاداتی بود که مطرح شد، اما یک راه حل جامعتر که امروزه نیز مرسوم است، کاربرد چسبهای جامد بود. در همین راستا تولید نوارهای میکای رزین ریچ بدون حلال نیز توسعه یافت. از دیگر پیشرفتهای مهم این دهه ظهور ژنراتورهای ابررسانا بود. یک ماشین ابررسانا عموماً از یک سیم پیچ میدان ابررسانا و یک سیم پیچ آرمیچر مسی تشکیل شده است. هسته رتور عموماً آهنی نیست، چرا که آهن به دلیل شدت بالای میدان تولیدی توسط سیم پیچی میدان اشباع می شود. فقط در یوغ استاتور از آهن مغناطیسی استفاده می شود تا به عنوان شیلد و همچنین منتقل کننده شار بین قطبها عمل کند. عدم استفاده از آهن، موجب کاهش راکتانس سنکرون (به حدود pu۵/۰ ۳/۰) در این ماشینها شده که طبعاً موجب پایداری دینامیکی بهتر می شود. همانطور که اشاره شد، اولین ماده ابررسانای تجاری نیوبیوم تیتانیوم بود که تا دمای ۵ درجه کلوین خاصیت ابررسانایی داشت. البته در دهه های بعد پیشرفت این صنعت به معرفی مواد ابررسانایی با دمای عملکرد ۱۱۰ درجه کلوین انجامید. براین اساس مواد ابررسانا را به دو گروه دما پایین مانند نیوبیوم – تیتانیوم و دما بالا مانند BSCCO ۲۲۲۳ تقسیم می کنند. از اوایل دهه ۱۹۷۰ تحقیقات بر روی ژنراتورهای ابررسانا با استفاده از هادیهای دما پایین آغاز شد. در این دهه کمپانی وستینگهاوس تحقیقات برای ساخت یک نمونه دوقطبی را با استفاده هادیهای دماپایین آغاز کرد. نتیجه این پروژه ساخت و تست یک ژنراتور MVA۵ در سال ۱۹۷۲ بود. در سال ۱۹۷۰ کمپانی جنرال الکتریک ساخت یک ژنراتور ابررسانا را با استفاده از هادی های دماپایین، با هدف نصب در شبکه آغاز کرد. ساخت و تست این ژنراتور MVA۲۰، دو قطب و rpm۳۶۰۰ در سال ۱۹۷۹ به پایان رسید. در این ماشین از روش طراحی هسته هوایی بهره گرفته شده بود و سیم پیچ میدان آن توسط هلیم مایع خنک می شد. این ژنراتور، بزرگترین ژنراتور ابررسانای تست شده تا آن زمان (۱۹۷۹) بود. در سال ۱۹۷۹ وستینگهاوس و اپری ساخت یک ژنراتور ابررسانای MVA۳۰۰ را آغاز کردند. این پروژه در سال ۱۹۸۳ به علت شرایط بازار جهانی با توافق طرفین لغو شد. در همین زمینه کمپانی زیمنس ساخت ژنراتورهای دماپایین را در اوایل دهه ۱۹۷۰ شروع کرد. در این مدت یک نمونه رتور و یک نمونه استاتور با هسته آهنی برای ژنراتور MVA ۸۵۰ با سرعت rpm۳۰۰۰ ساخته شد، اما به دلیل مشکلاتی تست عملکرد واقعی آن انجام نشد. در این دهه آلستوم نیز طراحی یک رتور ابررسانا برای یک توربو ژنراتور سنکرون را آغاز کرد. این رتور در یک ماشین MW۲۵۰ به کار رفت. با توجه به اهمیت خنک سازی در کارکرد مناسب ژنراتورهای ابررسانا، همگام با توسعه این صنعت، طرحهای خنک سازی جدیدی ارایه شد. در ۱۹۷۷ اقای لاسکاریس یک سیستم خنک سازی دوفاز (مایع گاز) برای ژنراتورهای ابررسانا ارایه کرد. در این طرح بخشی از سیم پیچ در هلیم مایع قرار می گرفت و با جوشش هلیم دردمای ۲/۴ کلوین خنک می شد. جداسازی مایع ازگاز توسط نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش رتور صورت می گرفت. ● جمع بندی تحولات دهه ۱۹۷۰ تمرکز اکثر تحقیقات بر روی کاربرد مواد ابررسانا در ژنراتورها بوده است. ۱) استفاده از روشهای کامپیوتری برای تحلیل و طراحی ماشینهای الکتریکی آغاز شد. ۲) حلالها از سیستمهای عایق کاری حذف شدند و تکنولوژی رزین ریچ بدون حلال ارایه شد. ● تحولات دهه ۱۹۸۰ در این دهه نیز همچون دهه های گذشته سیستم های عایقی از زمینه های مهم تحقیقاتی بوده است. در این دهه آلستوم یک فرمول جدید اپوکسی بدون حلال کلاس F در ترکیب با گلاس فابریک و نوع خاصی از کاغذ میکا با نام تجاری دورتناکس را ارایه داد. این سیستم عایق کاری دارای استحکام مکانیکی بیشتر، استقامت عایقی بالاتر، تلفات دی الکتریک پایینتر و مقاومت حرارتی کمتری نسبت به نمونه های قبلی بود. در ادامه کار بر روی پروژه های ابررسانا، در سال ۱۹۸۸ سازمان توسعه تکنولوژی صنعتی و انرژیهای نو ژاپن پروژه ملی ۱۲ ساله سوپر جی ام را آغاز کرد که نتیجه آن در دهه های بعدی به ثمر رسید. سیستم های خنک سازی ژنراتورهای ابررسانا هنوز در حال پیشرفت بودند. در این زمینه می توان به ارایه طرح سیستم خنک سازی تحت فشار توسط انستیتو جایری ژاپن اشاره کرد. این طرح که در سال ۱۹۸۵ ارایه شد دارای یک مبدل حرارتی پیشرفته و یک مایع ساز هلیم با ظرفیت ۳۵۰ لیتر بر ثانیه بود. در این مقطع شاهد تحقیقاتی در زمینه مواد آهن ربای دائم بودیم. استفاده از آهنرباهای نئودیمیوم – آهن بورون در این دهه تحول عظیمی در ساخت ماشینهای آهنربای دائم ایجاد کرد. مهمترین خصوصیت آهنرباهای نئودیمیوم آهن بورون انرژی مغناطیسی (BHmax) بالای آنهاست که سبب می شود قیمت هر واحد انرژی مغناطیسی کاهش یابد. علاوه بر این، انرژی زیاد تولیدی امکان به کارگیری آهنرباهای کوچکتر را نیز فراهم می کند، بنابراین اندازه سایر اجزا ماشین از قبیل قطعات آهن و سیم پیچی نیز کاهش می یابد و در نتیجه ممکن است هزینه کل کمتر شود. شایان ذکر است حجم بالایی از تحقیقات انجام شده این دهه در زمینه ژنراتورهای بدون جاروبک و خودتحریکه برای کاربردهای خاص بوده که به علت عمومیت نیافتن در صنعت ژنراتورهای نیروگاهی از شرح آنها صرفنظر می شود. جمع بندی تحولات دهه ۱۹۸۰ با بررسی مقالات IEEE این دهه (۴۱ مقاله) در موضعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنکرون به نتایج زیر می رسیم: ۱) تمرکز موضوعی مقالات در شکل نشان داده شده است. ۲) روشهای قبلی عایق کاری به منظور کاهش مقاومت حرارتی عایق بهبود یافت. ۳) مطالعات وسیعی روی ژنراتورهای سنکرون بدون جاروبک بدون تحریک صورت