Elektrik Stansiyalarında İnduksiya Generatorları
İnduksiya generatorları müasir enerji istehsalı sistemlərində, xüsusən də etibarlı işləmə, nisbətən sadə texniki xidmət və digər generator növlərinə nisbətən daha aşağı investisiya xərcləri tələb edən tətbiqlərdə geniş istifadə olunan bir texnologiyadır. "Generator" termini tez-tez sinxron generatorlarla əlaqələndirilsə də, induksiya generatorları, xüsusən də külək turbinləri və mikro-su elektrik stansiyaları kimi bərpa olunan enerji istehsalı sistemlərində mühüm rol oynayır. Bu məqalədə induksiya generatorlarının iş prinsipləri , onların xüsusiyyətləri, üstünlükləri və çatışmazlıqları, eləcə də enerji istehsalında tətbiqləri müzakirə olunur.
Tərif və Əsas Prinsiplər
Ümumiyyətlə, induksiya maşını geniş şəkildə elektrik enerjisini mexaniki enerjiyə çevirən induksiya mühərriki kimi tanınır. Maraqlıdır ki, eyni maşın müəyyən bir sürətlə əsas hərəkətverici qüvvə tərəfindən fırlandıqda induksiya generatoru kimi işləyə bilər. İnduksiya generatorları elektromaqnit induksiyası prinsipi ilə işləyir: fırlanan maqnit sahəsinin olması və maqnit sahəsi ilə rotor arasındakı sürət fərqi səbəbindən rotorda və statorda elektrik gərginliyi induksiya olunur.
İnduksiya generatorlarını anlamağın açarı, maqnit sahəsinin fırlanma sürəti (sinxron sürət) ilə rotorun fırlanma sürəti arasındakı nisbi fərq olan sürüşmə anlayışıdır. İnduksiya mühərrikində rotor sinxron sürətdən bir qədər yavaş fırlanır, buna görə də sürüşmə müsbətdir. Əksinə, induksiya generatorunda rotor sinxron sürətdən bir qədər daha sürətli fırlanır, buna görə də sürüşmə mənfidir və əsas mühərrikdən gələn mexaniki enerji yükə və ya şəbəkəyə verilən elektrik enerjisinə çevrilir.
Sinxron Sürət və Enerji İstehsalı Şərtləri
Sinxron sürət, sadəcə olaraq, maşının tezliyi və dirəklərinin sayı ilə müəyyən edilir:
– Ns = 120 f / P
burada Ns sinxron sürət (rpm), f tezlik (Hz) və P qütblərin sayıdır. Məsələn, 4 qütblü 50 Hz sistemdə sinxron sürət 1500 rpm-dir. İnduksiya maşınının enerji istehsal etməsi üçün rotor 1500 rpm-dən bir qədər yuxarı fırlanmalıdır. Bu kiçik fərq güc axınını mexanikidən elektrikə çevirmək üçün kifayətdir.
Lakin, sinxron generatorlardan fərqli olaraq, induksiya generatorları öz maqnit sahəsi yaratmır. Sahə axını yaratmaq üçün reaktiv (maqnitləşdirici) güc tələb edirlər. Bu reaktiv güc adətən elektrik şəbəkəsindən və ya müstəqil işləyərkən kondensator bankından əldə edilir.
Reaktiv Güc Tələbləri və Kondensatorların Rolü
İnduksiya generatorunun xüsusiyyətlərindən biri onun reaktiv gücə olan ehtiyacıdır. Şəbəkəyə qoşulduqda, şəbəkə maqnitləşdirici cərəyan təmin edən "həyəcan mənbəyi" kimi çıxış edir. Bu, induksiya generatorlarını şəbəkə ilə paralel işləmək üçün çox uyğun edir, çünki gərginlik və tezlik şəbəkə tərəfindən müəyyən edilir, induksiya generatoru isə əsas mühərrikin mexaniki şərtlərinə əsasən aktiv güc təmin edir.
