دستورالعمل های آزمایش ژنراتور آهنربای دائمی: استانداردهای کلیدی عملیاتی، روش های بارگذاری و عناصر ضروری ایمنی

ژنراتورهای هم زمان مقناطیسی دائمی (PMSG) از مواد مقناطیسی دائمی زمین های نادر با عملکرد بالا برای تولید یک میدان مغناطیسی ثابت استفاده می کنند که نیازی به جریان تحریک خارجی ندارند.بنابراین بهره وری بسیار بالا از تبدیل انرژی الکتریکی (معمولا تا 92٪ تا 96٪) و چگالی قدرت عالی را ارائه می دهد.با این حال، ساختار فیزیکی منحصر به فرد آنها ویژگی های قابل توجهی در خروجی الکتریکی را تعیین می کند:

در طول کار ژنراتور، ولتاژ بدون بار معمولا به طور قابل توجهی بالاتر از ولتاژ بار کامل است.این عمدتا به این دلیل است که مانع داخلی (مقاومت پیچ و تاب استاتور و واکنش نشت) در داخل ژنراتور وجود دارد. هنگامی که ژنراتور تخلیه می شود، جریان خروجی بسیار کوچک است، افت ولتاژ داخلی تقریبا صفر است، و ولتاژ پایانی نزدیک به نیروی الکتروموتوری ایده آل است؛هنگامی که بار کامل متصل می شود، جریان بزرگ که از طریق مقاومت داخلی جریان دارد باعث کاهش ولتاژ قابل توجهی می شود و باعث کاهش ولتاژ پایانی خروجی می شود.

به عنوان مثال، برای یک ژنراتور آهنربای دائمی با ولتاژ نامی 690V، ولتاژ بدون بار آن ممکن است در حدود 756V ~ 780V باشد، که یک پدیده فیزیکی کاملا طبیعی است و نقص نیست.

ولتاژ خروجی یک ژنراتور آهنربای دائمی به ویژگی های بار بسیار حساس است. حتی اگر سرعت موتور اصلی (مانند توربین بادی، توربین آب،یا موتور دیزل) کاملا ثابت است.، هنگامی که مقدار یا ماهیت قدرت بار تغییر می کند، ولتاژ خروجی نیز مطابق با آن نوسان می کند.

• هنگامی که یک بار با قدرت بالا متصل می شود، جریان استاتور افزایش می یابد، کاهش ولتاژ مقاومت داخلی افزایش می یابد و ولتاژ ترمینال کاهش می یابد.
• هنگامی که یک بار کم قدرت متصل می شود، ولتاژ پایانی بهبود می یابد.
• هنگامی که بارهای غیر خطی (مانند روشنایی LED، منبع برق سوئیچینگ و غیره) متصل می شوند،جریان های هارمونیک تولید شده توسط بار باعث میدان های مغناطیسی چرخش معکوس و تحریف ولتاژ در داخل ژنراتور می شود.، که منجر به نوسانات ولتاژ می شود.

از آنجا که آهنرباهای دائمی نمی توانند با تنظیم جریان تحریک مانند ژنراتورهای الکتریکی تحریک شده، کاهش ولتاژ را جبران کنند، نرخ تنظیم ولتاژ نسبتا ضعیف است.اين هم دليلي است که ژنراتورهاى مغناطيس دايمي، حتی اگر آنها 380V/50Hz خروجی و درایو جلوی پای ثابت است، توصیه نمی شود به طور مستقیم با بار شروع شود

بر اساس ویژگی های فوق، کاملا ممنوع است که یک ژنراتور آهنربای دائمی به طور مستقیم با کلید خروجی بسته (یعنی با بار متصل) روشن شود.روش کار درست اینه که:

1. ابتدا سوئیچ AC خروجی را به حالت OFF تنظیم کنید.
2. ژنراتور را روشن کنید و اجازه دهید تا برای گرم کردن 1 ~ 2 دقیقه (در محیط های سرد به 3 ~ 5 دقیقه گسترش یابد) خالی شود.
3. پس از اینکه سرعت واحد، فرکانس و ولتاژ بدون بار کاملاً پایدار است، بار را به تدریج اعمال کنید.

اگر به طور مستقیم با بار شروع شود، جریان شروع بزرگ و نوسانات شدید ولتاژ می تواند به راحتی باعث خراب شدن عایق گیره ژنراتور شود،یا حتی توقف موتور و آسیب به قطعات مکانیکی.

برای اطمینان از دقت نتایج آزمایش و ایمنی تجهیزات ژنراتور مغناطیس دائمی، به شدت توصیه می شود که از یک موتور (یا موتور اصلی) با قدرت محرک حداقل 1 استفاده شود.1 برابر قدرت نامی ژنراتور برای رانندگیکه اينه:

قدرت محرک ≥ قدرت نامی ژنراتور * 1.1

به عنوان مثال، برای یک ژنراتور آهنربای دائمی با قدرت نامی 30kW، یک موتور محرک با قدرت حداقل 33kW باید انتخاب شود.

