ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງຄຣອນ
ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນັສແມ່ນໜຶ່ງໃນເຄື່ອງຈັກໄຟຟ້າທີ່ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດໃນລະບົບໄຟຟ້າທີ່ທັນສະໄໝ, ໂດຍສະເພາະໃນໂຮງງານໄຟຟ້າຂະໜາດໃຫຍ່ເຊັ່ນ: ໂຮງງານໄຟຟ້າຖ່ານຫີນ (PLTU), ໂຮງງານໄຟຟ້ານ້ຳຕົກ (PLTA), ໂຮງງານໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ແກັສ (PLTG), ແລະ ໂຮງງານໄຟຟ້ານິວເຄຼຍ (NPT). ພວກມັນຖືກເອີ້ນວ່າ "ຊິ້ງໂຄຣນັສ" ເພາະວ່າຄວາມໄວໃນການໝູນຂອງ rotor ຂອງມັນກ່ຽວຂ້ອງໂດຍກົງ (ຊິ້ງໂຄຣນັສ) ກັບຄວາມຖີ່ຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ສ້າງຂຶ້ນ. ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນັສປ່ຽນພະລັງງານກົນຈັກຈາກເຄື່ອງຂັບເຄື່ອນຫຼັກ (ກັງຫັນນ້ຳ, ກັງຫັນໄອນ້ຳ, ກັງຫັນແກັສ, ຫຼື ເຄື່ອງຈັກກາຊວນ) ໄປເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າກະແສສະຫຼັບ (AC) ທີ່ຄວາມຖີ່ທີ່ໝັ້ນຄົງ. ເພື່ອເຂົ້າໃຈວິທີການເຮັດວຽກຂອງພວກມັນ, ພວກເຮົາຈຳເປັນຕ້ອງກວດສອບໂຄງສ້າງຂອງມັນ, ແນວຄວາມຄິດຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ການຊັກນຳແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມໄວກັບຄວາມຖີ່, ແລະ ຂະບວນການກະຕຸ້ນ ແລະ ການຄວບຄຸມແຮງດັນ.
1. ຄໍານິຍາມ ແລະ ໜ້າທີ່ຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນ
ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນ (ມັກເອີ້ນວ່າເຄື່ອງປັ່ນໄຟ) ຜະລິດແຮງດັນໄຟຟ້າ AC ສາມເຟດໃນລະບົບໄຟຟ້າ. ໃນໂຮງງານໄຟຟ້າ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້ານີ້ແມ່ນ "ຫົວໃຈ" ຂອງລະບົບ, ປ່ຽນແຮງບິດຈາກເພົາຂັບເຄື່ອນຫຼັກໄປເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນຈະຖືກເພີ່ມໂດຍໝໍ້ແປງກ່ອນທີ່ຈະແຈກຢາຍໄປຫາເຄືອຂ່າຍສາຍສົ່ງ. ຂໍ້ໄດ້ປຽບຕົ້ນຕໍຂອງມັນແມ່ນຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດແຮງດັນທີ່ຄວາມຖີ່ຄົງທີ່ຕາບໃດທີ່ການໝຸນຂອງເພົາຍັງຮັກສາໄວ້ທີ່ຄ່າຊິ້ງໂຄຣນຂອງມັນ.
ໂດຍຫຼັກການແລ້ວ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນເຮັດວຽກໂດຍອີງໃສ່ກົດເກນການຊັກນຳແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຂອງຟາຣາເດ: ການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກໃນທົ່ວຕົວນຳໄຟຟ້າຈະສ້າງແຮງເຄື່ອນທີ່ໄຟຟ້າ (EMF) ຫຼື ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ຊັກນຳ. ໃນເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ, ການປ່ຽນແປງຟລັກຊ໌ນີ້ເກີດຂຶ້ນຍ້ອນວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ໝູນວຽນ (ໃນໂຣເຕີ) ຕັດຜ່ານຂົດລວດສະເຕເຕີ.
