جریان تحریک در ماشین‌های الکتریکی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: یک ژنراتور الکتریکی (electric generator) و یا موتور الکتریکی (electric motor) از یک روتور (rotor) تشکیل شده‌اند که در یک میدان مغناطیسی می‌چرخد. میدان مغناطیسی ممکن است توسط آهنربا‌های دایمی یا با سیم‌پیچ میدان تولید شود. در ماشین‌های با سیم‌پیچ میدان، باید یک جریان الکتریکی در سیم پیچ جریان یابد تا این میدان تولید شود، در غیر این صورت هیچ توانی از روتور یا به آن منتقل نمی‌شود. فرایند تولید یک میدان مغناطیسی با استفاده از یک جریان الکتریکی تحریک (excitation) نام دارد.


نمونه‌ای از ژنراتور تحریک مجزا با رانش تسمه‌ای در کنار یک ژنراتور نیروگاهی


نمونه‌ای از سیستم تحریک موتور

 

تحریک در ژنراتور



اصل تقویت

به جز ژنراتور‌های آهنربای دایمی (permanent magnet generators)، ولتاژ خروجی یک ژنراتور متناسب با میدان مغناطیسی است که متناسب با جریان تحریک می‌باشد و اگر هیچ جریان تحریکی وجود نداشته باشد، ولتاژ صفر می‌شود؛ بنابراین می‌توان به ژنراتور به عنوان یک تقویت کننده (amplifier) نگاه کرد: مقدار کمی توان می‌تواند مقدار زیادی از توان را کنترل کند. این اصل برای کنترل ولتاژ بسیار مفید است: اگر ولتاژ سیستم کم است، تحریک افزایش می‌یابد و اگر ولتاژ سیستم بالا باشد، تحریک کاهش می‌یابد. یک کندانسور سنکرون (synchronous condenser) بر اساس همین اصل کار می‌کند، اما هیچ محرک ورودی توان اولیه‌ای وجود ندارد؛ ولی از اثر فلای‌ویل استفاده و در زمان‌های کوتاه، توان را ارسال و یا دریافت می‌کند. برای جلوگیری از آسیب به دستگاه به وسیله تغییرات نامنظم در جریان، از یک ژنراتور رمپ (ramp generator) استفاده می‌شود.

تحریک مجزا

برای ژنراتور‌های بزرگ‌تر و یا مسن‌تر، معمولا از یک دینام تحریک (exciter dynamo) به موازات ژنراتور تولید توان (power generator) استفاده می‌شود. دینام تحریک یک دینام با تحریک آهن‌ربای دایمی و یا باتری است که برای ژنراتور بزرگ‌تر جریان میدان را تامین می‌کند.



سیستم تحریک یک ژنراتور DC با آهن‌ربای میدان دو قطبی


یک کویل میدان را می‌توان با آرمیچر یک ماشین (موتور یا ژنراتور) DC به صورت شنت، سری یا کامپاند متصل نمود

خود تحریکی

ژنراتور‌های مدرن با سیم پیچ میدان، دارای خود تحریکی هستند که در آن بخشی از توان خروجی از روتور در سیم‌پیچ‌های میدان استفاده می‌شود. زمانی که ژنراتور خاموش است، آهن روتور مقداری مغناطیس پس‌ماند در خود حفظ می‌کند. ژنراتور با اتصال بی بار استارت می‌شود و میدان ضعیف اولیه یک ولتاژ ضعیف در سیم پیچ استاتور ایجاد می‌کند، که به نوبه خود باعث افزایش جریان میدان می‌شود، تا زمانی که دستگاه ولتاژ کامل را بسازد.


یک ژنراتور DC با سیم‌پیچ شنت در چپ و یک ژنراتور مغناطیسی DC با آهن‌ربای دایمی در راست


ژنراتور‌های خود تحریک باید بدون اتصال هیچ‌گونه بار خارجی استارت شوند. بار خارجی به طور مداوم ولتاژ ایجاد شده را تخلیه و از رسیدن ژنراتور به ولتاژ مناسب جلوگیری می‌کند.

فلشینگ میدان

اگر ماشین به اندازه کافی خاصیت مغناطیسی پس‌ماند برای ساخت ولتاژ کامل نداشته باشد، معمولا راه‌کار‌هایی برای تزریق جریان به روتور از یک منبع دیگر در نظر گرفته می‌شود. این کار ممکن است به وسیله یک باتری، یک سیستم داخلی تامین جریان مستقیم و یا یک جریان یک‌سو شده از یک منبع تغذیه جریان متناوب باشد. از آن جا که این جریان اولیه برای یک زمان بسیار کوتاه مورد نیاز است، به آن فلشینگ میدان (field flashing) گفته می‌شود. حتی گاهی ممکن است دستگاه‌های پرتابل کوچک ژنراتور برای راه‌اندازی دوباره نیاز به فلشینگ میدان داشته باشند.

منبع: مکانیزم