اگر قدرت محرک بسیار کمتر از قدرت نامی ژنراتور باشد (به عنوان مثال، استفاده از یک موتور 5kW برای حرکت ژنراتور 30kW) ، عواقب جدی زیر رخ می دهد:

1. (1) عدم توانایی رسیدن به سرعت نامی

ولتاژ خروجی ژنراتور متناسب با سرعت است. هنگامی که قدرت محرک کافی نیست، موتور نمی تواند ژنراتور را به سرعت نامی تسریع کند.که منجر به ولتاژ خروجی و فرکانس هر دو کمتر از مقادیر اسمی می شودیک ژنراتور 30kW نیاز به بیش از 30kW از قدرت ورودی مکانیکی برای تولید انرژی الکتریکی اسمی دارد؛ تورک رانندگی 5kW به اندازه کافی کافی نیست و سرعت به شدت پایین خواهد بود.

1. (2) ولتاژ خروجی و فرکانس مطابق با مشخصات نیست

• - ولتاژ پایین: نمی تواند به ولتاژ نامی (به عنوان مثال 380V / 400V / 690V و غیره) برسد، بنابراین انجام آزمایشات حالت نامی به درستی غیرممکن است.
• - فرکانس پایین: برای یک سیستم 50 هرتز، سرعت ناکافی باعث می شود فرکانس از 50 هرتز منحرف شود و داده های آزمایش را باطل کند.
• - عدم امکان انجام آزمایش با بار کامل: فقط آزمایش بدون بار یا بار سبک می تواند انجام شود و ظرفیت بار ژنراتور نمی تواند بررسی شود.

1. (3) آسیب بیش از حد موتور راننده

کار طولانی مدت موتور محرک در شرایط بیش از حد باعث می شود:

• -تجاوز گرما، سرعت سن عایق، کوتاه کردن عمر موتور.
• - امکان فعال شدن محافظت از اضافه بار، قطع تست ها
• -در موارد شدید، سوختن موتور محرک

1. (4) نتایج آزمایش نادرست

از آنجا که سرعت نمی تواند در مقدار نامی پایدار شود، تمام داده های آزمایش (سرعت تنظیم ولتاژ، کارایی، افزایش دمای و غیره) دارای ارزش مرجع نیستند.و نتیجه گیری دقیق از آزمایش نمی تواند حاصل شود.

علاوه بر تطبیق قدرت، ثبات سرعت تجهیزات محرک به همان اندازه مهم است:

• نوسانات سرعت باید در محدوده ±1٪ از سرعت نامی کنترل شود.
• نبض سرعت بیش از حد باعث نوسان فرکانس ولتاژ خروجی و تحریف شکل موج خواهد شد.
• برای اطمینان از سرعت دقیق و قابل کنترل، استفاده از یک موتور فرکانس متغیر یا موتور دیزل با کنترل سرعت به عنوان منبع محرک توصیه می شود.

• تأیید کنید که قدرت موتور محرک ≥ 1.1 برابر قدرت نامی ژنراتور است.
• جهت گیری کوپلر بین موتور محرک و ژنراتور را بررسی کنید.
• تأیید کنید که تمام اتصال های پایانی ژنراتور محکم و قابل اعتماد هستند و توالی فاز درست است.
• مقاومت عایق بندی را بررسی کنید (طاقم استاتور به زمین و بین فاز ها) ؛ مقاومت عایق بندی سرد باید حداقل 500MΩ باشد.
• تأیید کنید که تمام ابزار اندازه گیری (ولتی متر، آمپر متر، اندازه گیری قدرت، اندازه گیری فرکانس، ترمومتر و غیره) کالیبراسیون شده و در مدت اعتبار هستند.
• تأیید کنید که ولتاژ اسمی جعبه بار یا تجهیزات بار با ولتاژ خروجی ژنراتور مطابقت دارد.

• در منطقه آزمایش موانع ایمنی ایجاد کنید؛ ورود افراد غیر آزمایشی ممنوع است.
• - اپراتورها باید دستکش های عایق، کفش عایق و سایر تجهیزات حفاظت شخصی را بپوشند.
• - قبل از آزمایش تأیید کنید که تمام دستگاه های محافظ (برقی بیش از حد، ولتاژ بیش از حد، درجه حرارت بیش از حد) در حال کار هستند.
• - در طول آزمایشات ولتاژ بالا، یک فرد اختصاصی باید برای نظارت تعیین شود و به طور دقیق از اصل "بررسی های غیر مخرب قبل از آزمایش های مخرب" پیروی کند.ولتاژ پایین قبل از ولتاژ بالا".
• -بعد از تست، مطمئن شو که تجهیزات رو کاملا تخليه کردي

