تعاون علمي
لمحة هندسية:
عندما تتعلق قيمة المقاومة في الدارة بقيمة الجهد أو التيار فتصبح العلاقة بين الجهد والتيار لاخطية .
  • اخر المشاركات

تشغيل مولدات القدرة

المواضيع والدروس والسلاسل والشروح المرتبطة بالقسم

تشغيل مولدات القدرة

مشاركةبواسطة Eng.Farouk في الخميس يناير 21, 2010 9:31 pm

تشغيل مولدات القدرة


تستخدم مولدات القدرة في محطات توليد الطاقة الكهربية وتعرف باسم المولدات التزامنية؛ لأنها من الآلات القابلة للانعكاس (أي يمكن تشغيلها كمحركات أو مولدات). وتوضع الملفات المنتجة للقدرة الكهربية (المنتج) في الآلات التزامنية على العضو أو الجزء الثابت، وذلك في حالة المولدات متوسطة وكبيرة القدرة، أما المولدات صغيرة القدرة فتكون مثل آلات التيار المستمر، حيث يكون المنتج هو العضو أو الجزء الدوار. ويحمل العضو الدوار ملفات المجال المغناطيسي للمولدات التزامنية متوسطة وكبيرة القدرة. بينما توضع ملفات المجال المغناطيسي على العضو الثابت في حالة المولدات التزامنية الصغيرة.


الأنواع الرئيسية لمولدات القدرة التزامنية

تقسم المولدات التزامنية على حسب :

1. المحرك الأولي المستخدم : ويقصد بها التوربينة المستخدمة لتحويل الطاقة الأولية المخزنة (الوقود – الماء - الهواء – الشمس - الخ) إلى طاقة ميكانيكية لإدارة العضو الدوار للمولد والتي يمكن تقسيمها إلى الأنواع التالية :
*مولدات تعمل على توربينات بخارية.
*مولدات تعمل على توربينات غازية.
*مولدات تعمل على توربينات هيدروليكية.
*مولدات تعمل على الاحتراق الداخلي (الديزل).
*مولدات تعمل على تحويل الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى طاقة كهربية.

2. تردد القوة الدافعة الكهربية المتولدة والتي يمكن تقسيمها إلى الأنواع التالية:
*مولدات على تردد 60 ذبذبة في الثانية .
*مولدات على تردد 50 ذبذبة في الثانية.
ويختلف التردد الناشئ باختلاف سرعة الدوران للتوربينة واختلاف عدد الأقطاب المولدة للمجال المغناطيسي.


الاجزاء الرئيسية لمولدات القدرة التزامنية

تتركب المولدات المتزامنة كما في الشكل الأول من الأجزاء الرئيسية التالية:
Fig.1.jpg
الشكل الاول : المكونات الاساسية لمولد القدرة


1. العضو الدوار:

يتكون عادة من شكل اسطواني ويوضع عليه ملفات المجال والتي تكون عبارة عن أقطاب بارزة (سرعة منخفضة) أو أقطاب غاطسة (سرعة عالية) وتغذى تلك الأقطاب بالتيار المستمر وذللك لتوليد مجال مغناطيسي ثابت القيمة، وتكون تلك التغذية من خلال فرش وحلقات انزلاقية أو باستعمال الدوائرالموحدة أو المقوّمة للتيار(دوائر تغيير التيار المتردد إلى تيار مستمر) وأحياناً تكون تغذية ملفات المجال المغناطيسي تغذية ذاتية.
يستخدم هذا النوع من المولدات (ثنائي الأقطاب أو رباعي الأقطاب) عندما يكون المحرك الأولي عن توربينة بخارية عالية السرعة ويتم توصيل التوربينة للمولد عن طريق عمود دوران على شكل أسطوانة لها طول محوري كبير وقطر صغير نسبيا وذلك للحد من مقدار القوى الطاردة أو النابذة المركزية.
وعندما يكون المحرك الأولي عبارة عن توربينة هيدروليكية تكون السرعة أبطأ، ويلزم استخدام عدد أقطاب أكثر. ولذلك فإن العضو الدوار يصمم بحيث يكون من النوع ذي الأقطاب البارزة ويكون بطيئاً وقطره كبيراً جداً، وطول محوره صغير نسبيا وعادة يكون عمود الدوران الخاص بالتوربينة والمولد في وضع رأسي مع وضع التوربينة أسفل المولد.
ويحتوي العضو الدوار على أقطاب عددها زوجي وتوجد داخل هذه الأقطاب فجوات توضع فيها موصلات ملفات المجال المغناطيسي. وتغذى تلك الملفات من مصدر يمكن التحكم في جهده. وتحمل الملفات الموجودة تحت قطب واحد تيار مستمر ذي اتجاه واحد، ويتغير اتجاه التيار المستمر من قطب إلى آخر. ولذلك تكون القوة الدافعة المغناطيسية الخاصة بالعضو الدوار مترددة القيمة حول محيط المولد. ويرمز للمجال المغناطيسي الخاص بملفات العضو الدوار بالمحور المباشر أو المحور (d) ويرمز للمحور العمودي عليه بمحور التعامد أو المحور (q).

