ژنراتورها وموتورهاي الكتريكي
ژنراتورها و موتورهاي الكتريكي گروه از وسايل استفاده شده جهت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي يا برعكس . توسط وسايل الكترومغناطيس هستند . يك ماشيني كه انرژي الكتريكي به مكانيكي تبديل مي كند موتورنام دارد.و ماشيني كه انرژي مكانيكي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند ژنراتور يا آلترناتور يامتناوب كننده يا دينام ناميده مي شود .
دو اصل فيزيكي مرتبط با عملكردموتورهاوژنراتور ها وجود دارد. اولين اصل فيزيكي اصل القايي الكترومغناطيسي كشف شده توسط مايكل فارادي دانشمند بريتانيايي است. اگر يك هادي در ميان يك ميدان مغناطيسي حركت كند يا اگر طول يك حلقه ي القايي ساكني جهت تغيير استفاده شود. يك جريان ايجاد مي شود يا القا مي شود در كنتاكنتور بحث اين اصل اين است كه در مورد واكنش الكترومغناطيسي بحث مي كند و اين كه اين واكنش در ابتدا توسط آندر مري آمپر در سال 1820 كه دانشمند فرانسوي است كشف شد.اگر يك جريان از ميان يك كنتاكتور كه در ميدان مغناطيسي قرار گرفتند عبور كند . ميدان نيروي مكانيكي بر آن وارد مي كند .
ساده ترين ماشيني هاي ديناموالكتريك ديسك ديناميكي است كه توسعه يافته توسط افرادي است كه آن شامل يك صفحه ي مسي پيچيده شده است. كه اين پيچش از مركز تالبه وجود دارد .و بين قطبهاي يك آهنرباي سمبر اسبي است .
وقتي ديسك مي چرخد يك جريان بين مركز ديسك ولبه ي آن توسط عملكرد ميدان آهنربا القا مي شود كه ديسك يا صفحه ميتواند ساخته شود. جهت عمل كردن به عنوان يك موتور توسط بكار بردن يك ولتاژ بين لبه ي ديسك و مركزش كه اين به علت چرخش ديسك به دنده بدليل نيروي توليد شده توسط واكنش مغناطيس است . ميدان مغناطيسي آهن رباي دائم به اندازه ي كافي براي كار كردن كافي است . كه حتي به عنوان يك موتور يا دينام كوچك بكار مي رود ( كار مي كند). در نتيجه براي ماشين هاي بزرگتر آهنرباي بزرگتري بكار مي رود. هم موتور ها وهم ژنراتورها داراي دو اصل هستند : قسمتها وميدان كه آهنرباي الكترومغناطيسي با سيم پيچ هايش و آرميچر و ساختاري كه از كنتاكتور حمايت مي كند و كار قطع ميدان مغناطيسي وحمل جريان القا شده ژنراتور يا جريان ناگهاني به موتور را دارد است. آرميچر معمو? هسته ي نرم آهني اطراف سيم هاي القايي كه دور سيم پيچ ها پيچيده شده اند است.
موتور هاي AC:
دو نوع اساسي موتور ها طراحي شده اند براي عمل كردن بر روي جريان متناوب پولي فاز موتور هاي سنكرون و موتور هاي القايي موتور هاي سنكرون اساسآ يك تناوب گر(آلترناتور) سه فاز است كه بصورت معكوس كار مي كند. آهنربا هاي ميدان روي رتور پيچيده شده اند توسط جريان مستقيم تحريك شده اند و سيم پيچ آرميچر به سه قسمت تقسيم مي شود و با جريان متناوب سه فاز تغذيه مي شوند . تغيير موج هاي سه فاز جرياندر آرميچر واكنش متغيير مغناطيس را با قطبهاي آهنربا هاي ميدان سبب مي شوند. و چرخش ميدان با يك سرعت ثابت كه اي سرعت ثابت توسط فركانس جريان در خط قدرت AC تعيين مي شود را سبب مي گردند سرعت موتور سنكرون در وسايل خاصي سودمند است. همچنين در كاربدهايي كه بار مكانيكي روي موتور خيلي زياد مي شود و نيز موتور هاي سنكرون نمي توانند استفاده شوند. بخاطر اينكه اگر موتور سرعتش كاسته شود تحت بار آن يك مرحله عقب مي ماند . در واقع يك پله كاسته مي شود با فركانس جريان و منجر به توقف موتور مي شود موتور هاي سنكرون مي توانند ساخته شوند براي عملكرد از يك منبع قدرت تك فاز توسط با شاكل شدن عناصر مدار مناسب كه يك ميدان مغناطيسي چرخش را سبب مي شود ساده ترين موتور هاي الكتريكي نوع قفس سنجابي موتور هاي القايي استفاده شده بايد يك تغذيه سه فاز مي باشد استاتور يا ارميچر ساكن از موتور قفس سنجابي شامل سه سيم پيچ ثابت مشابه با آرميچر موتور سنكرون مي باشد عصر چرخشي متشكل از يك هسته: در قسمتي كه يك سري از كنتاكتور ها سنگين نظم داده ومنظم شده اند وقرار گرفته اند بصورت يك دايره در اطراف شافت (ميله) و موازي با آن برداشتني هستند كنتاكتور هاي روتور