گرفت. ۴ فعالیت روی پروژه های ژنراتورهای ابررسانای آغاز شده در دهه قبل ادامه یافت. ۵) سیستمهای خنک سازی جدیدی برای ژنراتورهای ابررسانا ارایه شد. ۶) روش اجزای محدود در طراحی و تحلیل ژنراتورهای سنکرون خصوصاً ژنراتورهای آهنربای دائم به شکل گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت. ● از ابتدای دهه ۱۹۹۰ تاکنون مهندس مهدی ثواقبی فیروزآبادی دکتر ابوالفضل واحدی مهندس حسین هوشیار هدف از انجام این تحقیق بررسی سیر تحقیقات انجام شده با موضوع طراحی ژنراتور سنکرون است. به این منظور، بررسی مقالات منتشر شده در IEEE که با این موضوع مرتبط بودند، در دستور کار قرار گرفت. به عنوان اولین قدم کلیه مقالات مرتبط در دهه های مختلف جستجو و بر مبنای آنها یک تقسیم بندی موضوعی انجام شد. سپس سعی شد بدون پرداختن به جزییات، سیر تحولات استخراج شود. رویکرد کلی این بوده که تحولات دارای کاربرد صنعتی بررسی شوند. با توجه به گستردگی موضوع و حجم مطالب این گزارش در دو بخش ارایه شده است. در بخش اول پیشرفتهای ژنراتورهای سنکرون از آغاز تا انتهای دهه ۱۹۸۰ بررسی شد. در این بخش تحولات این صنعت از ابتدای دهه ۱۹۹۰ تاکنون مورد توجه قرار گرفته است. در پایان هر دهه یک جمعبندی از کل فعالیتهای صورت گرفته ارایه و سعی شده است ارتباط منطقی بین پیشرفتهای هر دهه با دهه های قبل و بعد بیان شود. در پایان گزارش با توجه به تحقیقات انجام شده و در حال انجام، تلاش شده نمایی از پیشرفتهای عمده مورد انتظار در سالهای آینده ترسیم شود. ● تحولات دهه ۱۹۹۰ در این دهه نیز همچون دهه های گذشته تلاشهای زیادی در جهت بهبود سیستمهای عایقی صورت گرفت. در این میان می توان به ارایه سیستمهای عایق میکاپال که توسط کمپانی جنرال الکتریک از ترکیب انواع آلکیدها و اپوکسیها در سال ۱۹۹۰ بدست آمده بود، اشاره کرد. درسال ۱۹۹۲ شرکت وستینگهاوس الکتریک یک سیستم جدید عایق سیم پیچ رتور کلاس F را ارایه کرد. این سیستم شامل یک لایه اپوکسی گلاس بود که با چسب پلی آمید اپوکسی روی هادی مسی چسبانده می شد. مقاومت در برابر خراشیدگی، استرسهای الکتریکی و مکانیکی و کاهش زوال حرارتی از مزایای این سیستم بود. گروه صنعتی ماشینهای الکتریکی و توربین نانجینگ عایق سیم پیچ رتور جدیدی از جنس نومکس اشباع شده با وارنیش چسبی را در سال ۱۹۹۸ ارایه کرد. از مهمترین مزایای این سیستم می توان به انعطاف پذیری و استقامت عایقی، بهبود اشباع شوندگی با وارنیش، تمیزکاری آسان و عدم جذب رطوبت اشاره کرد. در اواخر دهه ۱۹۹۰ تلاشهایی برای افزایش هدایت گرمایی عایقها صورت گرفت. آقای میلر از شرکت زیمنس وستینگهاوس روشی را ارایه کرد که در آن لایه پرکننده مورد استفاده در طرحهای قبلی به وسیله رزینهای مخصوصی جایگزین می شد. مزیت اصلی این روش پرشدن فاصله هوایی بین لایه پرکننده و دیواره استاتور بود که موجب می شد هدایت گرمایی عایق استاتور به طرز چشمگیری افزایش پیدا کند. دراین دهه مسائل مکانیکی در عملکرد ماشینهای سنکرون بیشتر مورد توجه قرار گرفت. در سال ۱۹۹۳ آقای جانگ از دانشگاه برکلی روشی برای کاهش لرزش در ژنراتورهای آهنربای دائم ارایه کرد. لرزش در ژنراتورهای آهنربای دائم در اثر نیروهای جذبی اعمال شده توسط آهنرباهای دائم گردان به استاتور است. در این روش لرزشها با استفاده از سنسورهای ماکسول، روش اجزاء محدود و بسط فوریه مورد بررسی قرار می گرفت و نهایتاً برای کاهش لرزشها، ابعاد هندسی جدیدی برای آهنرباها ارایه می شد البته با این شرط که کارایی ماشین افت نکند. همزمان با پیشرفتهای مذکور، افزایش سرعت و حافظه کامپیوترها و ظهور نرم افزارهای قدرتمند موجب شد تا راه برای استفاده از کامپیوترها در تحلیل و طراحی ژنراتورهای سنکرون بیش از پیش باز شود. در سال ۱۹۹۵ آقای کوان روشی برای طراحی سیستمهای خنک سازی با هیدروژن ارایه کرد که بر مبنای محاسبات کامپیوتری دینامیک شاره پایه ریزی شده بود. دراین روش بااستفاده از یک مدل معادل سیستم خنک سازی، توزیع دما در بخشهای مختلف ژنراتور پیش بینی می شد. نحوه پیاده سازی سیستمهای خنک سازی نیز از جمله موضوعاتی بود که مورد توجه قرار گرفت. در سال ۱۹۹۵ اقای آیدیر تاثیر مکان حفره های تهویه برمیدان مغناطیسی ژنراتور سنکرون را با استفاده از روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار داد و نشان داد که انتخاب مکان مناسب حفره های تهویه جهت جلوگیری از افزایش جریان مغناطیس کنندگی و پدیده اشباع بسیار حائز اهمیت است. مکان حفره ها تاثیر قابل توجهی بر شار یوغ دارد. از مهمترین تحولاتی که در این دهه در زمینه ژنراتورهای ابررسانا صورت گرفت می توان به نتایج پروژه سوپرجی ام که از دهه قبل در ژاپن آغاز شده بود، اشاره کرد. حاصل این پروژه ساخت و تست سه مدل رتور ابررسانا برای یک استاتور بود. مدل اول که در ترکیب با استاتور، خروجی MW۷۹ را می داد در سال ۱۹۹۷ و مدل دوم در سال ۱۹۹۸ با خروجی MW۷/۷۹ تست شد. نهایتاً مدل سوم که دارای یک سیستم تحریک پاسخ سریع بود در سال ۱۹۹۹ تست و در شبکه قدرت نصب شد. با بکارگیری مواد ابررسانای دمابالا در این دهه، تکنولوژی ژنراتورهای سنکرون ابررسانا وارد مرحله جدیدی شد. کمپانی جنرال الکتریک طراحی، ساخت و تست یک سیم پیچ دمابالا را در اواسط این دهه به پایان رساند. در ادامه، همکاری وستینگهاوس و شرکت ابررسانای آمریکا به طراحی یک ژنراتور ابررسانای دما بالای ۴ قطب، rpm۱۸۰۰، Hz۶۰ انجامید. این دهه شاهد پیشرفتهای مهمی در زمینه سیستمهای تحریک مانند ظهور سیستمهای تحریک استاتیک الکترونیکی بود. استفاده از اینگونه سیستمها باعث