سیستم تحریک ژنراتور (Excitation System) از اجزای حیاتی تأمین انرژی در نیروگاه ها به شمار می رود. این سیستم ها وظیفه تنظیم ولتاژ خروجی ژنراتور و جبران افت ولتاژ ناشی از بارهای مختلف را بر عهده دارند. در این مقاله به بررسی سیستم تحریک ژنراتور (Excitation System)، اجزای تشکیل دهنده آن، عملکرد این سیستم در نیروگاه ها و مقایسه دو کنترلر مهم یعنی گاورنر و میکروکنترلر خواهیم پرداخت.
سیستم تحریک ژنراتور
بررسی سیستم تحریک ژنراتور (Excitation System) یک ساز و کار پیچیده است که انرژی الکتریکی تولید شده در ژنراتور را به ولتاژ مطلوب تبدیل می کند. این سیستم با کنترل جریان میدان مغناطیسی، نقش مهمی در حفظ ثبات و کیفیت برق تولیدی دارد. به طور کلی، سیستم های تحریک می توانند به دو دسته اصلی تقسیم شوند:
- تحریک با ولتاژ مستقیم (DC)
- تحریک با ولتاژ متناوب (AC)
هر کدام از این سیستم ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. در عمل، بررسی سیستم تحریک ژنراتور (Excitation System) به مانیتورینگ ولتاژ خروجی، تجزیه و تحلیل بار و اعمال تغییرات لازم به سیستم برای جبران افت ها و نوسانات کمک می کند. این عملکرد موجب بهبود پایداری شبکه و اتوماسیون در فرایند تولید برق می شود.
اجزای تشکیل دهنده سیستم تحریک
در مرحله بعد از بررسی سیستم تحریک ژنراتور (Excitation System) به سراغ اجزای تشکیل دهنده آن می رویم. اجزای کلیدی سیستم تحریک ژنراتور شامل موارد زیر می باشد:
- منبع تغذیه: تأمین انرژی برای سیستم تحریک، که معمولا از طریق باتری یا ترانسفورماتور انجام می شود.
- کنترلر: وظیفه نظارت بر عملکرد سیستم تحریک و اعمال تغییرات لازم به جریان میدان برای تنظیم ولتاژ را بر عهده دارد.
- حسگرها: حسگرهای ولتاژ و جریان به منظور پایش مستمر وضعیت خروجی و بار به کار می روند.
- ترانزیستورها و رله ها: این اجزا برای کنترل دقیق جریان و ولتاژ استفاده می شوند.
- دستگاه های واسط: در برخی سیستم ها به منظور تسهیل ارتباط بین اجزای مختلف سیستم کاربرد دارند.
سیستم تحریک در نیروگاه
در نیروگاه، سیستم تحریک ژنراتور به عنوان یک بخش اساسی در عملکرد نیروگاه شناخته می شود. این سیستم به کمک کنترلرهای آنالوگ و دیجیتال، عملکرد ژنراتور را بهینه سازی می کند. این عمل باعث کاهش تلفات انرژی و افزایش راندمان کلی نیروگاه می شود. سیستم های تحریک مدرن معمولا با استفاده از تکنولوژی های پیشرفته به صورت خودکار تنظیم می گردند. این سیستم ها می توانند به طور همزمان چندین ژنراتور را کنترل کنند و خروجی شبکه را به صورت دینامیک تنظیم نمایند.
گاورنر
گاورنر (Governor) یک دستگاه کنترلی است که برای تنظیم سرعت و توان خروجی ژنراتور از آن استفاده می شود. این سیستم با نظارت بر قدرت تولیدی و بار مصرفی، تغییرات لازم را برای حفظ تعادل در شبکه برق اعمال می کند. گاورنرها به خصوص در مواقعی که بار ناگهانی افزایش یا کاهش می یابد، نقش مهمی در جلوگیری از بروز نوسانات ناخواسته و بهبود پایداری شبکه ایفا می کنند. عملکرد گاورنر به گونه ای است که اگر بار روی ژنراتور افزایش یابد، با کاهش سرعت آن، سیگنالی به سیستم تحریک ژنراتور ارسال می کند تا ولتاژ خروجی به سطح مطلوب بازگردد. به طور کلی، گاورنرها به عنوان یکی از اجزای اصلی در سیستم های کنترل انرژی مطرح می شوند.
میکرو کنترلر
میکروکنترلرها (Microcontrollers) در راستای بهینه سازی و اتوماسیون سیستم تحریک ژنراتور به کار می رود. این دستگاه های کوچک و قدرتمند امکان پردازش داده ها به صورت سریع و دقیق را فراهم می کنند. میکروکنترلرها می توانند به عنوان بخشی از یک سیستم پیچیده تر عمل کنند و با تجزیه و تحلیل اطلاعات دریافتی از حسگرها، تصمیمات خودکاری در مورد تنظیم ولتاژ و جریان بگیرند. با استفاده از میکروکنترلرها، فرایند کنترل ژنراتور به صورت بهینه و دقیق تری انجام می شود. این سیستم ها می توانند به صورت خودکار وضعیت سیستم را بررسی کرده و در صورت نیاز اقدامات لازم را به سرعت انجام دهند.
مقایسه گاورنر و میکروکنترلر
مقایسه گاورنر و میکروکنترلر در سیستم تحریک ژنراتور، به درک بهتر از عملکرد و کاربردهای هر یک کمک می کند. گاورنر یک دستگاه مکانیکی یا الکترونیکی است که برای تنظیم سرعت و توان خروجی ژنراتور به کار می رود. این دستگاه به صورت خودکار تغییرات بار را شناسایی کرده و بر اساس آن، سیگنال هایی به سیستم تحریک ژنراتور ارسال می نماید. گاورنرها به ویژه در سیستم های بزرگ و سنتی به کار می روند و از آن‌ها برای جلوگیری از نوسانات ناخواسته در سرعت و ولتاژ ژنراتور استفاده می شود.
از سوی دیگر، میکروکنترلرها، دستگاه های الکترونیکی هستند که قابلیت پردازش داده ها و تصمیم گیری های سریع را دارند. این کنترلرها در سیستم های مدرن به عنوان یک بخش کلیدی در اتوماسیون و کنترل فرآیندهای پیچیده استفاده می شوند. میکروکنترلرها به کمک الگوریتم های پیچیده، می توانند به سرعت داده های حسگرها را پردازش کرده و واکنش‌های مناسب را به صورت خودکار انجام دهند. در مقایسه، گاورنرها معمولا برای کنترل مستقیم قدرت و سرعت ژنراتور استفاده می شوند؛ در حالی که میکروکنترلرها به عنوان یک ابزار انعطاف پذیر و هوشمند در پردازش و تحلیل اطلاعات عمل می کنند. گاورنرها در سیستم های سنتی موثرتر بوده و میکروکنترلرها برای سیستم های پیشرفته و خودکار مناسب تر هستند. هزینه و پیچیدگی نیز از جمله عوامل تاثیرگذار در انتخاب بین این دو فناوری است؛ در حالی که گاورنرها عموما هزینه برتر هستند، میکروکنترلرها می توانند با هزینه های کمتری پیاده سازی شوند.