www.4electron.com
2. العضو الثابت:

يتكون من هيكل خارجي وغطاءين جانبيين ومثبت بالمحيط الداخلي للهيكل. ورقائق حديدية لها فتحات (مجاري) موجودة على أبعاد متساوية وموزعة على السطح الداخلي الكلي للعضو الثابت. وتقسم ملفات عضو الإنتاج إلى ثلاثة ملفات متماثلة خاصة بالأطوار الثلاثة. وتكون تلك الملفات ثلاث دوائر كهربائية بين كل منها 120 درجة كهربائية ويوصل عادة على شكل نجمة والتي توصل عادة بالأرضي.


3. ملفات الأخماد:

بالإضافة إلى ملفات المجال وملفات عضو الإنتاج فإن جميع المولدات التزامنية يتم تزويدها بملفات إخماد في العضو الدوار وهذه الملفات مكونة من أقفاص سلكية موصلة كدائرة قصر ومشابهة لملفات القفص السنجابي الخاصة بالمحركات الحثية. وتدخل تلك الملفات عملية التشغيل عند حالات القصر الكهربائي.
بالنسبة إلى الفيض المغناطيسي في العضو الدوار، فإنه يكون ثابتاً في حالات التشغيل العادية ولكنه متغير مع الزمن في العضو الثابت؛ ولذلك يصنع العضو الثابت على هيئة شرائح لتقليل كمية الفقد للمجال المغناطيسي داخل الحديد.

Fig.2.jpg
الشكل الثاني : تغذية الاقطاب بواسطة مولد تيار مستمر


مصادر تغذية الأقطاب:

تتم تغذية الأقطاب المنتجة للفيض المغناطيسي بواسطة دوائر عدة نذكر منها مايلي:

1. التغذية بواسطة المغذي:
تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق شيوعاَ سابقاَ، ويتم ذلك بتوصيل اطراف ملفات الأقطاب للمولد التزامني مع اطراف المغذي والذي يكون مولد تيار مستمر من نوع التوازي مثبت مع محور دوران المولد التزامني ويوضح الشكل الثاني طريقة تغذية أقطاب المولد التزامني باستخدام مولد تيار مستمر.

2. التغذية بواسطة مجموعة من الموحدات
في هذه الطريقة تغذى ملفات أقطاب المولد التزامني باستخدام مجموعة من موحدات التيار والتي تقوم بتوحيد التيار المتولد من مولد تيار متردد الى تيار مستمر ويقوم هذا التيار المستمر بتغذية أقطاب المولد المتزامن. ويوضح الشكل الثالث طريقة تغذية ملفات المجال المغناطيسي لمولد تزامني باستخدام مجموعة من الموحدات .
ويوجد طرق اخرى لتغذية الأقطاب بالتيار المستمر.

Fig.3.jpg
الشكل الثالث : تغذية ملفات اقطاب المولد التزامني بواسطة مجموعة من الموحدات


