Synchronization( جریان متناوب)

در یک سیستم برق، هماهنگ سازی فرآیند تطبیق سرعت و فرکانس از یک مولد یا منبع دیگر را به یک شبکه در حال اجرا است. ژنراتورهای AC نمی توانند برق یک شبکه الکتریکی را تامین کند مگر اینکه فرکانس شان با شبکه یکی باشد. اگر دو قسمت یک شبکه الکتریکی قطع شود آنها نمی توانند برق AC را تا زمانی که با هم سنکرون شوند تامین کنند. یک ژنراتورDC می تواند به شبکه برق متصل شود در صورتی که ولتاژ ترمینال مدار باز با ولتاژ شبکه ( که هر کدام بوسیله سرعت یا جریان تحریک تنظیم می شود) هماهنگ باشد. دقیق بودن سرعت موتور بسیار مهم است. با این حال یک ماشین AC برای سنکرون شدن می بایست دارای دامنه و زمان برابر با ولتاژ شبکه داشته باشد که این عمل توسط سرعت و میدان تحریک بطور سیستماتیک صورت می پذیرد. در سیستمهای نوین عمل سنکرون شدن بصورت خودکار صورت می گیرد.

در این مقاله مطالعه خواهید کرد :

شرایط
فرآیند      شامل:   Synchronizing lamps      سنکروسکوپ      Synchronizing relays
عملکرد سنکرون
سرعت سنکرون
شرایط

پنج شرط قبل از سنکرون کردن نیاز هست :

دامنه ولتاژ فازها یکی باشد.
توالی فازها یکی باشد.
 ولتاژ ها هم فاز باشند.
برابری فرکانس ژنراتور با شبکه
شکل موج شبکه ای که می خواهد سنکرون شود
شکل موج و توالی فاز توسط ساختمان ژنراتور ثابت میشوند و به شبکه متصل می شوند. در هنگام نصب ژنراتور حهت اطمینان ترمینال های ژنراتور بررسی می شود و به منظور هماهنگ سازی توالی فاز سیم کشی آن نیز به دقت کنترل می شود. توالی فاز اشتباه در اتصال ژنراتور باعث بروز اتصال کوتاه شده که این امر سبب می شود که ولتاژ شبکه عکس ولتاژ ژنراتور باشد.
ولتاژ، فرکانس و زاویه فاز ژنراتور بایستی کنترل شده و سپس به شبکه وصل شود. دستگاهی که می خواهد به شبکه متصل شود می بایست کم بودن سرعتش کنترل شده و سپس بار متناسب به آن وصل شود. برخی از ژنراتورها، بویژه در سیستم های ایزوله، فرکانس را طوری کنترل می شود که مستقل از بار باشد.

فرآیند

عمل سنکرون می تواند بصورت دستی یا اتوماتیک صورت گیرد. با تامین انرژی بیشتر به محور ژنراتور می توان به یک سرعت سنکرون تقریبی رسید. بعنوان مثال توسط باز کردن دریچه های یک توربین بخار، باز کردن گیت های یک توربین هیدرولیک و افزایش سوخت جهت تنظیم موتور دیزل.
میدان ژنراتور دارای انرژی است و این ولتاژ از ترمینالهای آن قابل مشاهده می باشد و با انرژی شبکه قابل مقایسه است. دامنه ولتاژ می بایست در تمامی شبکه یکسان باشد.
اگر فاز  دستگاهی دجار مشکل شود این اختلاف را از دستگاه های دیگر تامین می کند. اگر این اختلاف فاز زیاد باشد سبب بوجود آمدن جریان شدیدی می شود که باعث بروز نوسانات ولتاژِی خواهد شد که در مواردی سبب آسیب شدید به دستگاه می شود.
سنکروسکوپ دستگاهی است که شاخص آن در یک سرعت، متناسب با اختلاف فرکانس بین شبکه و ژنراتور می چرخد. زماتی که شاخص ثابت می شود دو سیستم می توانند با هم سنکرون شوند و ژنراتور را می توان با سیستم سوئیچ کرد.

