دانلود مقاله تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ

ژنراتور سنکرون (6 و 4) در این فصل ابتدا به شرح ساختمان داخلی ژنراتور سنکرون می پردازیم و سپس مدل ریاضی و مدار معادل آن مطرح می شود.

ساختمان داخلی و اصول کار: هر ماشین الکتریکی و الکترونیکی دارای دو قسمت می باشد، یک قسمت گردنده به نام موتور و دیگری قسمت ساکن، استاتوره و رتور به وسیله یک فاصله هوایی کوچک از یکدیگر جدا شده اند.

استاتور یک استوانه توخالی است و از مواد فرومغناطیسی ساخته شده است.

درون استاتور شیارهای طولی تعبیه شده است.

این استوانه تو خالی از ورقه های نازک به هم چسبنده به وجود می‌آید، درون شیارها کلانهایی سیم پیچ قرار می گیرند و طوری به هم اتصال داده شده اند که سیم پیچ جداگانه را تشکیل می دهد.

لذا استاتور هم درون شیارهای خود سیسم پیچ ها را جای می دهد و هم برای میدان مغناطیسی حاصله ای ار رتور یک مسیر برگشتی با مقاومت مغناطیسی کم ایجاد می‌کند.

رتور نیز استوانه تو پر بوده و از مواد فرومغناطیسی ساخته شده است، سیم پیچ تحریک بر روی رتور قرار دارد و این سیم پیچ به منبع تغذیه DC موسوم به تحریک کننده متصل می شود.

عمل سیم پیچ تحریک ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی است و چون رتور می تواند درون استاتور بچرخد لذا این میدان سیم پیچ استاتور را قطع کرده و بر طبق قانون القای فارادی در آنها ولتاژ القا می‌کند.

رتور استاتور طوری طراحی می شوند که هنگام گردش رتور تحت سرعت ثابتی در هر یک از سیم پیچ ها استاتور ولتاژی سینوسی القا شود.

این سه ولتاژ از نظر دامنه با یکدیگر برابر بوده و فقط با یکدیگر 120 درجه اختلاف فازی زمانی دارند.

اگر این سه سیم پیچ استاتور را به صورت سه فاز به هم متصل کنیم یک مولد سه فاز خواهیم داشت.

باید دانست که به خاطر ملاحظات عملی سیم پیچ های استاتور بهصورت ستاره به یکدیگر متصل می شوند.

ایده اصلی عملکرد یک ژنراتور را می توان توسط بحث درباره ولتاژ القا شده در آرمیچر یک ژنراتور سنکرون ساده تکفاز از روی شکل 1-1 درک کرد.

سیم پیچ میدان تحریک (سیم پیچ رتور) توسط یک جریان مستقیم که توسط جاروبکهای لغزنده روی کلکتور وارد سیم پیچی می شوند تغذیه می شوند.

سیم پیچی آرمیچر نیز شامل یک کلاف N دروری است که سطح مقطع آن در محیط داحخلی استاتور جای داده شده است.

مفتول هائی که دو طرف این کلاف را تشکیل می هند موازی محور ژنراتور بوده و با یکدیگر سری شده اند.

رتور با سرعت ثابت توسط یک منبع قدرت مکانیکی که به محور ژنراتور متصل است می چرخد مسیر شار مغناطیسی درشکل به صورت نقطه چین رسم شده است.

توزیع چگالی شار در B در فاصله هوائی تابعی از زاویه پیرامون فاصله هوائی است که در شکل a-2-1 نشان داده شده است.

توزیع موج چگالی شار را می توان با شکل دادن صحیح صفحات قطبها به صورت سینوسی درآورد.

هنگامی که رتور می چرخد شار موجی شکل توسط دو طرف کلاف () جاروب می شود.

ولتاژ منتجه کلاف در شکل b-2-1 که یک تابع زمانی است دارای شکل موجی شبیه موج چگالی شار B می باشد.

در نتیجه یک دور چرخش کامل رتور دو قطبی یک سیکل کامل ولتاژ در آرمیچر القا می شود.

از این رو فرکانس ولتاژ بر حسب سیکل بر ثانیه (هرتز) مساوی گردش رتور در ثانیه است یعنی فرکانس الکتریکی با سرعت مکانیکی همزمان (سنکرونیزه) شده است و بدین علت چنین ماشین هایی را سنکرون می گویند یک ماشین سنکرون دو قطبی باید 3000 درو در دقیقه بچرخد.

تا ولتاژی با فرکانس 50 هرتز تولید نماید.

بسیاری از ماشین های سنکرون دارای قطب های بیشتر از دو می باشد.

شکل 3-1 یک مولد چهار قطبی تک فاز مقدماتی را نشان می دهد.

سیم پیچی آرمیچر شامل دو کلاف و می باشد که به طور سری به هم متصل شده اند.