توليد موجات القوة الدافعة الكهربية الخاصة بالعضو الثابت

عند مرور تيار مستمر (if) في ملفات المجال (ملفات العضو الدوار) فتتولد قوة دافعة مغناطيسية وبالتالي يتكون فيض المجال الرئيسي في العضو الدوار. وتعمل الأقطاب البارزة والتي تأخذ الشكل المدبب إلى وصول كثافة الفيض عبر المحور (d) إلى قيمة عظمى، ثم وصول كثافة الفيض عبر المحور (q) إلى قيمة صغرى (صفر) وبضبط التدرج في أوجه الأقطاب يمكن الحصول على توزيع جيبي للفيض المغناطيسي خلال الفجوة الهوائية.
عند دوران العضو الدوار بسرعة تزامنية ثابتة فإن ملفات المنتج الموجودة على العضو الثابت سوف تتعرض إلى موجة فيض متنقلة (متغيرة). وعندما يقطع الفيض المغناطيسي الذي كثافته (ß) الموصلات العمودية لملفات العضو الثابت بسرعة نسبية S فينشأ في الموصل العمودي قوة دافعة كهربية لها قيمة لحظية:

eqn-1.jpg
eqn-1.jpg (15.9 KiB) شوهد 1368 مرات

حيث تقاس (ß) بالتسلا وتقاس السرعة بوحدة متر لكل ثانية.
ونتيجة لأن توزيع الفيض جيبي الشكل، فإن توزيع القوة الدافعة الكهربية المتولدة على ملفات المنتج سوف تكون هي الاخرى جيبية الشكل وتكون سرعة تلك الموجة هي نفس سرعة موجة الفيض المغناطيسي .
وتتكون موجة الفيض وموجة القوة الدافعة الكهربائية من دورات كاملة عددها (2/P) حول المحيط الكلي للعضو الثابت.
وبافتراض أن سرعة دوران العضو الدوار هي (n) مقدرة باللفة في الدقيقة فإن القوة الدافعة الكهربية الناشئة سوف يكون ترددها:

eqn-2.jpg
eqn-2.jpg (22.47 KiB) شوهد 1359 مرات

www.4electron.com
وعلى سبيل المثال فإن المولد ذا القطبين عندما يدور بسرعة 3600 لفة في الدقيقة سوف يكون تردد القوة الدافعة الكهربائية الناشئة على ملفات العضو الثابت هي 60 ذبذبة في الثانية (Hz). ونظراً لأوضاع الملفات المولدة للقوة الدافعة الكهربائية على العضو الثابت فإن القوة الدافعة الكهربائية الناشئة على الوجه B سوف تتأخر عن القوة الدافعة الناشئة على الوجه A بمقدار 120 درجة كهربائية بينما سوف تتاخر القوة الدافعة الكهربائية الناشئة على الوجه C عن القوة الدافعة الناشئة على الوجه A بمقدار 240 درجة كهربائية (اللف ABC). لذلك سوف تكون القوة الدافعة الكهربائية المتولدة عبارة عن مجموعة ثلاثية الوجه (الطور) ومتماثلة.
سوف نرمز للفيض المغناطيسي الناشئ عن التيار المار في ملفات المجال بالرمز ϕf وبالرمز ϕa للفيض المغناطيسي الناشئ عن التيار المار في ملفات عضو الانتاج.
باعتبار الوجه A هو الوجه المرجع فإن الفيض ϕfa هو المتولد من ملفات المجال بالنظر إليه من جهة العضو الدوار فسوف تظهر كأنها فيض ثابت. أما إذا نظرنا إليها من جهة العضو الثابت فسوف تظهر كأنها فيض متردد وتردده هو نفس التردد f.


eqn-3.jpg


ϕfa مقاسة بالويبر لكل طور, والزاوية wt هي السرعة الزاوية للمجال الدوار.

eqn-4.jpg
eqn-4.jpg (14.39 KiB) شوهد 1374 مرات


بتطبيق قانون نحصل على القوة الدافعة الكهربائية المتولدة على الوجه A كما يلي:

eqn-5.jpg
eqn-5.jpg (18.05 KiB) شوهد 1364 مرات


eqn-6.jpg
eqn-6.jpg (20.62 KiB) شوهد 1352 مرات


rms للقوة الدافعة الكهربائية للوجه هي:
www.4electron.com
eqn-7.jpg
eqn-7.jpg (18.42 KiB) شوهد 1353 مرات