2. ການກໍ່ສ້າງຫຼັກ: ສະເຕເຕີ ແລະ ໂລເຕີ
ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງຄຣອນປະກອບດ້ວຍສອງສ່ວນຫຼັກຄື:
1. ສະເຕເຕີ (ສ່ວນທີ່ຢູ່ກັບທີ່)
ສະເຕເຕີປະກອບດ້ວຍແກນເຫຼັກທີ່ເຄືອບດ້ວຍຊັ້ນ ແລະ ຂົດລວດສາມເຟສ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວເຊື່ອມຕໍ່ໃນການເຊື່ອມຕໍ່ແບບດາວ/ໄວ). ນີ້ແມ່ນບ່ອນທີ່ແຮງດັນໄຟຟ້າ AC ທີ່ເກີດຈາກການສັ່ນສະເທືອນຖືກສ້າງຂຶ້ນ. ເນື່ອງຈາກວ່າສະເຕເຕີບໍ່ໝູນວຽນ, ການແຈກຢາຍພະລັງງານໄປຍັງລະບົບຈຶ່ງງ່າຍກວ່າ ແລະ ປອດໄພກວ່າ, ໂດຍສະເພາະຢູ່ທີ່ແຮງດັນສູງ.
2. ໂຣເຕີ (ສ່ວນທີ່ໝຸນ)
ໂລເຕີມີສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ສະໜາມນີ້ມັກຈະເກີດຈາກກະແສໄຟຟ້າໂດຍກົງ (DC) ທີ່ໄຫຼຜ່ານຂົດລວດສະໜາມໂລເຕີ. ເມື່ອໂລເຕີຖືກໝູນໂດຍຕົວຂັບເຄື່ອນຫຼັກ, ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຂອງໂລເຕີຈະໝູນ ແລະ "ກວາດ" ຂົດລວດສະເຕເຕີ, ເຮັດໃຫ້ເກີດແຮງດັນໄຟຟ້າ AC.
ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວມີ rotors ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ synchronous ສອງປະເພດຄື:
- ໂຣເຕີເສົາທີ່ໂດດເດັ່ນ: ຫຼາຍເສົາ, ເໝາະສຳລັບຄວາມໄວຕ່ຳ ເຊັ່ນ: ໂຮງງານໄຟຟ້ານ້ຳຕົກ.
– ໂລເຕີຮູບຊົງກະບອກ (ບໍ່ແຫຼມ / ໂລເຕີ turbo): ຂົ້ວບໍ່ແຫຼມ, ເໝາະສຳລັບການໝູນສູງ ເຊັ່ນ PLTU/PLTG.
3. ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງການກະຕຸ້ນແຮງດັນໄຟຟ້າ AC
ໃຫ້ຄິດວ່າ rotor ເປັນແມ່ເຫຼັກຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ໝູນວຽນ. ໃນຂະນະທີ່ຂົ້ວເໜືອ-ໃຕ້ຂອງ rotor ຜ່ານຂົດລວດ stator, ຟລັກຊ໌ທີ່ພັນກັບຂົດລວດຈະປ່ຽນແປງເປັນໄລຍະ: ມັນຈະຢູ່ທີ່ສູງສຸດເມື່ອຂົ້ວຫັນໜ້າເຂົ້າຫາຂົດລວດໂດຍກົງ ແລະ ຢູ່ທີ່ຕໍ່າສຸດເມື່ອພວກມັນບໍ່ຢູ່. ການປ່ຽນແປງຟລັກຊ໌ນີ້ສ້າງແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນ ເຊິ່ງຍັງປ່ຽນແປງເປັນໄລຍະ - ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນແຮງດັນໄຟຟ້າສະຫຼັບ.
ໃນເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າສາມເຟສ, ຂົດລວດສະເຕເຕີຖືກຈັດລຽງຫ່າງກັນ 120 ອົງສາໄຟຟ້າ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດແຮງດັນໄຟຟ້າສາມແຮງທີ່ມີຄວາມແຕກຕ່າງ 120 ອົງສາ. ການຕັ້ງຄ່າສາມເຟສນີ້ຖືກເລືອກເພາະວ່າມັນມີປະສິດທິພາບສຳລັບການສົ່ງພະລັງງານ, ຜະລິດແຮງບິດທີ່ລຽບງ່າຍກວ່າໃນເວລາໂຫຼດຂອງມໍເຕີ, ແລະອະນຸຍາດໃຫ້ມີຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດພະລັງງານສູງ.
4. ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມໄວປະສານ, ຄວາມຖີ່, ແລະ ຈຳນວນຂົ້ວ
ລັກສະນະ “ປະສານກັນ” ທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດແມ່ນຄວາມສຳພັນທາງຄະນິດສາດລະຫວ່າງ:
- ຄວາມຖີ່ໄຟຟ້າ (f) ໃນ Hz,
- ຈຳນວນຂົ້ວ (P) ຂອງ rotor,
- ຄວາມໄວໃນການໝຸນຂອງ rotor (Ns) ໃນ rpm.
ສູດ:
\[
N_s = \frac{120\, f}{P}
\]
ມັນຫມາຍຄວາມວ່າ:
- ຖ້າລະບົບມີຄວາມຖີ່ 50 Hz ແລະເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າມີ 2 ຂົ້ວ, ແລ້ວ:
\[
N_s = \frac{120 \ຄູນ 50}{2} = 3000 \text{ rpm}
\]
- ຖ້າ 4 ຂົ້ວ:
\[
N_s = \frac{120 \ຄູນ 50}{4} = 1500 \text{ rpm}
\]
ຍິ່ງມີເສົາຫຼາຍເທົ່າໃດ, ຄວາມໄວໃນ synchronous ທີ່ຕ້ອງການເພື່ອຜະລິດຄວາມຖີ່ດຽວກັນກໍ່ຈະຕ່ຳລົງເທົ່ານັ້ນ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ໂຮງງານໄຟຟ້ານ້ຳຕົກ (ກັງຫັນທີ່ໝູນຊ້າລົງ) ມັກໃຊ້ rotors ທີ່ມີຫຼາຍເສົາ, ໃນຂະນະທີ່ໂຮງງານໄອນ້ຳ/ແກັສ (ກັງຫັນທີ່ໄວກວ່າ) ມັກໃຊ້ rotors turbo ທີ່ມີເສົາໜ້ອຍລົງ.
ໃນເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນ, ໂລເຕີຈະໝູນດ້ວຍຄວາມໄວຊິ້ງໂຄຣນຢ່າງແນ່ນອນເມື່ອເຊື່ອມຕໍ່ກັບລະບົບໄຟຟ້າທີ່ໝັ້ນຄົງ. ການປ່ຽນແປງການໂຫຼດມີຜົນກະທົບຕໍ່ມຸມພະລັງງານ ແລະ ກະແສໄຟຟ້າຫຼາຍກວ່າຄວາມຖີ່, ຕາບໃດທີ່ຕາຂ່າຍໄຟຟ້າຍັງແຂງແຮງ ແລະ ຕົວຂັບເຄື່ອນຫຼັກຖືກຄວບຄຸມໄດ້ດີ.
5. ລະບົບກະຕຸ້ນ: ແຫຼ່ງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ rotor
ເພື່ອໃຫ້ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າສາມາດຜະລິດແຮງດັນໄດ້, rotor ຕ້ອງມີສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ສະໜາມນີ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍການກະຕຸ້ນ - ການນຳໃຊ້ກະແສໄຟຟ້າ DC ກັບຂົດລວດສະໜາມ rotor. ມີຫຼາຍວິທີການກະຕຸ້ນ:
- ການກະຕຸ້ນດ້ວຍວົງແຫວນເລື່ອນ ແລະ ແປງ
ກະແສໄຟຟ້າ DC ຖືກສະໜອງຜ່ານວົງແຫວນສະລິບໄປຫາຂົດລວດໂຣເຕີ. ວິທີການນີ້ແມ່ນງ່າຍດາຍແຕ່ຕ້ອງການການບຳລຸງຮັກສາແປງ.
