تفاوت ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون در دیزل ژنراتورها در ساختمان، مزایا و کاربردها، فرکانس و سرعت روتور و استاتور می باشد.
Contents
سنکرون کردن دیزل ژنراتور چیست؟
سنکرون کردن دیزل ژنراتور فرایندی است که در طول آن، یک یا چند ژنراتور به منظور کار همزمان و موازی، به شبکه برق یا یکدیگر متصل می گردند. برای این فرآیند باید فرکانس، ولتاژ و زاویه فاز ژنراتور و شبکه یا ژنراتورهای دیگر به طور دقیق یکسان شود تا اتصال آنها بدون ایجاد نوسانات و شوک الکتریکی صورت گیرد. زمانی که قصد دارد چند ژنراتور به طور موازی با یکدیگر کار کنند، سنکرون کردن از اهمیت ویژه ای برخوردار می شود. در حالت کار کردن موازی دیزل ژنراتورها، کوچکترین اختلاف در این پارامترها باعث آسیب جدی به تجهیزات می شود. به طور معمول فرآیند سنکرون سازی با استفاده از تجهیزاتی مانند رله سنکرون، تابلو سنکرون و سنکروسکوپ انجام می شود.
معنی سنکرون و آسنکرون چیست؟
سنکرون(Synchronous) در لغت به معنای «هم زمان» است. ژنراتور سنکرون، ژنراتوری است که سرعت چرخش روتور آن برابر با فرکانس شبکه یا فرکانس میدان مغناطیسی استاتور می باشد. به عبارت دیگر، سرعت میدان دوار (Ns) و سرعت مکانیکی روتور در ژنراتور سنکرون یکسان هستند.
آسنکرون (Asynchronous) به معنای «غیرهم زمان» است. ژنراتور آسنکرون یا القایی ژنراتوری است که روتور آن با سرعتی بیشتر یا کمتر یا بیشتر از سرعت میدان دوار استاتور می چرخد. اختلاف این دو سرعت که لغزش (Slip) نامیده می شود، برای تولید برق در ژنراتور آسنکرون ضروری می باشد.
مزایای ژنراتورهای سنکرون
تفاوت ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون در دیزل ژنراتورها در مزایای آنها نیز می باشد. از ژنراتورهای سنکرون (Synchronous Generators) در دیزل ژنراتورها و نیروگاه ها بیشترین کاربرد را دارند. ژنراتور سنکرون می تواند ولتاژ و فرکانس خروجی را با دقت بالایی در بازه مشخص کنترل کند. این موضوع برای بارهای حساس و شبکه های توزیع از اهمیت زیادی برخوردار است. این ژنراتورها می توانند به راحتی با سایر ژنراتورها سنکرون شوند و به صورت موازی در مدار قرار بگیرند. این ویژگی برای سیستم های پشتیبان و نیروگاه های بزرگ اهمیت زیادی دارد. در ژنراتور سنکرون امکان کنترل ضریب توان (Power Factor) با تغییر جریان تحریک (Excitation) وجود دارد. این ویژگی باعث افزایش انعطاف پذیری شبکه و بهبود کیفیت توان می شود.
تفاوت ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون در دیزل ژنراتورها در راندمان و بازده آنها نیز می باشد. بازده ژنراتور سنکرون به ویژه در ظرفیت های متوسط و بالا از ژنراتور آسنکرون بالاتر است. ژنراتور سنکرون می تواند هم به عنوان ژنراتور و هم در برخی از کاربردها به عنوان موتور استفاده شود. در شرایطی که بارهای نامتعادل یا غیرخطی وجود دارد، ژنراتورهای سنکرون نسبت به آسنکرون عملکرد پایدارتری دارند.
مزایای ژنراتورهای آسنکرون
تفاوت ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون در دیزل ژنراتورها به کاربرد آنها نیز وابسته است. ژنراتورهای آسنکرون (Asynchronous Generators) یا القایی در برخی کاربردهای خاص مانند نیروگاه های بادی و مصارف خاص مورد استفاده قرار می گیرند. ساختمان ژنراتور آسنکرون از ژنراتور سنکرون ساده تر است و فاقد سیستم تحریک جداگانه می باشد. به همین دلیل هزینه اولیه ساخت و نگهداری ژنراتور آسنکرون کمتر است. برای راه اندازی ژنراتور آسنکرون به تجهیزات خاص نیاز ندارید. در صورت بروز اضافه بار یا اختلال در شبکه، ژنراتور آسنکرون به صورت ذاتی به خاموشی تمایل دارد و احتمال آسیب به آن کمتر است. ژنراتورهای آسنکرون نیز می توانند مانند ژنراتورهای سنکرون به عنوان موتور مورد استفاده قرار بگیرند که این موضوع در موارد مانند بازیابی انرژی از اهمیت زیادی برخوردار است. عدم نیاز به سیستم تحریک و جاروبک باعث کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و افزایش طول عمر تجهیزات می شود.
ساختمان ژنراتور سنکرون
دیگر تفاوت ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون در دیزل ژنراتورها در ساختمان آنهاست. ژنراتور سنکرون از دو بخش اصلی استاتور و روتور تشکیل شده است. استاتور ژنراتور سنکرون از سیم پیچ های سه فاز تشکیل می شود و وظیفه تولید میدان مغناطیسی دوار و القای ولتاژ را انجام می دهد. سیم پیچ های استاتور به شبکه یا بار متصل می شوند و هسته آن به طور معمول از ورق های فولادی لایه لایه ساخته می شود تا تلفات فوکو کاهش پیدا کند. روتور، بخش متحرک ژنراتور است که بر اساس ظرفیت و کاربرد، ساختار متفاوتی دارد.
سیستم تحریک (Excitation System)جریان مستقیم را به سیم پیچ روتور ارسال می نماید و از این طریق امکان کنترل ضریب توان و ولتاژ خروجی ژنراتور را امکان پذیر می سازد. سیستم تحریک می تواند به صورت جاروبکی (Brush) یا بدون جاروبک (Brushless) باشد.
راه اندازی ژنراتور سنکرون
برای راه اندازی ژنراتور سنکرون، روتور باید به سرعت سنکرون برسد که این کار به طور معمول با یک موتور دیزل یا توربین مکانیکی انجام می گیرد. جریان تحریک باید به روتور اعمال شود تا میدان مغناطیسی لازم برای القای ولتاژ در استاتور ایجاد گردد. ولتاژ و فرکانس خروجی ژنراتور با استفاده از سیستم AVR و کنترل سرعت دیزل تنظیم می شود. به وسیله سنکروسکوپ و رله های سنکرون، ولتاژ، فرکانس و فاز ژنراتور با شبکه یا ژنراتورهای دیگر هماهنگ می گردد. پس از اطمینان از سنکرون بودن، ژنراتور به شبکه یا باس اصلی متصل می شود.
علت سنکرون کردن دیزل ژنراتورها
استفاده از چند ژنراتور به صورت موازی و سنکرون، قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد؛ زیرا در صورت خرابی یک ژنراتور، سایر ژنراتورها همچنان به کار خود ادامه می دهند. با سنکرون کردن چند دیزل ژنراتور می توان ظرفیت تولید برق را متناسب با نیاز شبکه افزایش داد و به راحتی مطابق با افزایش یا کاهش بار، ژنراتورهای بیشتری به مدار اضافه یا از آن خارج کرد. در بارهای سبک می توان بخشی از ژنراتورها را خاموش نمود و فقط ژنراتورهای لازم را فعال نگه داشت تا مصرف سوخت و هزینه های عملیاتی کاهش پیدا کند.