سیستم کنترل تحریک ژنراتورهای Marelli

) مربوط به واحدهای ۳۲ مگاواتی فیات)

فهرست مطالب

کلیات
بخش قدرت و تولید کننده جریان DC
سیستم کنترل
محدود کننده های جریان تحریک
بررسی اجزاء کنترل
کارت RT
کارت LS
کارت RC
کارت INS1
کارت INS2
اجزا فرعی کنترل
کارت AS
کارت GPG
کارتهای RV1, RV2

کلیات :
همانطور که کرارا در کلیه جزوات تحریک عنوان شده در ژنراتورهای سنکرون جهت تولید الکتریسیته لازم است یک میدان مغناطیسی دوار داشته باشیم بدین لحاظ می بایستی بتوانیم جراین DC مناسبی برای تولید این میدان به روتور ژنراتور اعمال کنیم.
این مولد DC بایستی از شبکه مستقل باشد تا ضربه های اعمال شده در شبکه به آن اعمال نشود حال این مولد را می توان بر روی بخشی از روتور ژنراتور مستقر نمود که تشکیل خواهد شد از ژنراتور و یک سو کننده جریان بدون اتصالات الکتریکی که این نوع را تحریک دینامیک گویند.
و نوع دیگر سیستم تحریک استاتیک می باشد که شامل یک ترانس و یک سو کننده جریان می باشد که توان لازم را از خروجی ژنراتور می گیرد و توسط جاروبک بر روتور منتقل می نماید.
بدیهی است این نوع سیستم هر کدام دارای معایب و محاسنی می باشند که بطور خلاصه و فهرست وار تشریح می گردد.

سیستم دینامیک :
۱- استهلاک کمتر در نبود قطعات جاروبک و رینگ انتقال دهنده جریان
۲- حجم کمتر در بخش تجهیزات کمکی
۳- رسیدگی و بازبینی کمتر
۴- طویل شدن روتور و سنگین شدن آن و مشکلات بالانس
سیستم استاتیک :
۱- بالا بودن سرعت پاسخ سیستم

۲- کوتاه بودن شفت
۳- استهلاک رینگ و جاروبک ها
۴- الزام به داشتن محرک اولیه
بدیهی است برای کنترل ولتاژ خروجی ژنراتور باید جریان DC اعمال شده به روتور توسط یک سیستم کنترل تحت نظارت قرار گیرد که اینجا نقش کنترل کننده این سیستم ها از ساده ترین و قدیمی ترین نوع تا پیشرفته ترین آنها در ساختار کلی مشترک می باشند که تشکیل می شود از یک مقایسه – کننده با دو تا چند ورودی که عبارتست از ولتاژ ژنراتور، ولتاژ مبنا (set point) ، جریان ژنراتور ، جمع برداری ولتاژ و جریان ژنراتور که ورودی ذکر شده آخرین بعنوان کنترل کننده MVAR ژنراتور بکار می رود . از طرفی بسته به نوع و ارزش کنترل کنن

ده ها سیستم می تواند دارای یک حلقه کنترل یا بیشتر باشد. بطور مثال جهت بالابردن سرعت سیستم یک حلقه فرعی جهت نمونه گیری جریان تحریک استفاده می شود.
در این جزوه سیستم تحریک ژنراتورهای MARELL1 که از نوع استاتیک با کنترل کننده الکترونیکی می باشد در قالب سه بخش زیر تشریح می گردد.
۱- مولد جریان DC یا بخش قدرت
۳- اجزاء کنترل

۱- بخش قدرت و تولید کننده جریان DC
معمولا این بخش از یک پل نیمه هادی تشکیل شده که در سیستم های مختلف بصورت پلهای تمام موج یا نیم موج که می تواند بصورت تک فاز یا سه فاز در مدار عمل نمایند تشکیل شده است این سیستم دارای یک پل سه فاز نیم موج می باشد که در یک بازو دیود و در بازوی دیگر تایریستور کار یکسو سازی را عهده دار می باشند . جریان سه فاز ورودی ازطریق یک ترانس ۱۱KV/330 V با توان ۲۰۰ KVA از طریق فیوزهای ۱FU ~ 3FU به پل ارتباط پیدا می کند مسیر تغذیه سه فاز ورودی در شکل (۱) و مجموعه پل یکسو ساز با تجهیزات جانبی آن در شکل (۲) نشان داده شده اس

ت.
در شکل (۱) ترانس TV با نسبت ۳۳۰/۲۲۰ و قدرت ۳۵۰ VA فن ۸۸VE1 را تغذیه می کند و فیوزهای ۴FU و ۵FU کار حفاظت جریانی آنرا عهده دار است، این فن در بالای سقف پانل تحریک نصب شده است و کار خنک کاری تجهیزات تحریک را انجام می دهد ترانس ۳۳۰/۳۸۰ IS با توان ۱KVA تغذیه ترانس TVT از شکل ۲ را بعهده دارد.