انعطاف پذیری در طراحی سیستمهای تحریک و جذب مشکلات نگهداری جاروبک در اکسایترهای گردان می شد. یکی از اولین نمونه های این سیستمها در سال ۱۹۹۷ توسط آقای شافر از کمپانی باسلر الکتریک آلمان ارایه شد. در این مقطع زمانی کاربرد سیستمهای دیجیتال در تحریک ژنراتورها آغاز شد. یکی از اولین نمونه های سیستم تحریک دیجیتالی، سیستمی بود که در سال ۱۹۹۹ توسط آقای ارسگ از دانشگاه زاگرب کرواسی ارایه شد. در ادامه تلاشهای صورت گرفته برای بهبود خنک سازی، شرکت زیمنس وستینگهاوس طرح یک ژنراتور بزرگ با خنک سازی هوایی را در سال ۱۹۹۹ ارایه داد. ارایه این طرح آغازی بر تغییر طرحهای خنک سازی از هیدروژنی به هوایی بود. استفاده از عایقهای استاتور نازک دمابالا و کاربرد محاسبات کامپیوتری دینامیک شاره موجب اقتصادی شدن این طرح نسبت به خنک سازی هیدروژنی شد. پایان دهه ۹۰ مصادف با ظهور تکنولوژی پاورفرمر بود. در اوایل بهار سال ۱۹۹۸ دکتر لیجون از کمپانی ABB سوئد، ایده تولید انرژی الکتریکی در ولتاژهای بالا را ارایه کرد. مهمترین ویژگی این طرح استفاده از کابلهای فشار قوی پلی اتیلن متقاطع معمول در سیستمهای انتقال و توزیع در سیم پیچی استاتور است. در این طرح به علت سطح ولتاژ بسیار بالا از کابلهای استوانه ای به منظور حذف تخلیه جزیی و کرونا استفاده می شود. در سال ۱۹۹۸ اولین نمونه پاورفرمر در نیروگاه پرجوس واقع در شمال سوئد نصب شد. این پاورفرمر دارای ولتاژ نامی KV۴۵، توان نامی MVA۱۱ و سرعت نامی rpm۶۰۰ بود. یکی از مسائل مهم مطرح در پاورفرمر فیکس شدن دقیق کابلها در شیارها به منظور جلوگیری از تخریب لایه بیرونی نیمه هادی کابل در اثر لرزشها است. به این منظور کابلها را با استفاده از قطعات مثلثی سیلیکون – رابر فیکس می کنند. به علت پایین بودن جریان سیم پیچ استاتور پاورفرمر تلفات مسی ناچیز است، لذا استفاده از یک مدار خنک سازی آبی کافی است. سیستم خنک سازی دمای عملکرد کابلها را در حدود ۷۰ درجه سانیگراد نگه می دارد، در حالی که طراحی عایقی کابلها برای دمای نامی ۹۰ درجه انجام شده است. لذا می توان پاورفرمر را بدون مشکل خاصی زیر اضافه بار برد. ● جمعبندی تحولات دهه ۱۹۹۰ با بررسی مقالات IEEE این دهه (۱۵۷ مقاله) در موضوعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنکرون به نتایج زیر می رسیم: ۱) تمرکز موضوعی مقالات ۲) فعالیت روی ژنراتورهای ابررسانای دمابالا آغاز شد. ۳) کاربرد سیستمهای تحریک استاتیک و دیجیتال گسترش یافت. ۴) روشهای کاهش لرزش حین عملکرد ژنراتور مورد توجه قرار گرفت. ۵) در اوایل دهه رویکرد طراحان بهبود عملکرد سیستمهای خنک سازی هیدروژنی بود، اما در اواخر دهه سیستمهای خنک سازی با هوا به دلایل زیر مجدداً مورد توجه قرار گرفتند: الف) تولید عایقهای استاتور نازکتر با مقاومت حرارتی پایینتر ب) ظهور روشهای محاسبات کامپیوتری دینامیک شاره ج) ارزانی و سادگی ساخت سیستمهای خنک سازی با هوا ۶) تکنولوژی پاورفرمر ابداع شد. ۷) رویکرد طراحان از افزایش ظرفیت ژنراتورها به سمت ارایه طرحهای برنده برنده یعنی کیفیت و هزینه مورد قبول برای مشتری و تولید کننده تغییر کرد. ● تحولات ۲۰۰۰ به بعد همچون دهه های پیش، روند روزافزون استفاده از روشهای عددی خصوصاً روش اجزاء محدود ادامه یافت. آقای زولیانگ یک روش اجزاء محدود جدید را با بهره گیری از عناصر قوسی شکل در مختصات استوانه ای ارایه کرد. مزایای این روش دقت زیاد و فرمولبندی ساده بود. این روش برای تحلیل میدان درشکلهای استوانه ای مانند ماشینهای الکتریکی بسیار مناسب است. در سال ۲۰۰۴ آقای شولت روش نوینی برای طراحی ماشینهای الکتریکی ارایه داد که ترکیبی از روش اجزاء محدود و روشهای تحلیلی بود. از روش تحلیلی برای طراحی اولیه بر مبنای گشتاور، جریان و سرعت نامی و از روش اجزاء محدود برای تحلیل دقیق میدانها به منظور تکامل طرح اولیه استفاده می شد. به این ترتیب زمان و هزینه مورد نیاز طراحی کاهش می یافت. در زمینه عایق تلاشها جهت بهبود هدایت گرمایی در سال ۲۰۰۱ به ارایه یک سیستم با هدایت گرمایی بالا توسط کمپانیهای توشیبا و ونرول ایزولا انجامید. اثر بهبود هدایت گرمایی دراین سیستم نسبت به سیستم معمول مشهود است. در زمینه ژنراتورهای ابررسانا می توان به تحولات زیر اشاره کرد. در سال ۲۰۰۲ کمپانی جنرال الکتریک برنامه ای را با هدف ساخت و تست یک ژنراتور MVA۱۰۰ آغاز کرده است. هسته رتور و استاتور این ژنراتور مانند ژنراتورهای معمولی است. هدف این است که یک رتور معمولی بتواند میدان حاصل از سیم پیچی ابررسانا را بدون اشباع شدن از خودعبور دهد. مهمترین قسمتهای این پروژه، سیم پیچ میدان دمابالا و سیستم خنک سازی است از سال ۲۰۰۰ به بعد فعالیتهای گسترده ای در جهت ساخت و نصب پاورفرمرها صورت گرفته است که نتیجه آن نصب چندین پاورفرمر در نیروگاههای مختلف است. این پاورفرمها و مشخصات آنها عبارتند از: ▪ پاورفرمر نیروگاه توربو ژنراتوری اسکیلزتونا سوئد با مشخصات KV۱۳۶، MVA۴۲، rpm۳۰۰۰ ▪ پاورفرمر نیروگاه هیدرو ژنراتوری پرسی سوئد با مشخصات kv۱۵۵، MVA۷۵، rpm۱۲۵ ▪ پاورفرمر نیروگاه هیدروژنراتوری هلجبرو سوئد با مشخصات KV۷۸، MVA۲۵، rpm۴/۱۱۵ ▪ پاورفرمر نیروگاه هیدرو ژنراتوری میلرگریک کانادا با مشخصات KV۲۵، MVA۸/۳۲، rpm۷۲۰ ▪ پاورفرمر نیروگاه هیدروژنراتوری کاتسورازاوا با مشخصات KV۶۶، MVA۹، rpm۵/۴۲۸ ● جمعبندی تحولات ۲۰۰۰ به بعد با بررسی مقالات IEEE این سالها (۱۴۹ مقاله) در موضوعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنکرون به نتایج زیر می رسیم: ۱) تمرکز موضوعی مقالات ۲) تلاشهای