به شكل قفسه اي استوانه اي و مشابه به ان استفاده مي شوند بصورت سنجابي (كار مي كنند) جريان سه فاز در سيم پيچ هاي استاتور جاري مي شوند و يك ميدان مغناطيسي چرخشي توليد مي كند. اين ميدان يك جريان در كنتاكتور هاي نوع قفسه اي القا مي كند . واكنش مغناطيسي بين ميدان چرخشي و كنتاكتور هاي حامل جريان روتور روتور را به حركت در مي اورند. اگر روتور دقيقآ با سرعت يكساني به مانند ميدان مغناطيسي بچرخد هيچ جرياني در آن القا نخواهد شد. و از اين رو روتور با سرعت سنكرون نبايد به حركت درايد. در عمل سرعتهاي چرخش روتور و ميدان در حدود 2 تا 5 درصد با هم تفاوت دارند. اين تفا وت سرعت بعنوان لغزش معروف است. متور ها با روتور هاي قفس سنجابي مي توانند استفاده شوند روي جريان متناوب تكفاز بوسيله نظم هاي مختلفي از القا و ظرفيت و بر اساس اين دو مورد كه ولتاژ تكفاز را اصلاح مي كند و تغيير مي دهد و آن را به ولتاژ فاز تبديل مي كند چنين موتور هايي بعنوان موتور هاي فاز شكاف (Spelat Phase) مشخص و معروفند يا موتور هاي تعديل كننده يا كند از سر(متور هاي خازني) بر اساس نظم و ترتيب آن ها استفاده مي شوند.
موتور هاي قفس سنجابي تكفاز گشتاور شروع(راه اندازي) زيادي ندارند. و براي به كار انداختن در حالي كه گشتاور زياد است موتور هاي خنثي القايي استفاده مي شود . يك موتور خنثي القايي ممكن است از نوع فاز شكاف باشد. يا از نوع تعديل كننده اما يك سوئيچ يا اتو ماتيك يا دستي دارد كه اجازه مي دهد جريان بين جاروبك هاي كموتاتور وقتي موتور شروع به حركت مي كند. جاري شود و اتصالات كوتاه همه اجزاي كموتاتور بعد از اينكه موتور به يك سرعت تقسيم مي شوند . موتور هاي دفع القايي يا خنثي القايي به اي خاطر ناميده شده اند . كه گشتاور راه اندازيشان وابسته است به دفع بين روتور و استاتور و گشتاورشان در زمان راه اندازي وابسته است به القا موتورهاي سيم پيچي شده ي سري با كموتاتور ها كه بر روي جريان متناوب با جريان مستقيم عمل مي كنند. موتور هاي يونيورسال ناميده مي شوند. آن ها معمولآ فقط در اندازه هاي كوچك ساخته مي شوند و معمولآ در مصارف خانگي كاربرد دارند.
آلتر ناتور هاي جريان متناوب(AC)(آلتر ناتور ها) ژنراتوها:
همانتور كه در بالا گفته شد يك ژنراتور ساده بدون كموتاتور توليد خواهد كرد كه يك جريان الكتريكي كه متناوب مي شوند.در مسير همانطور كه آرميچر مي چرخد چنين جريان متناوبي مزيت زيادي دارد . براي اتقال توان الكتريكي و از اين رو بشترين ژنراتور هاي اللتريكي بزرگ از نوع AC هستند.در ساده ترين شكلش يك ژنراتور AC فقط در دو حالت خاص فرق مي كند با ژنراتور DC پايانه هاي سيم پيچ آرميچرش بيرون هستند. براي حلقه هاي لغزان جزئي شده جامد روي شافت(ميله)ژنراتو بجاي كموتاتور و سيم پيچ هاي ميذان توسط يك منبع DC خارجي تغذيه انرژي مي شوند. تا اينكه توسط خود ژنراتور اين كار انجام مي شود. ژنراتور هاي AC سرعت پاييني با تعداد زيادي در حدود 100 قطب ساخته مي شوند. هم براي بهبود بازده شان و هم براي دست يافتن به فركانس دلخواه به آساني. آلترناتور ها با توربين هاي سرعت بالا راه اندازي مي شوند. همچنين اغلب ماشين هاي دو قطبي هستند. فركانس جريان گرفته شده توسط ژنراتو AC مساوي است با نيمي از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرميچر در هر ثانيه. اغلب مطلوب است در مورد ژنراتور كه واتژ بالايي وجود داشته باشد و آرميچر هاي در حال چرخش در چنين كاربرد هايي صرف عمل نمي كنند. بخاطر احتمال جرقه زني بين جاروبكها و حلقه هاي لغزان و خطر شكستهاي مكانيكي كه ممكن است سبب اتصال كوتاه شود . آلترناتور ها بنا بر اين با يك سيم پيچ ساكن كه بدور يك روتور مي چرخد . و اين روتور شامل تعدادي اهنرباي مغناطيسي ميدان هستندساخته مي شوند اصل عملكرد آنها دقيقآ مشابه عملكرد ژنراتور هاي AC توصيف شده اند. بجز اينكه ميدان مغناطيسي(نسبت به كنتاكتور هاي آرميچر) به حركت در مي ايند. جريان توليد شده توسط آلترناتور هاي توصيف شده در بالا به يك پيك مي رسد و به صفر ختم مي شوند و به يك پيك منفي افت مي كنند. و دوباره به سمت صفر مي آيند. و در چند زمان در واقع چندين بار در هر ثانيه بسته به فركانس كه ماشين طراحي شده چنين جريان را جريان متناوب تكفاز ناميده اند. همچنين اگر آرميچر در داخل دو سيم پيچ قرار گيرد. كه اين سيم پيچ ها از زاويه ها و گوشه هاي راست يكديگر كشيده شده اند و با اتصالات خارجي مجزا تهيه شده اند. دو موج جريان توليد خواهد شد. هر كدام در ماكزيممش خواهد بود وقتي كه ديگري به صفر برسد .