بالنسبة لمحترفي توليد الطاقة، تعتبر العلاقة بين سرعة المحرك والتردد الكهربائي أمرًا أساسيًا. فهو يحدد كيفية تشغيل وصيانة معداتنا. عندما تحتاج إلى زيادة تردد المولد - عادةً لتحويل وحدة 50 هرتز لتطبيق 60 هرتز، أو التعويض عن 'التدلي' تحت الحمل، أو معايرة الحاكم الصحيحة - فأنت تتعامل بشكل أساسي مع ميكانيكا الدوران. يحدد عدد دورات المحرك في الدقيقة خرج الهيرتز مباشرة.
ومع ذلك، فإن هذا التعديل ليس بسيطًا مثل خنق المحرك الرئيسي. يؤثر تغيير السرعة على المعلمات الهامة الأخرى. غالبًا ما يؤدي التردد المتزايد إلى ارتفاع الجهد، مما يخلق نسبة V/هرتز عالية يمكن أن تلحق الضرر بالإلكترونيات الحساسة في اتجاه مجرى النهر. قبل أن تمسك مفتاح الربط لضبط الحاكم، يجب أن تفهم الفيزياء التي تلعبها. يشرح هذا الدليل بالضبط كيفية زيادة تردد المولد بشكل آمن، والمخاطر التي تنطوي عليها، والصيغ الصحيحة للاستخدام.
دورة في الدقيقة هي الملك: في المولدات المتزامنة القياسية، يتم التحكم في التردد بشكل صارم عن طريق تغيير سرعة المحرك الرئيسي (ضبط الحاكم).
الصيغة: القانون الثابت هو F = (RPM × Poles) / 120. للحصول على تردد أعلى، يجب أن تدور بشكل أسرع أو أن يكون لديك المزيد من الأقطاب المغناطيسية (ثابتة عند التصنيع).
مخاطر الجهد: زيادة السرعة لتعزيز التردد دون ضبط منظم الجهد التلقائي (AVR) ستؤدي إلى ظروف خطيرة من الجهد الزائد.
قيود الشبكة: بالنسبة للوحدات المتوازية للشبكة، لا يمكنك زيادة التردد يدويًا؛ تؤدي محاولة القيام بذلك إلى زيادة خرج الطاقة (كيلوواط) فقط حتى يتعطل القاطع.
لفهم كيفية التعامل مع الإخراج، يجب عليك أولاً فهم عملية التحويل الميكانيكية والكهربائية. في المولد المتزامن، يتم ربط تردد المولد مباشرة مع سرعة دوران الدوار. لا توجد محاكاة لعلبة التروس أو البرامج في الفيزياء الأساسية؛ إنها علاقة خطية مباشرة.
يعتمد خط الأساس العلمي لجميع التعديلات على معادلة واحدة. يمكنك استخدام صيغة سرعة وتردد المولد لتحديد أهدافك المستهدفة:
و = (ن × ف) / 120
F: التردد بالهرتز (هرتز).
N: السرعة في عدد الدورات في الدقيقة (RPM).
P: عدد أعمدة المولدات.
120: الثابت الرياضي المشتق من الزمن (60 ثانية) والدورات المغناطيسية (قطبين لكل دورة).
يتم تحديد المتغير 'P' أثناء عملية التصنيع من خلال هندسة لف الجزء الثابت. لا يمكنك تغيير عدد الأقطاب في المجال لزيادة التردد. المولد ذو 4 أقطاب سيكون دائمًا مولدًا ذو 4 أقطاب. وهذا يترك لك متغيرًا واحدًا فقط للتعامل معه: 'N' أو سرعة المحرك.
إذا كنت بحاجة إلى تغيير معيار الإخراج، فيجب عليك حساب عدد الدورات في الدقيقة الجديد المطلوب:
للحصول على 60 هرتز من مولد رباعي الأقطاب: يجب تشغيل المحرك بسرعة 1800 دورة في الدقيقة.
للحصول على 50 هرتز من نفس الوحدة: يجب تشغيل المحرك بسرعة 1500 دورة في الدقيقة.
