Ilana Iṣiṣẹ Amuṣiṣẹpọ Generator
Àwọn ẹ̀rọ iná mànàmáná tí a ń lò jùlọ nínú àwọn ẹ̀rọ agbára òde òní, pàápàá jùlọ ní àwọn ẹ̀rọ agbára ńlá bíi àwọn ẹ̀rọ agbára tí a ń fi èédú ṣe (PLTU), àwọn ẹ̀rọ agbára hydroelectric (PLTA), àwọn ẹ̀rọ agbára tí a ń fi gaasi ṣe (PLTG), àti àwọn ẹ̀rọ agbára átọ́míìkì (NPT). Wọ́n ń pè wọ́n ní "synchronous" nítorí pé iyára ìyípo rotor wọn sábà máa ń ní ìbáṣepọ̀ taara (synchronous) pẹ̀lú ìgbóná folti iná tí a ń ṣẹ̀dá. Ní ọ̀rọ̀ mìíràn, àwọn ẹ̀rọ agbára synchronous máa ń yí agbára mechanical padà láti inú prime mover (water turbine, steam turbine, gas turbine, tàbí diesel engine) sí alternating current (AC) electrical energy ní ìgbóná tó dúró ṣinṣin. Láti lóye bí wọ́n ṣe ń ṣiṣẹ́, a nílò láti ṣàyẹ̀wò ìṣètò wọn, èrò àwọn pápá magnetic, electromagnetic induction, ìbáṣepọ̀ speed-frequency, àti àwọn ìlànà ìṣètò excitation àti folti.
1. Ìtumọ̀ àti iṣẹ́ àwọn ẹ̀rọ amúṣiṣẹ́pọ̀
Ẹ̀rọ amúṣẹ́dá (tí a sábà máa ń pè ní alternator) máa ń mú fóltéèjì AC onípele mẹ́ta jáde nínú ètò agbára kan. Nínú ilé iṣẹ́ agbára kan, ẹ̀rọ amúṣẹ́dá yìí ni "ọkàn" ètò náà, ó ń yí agbára láti inú ọ̀pá ìṣíṣẹ́ prime mover padà sí agbára iná mànàmáná, èyí tí ẹ̀rọ amúṣẹ́dá yóò gbé sókè kí ó tó pín sí nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìgbékalẹ̀ náà. Àǹfààní pàtàkì rẹ̀ ni agbára rẹ̀ láti ṣe fóltéèjì ní ìgbà gbogbo níwọ̀n ìgbà tí ìyípo ọ̀pá bá wà ní ìbámu pẹ̀lú iye synchronous rẹ̀.
Ní ìlànà, ẹ̀rọ amúṣẹ́dára kan ń ṣiṣẹ́ ní ìbámu pẹ̀lú òfin Faraday ti ìfàsẹ́yìn oníná: ìyípadà nínú ìfàsẹ́yìn oníná lórí amúṣẹ́dára iná mànàmáná kan ń mú agbára oníná (EMF) tàbí fóltéèjì oníná wá. Nínú ẹ̀rọ amúṣẹ́dára kan, ìyípadà ìfàsẹ́yìn yìí ń ṣẹlẹ̀ nítorí pé pápá mánà tí ń yípo (nínú rotor) ń gé àwọn ìkọ́ stator.
2. Ikọ́lé pàtàkì: stator àti rotor
Awọn ẹrọ amuṣiṣẹpọ ṣiṣẹpọ ni awọn ẹya akọkọ meji:
1. Stator (apá tí ó dúró)
Stator naa ni inu irin ti a fi laminated ṣe ati awọn okun oni-ipele mẹta (ti a maa n so pọ mọ asopọ irawọ/wye). Eyi ni ibi ti a ti n ṣe folti AC ti a fa. Nitori pe stator ko yiyi, pinpin agbara si eto naa rọrun ati ailewu, paapaa ni awọn folti giga.
