موازی کردن آلترناتورهای سه فاز

اهداف :

پس از مطالعه این مقاله قادر خواهید بود که:

  • شرایط موازی کردن دو آلترناتور را تشریح کنید
  • تشریح کنید استفاده از لامپ های سنکرون در روش های Three Dark و Two Bright, One Dark آلترناتورهای سنکرون
  • نشان دادن مراحل موازی کردن دو آلترناتور سه فاز
  • تشریح کردن تاثیر تغییرات میدان تحریک و سرعت بر روی تقسیم بار بین دو آلترناتور موازی

وقتی که آلترناتورها موازی می شوند

آلترناتورها را به همان دلیل که ژنراتورهای dc را موازی می کنند، موازی می کنند. وقتی که توان مصرفی بار بزرگتر از توان خروجی یک آلترناتور باشد دو آلترناتور را با هم موازی می کنند. زمانیکه ژنراتورهای dc موازی می شوند می بایست پلاریته و دامنه ولتاژ دستگاه با پلاریته و دامنه ولتاژ خط یکسان باشد. هنگامی که آلترناتورها را نیز بخواهیم با هم موازی کنیم همین شرایط لازم است. هر چند موقع یکسان سازی آلترناتور با خط مشابه یکسان سازی ژنراتور dc با خط مشکلی رخ نمی دهد.

دامنه و پلاریته ولتاژ خروجی یک آلترناتور در یک فرکانس مشخص دائما در حال تغییر است. بنابراین زمانی که دو آلترناتور با هم موازی می شوند نه تنها دامنه ولتاژ در لحظه پیک منفی و مثبت یکسان داشته باشند بلکه بایستی شروط دیگر را نیز داشته ولی دامنه ولتاژ در ماشین ها بایستی با سایرین برابر باشد.

زمانی که ۲ آلترناتور در یک مرحله (پله) هستند می توان گفت آنها سنکرون شده اند. آلترناتور را نمی توان تا زمانی که ولتاژ، فرکانس و پلاریته قطب شان دقیق برابر باشد موازی کرد.

شکل ill. 13-1، منحنی ولتاژ یکی از فازهای دو ژنراتور سه فاز که در سرعت های مختلف مستقل کار می کند را مقایسه می کند را نشان می دهد. پیش از اینکه دستگاه ها موازی شوند می بایست منحنی ولتاژ را هماهنگ سازی کرد.

ولتاژ خروجی آلترناتور را می توان توسط تقییر جریان مستقیم در مدار میدان تحریک آلترناتور کنترل کرد. بوسیله رئوستای میدان تحریک می توان جریان dc را تغییر داد. از آنجایی که تغیرات فرکانس یک آلترناتور مستقیما با تغییرات سرعت متناسب است, نیاز است تا بتوانیم حداقل سرعت یک آلترناتور را کنترل کرد.

دستیابی به هماهنگ سازی
برای همگام سازی ژنراتور AC، چند عامل مهم باید بررسی می شود.

  1. توالی فاز هر دو مولد باید یکسان باشد. این کار را با لامپ ها که بعدا شرح داده و یا استفاده از یک توالی سنج برای تعیین ABC و یا چرخش ACB بررسی کنید
  2. ۲٫ ولتاژ AC در هر دو ژنراتور باید برابر باشد. اما در عمل ولتاژ ژنراتور معمولا یک تا دو ولت بالاتر از آن ژنراتور دیگری که کار می کند است.
  3. فرکانس ژنراتورها باید زمانیکه سنکرون می شوند یکسان باشد. اما در عمل فرکانس ژنراتور معمولا یک تا دو هرتز بالاتر از آن ژنراتوری که در خط است می باشد. این را می توان توسط چراغ ها و یا با استفاده از سنکروسکوپ مشاهده نمود. سرعت و ولتاژ خروجی ژنراتور, برای جلوگیری از مشکلات ناشی از اتصال بار به سیستم، کمی بیشتر است.

دو روش هماهنگ سازی با استفاده از لامپ در زیر توضیح داده شده است.

روش Three Dark

در زیر روش سنکرون کردن دو آلترناتور با استفاده از روش Three Dark توضیح داده شده است.