زیادی برای بهبود هدایت حرارتی عایق سیم پیچی استاتور خنک شونده با هوا با هدف رسیدن به ظرفیتهای بالاتر صورت گرفت. ۳) پاورفرمرها در نیروگاههای مختلف نصب شدند. ۴) فعالیت روی پروژه های ژنراتورهای ابررسانای دمابالا آغاز شده در دهه قبل ادامه یافت. ۵) کاربرد سیستمهای تحریک دیجیتال به خصوص سیستمهای با چند ریزپردازنده گسترش یافت. ۶) استفاده از روشهای عددی در طراحی و آنالیز ژنراتورهای سنکرون به ویژه سیستمهای خنک سازی بسیار گسترش یافت. ● نتیجه گیری ژنراتورهای سنکرون همواره حجم عمده ای از تحقیقات را در دهه های مختلف به خود اختصاص داده اند، تا جایی که بعد از گذشت بیش از ۱۰۰ سال از ارایه اولین نوع ژنراتور سنکرون همچنان شاهد ظهور تکنولوژیهای جدید دراین عرصه هستیم. تکنولوژیهای کلیدی کماکان مسائل عایق کاری و خنک سازی هستند. تکنولوژی پیشرفته تولید ژنراتور و ریسک بالقوه موجود باعث شده است تعداد سازندگان مستقل ژنراتور کاهش یابد. متاسفانه، علی رغم اینکه بالا بردن نقطه زانویی اشباع مواد مغناطیسی می تواند تاثیر به سزایی در پیشرفت ژنراتورها داشته باشد، تاکنون دستاورد مهمی در این زمینه حاصل نشده است. البته تلاشهایی در گذشته برای کاهش تلفات الکتریکی لایه های هسته صورت گرفته است، اما پیشرفتهای حاصله منوط به کاهش ضخامت لایه ها یا افزایش غیرقابل قبول قیمت آنهاست. متاسفانه پیشرفت مهمی نیز در آینده پیش بینی نمی شود. نیاز امروزه بازار ژنراتورهایی است که به نحوی پکیج شده باشند که به راحتی در سایت قابل نصب باشند. پکیجهایی که از یکپارچگی بالایی برخوردارند به طوری که نویز حاصل از عملکرد ژنراتور را در خود نگاه می دارند، در برابر شرایط جوی مقاومند، ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ دارند، نقطه نوترال در آنهاتعبیه شده و حفاظت اضافه ولتاژ دارند. همچنین سیستم تحریک نیز در این پکیجها تعبیه شده است و تقریباً بی نیاز از نگهداری هستند. پیش بینی می شود روند جایگزینی سیستمهای خنک سازی هیدروژنی به وسیله سیستمهای خنک سازی با هوا ادامه یابد و این در حالی است که بهبود بازده سیستمهای خنک سازی هیدروژنی همچنان مورد توجه است. با توجه به حجم گسترده تحقیقات در حال انجام روی ژنراتورهای ابررسانای دمابالا، تولید گسترده اینگونه ژنراتورها در آینده نزدیک قابل پیش بینی است. پیشرفتهای مورد نیاز در این زمینه به شرح زیر است: ▪ تولید هادیهای رشته ای و استفاده از آنها به جای نوارهای دمابالای امروزی جهت افزایش چگالی جریان ▪ افزایش قابلیت خم کردن سیمهای دمابالا به منظور ایجاد شکل سه بعدی مناسب سیم پیچی رتور درنواحی انتهایی سیم پیچ ▪ استفاده از سیم پیچی لایه ای به جای سیم پیچی های پنکیک به منظور حداقل سازی اتصالات بین کویلها از موضوعات قابل توجه دیگری که پیش بینی می شود صنعت ژنراتور را در سالهای آینده تحت تاثیر قراردهد، تولید انبوه پاورفرمر و رسیدن به سطوح بالاتر ولتاژ است به طوریکه در آینده نزدیک پاور فرمرهایی با ولتاژ KV۱۷۰ برای نیروگاههای توربو ژنراتوری و KV۲۰۰ برای نیروگاههای هیدروژنراتوری ساخته خواهند شد و امید است که سطح ولتاژ خروجی آنها به KV۴۰۰ هم برسد. انتظار می رود پیشرفت سیستمهای عایقی ادامه یابد. ممکن است از تکنولوژیهای جدید عایقی مانند سیستمهای عایق پلیمری پیشرفته استفاده شود و این سیستمها بتوانند با نوارهای میکا گلاس امروزی رقابت کنند. این پیشرفتها می تواند به بهبود کابلهای پاور فرمر نیز بینجامد.
-
- 2
-
- مقالات مهندسی برق
- موتور
- (و 13 مورد دیگر)
-
دینام و مدار باتری پر کنی تولید برق در شکل ۱ اصول کار دینام های تک فاز و سه فاز همراه با شکل خوجی آنها نشان داده شده است. اسا کار این دینام ها القای الکترومغناطیسی ناشی از یک آهنربای چرخان در داخل حلقه یا حلقه های ساکنی از سیم است. در دینام، آهنربای چرخان، آهنربای الکتریکی است که از طریق دو کلکتور به آن برق می رسد. در شکل ۲ رایجترین طرح نشان داده شده است که آن را آرمیچر(روتور) قطب پنجه ای می نامند. هر سه آرمیچر به تناوب قطب شما یا جنوب می شود و بنا بر این هر سنگ آرمیچر نیز به تناوب شمال یا جنوب خواهد شد. بیشتر از سنگ هایی با ۱۲ یا ۱۶ قطب استفاده می شود زیرا این سنگ ها بازد بالاتری دارند. حلقه های سیم ساکن را باشتک(استاتور) می نامند که از سه فاز جداگانه تشکیل می شوند و هر فاز چند سیم پیچ دارد. سیم پیچ ها روی یک هسته لایه لایه (برای کاهش جریان های گردابی) قرار می گیرند؛ تعداد سیم پیچ ها باید با تعداد قطب های سنگ آرمیچر برابر باشد. در شکل ۲ چند نمونه از آرمیچر مشاهده می شود. سیم پیچ های سه فاز بالشتک را می توان به دو روش به هم متصل کرد که آنها را روش هاس ستاره و مثلث می نامند. این روش ها در شکل ۳ نشان داده شده اند. مشخصه های ولتاژ و جریان خروجی در دو حالت ستاره و مثلث متفاوت است. اتصال ستاره را می توان نوعی اتصال متوالی فاز ها در نظر گرفت و بر اساس ولتاژ خروجی بین هر دو فاز معادل جمع برداری ولتاژ های هرفاز است. جریان خروجی نیز معادل جریان هر فاز است. V = VP × √۳I = IP که در آن : V = ولتاژ خروجی VP = ولتاژ هر فاز I = جریان خروجی IP = جریان هر فاز Tan 60˚ = ۳ ریشه دوم = √۳ اتصال مثلث را نیز می توان نوعی مدار موازی تلقی کرد. در این صورت ولتاژ خروجی با ولتاژ هر فاز برابر است، اما جریان خروجی برابر جمع برداری جریان های هر فاز است. V = VPI = IP ×√۳ در بیشتر دینام ها از سیم پیچ های با اتصال ستاره استفاده می شود، اما بعضی ماشین های سنگین کار از مزیت جریان خروجی بالاتر سیم پیچ های با اتصال مثلث