2. Rotor (apá tí ń yípo)
Rotor naa ni aaye oofa. A maa n se agbekalẹ aaye yii nipasẹ ina taara (DC) ti n san nipasẹ awọn okun aaye rotor. Nigbati rotor ba yi rotor pada nipasẹ oluyipada akọkọ, aaye oofa rotor naa yoo yipo o si “gba” awọn okun stator naa, ti yoo fa folti AC.
Oríṣi méjì ni àwọn rotor generator synchronous wà:
– Rotor polu pataki: ọpọlọpọ awọn polu, ti o dara fun awọn iyara kekere bi awọn ile-iṣẹ agbara hydroelectric.
– Rotor onirin (rotor ti ko ni iyọ / turbo): awọn ọpá ti ko ni iyọ, o dara fun yiyi giga bi PLTU/PLTG.
3. Àwọn ìlànà ìpìlẹ̀ ti ìfàsẹ́yìn fóltéèjì AC
Ro rotor náà gẹ́gẹ́ bí oofa ńlá kan tó ń yípo. Bí àwọn ọ̀pá rotor ti àríwá sí gúúsù ṣe ń kọjá stator coil, flux tó ń yí coil náà padà lóòrèkóòrè: ó máa ń wà ní agbára rẹ̀ nígbà tí àwọn ọ̀pá náà bá dojú kọ coil náà ní tààràtà àti ní ìwọ̀nba rẹ̀ nígbà tí wọ́n bá wà níta. Ìyípadà flux yìí máa ń ṣẹ̀dá emf tó ń fa ìyípadà nígbàkúgbà—àbájáde rẹ̀ ni voltage tó ń yí padà.
Nínú ẹ̀rọ amúṣẹ́dá onípele mẹ́ta, a ṣètò àwọn ìkọ́ stator ní ìwọ̀n 120 sí ara wọn. Èyí yọrí sí àwọn folti sinusoidal mẹ́ta tí ó wà ní ìwọ̀n 120 kúrò nínú ìpele náà. A yan ìṣètò onípele mẹ́ta yìí nítorí pé ó ṣiṣẹ́ dáadáa fún ìgbékalẹ̀ agbára, ó ń mú kí agbára rọ̀ ní àwọn ẹrù mọ́tò, ó sì ń gba agbára agbára gíga.
4. Àjọṣepọ̀ láàárín iyàrá tí ó ń ṣiṣẹ́ pọ̀, ìgbagbogbo, àti iye àwọn ọ̀pá
Apá “àjọṣepọ̀” tó ṣe pàtàkì jùlọ ni ìbáṣepọ̀ ìṣirò láàárín:
– igbohunsafẹfẹ ina (f) ni Hz,
– iye awọn ọpá (P) ti rotor,
– iyara iyipo rotor (Ns) ni rpm.
Àgbékalẹ̀ náà:
\[
N_s = \frac{120 \, f}{P}
\]
Ó túmọ̀ sí:
– Tí ètò náà bá jẹ́ 50 Hz àti pé ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ náà ní òpó méjì, nígbà náà:
\[
N_s = \frac{120 \igba 50}{2} = 3000 \text{rpm}
\]
– Tí ó bá jẹ́ pé àwọn ọ̀pá mẹ́rin ni:
\[
N_s = \frac{120 \igba 50}{4} = 1500 \text{rpm}
\]
Bí àwọn ọ̀pá bá pọ̀ sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni iyàrá ìṣiṣẹ́pọ̀ tí a nílò láti ṣe ìgbóná kan náà yóò ṣe dínkù. Ìdí nìyí tí àwọn ilé iṣẹ́ agbára omi (àwọn turbines tí ń yípo díẹ̀díẹ̀) fi máa ń lo àwọn rotor salient-pole pẹ̀lú ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀pá, nígbà tí àwọn ilé iṣẹ́ steam/gas (àwọn turbines tí ó yára jù) sábà máa ń lo turbo rotors tí àwọn ọ̀pá díẹ̀ kò ní.