در شکل ill. 13-2 مدار موازی کردن دو آلترناتور سه فاز نشان داده شده است. آلترناتور G2 به مدار بار متصل شده است. آلترناتور G1 نیز با آلترناتور G2 موازی شده است. سه لامپ دارای دو ولتاژ خروجی بعنوان بار بین G2 و مدار بار متصل شده بطوری که در شکل می بینید.

وقتی که دو دستگاه کار می کنند یکی از دو نتایج زیر مشاهده خواهد شد.

  1. سه لامپ روشن خواهد شد و از نسبت هماهنگی که به اختلاف فرکانس بین دو آلترناتور بستگی داشت خارج می شوند
  2. سه لامپ روشن خواهد شد و نسبتی که به اختلاف فرکانس بین دو ماشین بستگی داشت خارج می شوند اما از هماهنگی خارج نمی شوند. در این حالت، دستگاه ها در توالی فاز مناسب متصل نیست و گفته می شود از فاز. خارج شده اند. برای حل این مشکل نیاز است که دو تا از بارهای آلترناتور G1 تغییر کند. ماشین ها تا زمانیکه تمامی لامپ ها روشن شوند و از هماهنگی خارج شوند موازی نشده اند.

با اندکی تنظیم در سرعت آلترناتور G1 ، می توان فرکانس ماشین ها را یکی کرد, بطوریکه لامپ های سنکرون روشن می شود. وقتی که سه لامپ خاموش شد فورا پلاریته الکتریکی سه بار G1 مشابه G2 می شود، در این لحظه ولتاژ G1  با G2 مساوی می شود. حال سوئیچ موازی کردن بسته شده بطوریکه هر دو آلترناتور بار را تغذیه خواهند کرد. این دو آلترناتور مطابق روش three dark سنکرون شده اند.

روش three dark دارای معایب خاصی است و به ندرت استفاده می شود. ممکن است یک ولتاژ زیادی در سراسر یک لامپ رشته ای حتی اگر آن سوخته باشد وجود داشته باشد. در نهایت ممکن است اتصال دهنده موازی در لحظه ای که هنوز ولتاژ زیاد و اختلاف فاز بین ماشینها باشد بسته شود.

برای ماشینهای ظرفیت کوچک در سرعت کم, اختلاف فاز بر روی ماشین نمی تواند اثر کند .هرچند زمانیکه ظرفیت زیاد است در سرعت بالا راکتانس آرمیچر کاهش می یابد. ممکن است مقدار قابل توجهی از صدمات ناشی از اختلاف فاز زیاد می باشد و بایستی مجددا تلاش کرد که عمل موازی کردن صورت گیرد.

روش Two Bright, One Dark

روش دیگر ستنکرون کردن آلترناتورها روش Two Bright, One Dark نامیده می شود.

در این روش، دو اتصال لامپهای سنکرون بعد از آلترناتور قرار گرفته و جهت آزمایش توالی فاز مناسب است. (آلترناتور ها را می توان به روش three dark آزمایش کرد.)

شکل ill. 13-3A چگونگی اتصال صحیح توالی فاز بروش three dark را نمایش می دهد.

شکل ill. 13-3Bاتصال لامپ مورد نیاز برای سنکرون کردن آلترناتور را به روش two bright, one dark را نمایش می دهد.

وقتی که آلترناتورها با هم سنکرون می شوند لامپ ۱ و ۲ روشن و لامپ ۳ خاموش می شوند. از آنجایی که دو تا از لامپ ها روشن و یکی کم نور است براحتی می توان لحظه سوئیچ کننده موازی می تواند بسته شود را تعیین کرد. بعلاوه می توان با رعایت ترتیب و توالی روشنایی لامپ ها، می توان گفت که سرعت سنکرون کردن آلترناتور مناسب، کم  و یا زیاد می باشد.

