سیستم تحریک (Excitation System) یا اکسایتر (Exciter) دیزل ژنراتور بر پایداری و کارایی ژنراتور کنترل دارد و نقش حیاتی را در عملکرد ژنراتور دیزلی در صنایع مختلف ایفا می‌کند. اکسایتر دیزل ژنراتور، به ایجاد و تنظیم میدان‌های الکتریکی در روتور ژنراتور اشاره دارد و به عنوان سیستمی تعریف می‌شود که جریان میدانی را برای سیم پیچ روتور دیزل ژنراتور فراهم می‌کند. یک سیستم تحریک که به خوبی طراحی شده است، قابلیت اطمینان بالا، کارکرد پایدار و پاسخ‌دهی سریع ژنراتور را در پی خواهد داشت.
اکسایتر دیزل ژنراتور چیست؟
دیزل ژنراتور به یک میدان مغناطیسی برای ارائه خروجی مد نظر نیاز دارد. این میدان مغناطیسی خود، به جریان الکتریکی نیاز دارد که سیستم تحریک یا اکسایتر دیزل ژنراتور آن را تولید می‌کند. سیستم تحریک ژنراتور، از یک میدان الکتریکی برای تولید میدان مغناطیسی استفاده می‌کند و به این طریق، جریان DC تنظیم‌شده را به سیم پیچ روتور ژنراتور یا سیم پیچ‌های میدان می‌رساند که در نهایت، منجر به ایجاد ولتاژ خروجی می‌شود. اکسایتر دیزل ژنراتور با تنظیم ولتاژ و جریان میدانی، از عملکرد کارآمد سیستم تولید توان خروجی محافظت می‌کند.
اجزای تشکیل‌دهنده سیستم تحریک دیزل ژنراتور
سیستم تحریک دیزل ژنراتور از اجزای زیر تشکیل شده است:
- اکسایتر: برق DC را به سیستم تحریک می‌رساند.
- رگولاتور: اکسایتر را برای تعدیل قدرت و شکل جریان ورودی کنترل می‌کند.
- استابلایز سیستم توان: برای کنترل نوسانات، سیگنال ورودی را به رگولاتور ارسال می‌کند.
- لیمیتر و مدار محافظ: تأثیر زیادی در افزایش ظرفیت ژنراتور و اکسایتر دارد.
- مبدل: ولتاژ تولیدی را کنترل می‌کند و مطابق نیاز، آن را تغییر می‌دهد.
- مقاومت: به کنترل دستی جریان میدانی کمک می‌کند.
- یکسوساز: جریان AC را به DC تبدیل می‌کند (برای اکسایترهای AC مورد نیاز است).
- سیستم چشمک‌زن: در صورت از بین رفتن مغناطیس باقی‌مانده، جریان مستقیم را در اختیار روتور قرار می‌دهد.
انواع سیستم تحریک دیزل ژنراتور
سه نوع سیستم تحریک ژنراتور دیزلی وجود دارد که عبارتند از:
- سیستم تحریک دیزل ژنراتور DC
- سیستم تحریک دیزل ژنراتور AC
- سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک.
سیستم تحریک دیزل ژنراتور DC
سیستم تحریک DC شامل دو نوع تحریککننده است که در آن، خروجی توسط تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) تنظیم می‌شود. این دو تحریککننده عبارتند از اکسایتر اولیه و پایلوت. این نوع سیستم تحریک، توسط یک موتور یا از طریق شفت اصلی به کارمی‌افتد. چنانچه قطع‌کننده میدان باز وجود داشته باشد، یک مقاومت به سیم پیچ میدان متصل می‌شود که انرژی الکتریکی باقی‌مانده در میدان مغناطیسی ژنراتور را تخلیه می‌کند.
سیستم‌های تحریک DC اگرچه قابلیت اطمینان بالایی را ارائه می‌دهند، اما از محدودیت‌های آن‌ها، می‌توانیم به سرعت پاسخ‌دهی آهسته، اندازه بزرگ و مکانیسم تنظیم ولتاژ پیچیده اشاره کنیم.
سیستم تحریک دیزل ژنراتور AC
سیستم تحریک دیزل ژنراتور AC از دو بخش تشکیل شده است؛ پل یکسوساز تریستور و آلترناتور متصل به شفت اصلی. فرآیند تحریک ژنراتور می‌تواند به صورت جداگانه یا به تنهایی رخ دهد. خود سیستم تحریک AC، به دو دسته سیستم تحریک تریستور چرخان (Rotating Thyristor) و سیستم تحریک بدون جاروبک (Brushless) طبقه‌بندی می‌شود. سیستم تحریک تریستور چرخان، دارای پاسخ‌دهی سریع، ساده و کم‌هزینه است. در مقابل، سیستم تحریک بدون جاروبک، قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر است و نیاز کمی به تعمیرات و نگهداری دارد.
سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک
سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک بدون قطعات چرخان کار می‌کند، بنابراین از مزاحمت باد خبری نیست و اتلاف‌های ناشی از چرخش قطعات را از بین میبرد. سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک، قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری خوبی دارد و اندازه آن کوچک است. به علاوه، در سیستم تحریک استاتیک، اتلاف کمی وجود دارد، عملکرد سیستم بالا است و با پاسخ‌دهی عالی روبرو هستیم. البته، این نوع سیستم تحریک بدون عیب نیست؛ نیاز به جاروبک و حلقه لغزنده از معایب اصلی سیستم تحریک دیزل ژنراتور استاتیک هستند.
روش های تحریک دیزل ژنراتور
چهار روش برای تحریک دیزل ژنراتور وجود دارد، به شرح زیر:
- شانت یا خود تحریک
- سیستم تقویت یا بوست تحریک (EBS)
- ژنراتور مغناطیس دائم (PMG)
- سیم پیچ کمکی (AUX)
شانت یا خود تحریک
سیستم شانت (Shunt) یا خود تحریک نیازی به تحریک خارجی ندارد. در این روش، مغناطیس باقی‌مانده در روتور، منجر به خود تحریکی ژنراتور می‌شود. این کار با تولید یک ولتاژ کوچک که AVR را تغذیه می‌کند، انجام می‌شود و جریان DC را به استاتور تحریککننده می‌رساند. این یک روش مقرون‌به‌صرفه است که نیازی به سیم‌کشی یا قطعات اضافی ندارد.
در این روش، فرآیند عیب‌یابی ساده‌تر است، اما کنترل محدودی دارد و شروع آن، بدون مغناطیس باقی‌مانده، دشوار است. در روش شانت، ولتاژ تسلیم (Yield Voltage) ممکن است کاهش یابد. همچنین، در صورت قطع کوتاه، ژنراتور بازده توان خود را از دست می‌دهد. به طور کلی، روش شانت برای بارهای مستقیم بهتر است.
سیستم تقویت یا بوست تحریک (EBS)
سیستم تقویت یا بوست تحریک، شامل یک منبع تغذیه اضافی و یک ژنراتور کمکی کوچک یا یک منبع تغذیه خارجی است. با تقویت ولتاژ تا حد کافی، ژنراتور تحریک می‌شود و به منزله یک مزیت برای شروع به کار ژنراتور است. ژنراتور EB برق کنترلر را تأمین می‌کند. پس از شروع به کار، AVR تنظیم ولتاژ را به عهده می‌گیرد. ماژول کنترل EBS به طور موازی به AVR و اکسایتر متصل است.
سیستم تقویت تحریک، قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به روش شانت دارد؛ با این حال، نیاز به منبع تغذیه اضافی یک محدودیت است. علاوه بر این، سیستم EBS برای کاربردهای تأمین برق به صورت مداوم مناسب نیست، اما می‌تواند عملکرد خوبی در شرایط اضطراری داشته باشد.
ژنراتور مغناطیس دائم (PMG)
ژنراتور مغناطیس دائم یا Permanent Magnet Generator، به یک مولد مغناطیسی دائم کوچک اشاره دارد که روی همان ژنراتور اصلی (قسمت انتهایی شفت ژنراتور) نصب می‌شود. این یک رویکرد مدرن است که ولتاژ DC را برای تغذیه AVR تولید کرده و از این طریق، ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی را تنظیم می‌کند. ژنراتور PMG، بدون توجه به بار، یک منبع ولتاژ پایدار و ثابت برای AVR فراهم می‌کند، اما با هزینه اولیه و پیچیدگی بالاتری همراه است.
سیم پیچ کمکی (AUX)
سیم پیچ کمکی، به ژنراتور اصلی برای تولید ولتاژ AC اضافه می‌شود. سپس، ولتاژ AC به DC تبدیل می‌شود و متعاقباً، AVR را تغذیه می‌کند. به این طریق، ولتاژ ژنراتور اصلی تنظیم می‌گردد. سیم پیچ کمکی، یک منبع خود پایدار برای AVR فراهم می‌کند، اما باعث می‌شود که ژنراتور طراحی پیچیده‌تری پیدا کند. این روش، بیشتر برای کاربردهای صنعتی مناسب است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش تحریک AUX، هم برای بار مستقیم و هم غیرمستقیم کاربرد دارد.
جمع‌بندی
اکسایتر دیزل ژنراتور برای عملکرد آن حیاتی است، زیرا نقش مهمی را در شروع فرآیند راه‌اندازی ژنراتور و تولید برق ایفا می‌کند. به طور خلاصه، اکسایتر وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی در روتور ژنراتور را به عهده دارد و به این طریق، جریان الکتریکی را به سیم پیچ‌های استاتور القا می‌کند. جریان القایی منجر به تولید برق می‌شود، بنابراین فرآیند تحریک، نخستین و مهم‌ترین مرحله در تولید برق است. روش‌ها و سیستم‌های مختلفی برای تحریک ژنراتور وجود دارد. انتخاب اکسایتر دیزل ژنراتور به فاکتورهایی مانند خصوصیات بار، ملاحظات هزینه، اندازه و ظرفیت ژنراتور و… بستگی دارد.