چنين جرياني را جريان متناوب سه فاز ناميده اند. اگر سه سيم پيچ ارميچر با زواياي 120درجه با يكديگر قرار گيرند جريان به شكل موج سه برابر و كريپل توليد خواهد شد كه به آن جريان متناوب سه فاز گفته مي شود. يك تعداد زيادتري از فازها ممكن است با افرايش تعداد سيم پيچها بدست آمده باشند و گرفته شوند در ارميچر اما در مهندسي برق مدرن جريان متناوب سه فاز بسيا پر كاربرد است و آلترناتور سه فاز ماشيني دينامو الكتريكي است كه بطور كلي براي توليد قدرت الكتريكي (يا توان الكتريكي) بكار مي رود. ولتاژ خاي بالاي 13200 در آلترناتور ها رايج ترند.
ژنراتور الکتريکي
يک ژنراتور الکتريکي دستگاهي است که از يک منبع انرژي مکانيکي توليد انرژي الکتريکي مي‌کند. اين فرآيند را توليد الکتريسته مي‌نامند.
قبل از اينکه ارتباط بين مغناطيس و الکتريسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتيک بهره مي‌بردند. ماشين ويمشارت از القاي الکتروستاتيک يا تأثير کردن استفاده مي‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تريبوالکتريک برق مالشي براي جدا سازي بارهاي الکتريکي با استفاده از اصطکاک بين عايقها استفاده مي‌کرد. ژنراتورهاي الکتروستاتيک کارآمد نيستند و تنها براي آزمايشات علمي که نيازمند ولتاژهاي بالا است، مناسب هستند.
فارادي
در سال 1831–1832م مايکل فارادي کشف کرد که بين دو سر يک هادي الکتريکي که بصورت عمود بر يک ميدان مغناطيسي حرکت مي‌کند، اختلاف پتانسيلي ايجاد مي‌شود. او اولين ژنراتور الکترومغناطيسي را بر اساس اين اثر ساخت که از يک صفحه مسي دوار بين قطبهاي يک آهنرباي نعل اسبي تشکيل شده بود. اين وسيله يک جريان مستقيم کوچک را توليد مي کرد.
دينامو
دينامو اولين ژنراتور الکتريکي قادر به توليد برق براي صنعت بود و کماکان مهمترين ژنراتور مورد استفاده در قرن بيست و يکم است. دينامو از اصول الکترومغناطيس براي تبديل چرخش مکانيکي به يک جريان الکتريکي متناوب ، استفاده مي‌کند. اولين دينامو بر اساس اصول فارادي در سال 1832 توسط هيپوليت پيکسي که يک سازنده تجهيزات بود، ساخته شد. اين وسيله داراي يک آهنرباي دائم بود که توسط يک هندل گردانده مي‌شد. آهنرباي چرخنده بگونه‌اي قرار داده مي‌شد که يک تکه آهن که با سيم پوشانده شده بود، از قطبهاي شمال و جنوب آن عبور مي‌کرد. پيکسي کشف کرد که آهنرباي چرخنده ، هر بار که يک قطبش از سيم پيچ عبور مي‌کند، توليد يک پالس جريان در سيم مي‌کند. به علاوه قطبهاي شمال و جنوب آهنربا جريانها را در جهتهاي مختلف القا مي‌کنند. پيکسي توانست با اضافه کردن يک کموتاتور جريان متناوب توليدي به اين روش را به جريان مستقيم تبديل کند.
ديناموي گرام
به هر حال هر دوي اين طرحها داراي مشکل يکساني بودند: آنها پرشهاي جرياني القا مي‌کردند که از هيچ چيز پيروي نمي‌کرد. يک دانشمند ايتاليايي به نام آنتونيو پاسينوتي اين مسأله را با جايگزيني سيم پيچ چرخنده توسط يک سيم پيچ حلقه‌اي که او با سيم پيچي يک حلقه آهني درست کرده بود، حل کرد. اين بدان معني بود که آهنربا همواره از بخشي سيم پيچ عبور مي‌کرد که اين مسأله موجب يکنواختي جريان خروجي مي‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حين طراحي اولين نيروگاه تجاري در پاريس در دهه 1870م ، اين طرح را دوباره ابداع کرد. طراحي وي با نام دينامي گرام معروف است. نسخه‌هاي مختلف و تغييرات زيادي از آن هنگام تا کنون در اين طراحي بوجود آمده است، اما ايده اصلي چرخش يک حلقه بي پايان از سيم ، کماکان قلب تمامي ديناموهاي پيشرفته باقي ماند.
