ماشین سنکرون

ماشین سنکرون

بعد از موتور القایی پرکاربردترین ماشین در صنعت ماشین سنکرون می باشد. همان طور که از نام این ماشین مشخص است مهمترین مزیت این ماشین ثابت بودن سرعت چرخش ماشین می باشد بدین معنی که با توجه به نوع استفاده از این ماشین (ژنراتوری یا موتوری) سرعت روتور برابر است با سرعت چرخش میدان:

synchronous generator (1)


چون فرکانس شبکه قدرت باید ثابت باشد برای تولید انرژی از ژنراتور سنکرون استفاده می شود.
همان طور که از شکل زیر مشخص است در ژنراتورهای سنکرون یک سیم پیچی با جریان DC بر روی روتور وجود دارد که میدان اصلی را بوجود می آورد. روتور بوسیله یک عامل بیرونی چرخانده می شود که باعث می شود ولتاژی در سیم پیچی ها القاء شود:

excitation voltages

مقدار این ولتاژ القاء شده برابر است با:

synchronous generator (2)
توجه کنید که این ولتاژ، ولتاژ ترمینال ژنراتور نمی باشد و فقط در بی باری با آن برابر است. حداکثر ولتاژ کاری ژنراتورهای سنکرون بدلیل مسائل عایقی 33 کیلوولت می باشد.
ساختار روتور ژنراتور سنکرون به دو صورت می باشد:

قطب برجسته (Salient pole) :

شکل این نوع ژنراتورها در زیر آمده است:

Salient pole
این نوع ژنراتور معمولاً برای نیروگاه های آبی مورد استفاده قرار می گیرند. سرعت این ژنراتورها پایین می باشد بنابراین برای تولید فرکانس شبکه دارای تعداد قطب زیاد می باشند.

قطب صاف یا استوانه‌ای (Non-Salient pole or cylinder) :

شکل زیر ساختار این نوع ژنراتورها را نشان می دهد:

Non-Salient pole
توان تولیدی این ژنراتورها زیاد و سرعت روتور بسیار زیاد می باشد بنابراین این نوع ژنراتورها معمولاً 2 یا 4  قطب هستند. این ژنراتورها در توربین های بخار مورد استفاده قرار می گیرند.
برای اتصال ژنراتور سنکرون به شبکه چهار شرط زیر لازم می باشد:

Paralleling Condition of synchronous generator

برنامه زیر نشان می دهد که درصورت مساوی نبودن هر یک از شرایط بالا اختلاف ولتاژ ژنراتور با شبکه چگونه تغییر می کند:

Download

روش سه لامپ از معروفترین روش های تست موازی کردن می باشد. شکل  این تست بصورت زیر می باشد:

synchronizing lamps

اگر تمام شرایط برقرار باشد تمام لامپ ها خاموش می شوند.
یکی دیگر از روش ها استفاده از دستگاه سنکروسکوپ می باشد. شکل این دستگاه بصورت زیر می باشد:

synchroscope

این دستگاه اختلاف فاز های a دو سیستم را نشان می دهد. توجه کنید سنکروسکوپ فقط یک فاز را کنترل می کند و راجع به توالی فاز ها اطلاعاتی به ما نمی دهد. معمولاً فرکانس ژنراتور را کمی بیشتر نسبت به شبکه در نظر می گیرند تا در صورت اتصال در حالت ژنراتوری کار کند نه موتوری.توجه کنید که اگر ژنراتور بصورت موتوری کار کند شفت آن شکسته خواهد شد.  
یکی از مشکلاتی که در موتور های سنکرون وجود دارد مشکل راه اندازی آنها (بدلیل بزرگ بودن جرم روتور) است که برای حل آن از روش های زیر استفاده می شود:

  • استفاده از منبع فرکانس متغیر (با افزایش آرام فرکانس تغذیه)
  • با تعبیه کردن سیم پیچی دمپر داخل روتور بصورت موتور القایی راه اندازی شده و در نزدیکی سرعت سنکرون بصورت موتور سنکرون مورد بهره برداری قرار می گیرد.
  • راه اندازی بوسیله یک موتور القایی دیگر (زیر بار نمی توان از این روش استفاده کرد).

مدار معادل ماشین سنکرون:

شار آرمیچر را می توان بصورت زیر در نظر گرفت:

synchronous generator (3)
که φar شار عکس العمل آرمیچر و φal شار نشتی آرمیچر است. بنابراین می توان مدار زیر را در نظر گرفت:

synchronous generator model (1)

که Er ولتاژ فاصله هوایی و Ear ولتاژ عکس العمل آرمیچر می باشد که با جریان کشیده شده از ژنراتور بصورت زیر رابطه دارد:

synchronous generator (4)
بنابراین می توان مدار معادل ژنراتور سنکرون را بصورت زیر نمایش داد:

synchronous generator model (2)

بوسیله برنامه زیر می توانید دیاگرام فازوری ژنراتور سنکرون را در حالت موتوری یا ژنراتوری و به ازای ضریب قدرت های مختلف پس فاز یا پیش فاز رسم کنید:

Download

برای بدست آوردن پارامترهای ماشین سنکرون علاوه بر آزمایش اهم متر که مقاومت استاتور را مشخص می کند دو آزمایش زیر را بر روی آن انجام می دهند:

آزمایش مدار باز (OCC):

در این آزمایش ژنراتور را در سرعت نامی بحرکت در آورده و ترمینال آن نیز بصورت زیر اتصال باز می باشد:

Open Circuit Test

با افزایش جریان میدان (If) ولتاژ ترمینال که همان Ef می باشد اندازه گیری و مشخصه بی باری ژنراتور بدست می آید.