همانطور که در شکل شماره (۲) مشاهده می شود جریان خروجی از شاخه مثبت پل پس از عبور از حلقه سیم پیچ آمپلی فایر مغناطیسی TC و کلید تحریک (۴۱F) به جاروبک روتور انتقال می یابد همچنین جریان خروجی از شاخه منفی پس از عبور از شنت N2 و کنتاکت دیگر کلید (۴۱F) به جاروبک روتور منتقل می شود.
سیم پیچ TC که بعنوان یک مجموعه کنترل کننده جریان در بازوی ثانویه ترانس TVT قرار گرفته است وظیفه دارد با افزایش جریان تحریک میزان ولتاژ اعمال شده به فن خنک کننده تایریستورها VT را افزایش دهد تا در نتیجه میزان هوای دمیده شده به رادیاتورهای پل افزایش یابد، لذا نتیجه می گیریم میزان دمش خنک کاری تابع جریان خروجی پل می باشد.
جریان خروجی پل توسط شنت و آمپرمتر ۰ ~ ۵۰۰ متصل به آن قابل قرائت می باشد همچنین ولتاژ خروجی تحریک توسط ولتمتر ۰ ~ ۵۰۰ از طریق دو فیوز قابل قرائت است.
از مقاومت RSC به عنوان مقاومت تخلیه جریان تحریک پس از قطع کلید (۴۱F) استفاده می گردد بدیهی است پس از قطع کلید فوق کنتاکتهای N.C کلید مذکور جریان پسماند حاصل در، روتور را سریعا در مقاومت RSC تخلیه می نماید.
ترانس های T و ۲T ترانسهای پالس می باشند که وظیفه انتقال مغناطیسی پالسهای اعمال شده از سیستم کنترل به گیت تایریستورها را عهده دار می باشند.
مقاومت متغییر RSC در سر راه سیم پیچ TC قرار گرفته است بطوریکه افت ولتاژ حاصل از آن به عنوان فیدبک جریان تحریک استفاده می گردد.
شایان ذکر است این فیدبک در کلیه سیستم های مختلف تحریک بکار نمی رود و بسته به نوع طراحی به جهت داشتن سرعت بیشتر در پاسخ سیستم کنترل، بعنوان یک فیدبک داخلی بکار می رود.

ترانسهای جریان TA1 و TA2 بعنوان فیدبک جریان ژنراتور و ترانس های ولتاژ TV3 و TV1 بعنوان فیدبک ولتاژ ژنراتور بکارمی رود.
در راه اندازی اولیه ژنراتور های سنکرون قبل از برقراری جریان از طریق پل یکسو کننده، احتیاج است که یک میدان مغناطیسی اولیه ایجاد شده تا ژنراتور دارای ولتاژ خروجی گردد و این ولتاژ بتواند بعنوان منبع تغذیه پل مذکور استفاده گردد.

در ژنراتورها معمولا از ۳ طریق این کارعملی می گردد:
۱- پسماند مغناطیسی:
در این حالت هسته روتور از جنس آهن نرم استفاده می شود بطوریکه توسط اعمال یک جریان DC اولیه به روتور مغناطیسی گردد این پسماند مغناطیسی تا مدتهای زیاد قابل استفاده می باشد که گاها در تغییرات انجام شده بر روی روتور (مث

لا زمان خارج کردن روتور از درون استانور این پسماند کم شده و یا از بین می رود در این صورت پس از جا زدن روتور با اعمال جریان DC به روتورباعث احیاء این پسماند می شوند.
۲- ژنراتور کمکی : (PMG)
معمولا این سیستم در تحریک های نوع دینامیک بکار می رود بدین صورت که یک ژنراتور در انتهای روتور اصلی ژنراتور نصب گردیده است که روتور آن مغناطیس دائم می باشد و جریان تولید شده در استانور آن به عنوان تغذیه سیستم بکار می رود.