مفاهيم
دانستن اين مطلب مهم است که ژنراتور توليد جريان الکتريکي مي‌کنند و نه بار الکتريکي که در سيمهاي سيم پيچي‌اش وجود دارد. اين تا حدودي شبيه يک پمپ آب است که ايجاد يک جريان آب مي‌کند اما خود آب را ايجاد نمي‌کند. ژنراتورهاي الکتريکي ديگري هم وجود دارند، اما بر اساس ديگر پديده‌هاي الکتريکي نظير: پيزو الکتريسته و هيدرو ديناميک مغناطيسي ، ساختار يک دينامو شبيه يک موتور الکتريکي است و تمام انواع عمومي ديناموها مي‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنين تمامي انواع عمومي موتورهاي الکتريکي مي‌توانند مانند يک ژنراتور کار کنند.
ژنراتورهاي الكتريكي اصلاح شده داراي بازده و قابليت اعتماد بيشتري هستند.
ژنراتورهاي توربيني در بيش از 100 سال پيش كه براي اولين بار وارد عرصه كاري‌شدند با هوا خنك مي‌شدند. با اين حال همچنان كه خروجي واحد ژنراتور افزايش پيدا كردنياز به خنك‌كنندگي موثر افزايش يافت. اين نياز منجر به تكميل ژنراتورهايي شد كه باهيدروژن و آب، خنك مي‌شدند. هدايت حرارتي هيدروژن، هفت برابر هوا بوده و با همان‌فشار مطلق، چگالي آن يك دهم هواست.
پيش از انتخاب نوع سيستم‌خنك‌كنندگي مورد استفاده براي ژنراتور، دوموضوع عمده وجود دارد كه عبارتند از:اندازه مگاولت آمپر ژنراتور و يك سايت هوابا كيفيت خوب. با وجود اين كه‌خنك‌كنندگي با هوا نوعا براي واحدهاي‌كوچكتر استفاده مي‌شود هم اكنون اصلاح‌فن‌آوريهاي جديد به هوا اين امكان رامي‌دهد تا براي ژنراتورهايي كه حداكثر30مگاولت آمپر ظرفيت دارند مورد استفاده‌قرار گيرد. ژنراتورهاي الكتريكي، حجم زيادي ازهوا را مصرف مي‌كنند. در جايي كه كيفيت‌هوا مساله ساز نيست ژنراتورها با سيستم‌خنك‌كنندگي هواي باز كه بازده بالايي از نظرفيلتراسيون و آب بندي محوري تحت فشاردارند بهترين انتخاب و همچنين داراي‌حداقل هزينه است.
سايتهاي نيروگاه قدرت كه داراي ذرات‌ريز و سولفور قابل ملاحظه هستند بايدژنراتورهايي را كه خنك‌كنندگي آنها با آب وهواي محبوس انجام مي‌شود مورد بررسي‌قرار دهند. اين ژنراتورها چنانچه داراي سيستم خنك كنندگي با آب و آب بندي‌محوري تحت فشار با فيلترهاي هواي‌جبراني باشند از نظر فيزيكي بزرگتر هستند.ژنراتورهايي كه خنك‌كنندگي آنها با آب وهواي محبوس صورت مي‌گيرد ازژنراتورهايي كه خنك‌كنندگي آنها با هواي بازانجام مي‌شود گران‌تر بوده و بازده كمتري نيزدارند.
با اين همه در حالي كه ذرات ريز، يك‌موضوع قابل بررسي است و وقتي كه‌مساله‌اي از نظر ذخيره‌سازي هيدروژن درنيروگاه وجود ندارد عموما ژنراتورهايي كه باهيدروژن خنك مي‌شوند انتخاب مناسبي به‌نظر مي‌رسد. با وجود آن كه اين نوع ازژنراتور گرانترين نوع است ولي بالاترين‌بازده را دارد.