استفاده کرده اند. در بیشتر دینام های جدیدی که سیم پیچ های با اتصال ستاره دارند از یک سوکننده ای با ۸ دیود استفاده می شود که در بخش بعدی آن را شرح می دهیم. با استفاده از فرمولی ساده می توان فرکانس خروجی دینام را محاسبه کرد. فرکانس خروجی دینام به ویژه هنگامی اهمیت دارد که از جریان AC خروجی از استاتور برای به کار انداختن سنجه دور موتور استفاده می شود. f = (P × n) / 60 که در آن: f = فرکانس بر حسب Hz n = دور دینام بر حسب دور در دقیقه P = تعداد زوج های قطب (آرمیچر ۱۲ پنجه ای ۶ زوج قطب دارد) وقتی موتور با دور آرام کار کند، دور دینام در حدود ۲۰۰۰ دور دقیقه است، که هرگاه آرمیچر ۱۲ پنجه ای باشد، فرکانس خروجی برابر خواهد بود با : ۶ × ۲۰۰۰/۶۰ = ۲۰۰ Hz در بسیاری از دینام ها یک ترمینال برای گرفتن این خروجی وحود دارد که غالبا آن را با حرف w مشخص می کنند. این خروجی در حقیقت به صورت نیم موج یکسو شده است و در بعضی موارد برای کار اندازی ساسات برقی هم به کار می رود. تبدیل جریان AC به DC برای استفاده از خروجی دینام به منظور پر کردن باتری و برق رسانی به سایر وسایل برقی خودرو باید جریان متناوب خروجی از دینام را به جریان مستقیم تبدیل کرد. مناسب ترین عنصر الکترونیکی برای انجام این کار دیود سیلیسیمی است. اگر جریان تک فاز AC را از این دیود بگذرانیم، خروجی آن به صورت نیم موج یکسو می شود. در این مثال دیود فقط به نیم چرخه های مثبت اجازه میدهد که به طرف قطب مثبت باتری حرکت کنند. چرخه های منفی نمی توانند از دیود عبور کنند. دیود را می توان شیر یک طرفه ای برای جریان برق در نظر گرفت. این قیاس خوبی است، اما یادآور می شویم که یک دیود خوب مانع عبور جریان با ولتاژ معکوس حدود ۴۰۰ ولت می شود؛ اما برای هدایت در جهت مستقیم به ولتاژ اندکی نیاز است. برای یکسو سازی تمام موج یک دینام سه فاز شش دیود لازم است. این دیود ها، مطابق شکل ۵، به صورت پل به هم متصل می شوند؛ در این شکل مدار یکسو کننده از سه دیود مثبت و سه دیود منفی تشکیل می شود. خروجی این یکسو کننده ها با سیگنال های سه فاز مقایسه شده است. در مدار یکسو کننده غالبا از سه دیود مثبت دیگر هم استفاده می شود. این سه دیود معمولا از دیودهای اصلی کوچکتر و فقط برا تامین جریان اندک مورد نیاز سیم پیچ های روتور به کار می روند. این دیود ها را غالبا دیودهای میدان ساز یا دیود های تحریک کننده می نامند. در شکل ۶ طرح یک یکسو کننده شش دیودی نشان داده شده است جریان زیادی از دیودهای اصلی می گذرد، به همین سبب نوعی گرماگیر لازم است تا دیود بر اثر گرما آسیب نبیند. در بعضی موارد دیود ها را به صورت موتزی متصل می کنند تا بتوانند عبور جریان های بیشتری را تحمل کنند و آسیب نبینند. دیودهای یکسو کننده مانع برگشت جریان از باتری به دینام می شوند. بدین ترتیب دینام را می توان، بدون نیاز به متعادل سازی، به صورت موازی بست، زیرا جریان متعادل ساز نمی تواند از یک وسیله به وسیله دیگری برود. در شکل ۷ چند نمونه از یکسو کننده های متداول نشان داده شده است. وقتی از دینامی با اتصال ستاره استفاده می شود، به طور نظری جمع ولتاژ ها در نقطه خنثی اتصال ستاره صفر است. اما در عمل، به سبب بی دقتی های اندک در ساخت بالشتک و آرمیچر، در این نقطه پتانسیل ایجاد می شود. این پتانسیل، که آن را هماهنگ سوم می نامند در شکل ۸ نشان داده شده است. فرکانس این پتانسیل سه برابر فرکانس بنیادی سیم پیچ های فاز است. با به کارگیری دو دیود دیگر، یکی مثبت و دیگری منفی، متصل به مرکز اتصال ستاره، این انرژی را می توان جمع آوری کرد. بدین ترتیب توان خروجی دینام تا حدود ۱۵ درصد افزایش می یابد. در شکل زیر مدار کامل یک دینام با یکسو کننده تشکیل شده از ۸ دیود اصلی و سه دیود میدان ساز نشان داده شده است. در این نقشه آفتومات هم نشان داده شده است. آفتومات نقطه آغاز بحث در بخش آینده است. چراغ دینام که در مدار دینام قرار دارد دو کارکرد دارد؛ هم از مشکل در سیستم باتری پر کنی خبر می ده و هم تامین نشدن برق لازم برای تحریک اولیه سیم پیچ های میدان ساز را اعلام می کند. دینام همیشه به صورت خود به خود تحریک نمی شود زیرا مغناطیس باقی مانده در میدان ها معمولا برای تولید ولتاژی که بر ۰٫۶ یا ۰٫۷ ولت مورد نیاز برای بایاس کردن دیودهای یکسو کننده در جهت مستقیم غلبه کند کافی نیست. مصرف چراغ دینام معمولا دو وات است. اکنون بسیاری از سازندگان یک مقاومت را موازی با لامپ چراغ دینام می بندند تا هم به تحریک کمک کند و هم در صورت سوختن لامپ، مدار تحریک از کار نیافتد. وقتی دینام از طریق دیودهای میدان ساز، خروجی تولید می کند چراغ دینام خاموش می شود زیرا در این حالت ولتاژ دو سر لامپ برابر می شود و اختلاف پتانسیل دو سر لامپ صفر است. تنظیم ولتاژ خروجی برای جلوگیری از زیاد پر شدن باتری، ولتاژ تنظیم شده سیستم باتری پرکنی باید از ولتاژ گاز زایی باتری سرب- اسیدی کمتر باشد. در بسیاری از سیستم های باتری پرکنی ۱۲ ولت، اگر نگوییم در همه آنها، این رقم ۰٫۲ -+۱۴٫۲ ولت است. بافزایش روز افزون استفاده از سیستم های الکترونیکی تنظیم دقیق ولتاژ بسیار مهم است. با تنظیم ولتاژ ، استفاده از باتری های بسته نیز رایج تر شده است، زیرا در این صورت احتمال زیاد پر شدن باتری به حداقل می رسد. در شکل ۱۰ چند وسیله تنظیم ولتاژ، که آفتومات نامیده می شود، نشان داده شده است. تنظیم ولتاژ خروجی دینام اتومبیل کاری دشوار است زیرا دور موتور همواره در تغییر است. هرگاه خروجی دینام تنظیم نشود به صورت خطی متناسب با دور موتور افزایش می یابد. خروجی دینام