غالبًا ما نرى المشغلين يضبطون سرعة 'عدم التحميل' أعلى قليلاً من الهدف. وهذا يعوض عن ظاهرة 'التدلي'، حيث تؤدي الفيزياء الحثية إلى انخفاض التردد بشكل طبيعي عند تطبيق حمل ثقيل. غالبًا ما يسمح ضبط الوحدة على 61.5 هرتز لها بالاستقرار عند 60 هرتز مثاليًا تحت الحمل.
بالنسبة لمعظم التطبيقات الميدانية، تعني زيادة التردد زيادة ميكانيكية في سرعة المحرك الرئيسي. ويتم ذلك عن طريق المنظم الذي يتحكم في موضع رف الوقود (للديزل) أو صمام الخانق (للغاز).
عندما تطلب ترددًا أعلى، فإنك تطلب من المحرك أن يدور بشكل أسرع. ولتحقيق ذلك يسمح المحافظ بالمزيد من الوقود أو البخار. يؤدي ذلك إلى زيادة عزم الدوران وسرعة دوران العمود المرفقي، مما يؤدي بدوره إلى زيادة سرعة دوار المولد.
في مهام القديمة أو الأبسط ضبط تردد مولدات الديزل ، قد تواجه منظمًا ميكانيكيًا. تستخدم هذه الأوزان الذبابة والينابيع لاستشعار السرعة.
الكيفية: حدد موقع برغي ضبط السرعة، والذي غالبًا ما يدفع باتجاه الزنبرك. يؤدي تشديد هذا المسمار إلى زيادة شد الزنبرك، مما يتطلب عدد دورات أعلى في الدقيقة للتغلب على قوة الزنبرك.
الإيجابيات والسلبيات: هذه الأنظمة قوية وبسيطة. ومع ذلك، فهي عرضة لـ ''الصيد'' (السرعة المتأرجحة) ولديها أوقات رد فعل أبطأ لتغيرات الحمل المفاجئة.
تستخدم المولدات الحديثة وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) والمشغل.
الكيفية: يمكنك تعديل المعلمات عبر اتصال الكمبيوتر المحمول أو مقياس الجهد الموجود على لوحة التحكم.
الإيجابيات/السلبيات: توفر أدوات التحكم الإلكترونية تحكمًا متزامنًا، مما يعني أنها تستطيع الحفاظ على التردد الدقيق (صفر تدلى) بغض النظر عن الحمل. إنها دقيقة ولكنها تتطلب أدوات تشخيصية محددة لضبطها.
مخاطر التنفيذ: كن حذرًا من نقطة التعثر 'السرعة الزائدة'. إذا قمت بزيادة إعداد التردد بدرجة عالية جدًا، فقد تصل إلى عتبة إيقاف التشغيل الآمنة المصممة لحماية محامل قضيب المحرك من قوة الطرد المركزي.
من الأخطاء الفادحة التي يرتكبها العديد من المشغلين التركيز فقط على مقياس هرتز مع تجاهل مقياس الفولت. يمكن أن يؤدي هذا الإشراف إلى فشل المعدات.
اللفات المولدة حثية. مع ارتفاع التردد، تتغير مقاومة الدائرة. ونتيجة لذلك، فإن مجرد تسريع المحرك ليصل إلى 60 هرتز عادة ما يؤدي إلى ارتفاع مماثل في الجهد. قد يقفز المولد المصمم لإخراج 400 فولت عند 50 هرتز إلى 480 فولت أو أعلى عند 60 هرتز إذا لم يتم تحديده.
يتطلب التعديل الآمن لتردد المولد عملية من خطوتين. بمجرد زيادة السرعة، يجب عليك على الفور إعادة معايرة منظم الجهد التلقائي (AVR).
ضبط وعاء القطع: حدد موقع برغي ضبط 'الفولت' الموجود على لوحة AVR. قم بتدويره عكس اتجاه عقارب الساعة لخفض الجهد إلى المستوى المستهدف مع الحفاظ على السرعة الأعلى الجديدة.
التحقق من الثبات: قد تحتاج أيضًا إلى ضبط وعاء 'الثبات'، حيث أن عدد الدورات في الدقيقة الجديد يمكن أن يغير خصائص الاستجابة لمجال الإثارة.
