يعد نظام الإثارة للمولد أحد أهم الأنظمة في المولد ونظام الطاقة بأكمله، وغالبًا ما يشار إليه باسم قلب المولد. واليوم، سنقدم شرحًا شاملاً ومفصلاً من ثلاثة جوانب: المبدأ، وطريقة العمل، والوظيفة.
I. المبدأ الأساسي
المفهوم الأساسي: الكهرباء تولد المغناطيسية، والمغناطيسية تولد الكهرباء.
2. أساس توليد الطاقة: يعمل المولد على أساس قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي - موصل مغلق يتحرك في مجال مغناطيسي ويقطع خطوط القوة المغناطيسية سيولد تيار كهربائي.
3. مصدر المجال المغناطيسي: مطلوب مجال مغناطيسي قوي. يتم إنشاء هذا المجال المغناطيسي بواسطة ملف الإثارة (أي ملف الدوار) الذي يحمل تيارًا مباشرًا. ويشار إلى هذا التيار المباشر باسم تيار الإثارة.
4. مفتاح التحكم: من خلال ضبط حجم تيار الإثارة، يمكن التحكم في قوة المجال المغناطيسي، وبالتالي تحديد خرج الجهد بواسطة المولد وكمية الطاقة التفاعلية التي يولدها.
زيادة تيار الإثارة ← تقوية المجال المغناطيسي ← زيادة الإمكانات الكهربائية داخل المولد ← تميل إلى رفع الجهد وإخراج المزيد من الطاقة التفاعلية الحثية.
تقليل تيار الإثارة ← إضعاف المجال المغناطيسي ← انخفاض الإمكانات الكهربائية داخل المولد ← الميل إلى خفض الجهد، وإخراج طاقة تفاعلية حثية أقل (حتى امتصاص الطاقة التفاعلية).
لذلك، فإن المهمة الأساسية لنظام الإثارة هي توفير تيار إثارة مباشر يمكن التحكم فيه لدوار المولد.
ثانيا. طريقة العمل (تكوين النظام والعملية)
1. يعتمد نظام الإثارة الحديث بشكل أساسي على نظام الإثارة الذاتية الساكنة-. يظهر الرسم البياني لمبدأ العمل على النحو التالي:
2. المكونات الأساسية المشاركة في العملية المذكورة أعلاه ووظائفها هي كما يلي:
1) محول الإثارة: يستقبل الطاقة من طرف الآلة، ويخدم وظائف تقليل الجهد والعزل الكهربائي، وبالتالي حماية المعدات ذات الجهد المنخفض- مثل جسر المقوم.
2) جسر مقوم الثايرستور: يحول التيار المتردد إلى تيار مباشر يمكن التحكم فيه. من خلال تغيير زاوية الزناد، يمكن تعديل حجم جهد خرج التيار المباشر بسلاسة، وبالتالي التحكم بدقة في تيار الإثارة.
3) منظم الجهد الأوتوماتيكي (AVR): عقل النظام. يقوم بمراقبة الجهد الطرفي للمولد بشكل مستمر ومقارنته بقيمة محددة. بمجرد اكتشاف الانحراف (مثل انخفاض الجهد بسبب زيادة الحمل)، فإنه يصدر على الفور تعليمات لتغيير زاوية الزناد للثايرستور، وزيادة تيار الإثارة، وإعادة الجهد إلى القيمة المحددة. هذه عملية تحكم في الحلقة-عالية السرعة ومستمرة ومغلقة-.
4) جهاز قمع المغنطة وحماية الجهد الزائد للدوار: حارس النظام.
5) القضاء على المغنطة: في حالة حدوث أعطال داخلية أو إيقاف تشغيل المولد، من الضروري إزالة المجال المغناطيسي للدوار بسرعة وأمان. يتم تحقيق ذلك عن طريق نقل الطاقة المغناطيسية إلى مقاوم إزالة المغنطة من أجل التبديد، وهو الإجراء الأكثر فعالية لحماية المولد.
6) الحماية من الجهد الزائد: منع تلف العزل في الدائرة الدوارة الناتج عن زيادات النظام، والتشغيل غير المتزامن، وما إلى ذلك، والتي قد تولد جهدًا كهربائيًا عاليًا.