سيستم هاي خنك كنندگي
طراحي واحدهايي كه با هيدروژن‌خنك مي‌شوند در مقايسه با ژنراتورهايي كه‌با هوا خنك مي‌شوند پيچيده‌تر است.سيستمهايي كه با هيدروژن خنك مي‌شوندبه محفظه‌اي كه در مقابل فشار مقاوم باشد ونيز به آب بندي خاص و يك دستگاه تهويه‌گازي نياز دارند. علاوه بر آن سيستمهايي كه‌با هيدروژن خنك مي‌شوند قبل از آن كه‌براي تعمير و نگهداري از سرويس خارج‌شوند بايد با دي اكسيد كربن پاكسازي شوند. همچنين قبل از آن كه مجددٹ از هيدروژن پرشوند و به سرويس بازگردند لازم است بادي‌اكسيد كربن پاكسازي شوند. با وجود آن‌كه ژنراتورهايي كه با هوا خنك مي‌شوند ازنظر فيزيكي بزرگتر از ژنراتورهايي هستند كه‌با هيدروژن خنك مي‌شوند، با اندازه يكسان داراي هزينه اوليه كمتري هستند. به علاوه‌تعمير آنها ساده‌تر و با هزينه كمتر است.ژنراتورهاي بزرگي كه با هوا خنك شده ومتعلق به شركت آلستوم هستند عمومٹمجهز به سيستم خنك‌كنندگي آب - هواي محبوس (TEWAC) هستند. در سيستم‌خنك‌كنندگي آب - هوا، ژنراتور به وسيله‌هوا خنك مي‌شود. هواي گرم پس از آن كه‌در خنك‌كن‌هاي آب - هوا سرد شد مجددٹوارد سيكل مي‌شود. در اين واحدهاهاديهاي سيم‌پيچ ميدان روتور تو خالي بوده‌و به صورت محوري خنك مي‌شوند. برخلاف بخش فعال ژنراتورهاي قديمي كه باهوا خنك مي‌شوند، سيم‌پيچهاي ميدان‌جديدتر در هر ماشين داراي دو بخش‌خنك‌كن است. در بخش اول جريان هوا اززير استوانه انتهايي مي‌گذرد و قبل از خروج‌به داخل هادي تو خالي جريان پيدا مي‌كند.جريان هواي خنك كن براي بخش دوم ازطريق يك شيار فرعي كه در زير سيم پيچ‌تعبيه شده است صورت مي‌گيرد.
هسته استاتور كه به شكل محوري به‌اتاقهايي تقسيم شده است هواي خنك كننده‌براي استاتور را فراهم مي‌آورد. اين كار باجريان متناوب هوا به داخل و به بيرون‌اتاقكهاي تهويه انجام مي‌شود.
توليدكنندگان با اضافه كردن اتاقكهاي‌تهويه بيشتر نسبت به ماشينهاي ژنراتور كوتاهتر قديمي توانسته‌اند ميزان‌خنك‌كنندگي ژنراتور را بهينه كنند. طبق‌گزارش آلستوم، بهينه سازي خنك‌كنندگي واين واقعيت كه هم اكنون خروجيهاي‌بيشتري براي هواي خنك كن روتور وجوددارد توزيع دما در سيم‌پيچ استاتور و هسته‌را يكنواخت كرده است.
شكستن مانع 300 كيلوولت آمپري
انجام اصلاحات، طي چند سال اخير برروي طراحي ژنراتورهايي كه با هوا خنك‌مي‌شوند سبب شده است كه واحدهايي‌توليد شود كه تا چند سال گذشته فقط باژنراتورهايي كه با هيدروژن خنك مي‌شوند امكان‌پذير بود. درطول چهار دهه گذشته‌ظرفيت ژنراتورهايي كه با هوا خنك‌مي‌شوند از 90 مگاولت آمپر به بيش از 300مگاولت آمپر افزايش يافته است.
يكي از توليدكنندگان (آلستوم) خروجي‌ژنراتورهايي كه با هوا خنك مي‌شوند را تا33 درصد افزايش داده است. اين كار باافزايش قطر روتور و طول فعال آن به ميزان10 درصد اجرا شده است. افزايش خطي‌ژنراتور نيز حجم Slot (يكي از شيارهاي‌نگهدارنده رسانا در سطح روتور يا استاتوريك ماشين گردنده الكتريكي) را بزرگتر كرده‌و در نتيجه سيم‌پيچهاي بيشتري قابل اضافه‌كردن بود.
متاسفانه وقتي قطر روتور افزايش داده‌مي‌شود اتلاف سيم‌پيچ نيز افزايش مي‌يابد.بخش قابل توجهي از اتلاف سيم پيچي‌ناشي از اصطكاك سطح است.
ژنراتورها ديگري كه توسط آلستوم‌تكميل شده يك ماشين 50 هرتز 500مگاولت آمپري است. اين ماشين يك‌پيشرفت عمده در فن آوري ژنراتورهايي كه‌با هوا خنك مي‌شوند بوده و خنك‌كنندگي‌آن به شكل معكوس امكان‌پذير شد. درخنك‌كنندگي معكوس، فنها در بالا دست‌كولر قرار مي‌گيرند و به اين ترتيب بخش‌فعال ژنراتور به طور مستقيم و بدون هيچ‌گونه پيش گرمايشي از هوايي كه ازكولرها مي‌آيد بهره‌مند مي‌شود. هوايي كه به‌طور مستقيم از فنها تامين شده است‌همچنان كه از درون فن عبور مي‌كند،پيش‌گرم مي‌شود.
هوا در پايين دست كولرها در ابتدا ازيك ناحيه مخلوط عبور مي‌كند كه توزيع همگني از هواي سرد را به ورودي ژنراتورمي‌رساند. حتي اگر يك كولر، خارج ازسرويس باشد اين نوع از خنك‌كنندگي به‌ژنراتور اين امكان را مي‌دهد كه با75 درصداز خروجي اسمي خود كار كند.
محفظه ژنراتور 500 مگاولت آمپرآلستوم كه با هوا خنك مي‌شود كاملاجوشكاري شده و داراي ياتاقانهايي است كه‌بر روي محفظه‌اي نصب شده و از يك‌سيستم خنك‌كننده بسته استفاده مي‌كند.ابتكار طراحي عمده ديگر آن است كه‌ژنراتور با راه آهن قابل حمل‌ونقل است.