آزمایش اتصال کوتاه (SCC):

 در این آزمایش ترمینال ژنراتور اتصال کوتاه شده و ژنراتور در سرعت نامی چرخانده می شود. این بار با افزایش جریان میدان (If) مقدار جریان آرمیچر Ia بصورت زیر اندازه گیری می شود:

Short Circuit Test

شکل زیر منحنی بدست آمده از این دو آزمایش را نشان می دهد:

OCC & SCC

همان طور که مشخص است در آزمایش مدار باز با افزایش جریان میدان هسته به اشباع رفته است. خطوط فاصله هوایی (air gap line) و فاصله هوایی اصلاح شده (modified air gap line) حالت ایده آل و غیر ایده آل هسته را نشان می هد. با توجه به این خطوط دو امپدانس برای ماشین سنکرون بصورت زیر تعریف می شود:

synchronous generator (5)برنامه زیر منحنی های مدار باز و اتصال کوتاه را رسم کرده و نحوه تغییرات راکتانس را با به اشباع رفتن هسته نشان می دهد:

Download

همان طور که از رابطه بالا مشخص است مقدار راکتانس پراکندگی را نمی توان بصورت مستقل محاسبه کرد بنابراین آزمایش دیگری برای بدست آوردن منحنی ضریب قدرت صفر (ZPFC) انجام می شود.
برای بدست آوردن منحني ضریب قدرت صفر روتور در سرعت نامي چرخیده و با اتصال يك بار القايي خالص (سلفي خالص) جريان تحريك به تدريج از صفر افزايش يابد تا جريان آرميچر به جريان بار كامل برسد. با تغيير بار سلفي، تحريك به نحوي تغيير داده مي شود تا جريان آرميچر در مقدار جريان بار كامل ثابت بماند. بهترین گزینه برای بار القایی یک موتور سنکرون زیر تحریک می باشد.
همان طور که از شکل زیر مشخص است منحنی ZPFC همان منحنی OCC است که به اندازه BC جابجایی عمودی و به اندازه AB جابجایی افقی داشته است:

Potier Triangular

در صورتی که از مقاومت آرمیچر صرف نظر کنیم مثلث پوتیه ثابت مانده و می توان آن را به موازات خودش انتقال داد. با توجه به شکل زیر داشتن دو نقطه A و ’F برای بدست آوردن راکتانس پراکندگی کفایت می کند:

Zero Power Factor Curve

نقطه A در اصل همان ولتاژ ترمینال ژنراتور متصل به موتور می باشد که جریان آرمیچر نامی از آن عبور کند. نقطه ’OF نیز همان جریان تحریک لازم برای تولید جریان نامی آرمیچر در آزمایش اتصال کوتاه ژنراتور می باشد.

رابطه توان ژنراتور سنکرون :

برای بدست آوردن رابطه توان تولیدی ژنراتور مدار زیر را در نظر بگیرید:

synchronous generator model (3)

می توان برای توان دریافتی شبکه نوشت:

synchronous generator (6)

با ساده کردن روابط، توان اکتیو و راکتیو بصورت زیر محاسبه می شوند:

synchronous generator (7)
اگر از مقاومت استاتور صرف نظر کنیم داریم:

synchronous generator (8)
همان طور که مشخص است توان اکتیو (گشتاور) با زاویه δ رابطه دارد و نباید این زاویه از 90 درجه بیشتر شود (زیرا ناپایدار می شود). مکان هندسی توان اکتیو و راکتیو به ازای مقادیر مختلف Ef بصورت زیر می باشد:

Complex Power Locus

بدلیل مسائل پایداری و حرارتی مکان هندسی شکل بالا محدود به قسمت هاشور زده شکل زیر می شود:

Capability Curves of Synchronous Generator

محدودیت پاره خط OM بخاطر مسئله حرارتی آرمیچر و پاره خط YM بخاطر مسئله حرارتی میدان می باشد.