تتميز معظم أجهزة AVR بدوائر 'تحت التردد' (UFRO). هذه تحمي المولد عن طريق تقليل الجهد إذا انخفضت السرعة. عند زيادة هدف التردد، تأكد من ضبط 'نقطة الركبة' لـ UFRO أيضًا، وإلا فقد يخطئ النظام في تفسير التشغيل العادي باعتباره حالة خطأ.
هناك سيناريوهات يكون فيها تغيير سرعة المحرك مستحيلاً أو غير مرغوب فيه. إذا كان لديك مولد بسرعة ثابتة أو كنت بحاجة إلى تشغيل معدات عسكرية حساسة تتطلب 400 هرتز، فأنت بحاجة إلى حل إلكتروني.
استخدم هذه الطريقة عندما تكون الدقة أمرًا بالغ الأهمية أو عندما يكون الضغط الميكانيكي الناتج عن ارتفاع عدد الدورات في الدقيقة خطيرًا جدًا على المحرك. إنه يفصل بشكل فعال توليد الطاقة عن مخرج الطاقة.
تستخدم المحولات الثابتة إلكترونيات الطاقة لتجميع شكل موجة جديد. تتضمن العملية التصحيح (تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر) متبوعًا بالانعكاس (تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد مرة أخرى). يتيح ذلك للمولد أن يعمل بأقصى سرعة فعالة بينما يقوم محول تردد المولد بتجميع الإخراج المطلوب إلكترونيًا. وهذا مشابه لكيفية عمل VFDs للمحركات.
تستخدم هذه الأنظمة محركًا كهربائيًا (يعمل بسرعة 50 هرتز) لتدوير رأس مولد منفصل ميكانيكيًا (ملف بتردد 60 هرتز). على الرغم من أنها توفر عزلًا كلفانيًا ممتازًا، إلا أنها ثقيلة، وصاخبة، وأقل كفاءة من خيارات الحالة الصلبة.
| طريقة | تكلفة | الآلية الأساسية | أفضل تطبيق |
|---|---|---|---|
| التعديل الميكانيكي | زيادة عدد دورات المحرك في الدقيقة | منخفض (العمالة فقط) | مجموعات توليد الديزل القياسية (تحويل 50/60 هرتز) |
| محول ثابت | التيار المتردد → العاصمة → التيار المتردد | عالية (الأجهزة) | الالكترونيات الحساسة / توربينات السرعة الثابتة |
| محول الروتاري | زوج المحرك والمولد | متوسطة/عالية | العزلة العسكرية / الصناعية الثقيلة |
كثيرًا ما يتساءل المهندسون الصناعيون عن سبب فشل زيادة دواسة الوقود في وحدة متوازية مع الشبكة في زيادة التردد. ينبع سوء الفهم هذا من مفهوم 'الحافلة اللانهائية'.
بمجرد إغلاق قاطع المولد من شبكة المرافق، يصبح المجال المغناطيسي لوحدتك 'مثبتًا' بسبب القصور الذاتي الهائل للشبكة. تردد الشبكة أقوى من محركك. لا يمكنك تسريع المولد الخاص بك لأن القفل المغناطيسي يبقيه على وتيرة الشبكة.
إذا قمت بإضافة المزيد من الوقود (الخانق لأعلى) أثناء ربطك بالشبكة، فلن يتغير التردد. وبدلا من ذلك، تتقدم زاوية الطور الداخلي قليلا. والنتيجة هي أن وحدتك تدفع المزيد من الطاقة النشطة (كيلوواط) إلى الشبكة. أنت تزيد من الحمولة التي تحملها، وليس من السرعة التي تدور بها.
في بعض الأحيان، يزيد التردد عندما لا ترغب في ذلك. يساعد التحليل التشخيصي على التمييز بين مشكلة الإعداد والفشل.
عندما ينفصل حمل كبير فجأة، يتسارع المحرك للحظات قبل أن يتمكن المنظم من الاستجابة. وهذا ما يسمى 'التجاوز'. وفي حين أنه عابر، فإنه يمكن أن يعطل الإنذارات عالية التردد.