Ayrı-ayrı işləmə üçün (şəbəkədən kənar) induksiya generatoru gərginlik yaratmaq üçün həyəcan kondensatoru tələb edir. Kondensator reaktiv cərəyan təmin edir və maqnit axını yaradır ki, bu da terminallarda gərginliyin yaranmasına imkan verir. Bu sistem öz-özünə həyəcanlanan induksiya generatoru (SEIG) adlanır. Ucqar ərazilər üçün cəlbedici olsa da, ayrı-ayrı işləmə daha diqqətli dizayn tələb edir, çünki gərginlik və tezlik yük və fırlanma sürətindən əhəmiyyətli dərəcədə təsirlənir.
Generasiya Sistemlərində Əməliyyat Xüsusiyyətləri
İnduksiya generatorları enerji istehsal sistemlərində bir neçə unikal xüsusiyyətə malikdir:
1. Tezlik şəbəkədən və ya sürətdən asılıdır
Şəbəkəyə qoşulmuş sistemdə tezlik şəbəkəni izləyir və buna görə də sabitdir. Müstəqil sistemdə tezlik turbinin sürəti və yük xüsusiyyətlərindən təsirlənir.
2. Gərginlik tənzimlənməsi sinxron generatorlar qədər yaxşı deyil.
İnduksiya generatorunun çıxış gərginliyi, xüsusən də reaktiv enerji təchizatı kifayət deyilsə, yük artdıqca azalmağa meyllidir.
3. Daha sadə sinxronizasiya imkanları
Çünki tələb etmir DC həyəcan sistemi və generator kimi "küncləri təqib etməyə" ehtiyac yoxdur Sinxron olaraq, şəbəkəyə qoşulma prosesi daha sadə ola bilər, baxmayaraq ki, yenə də düzgün qorunma və quraşdırma prosedurları tələb olunur.
4. Narahatlıq zamanı davranış
Gərginlik düşmələrində induksiya generatorunun gərginliyi saxlamaq qabiliyyəti məhduddur, çünki o, sistemin reaktiv gücündən çox asılıdır.
İnduksiya generatorlarının üstünlükləri
İnduksiya generatorlarının müəyyən elektrik stansiyalarında geniş istifadəsinin bir neçə səbəbi var:
– Sadə və möhkəm konstruksiya
DC həyəcanlandırma sistemi və sürüşmə halqaları (qəfəs rotor tipində) tələb etmir, buna görə də nasazlıq riski daha aşağıdır.
– Daha aşağı texniki xidmət xərcləri
Daha az komponent olduğundan, adi təmir ümumiyyətlə daha asan və daha ucuzdur.
– Mexaniki yük dəyişikliklərinə davamlıdır
Külək və dəyişən su axınları kimi dəyişkən enerji mənbələri üçün uyğundur.
– Şəbəkəyə paralel işləmək asandır
Gərginlik və tezlik şəbəkəni izləyir, buna görə də sistem idarəetməsi AVR və daha mürəkkəb həyəcan parametrləri tələb edən kiçik sinxron generatorlardan daha sadədir.
– Müəyyən şərtlər altında daha yaxşı mexaniki təhlükəsizlik
Bəzi ssenarilərdə induksiya generatorlarının sinxron generatorlar qədər daxili həddindən artıq gərginliyə məruz qalma ehtimalı daha azdır, baxmayaraq ki, qorunma hələ də tələb olunur.
Texniki çatışmazlıqlar və çətinliklər
Üstünlüklərinə baxmayaraq, induksiya generatorlarının da məhdudiyyətləri var:
– Reaktiv güc tələb edir
Bu, çox vaxt böyük bir problemdir. Sistem adekvat reaktiv kompensasiya təmin etmirsə (məsələn, kondensator bankları və ya STATCOM-lar), güc əmsalı zəif və gərginlik qeyri-sabit ola bilər.
– Gərginlik və tezlik tənzimlənməsi (müstəqil) daha az sabitdir
Müstəqil tətbiqlər üçün boşaltma yükü nəzarətçiləri, sürət nəzarətçiləri və müvafiq kondensatorlar kimi əlavə parametrlər tələb olunur.
