اکسایتر دیزل ژنراتور چیست؟
سیستم تحریک یا اکسایتر (Excitation System) دیزل ژنراتور بخشی از سیستم تولید برق است که وظیفه تأمین جریان الکتریکی مورد نیاز برای ایجاد میدان مغناطیسی در روتور آلترناتور را بر عهده دارد. این جریان باعث القای ولتاژ در سیم‌پیچ‌های استاتور و در نهایت، تولید برق در خروجی ژنراتور می‌شود. اکسایتر نقش کلیدی در پایداری ولتاژ خروجی ژنراتور ایفا می‌کند و بسته به نوع دیزل ژنراتور و کاربرد آن، می‌تواند طراحی‌های مختلفی داشته باشد.
اجزای سیستم تحریک دیزل ژنراتور
- اکسایتر: اکسایتر وظیفه تأمین جریان تحریک برای روتور آلترناتور را به عهده دارد. اکسایتر ممکن است به شکل خودتحریک، مستقل یا مغناطیس دائم باشد. در برخی مدل‌ها از دیودهای چرخان برای تبدیل جریان AC به DC استفاده می‌شود.
- رگولاتور ولتاژ: AVR مسئول کنترل و تثبیت ولتاژ خروجی ژنراتور است و مقدار جریان تحریک را بر اساس تغییرات بار و ولتاژ خروجی تنظیم می‌کند. در سیستم‌های مدرن، AVR می‌تواند با سیستم‌های کنترلی دیجیتال و PLC هماهنگ شود.
- سیم‌پیچ تحریک: سیم‌پیچ‌های تحریک روی روتور ژنراتور نصب شده و وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی را بر عهده دارند. جریان DC از طریق اکسایتر و AVR به سیم پیچ تحریک ارسال می‌شود.
- دیودهای چرخان: دیودهای چرخان در سیستم‌های خودتحریک به کار می‌روند و جریان AC تولیدشده در اکسایتر را به جریان DC برای تحریک روتور تبدیل می‌کنند.
- ژنراتور مغناطیس دائم: در برخی سیستم‌ها، ژنراتور مغناطیس دائم یک ژنراتور کوچک مستقل است که روی محور آلترناتور نصب می‌شود و تأمین برق اولیه سیستم تحریک را بر عهده دارد. این ژنراتور موجب پایداری بهتر ولتاژ و واکنش سریع‌تر به تغییرات بار می‌شود.
- سنسورهای ولتاژ و جریان: حسگرهای ولتاژ و جریان اطلاعات ولتاژ خروجی و جریان تحریک را به رگولاتور ولتاژ ارسال کرده و به آن کمک می‌کنند تا در صورت تغییرات بار، میزان تحریک را تنظیم کند.
- مقاومت‌های محدودکننده: مقاومت‌های محدودکننده در برخی سیستم‌های تحریک برای جلوگیری از نوسانات شدید جریان استفاده می‌شوند و به پایداری بهتر سیستم تحریک و کاهش هارمونیک‌ها کمک می‌کنند.
نحوه عملکرد اکسایتر دیزل ژنراتور
چگونگی عملکرد سیستم تحریک در ژنراتورهای دیزلی در چهار مرحله زیر خلاصه می‌شود:
- تأمین جریان تحریک اولیه
- ایجاد میدان مغناطیسی در روتور
- کنترل ولتاژ توسط AVR
- تثبیت و تنظیم ولتاژ خروجی
تأمین جریان تحریک اولیه
در ابتدای کار، ژنراتور هنوز تولید ولتاژ نکرده و نیاز به یک جریان اولیه برای ایجاد میدان مغناطیسی دارد. این جریان می‌تواند از یک منبع خارجی یا از یک سیم‌پیچ کمکی در استاتور تأمین شود. در ژنراتورهای مغناطیس دائم، تحریک اولیه از طریق یک ژنراتور کوچک مغناطیسی که روی محور آلترناتور قرار دارد، تأمین می‌شود.
ایجاد میدان مغناطیسی در روتور
پس از دریافت جریان اولیه، سیم‌پیچ روتور فعال شده و یک میدان مغناطیسی چرخان ایجاد می‌کند. این میدان مغناطیسی باعث القای ولتاژ در سیم‌پیچ‌های استاتور می‌شود که خروجی اصلی ژنراتور را تشکیل می‌دهد.
کنترل ولتاژ توسط AVR
ولتاژ خروجی ژنراتور باید ثابت و پایدار باشد، در حالی که بارهای الکتریکی متصل به آن مدام در حال تغییر هستند. رگولاتور ولتاژ دیزل ژنراتور، میزان تحریک را بر اساس تغییرات بار و ولتاژ خروجی تنظیم می‌کند. اگر ولتاژ خروجی کمتر از حد مجاز شود، AVR مقدار جریان تحریک را افزایش می‌دهد و برعکس.