با شدت میدان مغناطیسی نیز متناسب است و شدت میدان مغناطیسی نیز به نوبه خود با جریان میدان ساز متناسب است آفتومات باید متناسب با ولتاژ خروجی دینام این جریان میدان ساز را تنظیم کند. در شکل ۱۱ نمودار معرف نحوه کار آفتومات نشان داده شده است. این نمودا نحوه قطع جریان میدان ساز با افزایش ولتاژ خروجی دینام و سپس وصل مجدد آن با کاهش ولتاژ خروجی دینام را نشان می دهد. قطع ناگهانی جریان میدان ساز سبب تغییر ناگهانی ولتاژ خروجی نمی شود زیرا ضریب القاییدگی سیم پیچ های میدان ساز بسیار بزرگ است. کل فرایند قطع و وصل نیز فقط چند هزارم ثانیه طول می کشد. بسیاری از آفتومات ها نیز به نوعی سیستم جبران ساز دمایی مجهز اند که در هوای سرد جریان باتری پرکنی را افزایش و در دمای گرم آن را کاهش می دهد. در هنگام بررسی مدارهای آفتومات باید به نقطه قطع مدار میدان ساز توجه کنید. مثلا در بعضی از مدارهای دینام، جریان ثابتی که دیودهای محرک آن را تامین می کنند، به سیم پیچ های میدان ساز می رسد و آفتومات فقط اتصال بدنه را قطع و وصل می کند. در بعضی سیستم های دیگر یک سر سیم پیچ های میدان ساز همواره به بدنه اتصال دارد و آفتومات اتصال مثبت را قطع و وصل می کند. در شکل ۱۲ این دو روش نشان داده شده است. دینام به وسیله ای برای تنظیم جریان نیاز ندارد، زیرا اگر ولتاژ خروجی تنظیم شود، آنگاه ولتاژ که به سیم پیچ های میدان ساز می رسد، از میزان معینی که از پیش تعیین شده است، فراتر نمی رود. همین محدودیت، به نوبه خود، سبب می شود که جریان معینی از سیم پیچ ها عبور کند زیرا سیم پیچ ها مقاومت معینی دارند؛ در نتیجه شدت میدان مغناطیسی محدود مس شود و همین حداکثر جریان تولیدی دینام را محدود می کند آفتومات ها به دو دسته مکانیکی و الکترونیکی تقسیم می شوند؛ امروزه تقریبا در همه اتومبیل های مدرن از آفتومات الکترونیکی استفاده می شود. در آفتومات مکانیکی از یک سیم پیچ استفاده می شود که به خروجی دینام متصل است. مغناطیس تولید شده در این سیم پیچ با ولتاژ خروجی دینام متناسب است. یک دسته کنتاکت نزدیک به هم به آرمیچری متصل است که به وسیله فنر درجای خود نگه داشته شده است. جریانی که به سیم پیچ های میدان ساز می رسد، از همین کنتاکت ها عبور می کند. وقتی خروجی ولتاژ از میزان معین شده، مثلا۱۴ ولت، بالاتر می رود، مغناطیس تولید شده در سیم پیچ آفتومات بر نیروی فنر غلبه می کند و کنتاکت ها باز می شوند. در نتیجه جریان میدان ساز قطع می شود و ولتاژ خروجی دینام کاهش می یابد. وقتی ولتاژ خروجی دینام از میزان معینی کمتر شد، فنر کنتاکت ها را دوباره می بندد و این فرایند بارها تکرار می شود. در شکل ۱۳ مدار ساده شده یک آفتومات مکانیکی نشان داده شده است. اساس کار آفتومات مکانیکی سال هاست که تغییری نکرده است. مشکل آفتومات های مکانیکی سایش کنتاکت ها و سایر قطعات محرک است. با استفاده از آفتومات الکترونیکی، که به سبب تلرانس های دقیقتر و سرعت قطع و وصل بیشتر، از آفتومات مکانیکی خیلی بهتر است، این مشکل حل شده است. آفتومات الکترونیکی خروجی پایدارتری تولید می کند. آفتومات های الکترونیکی جمع و جور تر و در برابر لرزش مقاوم تر اند، به همین سبب امروزه تقریبا روی همه دینام ها نصب می شوند. با استفاده از این نوع آفتومات تعداد سیم های واصل نیز کاهش می یابد. عنصر اصلی در سیستم تنظیم ولتاژ الکترونیکی دیود زِنِر است. این دیود را می توان طوری ساخت که در ترازی خاص دچار شکست شود و جریان را در جهت معکوس هدایت کند. از این دیود به منضله عنصر حسگر در آفتومات الکترونیکی استفاده می شود. در شکل ۱۴ مدار ساده شده آفتومات الکترونیکی نشان داده شده است. این آفتومات به شیوه زیر کار می کند: وقتی دور دینام برای اولین بار افزایش می یابد خروجی آن کمتر از میزان معین شده خواهد بود. در این وضعیت، با رسیدن ولتاژی به بیس ترانزیستور T2 ، از طریق مقاومت R3، این ترانزیستور وصل می شود. بدین ترتیب جریان میدان ساز به طور کامل عبور می کند. و ولتاژ خروجی را افزایش می دهد. وقتی ولتاژ خروجی دینام به مقدار از پیش تعیین شده رسید، دیود زِنِر شروع به هدایت می کند. مقاومت های R1 و R2 یک مدار متوالی ساده را تشکیل می دهند که کار آن تنظیم متناسب با مقدار مشخصه دیود، در زمانی است که ولتاژ رسیده به آن مثلا ۱۴٫۲ ولت است. وقتی Z1 شروع به هدایت می کند، ترانزیستور T1وصل می شود و ولتاژ بیس T2 را به ولتاژ بدنه می رساند. به این ترتیب ترانزیستور T2 و، بنابر این، جریان میدان ساز قطع می شود و ولتاژ خروجی کاهش می یابد. با افت ولتاژ خروجی Z1 دیگر هدایت نمی کند، T1 قطع می شود و به T2 امکان می دهد که دوباره وصل شود و این چرخه ادامه می یابد. هدف از به کارگیری دیود معمولی D1 جذب نیروی ضد محرکه الکتریکی از سیم پیچ های میدان ساز و جلوگیری از آسیب رسانی نیروی محرکه الکتریکی به سایر عنصر هاست. آفتومات الکترونیکی را می توان طوری ساخت که ولتاژ باتری، ولتاژ دینام، یا ترکیبی از هر دو را حس کند. بیشتر سیستم های متداول فعلی ولتاژ دینام را حس می کنند، زیرا بدین ترتیب، در صورت قطع اتصال دینام و باتری، نوعی حفاظت در برابر افزایش ولتاژ دینام انجام می شود. در شکل ۱۵ نقشه مدار یک آفتومات آمیخته نوع EL بوش نشان داده شده است. این آفتومات به صورت کاملا همراه با زغال و جعبه زغال عرضه می شود و آن را پشت دینام می بندند. در سیستم آمیخته عنصر های مجزا روی یک صفحه سرامیکی، با استفاده از روش های فیلم نازک، به هم متصل می شوند.