– Müəyyən qismən yüklərdə səmərəlilik düşə bilər
Maşının dizaynından və iş profilindən asılı olaraq, səmərəlilik bütün iş nöqtələrində həmişə optimal olmur.
– Şəbəkə kəsintiləri zamanı performans
Gərginlik düşməsi baş verdikdə, maqnitləşdirici cərəyan tələbi arta bilər, bu da vəziyyəti pisləşdirə və reaktiv kompensasiya cihazı ilə həll edilmədikdə elektrik kəsilməsinə səbəb ola bilər.
Enerji İstehsalında Tətbiqlər
1. Külək Elektrik Stansiyası (KES)
İnduksiya generatorları, xüsusən də erkən külək turbinləri dizaynlarında və bəzi müasir konfiqurasiyalarda geniş istifadə olunur. Ən çox yayılmış növü, daha geniş sürət diapazonunda işləməyə və rotordakı güc çeviricisi vasitəsilə reaktiv gücün daha yaxşı idarə olunmasına imkan verən ikiqat qidalanan induksiya generatorudur (DFIG).
2. Mikro Su Elektrik Stansiyası (PLTMH)
Şəbəkəyə qoşulmuş mikro-hidro sistemlərdə induksiya generatorları sadəliyi və möhkəmliyinə görə populyardır. Şəbəkədən kənar ərazilərdə isə nisbətən aşağı qiymətlərinə görə kondensator batareyaları olan SEIG-lər tez-tez seçilir.
3. Biokütlə və ya tullantı əsaslı generatorlar
Əsas hərəkətverici qüvvə kifayət qədər sabit sürətə malik bir maşındırsa və sistem şəbəkəyə qoşulubsa, induksiya generatoru iqtisadi cəhətdən sərfəli bir seçim ola bilər.
4. Qalıq enerjinin istifadəsi (tullantı enerjisinin bərpası)
Bəzi sənaye sahələrində prosesdən qalan mexaniki enerji induksiya generatorunu fırlatmaq və daxili şəbəkəyə və ya şəbəkəyə enerji vermək üçün istifadə edilə bilər.
Mühafizə Aspektləri və Sistemə Qoşulma
Enerji istehsalı praktikasında induksiya generatorları aşağıdakılar da daxil olmaqla adekvat mühafizə sistemi tələb edir:
– Aşırı cərəyan və qısaqapanmadan qorunma
– Artıq/aşağı gərginlikdən qorunma
– Tezlikdən qorunma
– Şəbəkə itkisindən qorunma (adalanma əleyhinə), xüsusən də şəbəkəyə qoşulduqda
– Güc faktoru və gərginlik sabitliyini qorumaq üçün reaktiv güc kompensasiya parametrləri
Yaxşı inteqrasiya üçün sistem planlaşdırıcıları adətən şəbəkə tutumunu, VAR tələblərini, enerji keyfiyyətini (çeviricilərdən istifadə edildikdə harmoniklər) və tətbiq olunan qarşılıqlı əlaqə standartlarını nəzərə alırlar.
Nəticə
İnduksiya generatorları, xüsusən də bərpa olunan enerji tətbiqlərində və kiçik və orta miqyaslı elektrik stansiyalarında enerji istehsalında mühüm və geniş istifadə olunan bir həlldir . Sadə quruluşu, etibarlılığı və şəbəkə ilə paralel işləmə rahatlığı ilə induksiya generatorları həm iqtisadi, həm də texniki üstünlüklər təklif edir. Bununla belə, reaktiv güc tələbləri və gərginlik/tezlik tənzimlənməsi ilə bağlı çətinliklər, xüsusən də müstəqil rejimdə, müvafiq kondensator banklarının, nəzarətçilərin və mühafizənin istifadəsi də daxil olmaqla, diqqətli sistem dizaynını tələb edir. Düzgün dizaynla induksiya generatorları müasir enerji sistemləri üçün səmərəli, davamlı və cavabdeh generasiyanın əsasını təşkil edə bilər.