1. اطمینان حاصل کنید که سوئیچ خروجی ژنراتور در حالت باز (بدون بار) قرار دارد.
2. موتور محرک را روشن کنید و سرعت را به آرامی به سرعت نامی ژنراتور افزایش دهید.
3. پس از اینکه سرعت و فرکانس ثابت شده، ولتاژ خط بدون بار و ولتاژ فاز ثبت می شود.
4. سرعت را به تدریج تنظیم کنید، ولتاژ بدون بار را در سرعت های مختلف ثبت کنید و منحنی ویژگی بدون بار را نقشه بکشید.
5. جریان بدون بار را اندازه گیری کنید (باید نزدیک به صفر باشد).
6. افزایش دما در هنگام کار بدون بار (بعد از 30 دقیقه کار) ثبت شود.

توجه: ولتاژ بدون بار یک ژنراتور آهنربای دائمی معمولا بالاتر از ولتاژ بار کامل است؛ این طبیعی است. به عنوان مثال برای یک ژنراتور با قدرت 690 ولت،ولتاژ بدون بار ممکن است حدود 756V باشد..

1. در سرعت اسمی، تایید کنید که ولتاژ بدون بار ثابت است.
2. استفاده از روش بارگذاری تدریجی، افزایش بار به تدریج در 25٪، 50٪، 75٪ و 100٪ از قدرت نامی.
3. پس از اینکه هر سطح بار به مدت ۱۰ تا ۱۵ دقیقه به طور پایدار اجرا شود، داده های زیر ثبت می شود:

• ولتاژ خط، ولتاژ فاز
• جریان خط، جریان فاز
• قدرت فعال، قدرت واکنشی، فاکتور قدرت
• فرکانس
• دمای پیچ و تاب، دمای لاستیک، دمای محفظه

1. 4. نرخ تنظیم ولتاژ را محاسبه کنید: ΔU٪ = (U0 - U) / U * 100٪ (U0 ولتاژ بدون بار است ، U ولتاژ بار نامی است)

1. به طور مداوم با بار نامی کار کنید تا دمای هر بخش به ثبات برسد (تغییر افزایش دمای بیش از 1K / h نیست).
2. از یک تصویرگر حرارتی مادون قرمز یا ضبط کننده دما برای نظارت استفاده کنید:

• - دمای پیچش استاتور (با روش مقاومت جاسازی شده یا روش ترموکوپل)
• - درجه حرارت حامل
• - دمای سطح مغناطیس دائمی (به شدت از حداکثر دمای مجاز برای مواد مغناطیس دائمی، به طور معمول 80 ~ 180 °C، بسته به درجه مغناطیس تجاوز نمی کند)
• - دمای سطح محفظه

1. 3. ارزش های افزایش دمای هر قسمت را ثبت کنید (در رابطه با دمای محیط)

سرعت نامی سرعت مرجع برای عملیات طراحی ژنراتور است. در این سرعت:

• فرکانس خروجی فرکانس نامی (به عنوان مثال 50Hz یا 60Hz) است.
• ولتاژ خروجی ولتاژ نامی (به عنوان مثال 380V/400V/690V) است.
• تمام پارامترهای عملکرد (کارایی، فاکتور قدرت، افزایش دما و غیره) بر اساس مقادیر آزمایش در سرعت نامی است.

فرمول محاسبه سرعت: n = 60f / p

جایی که: f فرکانس نامی (Hz) است، p تعداد جفت قطب است.

به عنوان مثال: برای یک ژنراتور 50 هرتز، 12 قطب (p=6) ، سرعت نامی n = 60 * 50/6 = 500rpm.

• سرعت بیش از حد بالا: ولتاژ خروجی و فرکانس افزایش می یابد، احتمالا باعث فشار بیش از حد عایق می شود و داده های آزمایش بیش از حد بالا خواهد بود.
• سرعت بیش از حد کم: ولتاژ خروجی و فرکانس کاهش می یابد، اگر شرایط نامینی را برآورده نکند، داده های آزمایش بیش از حد پایین و باطل خواهد بود.
• نوسان سرعت: باعث نوسان فرکانس ولتاژ و تحریف شکل موج می شود و داده های آزمایش پراکندگی زیادی دارند.

• نوسانات سرعت نامی: ≤ ± 1٪
• زمان بازیابی واکنش سرعت مرحله: ≤ 5 ثانیه (پس از تغییر ناگهانی بار)
• استفاده از یک موتور درایو فرکانس متغیر با کنترل بازخورد سرعت با حلقه بسته توصیه می شود

ولتاژ خروجی ژنراتور باید کاملا با ولتاژ نامی تجهیزات آزمایش مطابقت داشته باشد.مطمئن شوید که از یک مولتی متر یا تحلیلگر کیفیت قدرت برای تأیید ولتاژ خروجی بدون بار ژنراتور استفاده کنید، اطمینان حاصل شود که در محدوده ولتاژ مجاز تجهیزات آزمایش قرار دارد.