يمكن أن يؤدي فقدان الحاكم للسيطرة بسبب فشل المستشعر أو ربط الوصلة إلى خروج المحرك. وبالمثل، يمكن أن تتسبب صمامات قياس الوقود العالقة في حدوث زيادات غير منتظمة في السرعة العالية.
التحقق من الارتباط: تأكد من أن القضيب الذي يربط المشغل بحامل الوقود يتحرك بحرية دون ربط.
التحقق من MPU: تحقق من فجوة وحدة الالتقاط المغناطيسي وسلامة الإشارة. إشارة السرعة الضعيفة يمكن أن تربك الحاكم.
إعدادات الاختبار: تحقق من إعدادات كسب الحاكم والاستقرار. قد تؤدي قيم PID غير الصحيحة إلى اشتعال المحرك (التردد العالي) أثناء بدء التشغيل.
إن زيادة تردد المولد هي عملية دقيقة تعمل على موازنة القوة الميكانيكية مع السلامة الكهربائية. بالنسبة لمعظم المشغلين، يتضمن المسار حساب عدد الدورات في الدقيقة المستهدف باستخدام الصيغة القياسية وضبط الحاكم بعناية. ومع ذلك، قد يحتاج المستخدمون الدقيقون إلى التوليف الإلكتروني الذي يوفره محول التردد.
تظل السلامة هي الأولوية. قم دائمًا بمراقبة الجهد الكهربي ودرجة الحرارة والاهتزاز عند تغيير سرعات التشغيل القياسية. يؤدي تشغيل تصميم 50 هرتز عند 60 هرتز إلى زيادة ضغط الطرد المركزي على الدوار بنسبة 44% بسبب قانون التربيع في الفيزياء. قم دائمًا بمراجعة ورقة بيانات الشركة المصنعة للتأكد من أن عامل الأمان الميكانيكي يسمح بالزيادة. يوفر الضبط الناجح التردد الصحيح دون المساس بعمر الجهاز.
ج: نعم، ولكن مع التحذيرات. يجب أن يكون المحرك قادرًا على العمل عند عدد دورات أعلى في الدقيقة (عادةً 1800 بدلاً من 1500) دون ارتفاع درجة الحرارة أو الاهتزاز بشكل مفرط. يجب أن يكون دوار المولد متوازنًا للسرعة الأعلى لمنع حدوث عطل ميكانيكي. بشكل حاسم، يجب عليك ضبط AVR لمنع ارتفاع الجهد إلى مستويات خطيرة.
ج: ليس بشكل مباشر. تؤدي زيادة التردد عن طريق تسريع المحرك إلى زيادة تدفق الهواء والتبريد المحتملين، مما قد يسمح بمعدل طاقة أعلى، ولكن يتم تحديد القوة الكهربائية الفعلية المنتجة من خلال الحمل المتصل. ومع ذلك، فإن الأحمال المقاومة سوف تسحب المزيد من الطاقة عند الفولتية الأعلى إذا لم يتم تصحيح نسبة V / هرتز.
ج: الصيغة هي F = (N × P) / 120. هنا، F يمثل التردد بالهرتز، N هو سرعة المحرك بعدد الدورات في الدقيقة، و P هو عدد الأقطاب المغناطيسية على دوار المولد.
ج: هذا بسبب السحب الميكانيكي. مع زيادة الحمل الكهربائي، يقاوم المجال المغناطيسي دوران الجزء المتحرك بقوة أكبر. يتباطأ المحرك للحظات حتى يضيف الحاكم المزيد من الوقود لاستعادة السرعة المستهدفة. يُعرف هذا الانخفاض باسم 'التدلي'.
ج: يجب عليك استخدام جهاز إلكتروني مثل محول التردد الثابت أو محرك التردد المتغير (VFD). تقوم هذه الأجهزة بتصحيح طاقة التيار المتردد الواردة إلى التيار المستمر ثم عكسها مرة أخرى إلى التيار المتردد بتردد 50 هرتز المطلوب، بغض النظر عن سرعة الإدخال.
