जनरेटर की उत्तेजना प्रणाली जनरेटर और संपूर्ण बिजली प्रणाली में सबसे महत्वपूर्ण प्रणालियों में से एक है, और इसे अक्सर जनरेटर के दिल के रूप में जाना जाता है। आज, हम तीन पहलुओं से एक व्यापक और विस्तृत विवरण प्रदान करेंगे: सिद्धांत, कार्य मोड और कार्य।
I. मूल सिद्धांत
मूल अवधारणा: बिजली चुंबकत्व उत्पन्न करती है, और चुंबकत्व बिजली उत्पन्न करता है।
2. बिजली उत्पादन का आधार: जनरेटर फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम - के आधार पर संचालित होता है, एक बंद कंडक्टर एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से घूम रहा है और बल की चुंबकीय रेखाओं को काटने से विद्युत प्रवाह उत्पन्न होगा।
3. चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत: एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है। यह चुंबकीय क्षेत्र एक उत्तेजना वाइंडिंग (यानी, रोटर वाइंडिंग) द्वारा उत्पन्न होता है जो प्रत्यक्ष धारा वहन करता है। इस प्रत्यक्ष धारा को उत्तेजना धारा कहा जाता है।
4. नियंत्रण की कुंजी: उत्तेजना धारा के परिमाण को समायोजित करके, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे जनरेटर द्वारा वोल्टेज आउटपुट और इसके द्वारा उत्पन्न प्रतिक्रियाशील शक्ति की मात्रा निर्धारित की जा सकती है।
उत्तेजना धारा बढ़ाएँ → चुंबकीय क्षेत्र को मजबूत करें → जनरेटर के भीतर विद्युत क्षमता बढ़ाएँ → वोल्टेज बढ़ाएं और अधिक प्रेरक प्रतिक्रियाशील शक्ति का उत्पादन करें।
उत्तेजना धारा को कम करना → चुंबकीय क्षेत्र को कमजोर करना → जनरेटर के भीतर विद्युत क्षमता में कमी → वोल्टेज कम करने की प्रवृत्ति, कम प्रेरक प्रतिक्रियाशील शक्ति का उत्पादन (यहाँ तक कि प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करना)।
इसलिए, उत्तेजना प्रणाली का मूल कार्य जनरेटर के रोटर के लिए एक नियंत्रणीय प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना वर्तमान प्रदान करना है।
द्वितीय. कार्य पद्धति (सिस्टम संरचना और प्रक्रिया)
1. आधुनिक उत्तेजना प्रणाली मुख्य रूप से स्थैतिक स्व-उत्तेजित प्रणाली को अपनाती है। कार्य सिद्धांत फ़्लोचार्ट इस प्रकार दिखाया गया है:
2. उपरोक्त प्रक्रिया में शामिल मुख्य घटक और उनके कार्य इस प्रकार हैं:
1) उत्तेजना ट्रांसफार्मर: यह मशीन के अंत से ऊर्जा प्राप्त करता है, वोल्टेज कटौती और विद्युत अलगाव के कार्यों को पूरा करता है, जिससे रेक्टिफायर ब्रिज जैसे कम वोल्टेज उपकरण की रक्षा होती है।
2) थाइरिस्टर रेक्टिफायर ब्रिज: प्रत्यावर्ती धारा को नियंत्रणीय प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है। ट्रिगर कोण को बदलकर, प्रत्यक्ष वर्तमान आउटपुट वोल्टेज के परिमाण को आसानी से समायोजित किया जा सकता है, जिससे उत्तेजना वर्तमान को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।
3) स्वचालित वोल्टेज नियामक (एवीआर): सिस्टम का मस्तिष्क। यह जनरेटर के टर्मिनल वोल्टेज की लगातार निगरानी करता है और एक निर्धारित मूल्य के साथ इसकी तुलना करता है। एक बार विचलन का पता चलने पर (जैसे भार में वृद्धि के कारण वोल्टेज में कमी), यह तुरंत थाइरिस्टर के ट्रिगर कोण को बदलने, उत्तेजना धारा को बढ़ाने और वोल्टेज को निर्धारित मूल्य पर वापस लाने का निर्देश जारी करता है। यह एक उच्च गति, निरंतर बंद होने वाली लूप नियंत्रण प्रक्रिया है।
4) चुम्बकत्व दमन और रोटर ओवरवोल्टेज सुरक्षा उपकरण: सिस्टम का संरक्षक।
5) चुंबकत्व उन्मूलन: आंतरिक दोष या जनरेटर के बंद होने की स्थिति में, रोटर चुंबकीय क्षेत्र को जल्दी और सुरक्षित रूप से समाप्त करना आवश्यक है। यह चुंबकीय ऊर्जा को अपव्यय के लिए चुंबकीयकरण उन्मूलन अवरोधक में स्थानांतरित करके प्राप्त किया जाता है, और यह जनरेटर की सुरक्षा के लिए सबसे प्रभावी उपाय है।