- ການກະຕຸ້ນແບບບໍ່ມີແປງ
ໂດຍການໃຊ້ເຄື່ອງກະຕຸ້ນ (ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າຂະໜາດນ້ອຍ) ແລະ ເຄື່ອງແກ້ໄຂກະແສໄຟຟ້າໝູນວຽນ, ກະແສໄຟຟ້າ DC ສຳລັບ rotor ຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນເພົາດຽວກັນໂດຍບໍ່ມີແປງ. ນີ້ແມ່ນເລື່ອງທຳມະດາໃນເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າທີ່ທັນສະໄໝ ເພາະມັນມີຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຫຼາຍກວ່າ.
ຂະໜາດຂອງກະແສໄຟຟ້າກະຕຸ້ນມີຜົນກະທົບຕໍ່ຂະໜາດຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ເຊິ່ງໃນທີ່ສຸດກໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ແຮງດັນໄຟຟ້າປາຍທາງຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ ແລະ ພະລັງງານປະຕິກິລິຍາທີ່ແລກປ່ຽນກັບລະບົບ.
6. ການຜະລິດແຮງດັນ ແລະ ການຄວບຄຸມ (AVR)
ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນໃນ stator ແມ່ນຂຶ້ນກັບຫຼາຍປັດໃຈ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ:
- ຄວາມເຂັ້ມຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກຂອງ rotor (ໄດ້ຮັບອິດທິພົນຈາກກະແສໄຟຟ້າກະຕຸ້ນ),
- ຄວາມໄວໝູນ (ກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມຖີ່),
- ຈຳນວນຮອບ ແລະ ການອອກແບບຂອງຂົດລວດ stator.
ໃນທາງປະຕິບັດ, ແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າຕ້ອງຮັກສາໄວ້ພາຍໃນຂອບເຂດມາດຕະຖານເຖິງແມ່ນວ່າການໂຫຼດຈະປ່ຽນແປງກໍຕາມ. ດັ່ງນັ້ນ, ຈຶ່ງໃຊ້ເຄື່ອງຄວບຄຸມແຮງດັນໄຟຟ້າອັດຕະໂນມັດ (AVR). AVR ຈະຕິດຕາມກວດກາແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ ແລະ ຈາກນັ້ນເພີ່ມ ຫຼື ຫຼຸດກະແສໄຟຟ້າກະຕຸ້ນຂອງ rotor ເພື່ອຮັກສາແຮງດັນໄຟຟ້າໃຫ້ໝັ້ນຄົງ.
ເມື່ອການໂຫຼດເພີ່ມຂຶ້ນ, ກະແສໄຟຟ້າຂອງສະເຕເຕີຈະເພີ່ມຂຶ້ນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ແຮງດັນຫຼຸດລົງຍ້ອນຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ. AVR ຈະ "ຊົດເຊີຍ" ໂດຍການເພີ່ມການກະຕຸ້ນເພື່ອຮັກສາແຮງດັນ.
7. ການດຳເນີນງານແບບ synchronous ກັບເຄືອຂ່າຍ (synchronizing)
ກ່ອນທີ່ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າຊິ້ງຄຣອນຈະເຊື່ອມຕໍ່ກັບຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ, ຂະບວນການຊິ້ງຄຣອນຕ້ອງໄດ້ປະຕິບັດ, ຄືການເຮັດໃຫ້ເທົ່າທຽມກັນ:
1. ແຮງດັນ (ຄ່າ RMS),
2. ຄວາມຖີ່,
3. ລຳດັບໄລຍະ,
4. ມຸມເຟສໃນເວລາປິດເບກເກີ.
ຖ້າເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າຖືກເຊື່ອມຕໍ່ກັບຕາຂ່າຍໄຟຟ້າໂດຍບໍ່ມີການປະສານສົມທົບທີ່ເໝາະສົມ, ມັນສາມາດສ້າງກະແສໄຟຟ້າຊ໊ອກຂະໜາດໃຫຍ່ ແລະ ແຮງບິດກົນຈັກກະທັນຫັນທີ່ສາມາດທຳລາຍອຸປະກອນໄດ້. ເມື່ອເຊື່ອມຕໍ່ແລ້ວ, ຄວາມໄວຂອງ rotor ຈະຖືກ "ລັອກ" ກັບຄວາມຖີ່ຂອງລະບົບ (ຍັງຄົງປະສານສົມທົບ), ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານທີ່ໃຊ້ງານແມ່ນຖືກກຳນົດໂດຍແຮງບິດຂອງຕົວຂັບເຄື່ອນຫຼັກ.