Nínú ẹ̀rọ amúṣẹ́dára, rotor náà máa ń yípo ní iyàrá ìṣiṣẹ́pọ̀ nígbà tí a bá so mọ́ ẹ̀rọ agbára tí ó dúró ṣinṣin. Àwọn ìyípadà ẹrù máa ń nípa lórí igun agbára àti ìṣàn agbára ju ìgbà tí ó bá wà lọ, níwọ̀n ìgbà tí grid náà bá lágbára tí a sì ń ṣàkóso prime mover dáadáa.
5. Ètò ìdùnnú: orísun pápá oofa rotor
Kí ẹ̀rọ amúṣẹ́dá kan tó lè ṣe fóltéèjì, ẹ̀rọ amúṣẹ́dá gbọ́dọ̀ ní pápá mágnẹ́ẹ̀tì. A máa ń ṣe pápá yìí nípasẹ̀ ìgbóná—lílo ìṣàn DC sí ìkòkò pápá rotor. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà ìgbóná ni ó wà:
– Ayọ pẹlu awọn oruka fifọ ati awọn gbọnnu
A máa ń fi àwọn òrùka ìfàsẹ́yìn ránṣẹ́ sí àwọn ìkọ́ rotor curls láti inú DC current. Ọ̀nà yìí rọrùn ṣùgbọ́n ó nílò ìtọ́jú brush.
– Ìtura láìsí ìfọ́
Nípa lílo ohun èlò ìgbóná (ẹ̀rọ kékeré) àti ohun èlò ìtúnṣe tí ń yípo, a máa ń ṣe ìṣàn DC fún rotor lórí ọ̀pá kan náà láìsí àwọn brushes. Èyí wọ́pọ̀ nínú àwọn ohun èlò ìgbóná òde òní nítorí pé ó ṣeé gbẹ́kẹ̀lé jù.
Ìwọ̀n ìṣàn omi ìgbóná ara (excitation current) ní ipa lórí bí agbára mànàmáná náà ṣe tó, èyí tó máa ń nípa lórí fóltéèjì ẹ̀rọ àti agbára ìṣiṣẹ́ tí a fi pàṣípààrọ̀ pẹ̀lú ètò náà nígbẹ̀yìn gbẹ́yín.
6. Ìṣẹ̀dá àti ìṣàkóṣo fólítì (AVR)
Folti ti a fa ninu stator da lori ọpọlọpọ awọn ifosiwewe, nipataki:
- agbara aaye oofa rotor (ti o ni ipa nipasẹ lọwọlọwọ iwuri),
– iyara iyipo (ti o ni ibatan si igbohunsafẹfẹ),
– iye awọn iyipo ati apẹrẹ ti okun stator.
Ní ìṣe, a gbọ́dọ̀ pa folti ẹ̀rọ amúṣẹ́dá mọ́ láàárín àwọn ààlà tó wà ní ìpele tó yẹ kódà nígbà tí ẹrù bá yípadà. Nítorí náà, a máa ń lo Atokọ Folti Àdáni (AVR). AVR ń ṣe àkíyèsí folti ẹ̀rọ amúṣẹ́dá lẹ́yìn náà ó ń mú kí agbára ìṣírò rotor pọ̀ sí i tàbí kí ó dínkù láti mú folti tó dúró ṣinṣin dúró.
Bí ẹrù náà ṣe ń pọ̀ sí i, agbára stator náà ń pọ̀ sí i, èyí tó máa ń yọrí sí ìdínkù fólítì nítorí ìdènà inú ti generator náà. AVR náà yóò “sanpada” nípa mímú kí ìtara náà pọ̀ sí i láti máa tọ́jú fólítì náà.