طرق أخرى: إلى جانب نظام الإثارة الذاتية- السائد، يوجد أيضًا نظام الإثارة التقليدي ولكن لا يزال قيد الاستخدام من نظام الإثارة المنفصل (الذي يتم تشغيله بواسطة آلة إثارة مستقلة) ونظام الإثارة بدون فرش (الذي يستخدم الثنائيات الدوارة للتصحيح ولا يتطلب فرش كربون أو حلقات انزلاق).
ثالثا. الوظائف الرئيسية
نظام الإثارة هو أكثر بكثير من مجرد توفير التيار المباشر. كما أنه يؤدي وظائف مهمة أخرى:
1. التحكم في الجهد وتنظيمه
هذه هي الوظيفة الأساسية. من خلال التنظيم التلقائي لـ AVR، يتم الحفاظ على الجهد الكهربائي عند طرف المولد عند المستوى المقدر، مما يضمن جودة الطاقة الكهربائية وعدم التأثر بالتغيرات في الحمل.
2. التحكم في الطاقة التفاعلية وتوزيعها
عند التشغيل في وضع الاتصال بالشبكة، يمكن لضبط تيار الإثارة التحكم في الطاقة التفاعلية المرسلة أو الممتصة بواسطة المولد إلى الشبكة.
تعزيز الإثارة: إخراج الطاقة التفاعلية الحثية إلى الشبكة لدعم جهد الشبكة.
إزالة المغناطيسية: تقليل خرج الطاقة التفاعلية، أو حتى امتصاص الطاقة التفاعلية الحثية من الشبكة (عملية غير متماثلة) لتقليل جهد النظام المرتفع بشكل مفرط.
وهذا أمر بالغ الأهمية للحفاظ على استقرار الجهد وتوازن الطاقة التفاعلية للشبكة.
3. تحسين استقرار التشغيل المتوازي للمولدات المتزامنة
الاستقرار الثابت: يمكن لنظام الإثارة القوي وسريع الاستجابة (مثل استخدام مثبت نظام الطاقة PSS) أن يمنع بشكل فعال التذبذبات الصغيرة في النظام ويزيد من حد الطاقة لخطوط النقل.
الاستقرار العابر: عندما يحدث خطأ خطير مثل ماس كهربائى في الشبكة، ينخفض الجهد بشكل حاد.
سيقوم نظام الإثارة بإجراء الإثارة القسرية، ورفع جهد الإثارة على الفور إلى أقصى قيمة له، وحقن كمية كبيرة من الطاقة التفاعلية في النظام، مما يساعد على استعادة جهد الشبكة والحفاظ على المولد من فقدان التزامن.
4. وظيفة الحماية
من خلال انقطاع المغنطة وحماية الجهد الزائد، يتم ضمان سلامة الجسم الدوار للمولد.
رابعا. ملخص
1. المبدأ: التحكم في تيار الإثارة لتنظيم قوة المجال المغناطيسي، وفي النهاية ضبط جهد الخرج والطاقة التفاعلية للمولد.
2. وضع العمل: يعتمد عادةً نظام - ذاتي الإثارة: يتم تشغيله بواسطة محول الإثارة، ويتم تصحيحه بواسطة الثايرستور، ويتم التحكم فيه تلقائيًا بواسطة AVR لتحقيق تنظيم دقيق وسريع.
3. الوظائف
1) تنظيم الجهد: الحفاظ على استقرار الجهد.
2) تنظيم الطاقة التفاعلية: التحكم في تدفق الطاقة التفاعلية في شبكة الطاقة.
3) صيانة الاستقرار: تعزيز الاستقرار الثابت والعابر للنظام.
4) حماية السلامة: انقراض المغنطة وحماية الجهد الزائد.
يمكن القول أنه بدون نظام إثارة عالي-الأداء، لن تتمكن المولدات المتزامنة الكبيرة الحديثة من الاتصال بشبكة الطاقة بشكل موثوق وثابت، ولن نتمكن من الاستمتاع بالكهرباء-ذات الجودة العالية والموثوقية العالية.