بررسي اصلاحات
در حالي كه بيش از 20 سال از كار اغلب‌نيروگاههاي قدرت ايالات‌متحده مي‌گذرد متخصصان نيروگاههاي توليد برق در جست‌و جوي راههايي بوده‌اند تا قابليت اعتماد ودر دسترس بودن ژنراتورهاي قديمي رابهبود بخشند. غير از جايگزيني ژنراتورها،برخي از ژنراتورهاي قديمي‌تر را معمولا ميتوان با سيم پيچي مجدد استاتورها ونوكردن exciter (ژنراتور كمكي كوچكي كه‌جريان ميداني لازم را براي ژنراتوري باجريان متناوب فراهم مي‌كند) اصلاح كرد.
دبليوجي مور مدير مهندسي كويل‌برق ملي در كلمبوس اوهايو مي‌گويد كه درهنگام اصلاح و بازسازي ژنراتورهاي‌الكتريكي، يكي از اولين مراحل، آن است كه‌شرايط فورجينگ روتور ارزيابي شود.
در غير از مواردي كه مسائل جدي بروز كندجايگزين كردن روتور، لازم نيست. هرگونه‌تركي كه در سوراخها پيدا شود عموما ازفركانس پايين و ناشي از تنشهاي چرخشي‌در اثناي شروع بكار و توقف واحد است.
با اين همه چنين تركهايي را نبايد ناديده‌گرفت چرا كه مي‌توانند منجر به گسيختگي‌كاتاستروفيك روتور شوند. به گفته >مور<قبل از بازگرداندن يك روتور قديمي‌تر به‌سرويس بايد سوراخها به طور كامل بازرسي‌شوند تا شرايط كيفي آنها براي كاركرددرازمدت تاييد شود.
علاوه بر بازرسي چشمي سوراخ،آزمايشهاي مغناطيسي و ماوراي بنفشUT نيز بايد اجرا شود. هرگونه مسأله‌سطحي را ميتوان با سنگ زدن سوراخ،اصلاح كرد. با اين حال، تركهاي عميق‌تر بايدبا سوراخ كردن برداشته شوند.
محلهاي دندانه دار روتور ميتواند درشعاعهاي ماهيچه‌اي بالاي دندانه، ايجادترك كند. اين سوراخها را ميتوان با بازرسي‌چشمي، آزمايش با جريان گردابي (آزمايش‌غير تخريبي كه در آن تغيير امپدانس يك‌كويل آزمايش كه به نزديك نمونه هادي‌آورده شده است جريانهاي گردابي ايجادشده به وسيله كويل را از خود نشان مي‌دهدو در نتيجه برخي از خواص يا معايب نمونه‌را آشكار مي‌كند)، نافذ رنگي (مايعي داراي‌رنگ كه براي تشخيص تركها يا ساير معايب‌سطحي مواد غير مغناطيسي بكار مي‌رود) ويا با آزمايش ذرات مغناطيسي مرطوب،آشكار كرد. با اين همه >مور< مي‌گويد: >هيچ‌گزارشي از وقفه اجباري ناشي از تركهاي‌دندانه‌دار، ثبت نشده است. تركهاي كوچك‌را ميتوان با بزرگ كردن شعاع ماهيچه،برداشت به طور ي كه در عين حال تركهاي‌بزرگتر نياز به برداشتن بالاي دندانه‌ها وسپس بازسازي يك حلقه حايل طولاني‌تردارند<.
هنگامي كه رطوبت، وجود داشته باشد حلقه‌هاي حايل غير مغناطيسي از جنس5Cr 18Mn نسبت به تنش ترك خوردگي‌تاثير پذيرند و در اثناي هر گونه اصلاح‌ژنراتور بايد تعويض شوند. معمولا اين نوع‌حلقه‌ها با حلقه‌هايي از جنس18 Cr 18Mn تعويض مي‌شوند. طبق‌گزارش G.E. فولاد ضد زنگ غير مغناطيسي18-18 نسبت به تنش ترك خوردگي مقاوم‌است.
ترك خوردگي شيار فنري شبه بست(نوعي فنر كه به عنوان بست استفاده‌مي‌شود) به وسيله نيروهاي متناوب حلقه‌حايل مخروطي در حال كشش بالاي‌دندانه‌ها ايجاد مي‌شود. با اين‌وجود >مور< مي‌گويد: اين تركها به سادگي بايك آزمايش نفوذ پذيري فلورسنت مغناطيسي مرطوب، آشكار مي‌شوند. مشابه‌ترك خوردگي دندانه روتور، تركهاي درون‌شيار فنر شبه بست را ميتوان با بزرگ كردن‌شعاع، اصلاح كرد.
سيم پيچها و عايق بندي
سيم پيچهاي مسي روتور، عمرنامحدودي دارند ولي وقتي كه يك روتورتحت تاثير گرماي بيش از حد قرار گيرد،مس، نرم مي‌شود. اگر مس بيش از حد نرم‌شده باشد، آزمايش، سختي آن را تعيين‌خواهد كرد. >مور< مي‌گويد: بازرسي چشمي‌بايد هرگونه اعوجاج اضافي را مشخص كند.