پهنای هر کلاف نصف طول موج شار می باشد.

در این حالت ولتاژ تولید شده دو سیکل کامل را در هر چرخش رتور طی می‌کند.

فرکانس ولتاژ تولید شده دو برابر سرعت چرخش بر ثانیه است.

(بر حسب هرتز) سیم پیچی میدان توزیع شده در شیارها قرار دارد و طوری پیچیده شده تا تولید یک میدان سینوسی در فاصله هوایی بنماید.

بعلت مزایای سیستم سه فاز در تولید، انتقال و مصرف، در قدرت های زیاد از مولد های سنکرون سه فاز استفاده می شود.

برای تولید یک مجموعه سه فازه که فازها به اندازه 120 درجه الکتریکی در زمان با هم فاصله دارند باید از سه کلاف که 120 درجه الکتریکی باهم فاصله دارند استفاده کرد.

در شکل 6-1 یک ماشین دو قطبی سه فاز با یک کلاف در هر فاز را نشان می دهد.

فازها توسط N و S مشخص شده اند.

در یک ماشین چهار قطبی مقدماتی مانند شکل b-6-1 محیط استاتور باید شامل دو مجموعه کلاف باشد به طوری که در یک ماشین P قطبی مجموعه کلاف باید وجود داشته باشد.

در شکل b-6-1 برای آنکه ولتاژ های هر فاز با هم جمع شوند دو کلاف درهر ماه به طور سری متصل شده اند.

سه فاز ممکن است به صورت یا Y به هم متصل شوند..

موقعی که یک مولد سنکرون قدرت به بار تحویل می دهد جریان آرمیچر تولید شاری در فاصله هوائی می نماید که با سرعت سنکرون می چرخد.

این شار نسبت به شار تولید شده توسط جریان میدان تحریک عکس العمل نشان می دهد و گشتاور الکترومغناطیسی ناشی از برایند این دو میدان مغناطیسی می باشد.

در ژنراتور گشتاور الکترومغناطیسی یا چرخش مخالفت می نماید و برای نگهداری عمل چرخش یک گشتاور مکانیکی باید از طرف محرک اولیه اعمال شود.

ناگفته نماند که اگر تقسیم چگالی شار در قطب ها سینوسی باشد نیروی الکتروموتوری emf القا شده در آرمیچر از یک رابطه سینوسی پیروری می‌کند و اگر منحنی فضایی میدان مغناطیسی شامل رمونیک های بالا باشد نیروی الکتروموتوری القا شده نیز بدون هارمنونیک نخواهد بود، در نتیجه می توان گفت که توزیع چگالی شار در قطب ها در موقع گردش آزاد رتور (بدون بار)درست با تغییرات زمانی تغییرات نیروی الکتروموتوری در سیم پیچ های استاتور مطابقت دارد.

2-1مدار معادل مولدهای انرژی الکتریکی همواره دارای مقاومت داخلی می باشد که در مولد های جریان متناوب این مقاومت داخلی ترکیبی از مقاومت اهمی و راکتانس سلفی می باشد در مولد های جریان متناوب سنکرون مقدار اهمی نسبت به راکنانس سلفی خیلی کوچک است و معمولا ازآن در محاسبات صرفنظر می کنند.

با توجه به این مطلب مداد معادل یک فاز ژنراتور سنکرون در شکل 7-1 آمده است.

شکل 7-1 مدار معادل با توجه به مدار معادل (1-1) علامت نمایشگر مقادیر فاز وری می باشد.

چون شار در فاصله هوایی به صورت سینوسی توزیع شده است.

و ژنراتور با سرعت زاویه الکتریکی چرخاننده می شود داریم: (2-1) E نیروی محرکه القایی در استاتور، N تعداد دور سیسم پیچی هر فاز استاتور فرکانس ولتاژ القا شده و حداکثر شار در فاصله هوائی می باشد.

وابسته به جریان تحریک می باشد.

لذا نیروی محرکه القایی وابسته به جریان تحریک و فرکانس ولتاژ القا شده (سرعت چرخش رتور) می باشد یا: (3-1) 2- تحریک (3 و 4) 1-2- مقدمه ولتاژ تحریک باید از حالت بی باری تا بارنامی ژنراتور در حدود 5/2 باربر یا بیشتر قابلیت تنظیم و تغییر داشته باشد.

در حالتی که در اثر سیم های انتقال انترژی بی باری، بار ژنراتور خازنی می گردد و باید تحریک بی باری ژنراتور نیز کوچکتر گردد.