 

یک امتیازدو امتیازسه امتیازعالی بودخیلی عالی بود (4 votes, average: 3٫00 out of 5)
Loading...
air gap line Armature cylinder modified air gap line Non-Salient pole Non-Salient pole or cylinder Open Circuit Curve Open Circuit test potier triangular Salient pole Short Circuit Curve Short Circuit test zero power factor curve zero power factor test ZPFC آرمیچر آزمایش اتصال کوتاه آزمایش اتصال کوتاه ژنراتور سنکرون آزمایش ضریب قدرت صفر آزمایش مدار باز اتصال ژنراتور سنکرون به شبکه استاتور استوانه‌ای پارامترهای ماشین سنکرون توان تولیدی ژنراتور توان تولیدی ژنراتور سنکرون توربین های بخار جریان تحریک دستگاه سنکروسکوپ رابطه توان اکتیو و راکتیو رابطه توان اکتیو و راکتیو ژنراتور سنکرون راکتانس پراکندگی راه اندازی بصورت موتور القایی روتور روش سنکروسکوپ روش سه لامپ زنراتور سنکرون ژنراتور ژنراتورهای سنکرون ساختار روتور ژنراتور سنکرون سرعت سرعت چرخش سرعت چرخش میدان سنکروسکوپ سه لامپ سیم پیچی سیم پیچی دمپر شار آرمیچر شار عکس العمل آرمیچر شار نشتی آرمیچر شرایط اتصال ژنراتور سنکرون به شبکه شفت شکسته شدن شفت عکس العمل آرمیچر قطب برجسته قطب صاف قطب صاف یا استوانه‌ای ماشین های الکتریکی مثلث پوتیه مدار معادل ژنراتور سنکرون مدار معادل ماشین سنکرون مسائل عایقی مشخصه بی باری ژنراتور مقاومت استاتور مکان هندسی توان اکتیو و راکتیو مکان هندسی توان اکتیو و راکتیو ژنراتور سنکرون منبع فرکانس متغیر منحنی ضریب قدرت صفر موتور سنکرون نیروگاه های آبی ولتاژ ترمینال ژنراتور ولتاژ فاصله هوایی ولتاژ کاری ژنراتورهای سنکرون

16 Comments

معین

درباره3 سال ago

یعنی دمت گرم، خیلی به دردم خورد. در به در دنبال این بودم

پاسخ دادن

علی رضائی

درباره3 سال ago

ممنون از تلاش بی وقفتون ...

پاسخ دادن

رضا

درباره3 سال ago

خسته نباشید خ مختصر و مفید بود

پاسخ دادن

mary

درباره3 سال ago

عالی بود

پاسخ دادن

پدرام

درباره3 سال ago

آقا آی کاره مارو راه انداختی...5 نمره از این جیب به اون جیب کردیم.

پاسخ دادن

Admin

درباره3 سال ago

محمد

درباره2 سال ago

آیا در آزمایش اتصال کوتاه الزاما سرعت سنکرون نیست؟

پاسخ دادن

Admin

درباره2 سال ago

در آزمایش ها چون قرار است پارامترهای نامی ماشین بدست آید باید سرعت ژنراتور نیز سنکرون باشد.
 

پاسخ دادن

amir

درباره2 سال ago

واقعا عالی بود خیلی ممنووووون

پاسخ دادن

ليلا

درباره2 سال ago

با سلام و درود من يه سوال دارم . ممنون ميشم راهنمايي بفرماييد . ما يه شبكه برق داريم . وقتي اتصال كوتاه در اين شبكه بوجود مياد ولتاژ و فركانس شبكه چه تغييراتي ميكنن . اتصال كوتاه بصورت فاز به فاز و فاز به زمين .

پاسخ دادن

Admin

درباره2 سال ago

در زمان اتصال کوتاه شدن ژنراتورها سرعت گرفته که باعث افزایش فرکانس می شود و همچنین در مورد اتصال فاز به زمین ولتاژ نیز به اندازه رادیکال سه برابر ولتاژ فاز افزایش می یابد.

پاسخ دادن

لیلا

درباره2 سال ago

با سلام . ممنون از پاسخ شما . تصورم این هست که وقتی اتصال کوتاه فاز به فاز انجام شود افت ولتاژ خواهیم داشت ؟

پاسخ دادن

Admin

درباره2 سال ago

در مکانی که اتصال کوتاه اتفاق می افتد ولتاژ صفر می شود ولی ولتاژ سیم پیچی های ژنراتور (ترمینال) افزایش می یابد.

پاسخ دادن

ليلا

درباره2 سال ago

درود بر شما و ممنون از جهت پاسخگويي من مطالبي در رابطه با اثر اتصال كوتاه در شبكه برق ميخام . مثلا اتصال كوتاه چه اثري روي فركانس و ولتاژ محل خطا و شبكه و ترمينال ژنراتور ها مي ذاره . اتصال كوتاه فاز به فاز چه اثري داره و اتصال كوتاه فاز به زمين چي ؟ . ممنون ميشم اگه راهنمايي كنيد .

پاسخ دادن

Admin

درباره2 سال ago

اتصال کوتاه فرکانس را افزایش و ولتاژ ترمینال را نیز افزایش می دهد ولی ولتاژ محل خطا صفر می شود. برای اطلاعات بیشتر باید به کتاب های بررسی سیستم قدرت و یا کتاب های دینامیک سیستم قدرت مراجعه کنید.

پاسخ دادن

لیلا

درباره2 سال ago

ممنون از راهنمایتون

پاسخ دادن

Leave a Comment

Please be polite. We appreciate that.
Your email address will not be published and required fields are marked