تثبیت و تنظیم ولتاژ خروجی
پس از تنظیم تحریک، ژنراتور به ولتاژ نامی خود رسیده و برق پایدار تولید می‌کند. در صورتی که تغییری در بار مصرفی رخ دهد، رگولاتور سریعاً واکنش نشان داده و مقدار جریان تحریک را تنظیم می‌کند تا ولتاژ خروجی ثابت بماند.
انواع اکسایتر دیزل ژنراتور
اکسایتر دیزل ژنراتور بر اساس نحوه تولید و تأمین جریان تحریک به سه نوع اصلی تقسیم می‌شود که عبارتند از:
- اکسایتر خودتحریک (Self-Excited Exciter)
- اکسایتر مستقل (Seperately Excited Exciter)
- اکسایتر مغناطیس دائم (Permanent Magnet Exciter)
اکسایتر خود تحریک
در این روش، انرژی مورد نیاز برای تحریک روتور مستقیماً از خروجی استاتور ژنراتور تأمین می‌شود.
ویژگی‌ها
- استفاده از دیودهای چرخان برای تبدیل جریان AC به DC
- رگولاتور ولتاژ اتوماتیک برای کنترل ولتاژ خروجی
- قیمت پایین‌تر و طراحی ساده‌تر
مزایا
- مناسب برای ژنراتورهای کوچک و متوسط
- عدم نیاز به منبع تغذیه جداگانه
- کنترل خودکار ولتاژ با استفاده از AVR
معایب
- واکنش کندتر در برابر تغییرات ناگهانی بار
- کاهش عملکرد در شرایط اضافه‌بار یا افت ولتاژ شدید
اکسایتر مستقل
در این روش، جریان تحریک از یک منبع تغذیه جداگانه مانند یک ژنراتور تحریک DC یا یک سیستم کنترل ولتاژ خارجی تأمین می‌شود.
ویژگی‌ها
- دارای یک منبع تغذیه جداگانه برای تحریک
- دقت بالا در کنترل ولتاژ
- عدم وابستگی به خروجی ژنراتور
مزایا
- پایداری بالا در برابر تغییرات بار
- واکنش سریع در شرایط اضطراری و اضافه‌بار
- مناسب برای ژنراتورهای صنعتی بزرگ و نیروگاهی
معایب
- هزینه بالاتر نسبت به سیستم خودتحریک
- نیاز به نگهداری بیشتر و تجهیزات اضافی
اکسایتر مغناطیس دائم
در این روش، یک ژنراتور مغناطیسی دائم (PMG) که روی محور آلترناتور نصب شده است، ولتاژ تحریک اولیه را تأمین می‌کند.
ویژگی‌ها
- دارای یک ژنراتور مغناطیسی مستقل روی روتور
- عدم وابستگی به خروجی اصلی ژنراتور
- عملکرد پایدار و مقاوم در برابر تغییرات بار
مزایا
- پایداری ولتاژ بسیار بالا
- واکنش سریع در برابر تغییرات ناگهانی بار
- مناسب برای ژنراتورهای اضطراری و صنعتی بزرگ
معایب
- هزینه بالاتر نسبت به دو سیستم قبلی
- پیچیدگی بیشتر در نگهداری و تعمیرات
جدول مقایسه انواع سیستم تحریک دیزل ژنراتور
|
نوع اکسایتر |
نحوه تحریک | مزایا | معایب |
کاربرد |
|
خودتحریک |
خروجی ژنراتور | هزینه کمتر، طراحی ساده | واکنش کند به تغییرات بار |
ژنراتورهای کوچک و متوسط |
|
مستقل |
منبع تغذیه خارجی | دقت بالا، واکنش سریع | هزینه و نگهداری بیشتر |
ژنراتورهای صنعتی و نیروگاهی |
|
PMG |
ژنراتور مغناطیس دائم | پایداری ولتاژ بالا، واکنش سریع | قیمت بالاتر |
ژنراتورهای اضطراری و صنعتی |
نتیجه‌گیری
سیستم تحریک در دیزل ژنراتور وظیفه تأمین جریان مورد نیاز برای سیم‌پیچ روتور آلترناتور را بر عهده دارد تا میدان مغناطیسی ایجاد شده و برق تولید شود. عملکرد سیستم تحریک به این صورت است که یک جریان DC به سیم‌پیچ تحریک روتور اعمال شده و باعث القای ولتاژ در سیم‌پیچ استاتور می‌شود. انتخاب نوع سیستم تحریک به کاربری دیزل ژنراتور، توان مصرفی و شرایط محیطی بستگی دارد. در دیزل ژنراتورهای صنعتی معمولاً از سیستم تحریک PMG یا مستقل استفاده می‌شود، در حالی که در مدل‌های معمولی و اقتصادی، اکسایتر AVR خودتحریک به کار می‌رود.