7. Iṣẹ́ ìṣiṣẹ́pọ̀ pẹ̀lú nẹ́tíwọ́ọ̀kì (ṣíṣiṣẹ́pọ̀)
Kí a tó so ẹ̀rọ amúṣiṣẹ́pọ̀ mọ́ ẹ̀rọ agbára, a gbọ́dọ̀ ṣe ìlànà ìṣiṣẹ́pọ̀, èyí ni pé ó máa ń ṣe déédé:
1. Fólítì (iye RMS),
2. Igbagbogbo,
3. Ìtẹ̀léra ìpele,
4. Igun ipele ni akoko pipade fifọ.
Tí a bá so ẹ̀rọ amúṣẹ́dá kan pọ̀ mọ́ àkójọpọ̀ láìsí ìṣọ̀kan tó yẹ, ó lè mú kí ìṣàn omi ńlá àti ìyípo oníṣẹ́ ọnà tó lè ba ẹ̀rọ náà jẹ́. Nígbà tí a bá ti so ó pọ̀, a ó “ti” iyára rotor náà mọ́ ìgbóná ètò náà (ó sì máa ń wà ní ìṣọ̀kan), nígbà tí agbára ìṣiṣẹ́ náà ni a máa ń pinnu ní pàtàkì nípa agbára ìṣiṣẹ́ prime mover.
8. Agbára tó ń ṣiṣẹ́ àti agbára tó ń ṣiṣẹ́ nínú àwọn ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ oníṣọ̀kan
Nínú ètò AC, ẹ̀rọ amúṣẹ́dá náà ń pèsè:
– Agbára tó ń ṣiṣẹ́ (P): tó ní í ṣe pẹ̀lú agbára gidi tí ẹrù náà ń lò (kW tàbí MW).
– Agbára ìṣiṣẹ́ (Q): tí ó níí ṣe pẹ̀lú ìṣẹ̀dá pápá oofa lórí ẹrù inductive/capacitive (kVAr tàbí MVAr).
Ni Gbogbogbo:
– A ń ṣàkóso agbára tó ń ṣiṣẹ́ nípa ṣíṣe àtúnṣe ìfàsẹ́yìn agbára/ẹ̀rọ (fún àpẹẹrẹ ṣíṣí fáìlì gbígbóná, ṣíṣàn omi, tàbí ìpèsè epo).
– Agbara ifaseyin ati folti opin ni a nṣakoso nipasẹ agbara iwuri.
Tí ìgbóná bá pọ̀ sí i (tí ó bá kún fún ìgbóná), ìgbóná náà máa ń fún gíláàsì ní agbára ìgbóná náà, ó sì máa ń ran gíláàsì náà lọ́wọ́ láti gbé fóólítì ètò náà sókè. Tí ìgbóná náà bá dínkù (tí kò bá dùn mọ́), ìgbóná náà máa ń gba agbára ìgbóná náà, fóólítì náà sì máa ń dínkù.
9. Kesimpolan
Ìlànà iṣẹ́ ti ẹ̀rọ amúṣẹ́dá synchronous da lórí induction elektromagnetic: rotor tí ó ní ìtara DC ń ṣe àgbékalẹ̀ pápá oofa tí ń yípo, èyí tí ó ń gé àwọn coils stator tí ó sì ń fa folti AC onípele mẹ́ta. Àìlẹ́gbẹ́ ti ẹ̀rọ amúṣẹ́dá synchronous ni ìbáṣepọ̀ taara láàrin ìgbóná ìjáde àti iyára yíyípo àti iye àwọn ọ̀pá, èyí tí a ṣe àgbékalẹ̀ gẹ́gẹ́ bí \(N_s = 120f/P\). Nínú iṣẹ́ gidi, AVR ń ṣe ìdúróṣinṣin folti nípasẹ̀ ìlànà ìsúnniṣe, nígbà tí agbára ìṣiṣẹ́ ni a ń ṣàkóso nípasẹ̀ olùgbékalẹ̀ prime. Nítorí iṣẹ́ wọn tí ó dúró ṣinṣin, iṣẹ́ wọn tí ó ga, àti agbára láti ṣàkóso folti àti agbára ìṣiṣẹ́, àwọn ẹ̀rọ amúṣẹ́dá synchronous ni ẹ̀yìn iṣẹ́ ìṣẹ̀dá agbára iná mànàmáná àti àwọn ètò kárí ayé.