اگر ولتاژ خروجی ژنراتور بیش از حد بالا باشد (از ولتاژ نامی تجهیزات آزمایش بیش از 10٪ بیشتر باشد) ، باعث می شود:

• اختلال عایق بندی: ولتاژ بیش از حد از محدودیت ولتاژ مقاومت اجزای الکترونیکی داخلی و مواد عایق کننده تجهیزات آزمایش فراتر می رود.
• انفجار خازن: خازن های الکترولیتی به دلیل ولتاژ بالا آسیب می بینند.
• خرابی نیمه هادی: دستگاه های نیمه هادی قدرت به دلیل خرابی ولتاژ بالا شکست می خورند.
• اشباع مدار مغناطیسی: برای تجهیزات آزمایش نوع ترانسفورم یا موتور، ولتاژ بیش از حد باعث اشباع مدار مغناطیسی هسته می شود، جریان مغناطیسی به شدت افزایش می یابد.و تجهیزات به سرعت گرم می شوند و می سوزند.

• قبل از آزمایش، ولتاژ را با تنظیم سرعت موتور محرک یا کنورتر پشتیبان به محدوده نامی مجاز تجهیزات کاهش دهید.
• برای ژنراتورهای مغناطیس دائمی، از آنجا که تحریک نمی تواند تنظیم شود، ولتاژ خروجی عمدتاً با تنظیم سرعت درایو کنترل می شود.
• توصیه می شود که یک کنورتر، یک منبع برق ثبات دهنده ولتاژ و ثبات دهنده فرکانس نصب شود.یا یک کنترلر/اینورتر در پایانه های خروجی ژنراتور برای تطبیق تجهیزات آزمایش با ولتاژ های نامی مختلف و برای پاسخگویی به نیازهای اتصال به شبکه و ذخیره انرژی.

ژنراتورهای تحریک شده الکتریکی معمولی می توانند با تنظیم جریان تحریک، ثبات ولتاژ خروجی را حفظ کنند.در حالی که میدان مغناطیسی یک ژنراتور آهنربای دائمی توسط آهنربای دائمی تامین می شود و ثابت استبنابراین، تغییرات بار به طور مستقیم در ولتاژ خروجی منعکس می شود. به همین دلیل ژنراتورهای آهنربای دائمی باید ابتدا با هیچ بار قبل از اعمال بار به تدریج به طور پایدار کار کنند.

1. بلافاصله و به تدریج تخلیه کنید؛ کلید جریان بالا را مستقیما باز نکنید.
2. بررسی کنید که آیا سرعت درایو در مقدار نامی ثابت است.
3. بررسی کنید که آیا بار بیش از حد بزرگ است یا یک مدار کوتاه وجود دارد.
4. بررسی کنید که آیا سیم کشی درست است، بدون گشایش یا تماس ضعیف.
5. اگر ولتاژ همچنان غیرطبیعی باشد، بلافاصله دستگاه را برای بازرسی متوقف کنید.

1. به تدریج تخلیه به هیچ بار، اجرا برای 2 ~ 3 دقیقه برای خنک شدن.
2. کلید بار رو باز کن.
3. آهسته سرعت موتور را به صفر کاهش دهید.
4. منبع برق رو قطع کن
5. دستگاه های خروجی ژنراتور را تخلیه کنید.
6. داده های آزمایش و وضعیت تجهیزات ثبت شود.

نقاط اصلی آزمایش ژنراتور آهنربای دائمی را می توان به چهار مورد زیر خلاصه کرد:

1. 1قدرت محرک باید کافی باشد: قدرت موتور محرک ≥ قدرت نامی ژنراتور * 1.1، به شدت ممنوعه "سوار کوچولو که يه کالسکه ي بزرگ مي کشه"
2. 2سرعت باید ثابت باشد: نوسان سرعت نامی ≤ ± 1٪، محرک فرکانس متغیر توصیه می شود.
3. 3شروع بدون بار و سپس اعمال بار: شروع با بار به شدت ممنوع است؛ بار باید به تدریج اعمال شود و هر سطح باید قبل از اضافه کردن بعدی پایدار شود.
4. 4ولتاژ باید مطابقت داشته باشد: اطمینان حاصل کنید که ولتاژ خروجی ژنراتور با ولتاژ نامی تجهیزات آزمایش مطابقت دارد تا از سوختگی تجهیزات توسط ولتاژ بالا جلوگیری شود.

رعایت دقیق دستورالعمل های تست بالا، ایمنی آزمایش ژنراتور آهنربای دائمی و دقت داده ها را تضمین می کند.