اما اذا رجعنا الى ϕaa الناشئ من ملفات الانتاج والتي تعرف باسم موجة الفيض لرد فعل عضو الانتاج والناشئة من تيار عضو الإنتاج فإن الوجه المرجعي A سيواجه الفيض ϕaa كما لو كان فيضاً متردداً. وكما سبق فإن القوة الدافعة الكهربائية المتولدة من هذا المجال ستكون:


eqn-8.jpg


حيث الزاوية ß الزاوية التي يسبق بها المجال ϕaa التيار المسبب له.
وتكون قيمة rms للقوة الدافعة الكهربائية للوجه هي:


eqn-9.jpg
eqn-9.jpg (18.89 KiB) شوهد 1353 مرات


لذا تكون القوة الدافعة الكهربائية الكلية (Eres) الخاصتين بعضو الإنتاج بالجمع الاتجاهي للمعادلتين السادسة والثامنة هي:
eqn-10.jpg
eqn-10.jpg (18.62 KiB) شوهد 1368 مرات

eqn-11.jpg
eqn-11.jpg (18.25 KiB) شوهد 1354 مرات

حيث (Xs) هي المفاعلة التزامنية.

وتوضح المعادلة السابعة والمعادلة الحادية عشر أن التحكم في القوة الدافعة الكهربائية الناشئة على ملفات العضو الثابت يمكن أن يتم بالتحكم في:
1. التحكم في عدد اللفات في كل وجه.
2. التحكم في عدد الأقطاب.
3. التحكم في سرعة الدوران.
4. التحكم في تيار المغذي لملفات المجال.
5. معامل اللف.
توضح المعادلة الثانية أن التحكم في التردد الخاص بالقوة الدافعة الكهربائية الناشئة على ملفات العضو الثابت يمكن ان يتم بالتحكم في:
1. التحكم في عدد الأقطاب.
2. التحكم في سرعة الدوران.


الدائرة المكافئة للمولدات التزامنية

يوضح الشكل الرابع إحدى الطرق لرسم الدائرة المكافئة للمولدات التزامنية والتي تمثل بمعاوقة تتكون من مفاعلة تزامنية (Xs) متصلة تسلسليا مع مقاومة (Rs) حيث:

eqn-11-a.jpg
eqn-11-a.jpg (15.66 KiB) شوهد 1368 مرات

Fig.4.jpg
الشكل الرابع : الدائرة المكافئة للمولد التزامني

ويكون الجهد المفقود على مقاومة عضو الإنتاج (Rs) أقل من 0.01 من الجهد المتولد على المولد. لذا يمكن إهمال تلك المقاومة ولذلك لم تظهر في الدائرة المكافئة. ويكون الجهد الخارج من المولد لكل وجه مساويا للجهد المعطى في المعادلة الحادية عشر:

eqn-12.jpg
eqn-12.jpg (18.56 KiB) شوهد 1359 مرات

وهذا الجهد توضحه الدائرة المكافئة وكذلك الرسم الاتجاهي في الشكل الخامس:
Fig.5.jpg
الشكل الخامس : الرسم الاتجاهي للدائرة المكافئة


ملاحظة:
www.4electron.com
Rs تزيد بينما تقل Xs في المولدات الصغيرة.
δ: هي الزاوية بين الجهد الخارجي والجهد الداخلي المتولد (زاوية توليد القدرة الفعالة).
ϕ: هي الزاوية بين الجهد الخارجي والتيار الناشئ من الحمل (زاوية معامل القدرة).
(Eaf): هو الجهد الناشئ على ملفات كل وجه الموجودة على عضو الإنتاج ويكون مخطط المتجهات للمولد المتزامن موضحاً بالمعادلة:

eqn-13.jpg
eqn-13.jpg (19.98 KiB) شوهد 1347 مرات



مع تحيات هيئة الإشراف في موقع 4ELECTRON
ومَا من كاتبٍ إلا سيفْنَى *** ويبَقِى الدَّهرَ مَا كتَبَتْ يدَاهُ
فَلا تَكْتُبْ بكفِّكَ غيرَ خطٍّ *** يسرُّك في القيامةِ أنْ تَرَاهُ
صورة العضو الشخصيه
Eng.Farouk
عضو شرف
 
مشاركات: 1044
اشترك في: الخميس ديسمبر 25, 2008 10:22 pm
مكان: IRAQ
الاختصاص: الهندسة الكهربائية
النشاط في الموقع: خدمة عالم الالكترون

العودة إلى القسم العلمي

المتواجدون الآن

المستخدمون المتصفحون لهذا المنتدى: لا يوجد أعضاء مسجلين متصلين و 10 زائر/زوار

منتديات بورصات    


cron