بخش اصلی این آفتومات یک مدار مجتمع حاوی عنصر های حسگر و عنصر های جبران ساز دماست. مدار مجتمع یک طبقه خروجی، مانند یک ذوج دارلینگتون، را کنترل می کند. بدین ترتیب وسیله بسیار جمع و جوری ساخته می شود که به سبب کم بودن تعداد عنصر ها و اتصالات بسیار اعتماد پذیر است در بعضی از کاربردها برای جلوگیری از آسیب دیدن عنصر های الکترونیکی به نوعی وسیله محافظت در برابر ولتاژ اضافی نیاز است. وقتی دینام به باتری اتومبیل متصل می شود ولتاژ، حتی در صورت از کار افتادن آفتومات، از ۲۰ ولت تجاوز نخواهد کرد زیرا مقتاومت باتری کم است و اثر جریان کشی دارد. اگر دینام جدا از باتری کار کند ( که توصیه نمی شود)، با بستن یک دیود زنر ولتاژ بالا بین دو سر خروجی، نوعی حفاظت به عمل می آید. اگر ولتاژ سیستم از ولتاژ شکست آن تجاوز کند دیود زِنِر هدایت می کند و ولتاژ سیستم را در محدوده معقولی نگه می دارد. مشخصه های دینام سازندگان دینام منحنی های مشخصه آن را نیز تهیه می کنند تا ویژگی های دینام ساخت خود را نشان دهند. در این نمودار ها، جریان خروجی( در ولتاژ پایدار شده) بر حسب دور دینام و توان ورودی بر حسب دور ورودی رسم می شود. در شکل ۱۷ یک منحنی مشخصه دینام نشان داده شده است. نقطه های زیر را روی منحنی ها مشخص می کنند: نقطه شکست سرعت گستره دور آرام دوری که در آن ۲/۳خروجی نامی حاصل می شود. دوری که در آن خروجی نامی حاصل می شود دور حداکثر گستره جریان خروجی در دور آرام جریان در ۲/۳خروجی نامی خروجی نامی خروجی حداکثر این نمودارها در وضعیت های خاص، مثلا با ولتاژ خروجی تنظیم شده و غالبا با دمای ثابت (۲۷˚C) رسم می شوند. این منحنی ها هنگامی به کار می آیند که بخواهیم اندازه دینام لازم برای کاربردی خاص را تعیین کنیم. منحنی نشان داده شده در شکل ۱۷ ظاهرا مربوط به دینامی است که برای کاربرد ذکر شده در بخش محاسبات مربوط به باتری پرکنی مناسب است.ز منحنی توان برای تعیین نوع تسمه مورد نیاز برای انتقال قدرت یا گشتاور به دینام استفاده می شود. این نکته را هم اضافه کنیم که با استفاده از منحنی های توان و جریان می توان بازده دینام را محاسبه کرد. در هر دور خاص، وقتی حداکثر خروجی در آن دور تولید می شود، بازده دینام را میتوان به صورت زیر محاسبه کرد: بازده (%) = توان ورودی/ توان خروجی × % ۱۰۰ در این مورد، بازده در دور ۸۰۰۰ چنین محاسبه می شود: ۱۴ V × ۷۰ A = 980 W980W/2200W × %۱۰۰ = % ۴۵ بازده دینام، در ۲/۳ خروجی حداکثر، به صورت زیر محاسبه می شود: توان خروجی ۱۴ V × ۴۵ A = 630 W 630W/1000W × %۱۰۰ = % ۶۳ به کمک این ارقام می توان نشان داد که در فرایند تولید برق چه مقدار توان تولید میشود. پایین بودن بازده دینام عمدتا به سبب اتلاف آهن، اتلاف مس، اتلاف هواخورد و اصطکاک است. این انرژی به صورت گرما تلف می شود. ملاحضات مکانیکی و بیرونی در اغلب خودروهای سبک دینام به یک صورت نصب می شود. معولا یک پایه لولا دار در بغل موتور وجود دارد که به تسمه سفت کنی در بالا یا پایین مجهز است. اکنون روش رایج انتقال مستقیم توان از فلکه سر میل لنگ به فلکه دینام به کمک تسمه های چند شیاره است. این نوع تسمه، در مقایسه با تسمه های با مقطع V شکل معمولی گشتاور بیشتری را انتقال می دهد و آن را روی فلکه های کوچکتر انداخت. شکل ۱۸ از اطلاعاتی که شرکت لوکاس در مورد نصب دینام مدل AS 123 و تسمه انداختن روی آن منتشر کرده استخراج شده است. نسبت انتقال بین فلکه سر میل لنگ و فلکه دینام بسیار مهم است. یکی از نسبت های رایج ۲٫۵:۱ است. به بیان ساده وقتی موتور در دور آرام کارمی کند، دینام باید با حداکثر سرعت بچرخد، اما در این وضعیت نباید دور دینام از دور نامی حداکثر وقتی موتور با حداکثر دور کار می کند، فراتر رود. بنابراین نسبت ایدآل را می توان به صورت زیر محاسبه کرد : نسبت حد اکثر = دور حداکثر موتور/دور حداکثر دینام مثلا : = ۲٫۵ ١۵٠٠٠/۶٠٠٠ در مرحله طراحی غالبا دینام را باید در جایی قرار داد که فضای موجود در محفظه موتور تعیین کننده آن است. اما در صورت امکان باید نکات زیر را در نظر گرفت: ۱- خنک شدن به اندازه کافی ۲- حفاظت در برابر آلاینده ها ۳- دسترس پذیری برای تنظیم و تعمیر ۴- حداقل لرزش در صورت امکان ۵- سفت شدن تسمه به اندازه توصیه شده نوعی دینام رایج در شکل ۱۹ دینام لوکاس مدل A127 نشان داده شده است که شرکت رَوِر و سایر خودروسازان به تعداد زیاد از آن استفاده می کنند. داده های اساسی مربوط به این نوع دینام به شرح زیر است: اتصال بدنه نفی ۱۲ ولت ولتاژ تنظیم شده ۱۴- ۱۴٫۴ ولت خروجی حد اکثر در هنگام داغ بودن = ۶۵ آمپر (برگشت از زمین) دور حداکثر = ۱۶۵۰۰ دور در دقیقه گستره دما = ۴۰- تا ˚۱۰۵+ سرسیم بندی اروپایی (۷ میلیمتر) ترمینال فاز (W) × ۶/٧(V) قطر پوسته این دینام ۱۲۷ میلیمتر و قطر محور محرک آن ۱۵ میلیمتر است. وزن این دینام ۴ کیلوگرم است. مدار باتری پرکنی در بسیاری از موارد مدار باتری پرکنی یکی از ساده ترین مدارها در اتومبیل است. خروجی اصلی دینام از طریق کابلی با اندازه مناسب یا در بعضی موارد، به منظور افزایش اعتماد پذیری، از طریق دو کابل به باتری متصل می شود. چراغ دینام از یک طرف به مغزی سوئیچ و از طرف دیگر به ترمینال دینام متصل است. در صورت استفاده از ترمینال فاز ممکن است سیمی هم به این ترمینال متصل شود. در شکل ۲۰ دو مدار سیمکشی متداول نشان داده شده است. خروجی دینام را غالبا به سیم اصلی استارت متصل می کنند تا سیمکشی ساده تر شود. اگر سیم ها تا حد امکان کوتاه باشند افت ولتاژ در مدار کاهش می یابد. افت ولتاژ بین دو سر سیم های اصلی، وقتی دینام جریان خروجی کامل را تولید می کند باید از ۰٫۵ ولت کمتر باشد.