8. ພະລັງງານທີ່ໃຊ້ງານ ແລະ ພະລັງງານປະຕິກິລິຍາໃນເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນຊ໌
ໃນລະບົບ AC, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າສະໜອງ:
- ພະລັງງານທີ່ໃຊ້ (P): ກ່ຽວຂ້ອງກັບພະລັງງານຕົວຈິງທີ່ໃຊ້ໂດຍການໂຫຼດ (kW ຫຼື MW).
- ພະລັງງານປະຕິກິລິຍາ (Q): ກ່ຽວຂ້ອງກັບການສ້າງສະໜາມແມ່ເຫຼັກໃນພາລະໄຟຟ້າ/ໄຟຟ້າແບບ capacitive (kVAr ຫຼື MVAr).
ໂດຍທົ່ວໄປ:
- ພະລັງງານທີ່ໃຊ້ງານຖືກຄວບຄຸມໂດຍການປັບແຮງບິດ/ການປ້ອນຂໍ້ມູນທາງກົນຈັກ (ເຊັ່ນ: ການເປີດວາວໄອນ້ຳ, ການໄຫຼຂອງນ້ຳ, ຫຼື ການສະໜອງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ).
- ພະລັງງານປະຕິກິລິຍາ ແລະ ແຮງດັນໄຟຟ້າປາຍທາງຖືກຄວບຄຸມໂດຍກະແສໄຟຟ້າກະຕຸ້ນ.
ຖ້າການກະຕຸ້ນເພີ່ມຂຶ້ນ (ກະຕຸ້ນເກີນ), ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າມັກຈະສະໜອງພະລັງງານປະຕິກິລິຍາໃຫ້ກັບຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ ແລະ ຊ່ວຍເພີ່ມແຮງດັນຂອງລະບົບ. ຖ້າການກະຕຸ້ນຫຼຸດລົງ (ກະຕຸ້ນຕ່ຳ), ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າຈະດູດຊຶມພະລັງງານປະຕິກິລິຍາ ແລະ ແຮງດັນມັກຈະຫຼຸດລົງ.
9. ເຄ ສີມພູລານ
ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນແມ່ນອີງໃສ່ການກະຕຸ້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ: ໂລເຕີທີ່ຖືກກະຕຸ້ນດ້ວຍໄຟຟ້າ DC ຜະລິດສະໜາມແມ່ເຫຼັກໝູນວຽນ, ເຊິ່ງຕັດຂົດລວດສະເຕເຕີ ແລະ ກະຕຸ້ນແຮງດັນໄຟຟ້າ AC ສາມເຟດ. ຄວາມເປັນເອກະລັກຂອງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນແມ່ນຄວາມສຳພັນໂດຍກົງລະຫວ່າງຄວາມຖີ່ຂອງຜົນຜະລິດ ແລະ ຄວາມໄວໃນການໝູນ ແລະ ຈຳນວນຂົ້ວ, ເຊິ່ງຖືກສ້າງເປັນ \(N_s = 120f/P\). ໃນການປະຕິບັດງານຕົວຈິງ, ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງແຮງດັນແມ່ນຖືກຮັກສາໄວ້ໂດຍ AVR ຜ່ານການຄວບຄຸມການກະຕຸ້ນ, ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານທີ່ໃຊ້ງານຖືກຄວບຄຸມໂດຍຕົວຂັບເຄື່ອນຫຼັກ. ເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບທີ່ໝັ້ນຄົງ, ປະສິດທິພາບສູງ, ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການຄວບຄຸມແຮງດັນ ແລະ ພະລັງງານປະຕິກິລິຍາ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າແບບຊິ້ງໂຄຣນແມ່ນກະດູກສັນຫຼັງຂອງການຜະລິດພະລັງງານໄຟຟ້າ ແລະ ລະບົບຕ່າງໆທົ່ວໂລກ.