۳- منبع تغذیه کمکی (باتری)
در سیستم های نوع استاتیک معمولا برای راه اندازی ژنراتور جراین باطری توسط یک کلید به جاروبک های روتور منتقل می گردد این کلید قبل از بسته شدن کلید تحریک اصلی به مدت چند ثانیه یک جریان ابتدایی به روتور منتقل کرده تا با بالا رفتن ولتاژ خروجی ژنراتور سیستم خود کفا گردد که جریان راه اندازی در سیستم تحریک Marelli از این نوع می باشد، این جریان از طریق باتری و از طریق کلید ۳۱ (Field Flash) به روتور جاری می گردد. بدین صورت که با اعمال فرمان بستن کلید تحریک (کلید ۴۱F) کویل ۳۱ انرژی دار شده و کلید مذکورکه زمان دار می باشد به مدت ۳ ثانیه جریان را هدایت می کند تا ولتاژ ژنراتور را به میزان ۶KV برساند این ولتاژ به میزانی است تا تغذیه سیستم به جهت افزایش ولتاژ ژنراتور تا حد ۱۱Kv کنترل آن تامین گردد.

۲- سیستم کنترلک
همانطور که در بخش اول عنوان شد سیستم های تحریک بطور عام فقط دارای دو فیدبک یکی ولتاژ و دیگری جریان ژنراتور می باشد که در یک حلقه کنترلی در بخش مقایسته کننده با مرجع سنجیده و حاصل سیگنال خطا پس از اعمال ضرایب حاصله از توابع تبدیل سیستم در خروجی بعنوان سیگنال کنترل کننده ظاهر می شود.
بدیهی است در این حلقه که بعنوان حلقه اصلی کنترل محسوب می گردد ضرایب عکس العمل سیم پیچ ژنراتور می بایستی دخالت داده شود.
در صورتیکه بخواهیم اثر لختی حاصل از سیم پیچ تحریک را در سرعت پاسخ سیستم تاثیر دهیم احتیاج است یک حلقه فرعی برای آن تعریف کنیم ، بصورتیکه سگنال خطای مورد نظر حاصل سنجش سیگنال خروجی حلقه اصلی با سیگنال فیدبک جریان تحریک باشد. مطالب بیان شده فوق در دیاگرام شکل شماره (۳) در قالب دو حلقه مشاهده می شود. در صورتیکه توابع تبدیل دو حلقه مذکور را بترتیب با F(S)1 و F(S)2 نمایش دهیم مقادیر هر یک بشرح ذیل خواهد بود.
تابع تبدیل F(S)1 مربوط به بلوک ۱

تابع تبدیل F(S)2 مربوط به بلوک ۲

که مقادیر t1 الی t5 براساس مشخصات سازنده بترتیب ذیل می باشد.

همچنین مقدار kc عبارتست از:

در رابطه فوق Ven نرخ افزایش ولتاژ تحریک می باشد.

– محدود کننده های جریان تحریک
تا زمانی که ژنراتور با شکبه پارالل نشده است افزایش و کاهش جریان تحریک به غیر از محدود کردن ولتاژ بی باری ژنراتور (OVER VOLTAGE PROTECTION) مشکلاتی را برای سیم پیچ های روتور و استاتورایجاد نخواهد کرد ولی پس از اتصال به شبکه رفتار سیستم کنترل تابع شبکه خواهد بود بصورتیکه با افزایش میزان سفلی شدن شبکه جریان تحریک افزایش و با افزایش خازنی شدن شبکه جریان تحریک کاهش پیدا خواهد کرد این تغییرات در مجموعه ای بنام کنترل کننده بار راکتیو خلاصه می گردد که باید به محدود کننده های حد بالا و حد پایین تحریک به شرح زیر اشاره کرد.

– حد پایین تحریک:
زمانی که شبکه بشدت خازنی شود سیستم می بایستی جریان تحریک را در جهت کاهش فعال نمودن این اثر را در حد مطلوب خنثی نماید . بدیهی است بدلیل کاهش جریان تحریک روتور در دو انتها شروع به گرم شدن می نماید که برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و همچنین از دست دادن میدان مغناطیسی مورد نیاز تولید مگاوات می بایستی یک محدود کننده حد پایین تحریک وارد عمل شود و اجازه ندهد که جریان راکتیو ازمیزان تعیین شده کمتر شود توابع این محدود کننده بشرح ذیل بیان می گردد.