-
- 2
-
- فرکانس بر حسب hz
- گرماگیر
-
(و 5 مورد دیگر)
برچسب زده شده با :
-
ژنراتورهای الکتریکی اصلاح شده ژنراتورهای الکتریکی اصلاح شده دارای بازده و قابلیت اعتماد بیشتری هستند. ژنراتورهای توربینی در بیش از ۱۰۰ سال پیش که برای اولین بار وارد عرصه کاریشدند با هوا خنک میشدند. با این حال همچنان که خروجی واحد ژنراتور افزایش پیدا کردنیاز به خنککنندگی موثر افزایش یافت. این نیاز منجر به تکمیل ژنراتورهایی شد که باهیدروژن و آب، خنک میشدند. هدایت حرارتی هیدروژن، هفت برابر هوا بوده و با همانفشار مطلق، چگالی آن یک دهم هواست. پیش از انتخاب نوع سیستمخنککنندگی مورد استفاده برای ژنراتور، دوموضوع عمده وجود دارد که عبارتند از:اندازه مگاولت آمپر ژنراتور و یک سایت هوابا کیفیت خوب. با وجود این کهخنککنندگی با هوا نوعا برای واحدهایکوچکتر استفاده میشود هم اکنون اصلاحفنآوریهای جدید به هوا این امکان رامیدهد تا برای ژنراتورهایی که حداکثر۳۰مگاولت آمپر ظرفیت دارند مورد استفادهقرار گیرد. سیستمهای هوا،هیدروژن، خنککنندگی هیدروژنی داخلی وسیستم خنککنندگی هیدروژن و آب را کهتوسط شرکتهای زیمنس و وستینگهاوسبرای اندازههای مختلف ژنراتورها انجامشده است مقایسه میکند. ژنراتورهای الکتریکی، حجم زیادی ازهوا را مصرف میکنند. در جایی که کیفیتهوا مساله ساز نیست ژنراتورها با سیستمخنککنندگی هوای باز که بازده بالایی از نظر*****اسیون و آب بندی محوری تحت فشاردارند بهترین انتخاب و همچنین دارایحداقل هزینه است. سایتهای نیروگاه قدرت که دارای ذراتریز و سولفور قابل ملاحظه هستند بایدژنراتورهایی را که خنککنندگی آنها با آب وهوای محبوس انجام میشود مورد بررسیقرار دهند. این ژنراتورها چنانچه دارای سیستم خنک کنندگی با آب و آب بندیمحوری تحت فشار با *****های هوایجبرانی باشند از نظر فیزیکی بزرگتر هستند.ژنراتورهایی که خنککنندگی آنها با آب وهوای محبوس صورت میگیرد ازژنراتورهایی که خنککنندگی آنها با هوای بازانجام میشود گرانتر بوده و بازده کمتری نیزدارند. با این همه در حالی که ذرات ریز، یکموضوع قابل بررسی است و وقتی کهمسالهای از نظر ذخیرهسازی هیدروژن درنیروگاه وجود ندارد عموما ژنراتورهایی که باهیدروژن خنک میشوند انتخاب مناسبی بهنظر میرسد. با وجود آن که این نوع ازژنراتور گرانترین نوع است ولی بالاترینبازده را دارد. سیستمهای خنک کنندگی طراحی واحدهایی که با هیدروژنخنک میشوند در مقایسه با ژنراتورهایی کهبا هوا خنک میشوند پیچیدهتر است.سیستمهایی که با هیدروژن خنک میشوندبه محفظهای که در مقابل فشار مقاوم باشد ونیز به آب بندی خاص و یک دستگاه تهویهگازی نیاز دارند. علاوه بر آن سیستمهایی کهبا هیدروژن خنک میشوند قبل از آن کهبرای تعمیر و نگهداری از سرویس خارجشوند باید با دی اکسید کربن پاکسازی شوند. همچنین قبل از آن که مجددٹ از هیدروژن پرشوند و به سرویس بازگردند لازم است بادیاکسید کربن پاکسازی شوند. با وجود آنکه ژنراتورهایی که با هوا خنک میشوند ازنظر فیزیکی بزرگتر از ژنراتورهایی هستند کهبا هیدروژن خنک میشوند، با اندازه یکسان دارای هزینه اولیه کمتری هستند. به علاوهتعمیر آنها سادهتر و با هزینه کمتر است.ژنراتورهای بزرگی که با هوا خنک شده ومتعلق به شرکت آلستوم هستند عمومٹمجهز به سیستم خنککنندگی آب - هوای محبوس (TEWAC) هستند. در سیستمخنککنندگی آب - هوا، ژنراتور به وسیلههوا خنک میشود. هوای گرم پس از آن کهدر خنککنهای آب - هوا سرد شد مجددٹوارد سیکل میشود. در این واحدهاهادیهای سیمپیچ میدان روتور تو خالی بودهو به صورت محوری خنک میشوند. برخلاف بخش فعال ژنراتورهای قدیمی که باهوا خنک میشوند، سیمپیچهای میدانجدیدتر در هر ماشین دارای دو بخشخنککن است. در بخش اول جریان هوا اززیر استوانه انتهایی میگذرد و قبل از خروجبه داخل هادی تو خالی جریان پیدا میکند.جریان هوای خنک کن برای بخش دوم ازطریق یک شیار فرعی که در زیر سیم پیچتعبیه شده است صورت میگیرد. هسته استاتور که به شکل محوری بهاتاقهایی تقسیم شده است هوای خنک کنندهبرای استاتور را فراهم میآورد. این کار باجریان متناوب هوا به داخل و به بیروناتاقکهای تهویه انجام میشود. تولیدکنندگان با اضافه کردن اتاقکهایتهویه بیشتر نسبت به ماشینهای ژنراتور کوتاهتر قدیمی توانستهاند میزانخنککنندگی ژنراتور را بهینه کنند. طبقگزارش آلستوم، بهینه سازی خنککنندگی واین واقعیت که هم اکنون خروجیهایبیشتری برای هوای خنک کن روتور وجوددارد توزیع دما در سیمپیچ استاتور و هستهرا یکنواخت کرده است. شکستن مانع ۳۰۰ کیلوولت آمپری انجام اصلاحات، طی چند سال اخیر برروی طراحی ژنراتورهایی که با هوا خنکمیشوند سبب شده است که واحدهاییتولید شود که تا چند سال گذشته فقط باژنراتورهایی که با هیدروژن خنک میشوند امکانپذیر بود. درطول چهار دهه گذشتهظرفیت ژنراتورهایی که با هوا خنکمیشوند از ۹۰ مگاولت آمپر به بیش از ۳۰۰مگاولت آمپر افزایش یافته است. یکی از تولیدکنندگان (آلستوم) خروجیژنراتورهایی که با هوا خنک میشوند را تا۳۳ درصد افزایش داده است. این کار باافزایش قطر روتور و طول فعال آن به میزان۱۰ درصد اجرا شده است. افزایش خطیژنراتور نیز حجم Slot (یکی از شیارهاینگهدارنده رسانا در سطح روتور یا استاتوریک ماشین گردنده الکتریکی) را بزرگتر کردهو در نتیجه سیمپیچهای بیشتری قابل اضافهکردن بود. متاسفانه وقتی قطر روتور افزایش دادهمیشود اتلاف سیمپیچ نیز افزایش مییابد.بخش قابل توجهی از اتلاف سیم پیچیناشی از اصطکاک سطح است. ژنراتورها دیگری که توسط آلستومتکمیل شده یک ماشین ۵۰ هرتز ۵۰۰مگاولت آمپری است. این ماشین یکپیشرفت عمده در فن آوری ژنراتورهایی کهبا هوا خنک میشوند بوده و خنککنندگیآن به شکل معکوس امکان پذیر شد. درخنککنندگی معکوس، فنها در بالا دستکولر قرار میگیرند و به این ترتیب بخشفعال ژنراتور به طور مستقیم و بدون هیچگونه پیش گرمایشی از هوایی که ازکولرها میآید بهرهمند میشود. هوایی که بهطور مستقیم از فنها تامین شده استهمچنان که از درون فن عبور میکند،پیشگرم میشود. هوا در پایین دست کولرها در ابتدا ازیک ناحیه مخلوط عبور میکند که توزیع همگنی از هوای سرد را به ورودی ژنراتورمیرساند. حتی اگر یک کولر، خارج ازسرویس باشد این نوع از خنککنندگی بهژنراتور این امکان را میدهد که با۷۵ درصداز خروجی اسمی خود کار کند. محفظه ژنراتور ۵۰۰ مگاولت آمپرآلستوم که با هوا خنک میشود کاملاجوشکاری شده و دارای یاتاقانهایی است کهبر روی محفظهای نصب شده و از یکسیستم خنککننده بسته استفاده میکند.ابتکار طراحی عمده دیگر آن است کهژنراتور با راه آهن قابل حملونقل است.
- 1 پاسخ
-
- 1
-
- مولد الکتریکی
- موتورالکتریکی
-
(و 3 مورد دیگر)
برچسب زده شده با :