6) ओवरवॉल्टेज संरक्षण: सिस्टम सर्ज, एसिंक्रोनस ऑपरेशन आदि के कारण रोटर सर्किट में इन्सुलेशन को होने वाले नुकसान को रोकें, जो उच्च वोल्टेज उत्पन्न कर सकता है।
अन्य विधियाँ: मुख्यधारा की स्व-उत्तेजित प्रणाली के अलावा, अलग-अलग उत्तेजित प्रणाली (जो एक स्वतंत्र उत्तेजना मशीन द्वारा संचालित होती है) और ब्रशलेस उत्तेजना प्रणाली (जो सुधार के लिए घूर्णन डायोड का उपयोग करती है और कार्बन ब्रश या स्लिप रिंग की आवश्यकता नहीं होती है) से पारंपरिक लेकिन अभी भी उपयोग में आने वाली उत्तेजना भी हैं।
तृतीय. मुख्य कार्य
उत्तेजना प्रणाली केवल प्रत्यक्ष धारा प्रदान करने से कहीं अधिक है। यह अन्य महत्वपूर्ण कार्य भी करता है:
1. वोल्टेज नियंत्रण और विनियमन
यह सबसे मौलिक कार्य है. एवीआर के स्वचालित विनियमन के माध्यम से, जनरेटर टर्मिनल पर वोल्टेज को रेटेड स्तर पर बनाए रखा जाता है, जिससे विद्युत ऊर्जा की गुणवत्ता सुनिश्चित होती है और लोड में परिवर्तन से प्रभावित नहीं होता है।
2. प्रतिक्रियाशील शक्ति का नियंत्रण एवं वितरण
ग्रिड कनेक्शन मोड में संचालन करते समय, उत्तेजना धारा को समायोजित करने से जनरेटर द्वारा ग्रिड को भेजी या अवशोषित प्रतिक्रियाशील शक्ति को नियंत्रित किया जा सकता है।
उत्तेजना को बढ़ावा देना: ग्रिड वोल्टेज का समर्थन करने के लिए ग्रिड में आगमनात्मक प्रतिक्रियाशील शक्ति का उत्पादन करना।
डीमैग्नेटाइजिंग: प्रतिक्रियाशील बिजली उत्पादन को कम करना, या यहां तक कि अत्यधिक उच्च सिस्टम वोल्टेज को कम करने के लिए ग्रिड (असममित ऑपरेशन) से आगमनात्मक प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करना।
यह ग्रिड की वोल्टेज स्थिरता और प्रतिक्रियाशील शक्ति संतुलन बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।
3. सिंक्रोनस जनरेटर के समानांतर संचालन स्थिरता में सुधार
स्थैतिक स्थिरता: एक शक्तिशाली और प्रतिक्रियाशील उत्तेजना प्रणाली (जैसे पीएसएस पावर सिस्टम स्टेबलाइज़र का उपयोग करना) सिस्टम में छोटे दोलनों को प्रभावी ढंग से दबा सकती है और ट्रांसमिशन लाइनों की शक्ति सीमा को बढ़ा सकती है।
क्षणिक स्थिरता: जब ग्रिड में शॉर्ट सर्किट जैसी गंभीर खराबी होती है, तो वोल्टेज तेजी से गिरता है।
उत्तेजना प्रणाली जबरन उत्तेजना करेगी, तुरंत उत्तेजना वोल्टेज को उसके अधिकतम मूल्य तक बढ़ाएगी, सिस्टम में बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील शक्ति इंजेक्ट करेगी, ग्रिड वोल्टेज को बहाल करने में मदद करेगी और जनरेटर को सिंक्रनाइज़ेशन खोने से बचाएगी।
4. सुरक्षा कार्य
चुंबकत्व रुकावट और ओवरवॉल्टेज संरक्षण के माध्यम से, जनरेटर रोटर बॉडी की सुरक्षा सुनिश्चित की जाती है।
चतुर्थ. सारांश
1. सिद्धांत: चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को विनियमित करने के लिए उत्तेजना धारा को नियंत्रित करें, और अंततः जनरेटर के आउटपुट वोल्टेज और प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित करें।
2. कार्य मोड: आम तौर पर एक स्व-उत्तेजित प्रणाली को अपनाता है: उत्तेजना ट्रांसफार्मर द्वारा संचालित, थाइरिस्टर द्वारा सुधारा जाता है, और सटीक और तेज़ विनियमन प्राप्त करने के लिए स्वचालित रूप से एवीआर द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
3. कार्य
1) वोल्टेज विनियमन: वोल्टेज स्थिरता बनाए रखें।
2) प्रतिक्रियाशील बिजली विनियमन: पावर ग्रिड में प्रतिक्रियाशील बिजली प्रवाह को नियंत्रित करें।
3) स्थिरता रखरखाव: सिस्टम की स्थिर और क्षणिक स्थिरता को बढ़ाएं।
4) सुरक्षा संरक्षण: चुंबकत्व विलुप्त होने और ओवरवॉल्टेज संरक्षण।
यह कहा जा सकता है कि उच्च प्रदर्शन उत्तेजना प्रणाली के बिना, आधुनिक बड़े सिंक्रोनस जेनरेटर पावर ग्रिड से विश्वसनीय और स्थिर रूप से कनेक्ट नहीं हो पाएंगे, और हम उच्च गुणवत्ता और अत्यधिक विश्वसनीय बिजली का आनंद नहीं ले पाएंगे।