– حد بالای تحریک
در این حالت بدلیل سلفی شدن شبکه سیستم لازم می بیند که جریان تحریک را به جهت پاسخگویی به این تغییر افزایش دهد که در این حالت مگاوار لازم به شبکه اعمال می شود که افزایش بیش از حد جریان تحریک باعث می گردد دمای سیم پیچ های استاتور از حد متعارف تجاوز کند و باعث صدمات ناشی از گرمای بیش از حد به عایق ژنراتور و هسته آن گردد در این بخش نیز احتیاج به یک محدود کننده حد بالای تحریک داریم که تابع مربوطه در این خصوص ذیلا آمده است :

در رابطه فوق و سیگنال خطای بلوک ۲ از شکل (۳) می باشد و len نرخ افزایش جریان تحریک است، ضمنا ضریب KLsv در حالت حداکثر محدود کنندگی برابر
Klsv=11(volt)/len(A)
و در غیراینصورت

Klsv=2.28(volt)/len(A)
همانطور که در شکل (۴) مشاهده می شود AB منحنی حد بالای تحریک میباشد.
در شکل های شماره (۵،۶) دیاگرام سیستم کنترل جریان تحریک بطورجامع نشان داده شده است در شکل مذکور Ve،Ie بترتبی ولتاژ و جریان تحریک Im،Vm بترتیب ولتاژ جریان خروجی ژنراتور می باشد.
در بلوک های شکل (۵) نمودار توابع هر بلوک و در شکل (۶) توابع هر بلوک درج شده است.
در شکل (۵) در بلوک ۲، Vcp عبارتست از سقف مثبت ولتاژ تحریک و Vcp 0.8 سقف منفی ولتاژ تحریک می باشد.
در شکل (۶) مقاومت سیم پیچ تحریک ، ولتاژ نامی ژنراتور، برابر است با :

در رابطه فوق زاویه جریان ، جریان اولیه ترانس تغذیه می باشد.
از آنجائیکه ولتاژ خروجی ژنراتور تابع تغییرات ولتاژ مرجع می باشد لذا ولتاژ خروجی ژنراتور در حالت زیر متناسب با مرجع تغییر می کند.
الف- تغییرات ولتاژ مرجع بین صفر و ۱۱ ولت و ژنراتور بین صفر تا ۱۱۰ درصد
ب- تغییرات ولتاژ مرجع بین ۸ تا ۱۱ ولت و ژنراتور بین ۸۰ تا ۱۱۰ درصد

تابع تبدیل فیدبک جریان ژنراتور و تابع تبدیل فیدبک ولتاژ ژنراتور می باشد

۳- بررسی اجزاء کنترل
بدنبال بررسی اجمالی حلقه های کنترلی سیستم می توان با در نظر گرفتن شکل (۶) اجزاء کنترل سیستم را بشرح زیر تشریح کرد:
در بلوک دیاگرام شکل (۷) که شمابه دیاگرام توصیف شده در شکل شماره (۶) می باشد می توان اجزاء سیستم را بطور گسترده مشاهده نمود.
همانطور که در شکل مشاهده می شود بلوک های مشخص شده با یک حرف با اندیس های مختلف در یک کارت الکترونیکی گنجانده شده اند. که ذیلا به تشریح این کارت ها می پردازیم.

۴- اجزاء اصلی کنترل
کارت RT
این کارت در حقیقت مقایسگر اصلی حلقه کنترل می باشد. همانطور که در شرح دیاگرام کنترلی سیستم عنوان شد در حلقه اصلی ولتاژ و جریان ژنراتور بعنوان فیدبک های اصلی سیستم بکار رفته اند بدین لحاظ ورودی های این کارت عبارتند ازک
۱- جریان ژنراتور
۲- ولتاژ ژنراتور
۳- سیگنال مرجع سیستم
شکل این کارت می بایستی مجموعه ای از شکل ۵b و ۴ از کتاب می باشد.
همانطور که در شکل (۸) آمده است ولتاژ ژنراتور به ترانس ۱T و ۲T و جریان ژنراتور توسط CT از طریق دو مقاومت متغییر ۱PST و PST به ترانس های ۳T و ۴T اعمال می گردد از این دو مقاومت متغییر در جهت تنظیم محدوده عملکرد جریان استفاده می شود.

بدیهی است بلوک A2 شامل ترانس های ۱T و ۲T و بلوک A3 شامل ترانس های۳T و ۴T می باشد. همانطور که مشاهده می گردد سیگنال حاصل از جمع برداری ولتاژ ترانس ۱T و جریان ۴T و همچنین ولتاژ ترانس ۲T با جریان ترانس ۳T به یکسو کننده ۳ فاز وارد و ولتاژ DC شده حاصل از این یکسو ساز که از طریق پین ۱۳ قابل قرائت در کارت به ورودی مقایسگر I-OA بعنوان فیدبک سیستم اعمال می گردد، همانطور که از طریق سربندی ترانس ها به یکدیگر مشاهده می گردد سیگنال حاصل از این دو ترانس عبارتند از تفاضل دو بردار ذکر شده