Synchronizing lamps

در گذشته سه عدد لامپ بین ترمینال های ژنراتور و ترمینال های شبکه متصل می شد.( یا معمولا ترمینال های ترانسفورماتور به ژنراتور و شبکه متصل می شدند.) طوریکه با تغییر سرعت ژنراتور، چشمک زدن لامپ متناسب با اختلاف فرکانس بین ژنراتور و شبکه بود. وقتی که ولتاژ ژنراتور و شبکه با هم اختلاف داشته باشند (پیش فاز و یا پس فاز) لامپ روشن می شود و نیز زمانی که ولتاژ ژنراتور و شبکه یکی (منطبق) باشد چراغ خاموش می شود. در آن لحظه، قطع کننده مدار اتصال ژنراتور به سیستم بسته می شود و ژنراتور سنکرون با شبکه باقی خواهد ماند. با استفاده از لامپ ها می توان براحتی عمل سنکرون را مشاهده کرد ولی هنگامیکه لامپ می سوزد ممکن است در عمل سنکرون دچار مشکل شویم.

سنکروسکوپ

از بالا به پایین: سنکروسکوپ، ولتمتر، فرکانس متر.
وقتی که دو سیستم سنکرون باشند عقربه دستگاه ثابت خواهد ماند.

متن اصلی:

یکی از روش هایی که بسیار زیاد در سنکرون کردن سیستم ها استفاده می شود استفاده از دستگاه سنکروسکوپ است. این عقربه زیاد و یا کم بودن سرعت ژنراتور و شبکه را نشان می دهد. برای به حداقل رساندن جریان گذرا زمانی که قطع کننده مدار ژنراتور بسته است عقربه آهسته به سمت فاز می رود. خطای ناشی از اختلاف درجه الکتریکی باعث تغییر شدید سرعت ژنراتور می شود.

Synchronizing relays

Synchronizing relays این امکان را می دهد که عملیات سنکرون کردن بین دستگاه و شبکه نیازی به مراقبت نداشته باشد. در گذشته این ابزار بصورت الکترومکانیکی بوده ولی امروزه بصورت یک ریزپردازنده دیجیتالی است. این رله ها در نیروگاه برای کاهش زمان و نیز کنترل از راه دور مناسب می باشد. گاهی اوقات سنکروسکوپ ها یا لامپ ها بعنوان مکمل به رله های اتوماتیک جهت کاربردهای دستی یا نظارت بر دستگاه های تولید کننده نصب می شوند. برخی اوقات نیز بعنوان حفاظت در برابر خطاهای خارج از محدوده نعریف شده، ابزاری به شبکه متصل می شود که رله synchro check نامیده می شود که این رله مانع از بسته شدن قطع کننده مدار ژنراتور شده مگر اینکه دستگاه با شبکه دارای اختلاف درجه الکتریکی باشد.

عملکرد سنکرون

هنگامی که ژنراتور سنکرون می شود تغییرات فرکانس شبکه متناسب با بار خواهد بود و ویژگی های به طور متوسط ​​از تمام واحدهای تولید به شبکه متصل می شوند. تغییرات شدید فرکانس شبکه باعث می شود که ژنراتور از سنکرونیزم با شبکه خارج شود. وسایل حفاظتی ژنراتور بصورت خودکار عمل قطع کردن را انجام می دهد.

سرعت سنکرون

سرعت سنکرون ( سرعت چرخش میدان) طبق رابطه زیر به تعداد قطب و فرکانس شبکه بستگی دارد. سرعت سنکرون با فرکانس رابطه مستقیم و با تعداد قطب ها رابطه معکوس دارد.
در جدول زیر فرکانس برحسب هرتز و سرعت چرخش برحسب دور بر دقیقه(rpm) می باشد.
No. of poles Speed (rpm) at 50 Hz Speed (rpm) at 60 Hz
۲ ۳,۰۰۰ ۳,۶۰۰
۴ ۱,۵۰۰ ۱,۸۰۰
۶ ۱,۰۰۰ ۱,۲۰۰
۸ ۷۵۰ ۹۰۰
۱۰ ۶۰۰ ۷۲۰
۱۲ ۵۰۰ ۶۰۰