سنکروسکوپ

سنکروسکوپ دستگاهی است که دو آلترناتور را بصورت بسیار دقیق می توان سنکرون کرد. وقتی که عقربه ساعتگرد می چرخد آلترناتور سریع می چرخد و زمانی که عقربه پادساعتگرد می چرخدنشان دهنده این است که آلترناتور آهسته می چرخد. زمانی که عقربه ثایت و به سمت بالاست به معنی سنکرون بوده آلترناتور است. سنکروسکوپ را تنها به یک فاز متصل می کنند. به همین دلیل تا زمانی که آلترناتور تست نشده و بهم برای چرخش فاز متصل نشده نمی توان آن را بطور یقین استفاده نمود. لامپ های سنکرون جهت تعیین کردن توالی فاز استفاده می شود. در کاربردهای صنعتی، آلترناتور از طریق سوئیچ موازی کننده دائمی به باس سه فاز متصل می شود. این بدین معنی است که تست توالی فاز لازم نیست. در نهایت یک سنکروسکوپ تنها ابزاری برای سنکرون کردن ماشین هاست و نیز موازی قرار می گیرند. هرچند یک مجموعه چراغ جهت چک کننده دوبل سیستم قرار می گیرند.

محرک اصلی

در کاربردهای صنعتی، آلترناتور توسط انواع مختلفی از محرک های اصلی مانند توربین بخار، توربینهای آبی و موتورهای احتراق داخلی حرکت می کنند. برای برنامه های کاربردی در کشتی، اغلب آلترناتورها توسط موتور DC حرکت می کنند. صرفنظر از چگونگی حرکت آلترناتور، تغییرات سرعت یک عامل مهم در موازی کردن ماشین ها است. به همین دلیل است که یک مهندس برق بایستی دانش کنترل سرعت و تنظیم سرعت سایر دستگاه ها را داشته باشد.

موازی کردن آلترناتورها

از آنجایی که کارآموزان برای حرکت آلترناتورهای موازی توسط موتورهای DC نیاز به اطلاعات در این زمینه دارند می تواند مراحل زیر را مطالعه کنند. شکل ill. 13-5 یک نمونه مدار برای موازی کردن دو آلترناتور سه فاز را بیان می کند.

روش :

  1. رئوستای میدان R2 آلترناتور G2 را روی حاکثر مقاومت تنظیم کنید.
  2. با داشتن تعداد قطب های آلترناتور G2 می توان سرعت متناسب با فرکانس مورد نظر را بدست آورد.
  3. انرژی متناسب با سرعت آلترناتور G2 را می توان محاسبه کرد.
  4. با تنظیم سوئیچ Sمی توان مقدار ولتاژ AC دو سر یکی از فازهای آلترناتور G2 که توسط رئوستای میدان R2 تنظیم می شود، تا زمانیکه ولتاژ خروجی با ولتاژ بار یکی شود را خواند.
  5. سوئیچ بار و سوئیچ S4 برای تغذیه بار را ببندید. مجددا سرعت محرک اصلی را مطابق با سرعتی که قبلا متناسب با فرکانس مورد نظر تنظیم شده بود را تنظیم کنید.
  6. مجدد R2 را متناسب با نسبت ولتاژ AC به ولتاژ بار را تنظیم کنید.
  7. انرژی محرک اصلی برای حرکت دادن آلترناتور دوم، سرعت آلترناتور G1 به مقدار تقریبی تنظیم کنید تا با فرکانس آلترناتورها یکسان شود.
  8. با تنظیم سوئیچ S3 می توان مقدار ولتاژ AC دو سر یکی از فازهای آلترناتور G1 که توسط رئوستای میدان R1 تنظیم می شود را اندازه گیری نمود، ولتاژ خروجی هر دو آلترناتور یکی شده است.
  9. توالی فاز با موازی کردن سوئیچ باز S2 و سوئیچ بسته S1 اماکن پذیر است.

خلاصه

در بسیاری از موارد، موازی کردن آلترناتورها امری ضروری است بعنوان مثال برای تامین برق مورد نیاز، حفظ توان الکتریکی در پیک بار و یا وقتی که آلترناتوری را برای سرویس ( تعمیر و نگهداری) از مدار خارج می کنیم.

شرایط لازم برای موازی کردن عبارتند از :

       ۱٫توالی فاز رعایت شود.

  1. دارای ولتاژ برابر باشد.
  2. فرکانس ژنراتورها با هم مطابقت داشته باشد.

اغلب از لامپ ها و سنکروسکوپ ها در روش های موازی کردن استفاده می شود. اگر یک ژنراتور توان خروجیش را از دست دهد می بایست آن را از سیستم برق جدا کرد که در غیر اینصورت منجر به آسیب جدی می شود.