ترك خوردگي درپيچهاي مسي روتور درروتورهايي كه روي حلقه‌هاي حايل آن‌محور كوتاهي نصب شده باشد عادي است.
اين ترك خوردگيها را ميتوان با يك آزمايش‌نافذ رنگي بررسي كرد. سيم پيچهاي مسي‌باز پخت شده با مقاومت كم كه در واحدهاي قديمي نصب شده‌اند بايد با نوعي مس بامقاومت بيشتر جابه‌جا شوند. طبق گفته>مور< اين ماده (مس با مقاومت بيشتر)نسبت به تغيير شكل، مقاوم است. متاسفانه‌يك سيم پيچ باز پيچيده شده جديد مسي ازمسهاي قديمي كه مجددا استفاده شده باشدگرانتر است.
اصلاحاتي كه در عايق بندي و صفحات‌لغزش از جنس ماده‌اي با ضريب اصطكاك كم انجام شده است اعوجاج سيم‌پيچهاي‌روتور را به حداقل رسانده و كاركردژنراتورها را اصلاح كرده است برخلاف‌سيم‌پيچهاي روتوري كه به صورت اقتصادي‌مجددا پيچيده شده باشند عموما با سيم‌پيچهاي استاتور جايگزين مي‌شوند. باپيشرفتهايي كه هم اكنون در سيستمهاي‌عايق بندي انجام شده، عايق‌بندي كمتري‌مورد نياز است.
كاربرد ژنراتورهاي الكتريكي دراثردرجه حرارت حداكثر مجاز رساناهاي مسي‌در سيم پيچهاي استاتور و نيز دراثر انتقال‌حرارت در درون عايق‌بندي، محدود شده‌است. با اين وجود كاركرد ژنراتور در درجه حرارتهاي بالاتر براي مس‌هاي هادي درهنگامي امكان‌پذير است كه كلاس حرارتي‌بالاتري براي ماده عايق بندي، استفاده شده‌باشد. واضح است كه با كاركرد ژنراتور دردرجه حرارتهاي بالاتر، خروجي ژنراتور افزايش پيدا مي‌كند. هم اكنون براي كاركردژنراتور در درجه حرارتهاي بالاتر، موادجديدي وجود دارد. به دليل اين كه‌عايق‌بندي جديد، مقاومت حرارتي كمتري‌دارد انتقال حرارت ميله‌هاي استاتور، بهبودپيدا كرده و خروجي ژنراتور افزايش مي‌يابد.
با وجود آن كه براي ژنراتورهاي بزرگترهنوز هم روش خنك كنندگي به وسيله‌هيدروژن مورد استفاده قرار مي‌گيرداصلاحات اخير در سيستمهاي خنك‌كنندگي‌با هوا و همچنين عايق بندي به روش خنك‌كنندگي با هوا اجازه داده است تا باسيستمهاي خنك‌كنندگي به وسيله هيدروژن‌براي ژنراتورهايي كه حداكثر ظرفيت آنها500 مگاولت‌آمپر است رقابت كنند. طبق‌نظر سازندگان، استفاده از ژنراتورهايي كه باهوا خنك مي‌شوند و ظرفيتشان بيش از50مگاولت آمپر باشد موضوعي است كه‌فقط زمان، آن را حل خواهد كرد.
موتور شدن ژنراتور در اثر برگشت وات (حفاظت توربين بخار)
ژنراتورها بايد انرژي الکتريکي به شبکه بدهند و هيچگاه از شبکه انرژي نگيرند . از اين جهت در گذشته (در حدود 30 سال پيش) ژنراتورها را با يک رل? واتمتري مجهز مي کردند ، بطوريکه اين رل? واتمتري در موقع برعکس شدن جهت انرژي ، عمل کرده و ژنراتور را از مدار قطع مي کرد .
اين قطع کردن ژنراتور در موقع برگشت وات لازم نيست ، زيرا برگشت وات ضرري به ژنراتور واردنمي کند ، بلکه پس از قدري پاندولي و نوساني شدن ، ژنراتور مجدداً حالت عادي خود را باز مي يابد و به کار خود ادامه مي دهد . از اين جهت امروزه رل? برگشت وات جهت قطع ژنراتور در موقع تغيير جهت دادن انرژي الکتريکي به کار برده نمي شود ، بلکه براي حفاظت توربين از آن استفاده مي شود .
در لوله هاي بخار رسان توربين بخار ممکن است دو اشکال پيش آيد :
يکي اينکه در اثر ترکيدن و يا سوراخ شدن لول? بخار ، عمل رساندن بخار به توربين قطع گردد . در اين صورت اگر اين ژنراتور بطور موازي با ژنراتورهاي ديگر بسته شده باشد ، از شبکه انرژي الکتريکيمي گيرد و به صورت موتور به گردش خود ادامه مي دهد و توربين را با دور سنکرون مي گرداند .
در حالت دوم ممکن است دريچ? بخار بسته شده ولي به دليل جذب نبودن سوپاپ خروجي ، بخار صد در صد قطع نگرديده باشد و مقداري بخار به داخل توربين نشت کند بطوريکه حجم بخاري که وارد توربين مي شود بيشتر از مقداري باشد که براي گرداندن توربين بدون بار لازم است . در صورتيکه در اين حالت ژنراتور از شبکه قطع گردد ، توربين سرعت گرفته و دور آن آنقدر زياد مي شود که به اصطلاح سبب از جا کندن توربين و خورد شدن ياطاقانهاي آن مي شود .
تنها وسيله اي که در اين دو حالت از توربين حفاظت مي کند ، رل? برگشت وات است . رل? برگشت وات معمولاً يک رل? اندوکسيوني است که داراي دو حوز? عمود بر هم با اختلاف فاز 90 درجه و يک صفح? آلومينيومي است .
معرفي نرم افزار MICAA براي بررسي وضعيت سيم پيچها در موتورها و ژنراتورها
سيستم MICAA يكي از ابزارهاي مهم نگهداري غير مستقيم است كه به استفاده كنندگان كمك مي كند تا خطر وقوع عيب در سيم پيچي هاي روتور و استاتور و ورقه هاي هسته موتورها و ژنراتورهاي بزرگ را تشخيص دهند .
استفاده گسترده از MICAA توسط استفاده كنندگان و صنايع سراسر دنيا باعث شده كه از وقوع خطا در ماشينهاي در حال كار جلوگيري شده ، مراقبت از سيم پيچها در نيروگاه بهبود يافته و هزينه ها كاهش يابد .
سيستم MICAA كه ابداعي توسط IRIS با همكاري EPRI مي باشد، حاصل صرف ميليونها دلار براي انجام تحقيقات صنعتي و تجارب بهره برداري از نيروگاهها است .
برخي از ويژگيهاي MICAA به شرح زير مي باشد :
از تعميرات و از سرويس خارج كردن هاي غيرضروري اجتناب مي شود زيرا MICAA قادر است با دقت كامل مشكلات ماشين را تشخيص و طبقه بندي كند. MICAA آزمايشات زائد و پر هزينه را با دسته بندي آزمايشات و بررسي اينكه كدام روش با توجه به وضعيت سيم پيچي يك ماشين خاص مناسب تر خواهد بود ، حذف مي كند. هنگامي كه از MICAA بعنوان قسمتي از يك برنامه نگهداري جامع و غيرمستقيم استفاده مي شود مي توان وضعيت نامناسب موتورها و ژنراتورها را تشخيص داده و پيش از اينكه دچار حادثه شوند نسبت به تعمير آنها اقدام نمود . هزينه ها محدود شده و امكانات نيروگاه را مي توان تنها به تجهيزاتي كه نياز به رسيدگي دارند معطوف نمود. افراد كم تجربه تر مي توانند بيشتر اطلاعات مناسب براي فرايند تشخيص را جمع آوري كرده و افراد مجرب فرصت مي يابند كه تنها بر روي ماشينهايي كه وجود مشكل در آنها تشخيص داده شده متمركز شوند. بانك اطلاعاتي MICAA بطور دائم نگهداري شده و با ايجاد كلمه رمز ورود، ميتوان از دسترسي افراد غير مجاز به آن جلوگيري نمود و بدين ترتيب قابليت اطمينان آنرا بالا برد. قابليت ذخيره دائمي داده ها در MICAA ، دسترسي به سابقه كامل بهره برداري هريك از اجزاء روتور ،استاتور و هسته را فراهم مي كند. هنگامي كه يك جزء از يك ماشين به ماشين ديگر انتقال مي يابد، سابقه بهره برداري ، آزمايش و تشخيص نقص آن نيز به سهولت به پرونده اطلاعاتي ماشين جديد فرستاده مي شود . بانك اطلاعاتي جامع MICAA داراي قابليت هاي گرافيكي براي رسم نتايج آزمايش براي هر ماشين است . ويژگي Tech Help سيصد صفحه اي شامل صدها نمودار و عكس ، حتي افراد نا آشنا با ماشين هاي دوار را با توضيح مكانيزم خطا در استاتور و روتور آموزش داده و آنها را قادر مي سازد تا آزمايشات و بررسي هاي كارشناسانه بر روي ماشين ها انجام دهند. MICAA مي تواند بر روي هر نوع كامپيوتر شخصي كه از سيستم عامل ويندوز استفاده مي كند، اجرا شود. MICAA با يك يا چند استفاده كننده مي تواند كار كند. هم با محيطLAN و هم با محيط WAN سازگار است .
منابع:
شركت IRIS POWER ENGINEERING
www.irispower.com
turanim.blogfa.com
http://www.ewa.ir/
Power Engineering/ July 2001
mamalbargh.persianblog.com
www.kamalkamali.blogfa.com
www.barghkar.blogfa.com
www.kamalkamali.blogfa.com
daneshnameh.roshd.ir
مهندس حسين هوشيار- دكتر ابوالفضل واحدي- مهندس مهدي ثواقبي فيروز‌آبادي
ماهنامه صنعت برق
وبلاگ برق- شبکه هاي انتقال و توزيع
/خ