از این جهت ولتاژ تحریک ژنراتور های بزرگ که به شبکه های با قدرت زیاد متصل هستند و ولتاژ ترمینال آنها توسط شبکه تعیین میگردد باید تقریباً بین صفر و ولتاژی که در موقع اضافه بار لازم است قابل تنظیم باشد، همچنین لازم است که ولتاژ تحریک ژنراتور توسط تنظیم کننده ولتاژ حتی الامکان به طور سریع تنظیم گردد تا در موقعی که ضربه های بار به ژنراتور وارد می شود افت ولتاژ تا آنجا که ممکن است کوچک نگه داشته شود.

به طور کلی ژنراتور همزمان با تغییرات بار ژنراتور تغییر می‌کند و تنها راه برای ثابت نگه داشتن ولتاژ ترمینال تنظیم جریان تحریک ژنراتور و یا به عبارت دیگر تنظیم ولتاژ سیم پیچی تحریک می باشد.

این عمل به کمک تنظیم کننده ولتاژ انجام می گیرد این دستگاه ولتاژ تحریک را متناسب با افت ولتاژ ژنراتور تنظیم می‌کند.

عواملی که باعث تغییر ولتاژ ژنراتور می شود عبارتند از: ضریب توان و شدت جریان بار، سرعت چرخش و درجه حرارت برای دستگاه تنظیم ولتاژ باید مستقل از عامل بوجود آورنده تغییر ولتاژ باشد.

تنظیم ولتاژ تحریک ژنراتور برای تنظیم و تثبیت ولتاژ ترمینال همیشه با یک ثابت زمانی قابل توجهی همراه است و نمی تواند به طول همزمان صورت گیرد.

2-2-انواع متداول تحریک 1-2-1 تحریک مستقیم در ژنراتور های جریان متناوب با تحریک مستقیم جریان تحریک مستقیماً از ترمینال ژنراتور دریافت می شود.

لذا تغییرات جزئی بار روی جریان تحریک به طور مستقیم و همزمان موثر واقع می شود.

چنین ژنراتورهای فاقد ژنراتور تحریک مستقل هستند و جریان تحریک بدون بار ژنراتور توسط ولتاژ پس مانده مغناطیسی تامین می شود.

چون ژنراتور زیر بار به جریان تحریک بیشتری نیاز دارد این جریان بدون تاخیر و کاملا همزمان از جریان بار ژنراتور گرفته می شود و به این ترتیب علاوه بر جریان اختلاف فاز جریان نیز در جریان تحریک شده موثر می باشد.

تنها اشکال این نوع تحریک تنظیم آن در موقعی است که تغییرات ولتاژ در اثر سرعت چرخش رتور و یا درجه حرارت بوجود آمده باشد.

این عیب توسط دستگاه جبران کننده خاصی برطرف می گردد.

همانطور که میدانیم اختلاف سطح ژنراتور با تغییر کردن جریان تحریک شده به طور نمایی تغییر می‌کند و عواملی که باید در تنظیم جریان تحریک موثر باشند عبارت از جریان بار، ضریب توان و درجه حرارت می باشد.

موثر ترین عامل در تنظیم، جریان بار و ضریب توان می باشد.

این دو کمیت باید به طریق در تنظیم جریان تحریک دخالت داده شوند تا ولتاژ ترمینال ژنراتور تابعی از جریان و ضریب توان بار نباشد.

شکل 1-2 مدار تحریک ژنراتوری را نشان می دهد.

این ژنراتور همانطور که دیده می شود توسط پس ماند مغناطیسی قطبها به شرح زیر تحریک می گردد.

ولتاژی که در اثر پس ماند مانند مغناطیسی در سیم پیچ استاتور القا می شود به کمک سلف D تبدیل به جریان می شود.

شکل1-2- تحریم مستقیم جریان به کمک یکسو کننده پل Gl یکسو می شود و از سیم پیچی تحریک f ژنراتور G گذشته و ولتاژ ژنراتور را تا ولتاژ نامی بالا می برد.

مقاومت سلفی سلف D و مقاومت سیم پیچی تحریک طوری محاسبه می شوند که جریان تحریک بدون بار لازم بوجود آید.

مقدار این جریان به کمک منحنی بدون بار ژنراتور و خط مقاومت طبق شکل 2-2 تعیین می شود.

شکل 2-2- تعیین اندازه سلف اضافه تحریکی که باید متناسب با جریان و ضریب توان بار باشد توسط ترانسفورمر جریان St تامین می شود.

به این طریق جریان ثانویه ترانسفورمر جریان St متناسب با بار ژنراتور می باشد، با جریان جمع شده و پس از یکسو شدن توسط پل Gl مدارش را از طریق سیم پیچ تحریک F می بندند.

در شکل 1-2 برآیند این دو جریان در اختلاف فاز خاصی نشان داده شده است.

اگرضریب توان یک باشد () جریان با جریان دارای اختلاف فاز 90 درجه می باشد و به طور هندسی با هم جمع می شوند و برآیند آنها می باشد.

در صورتی که ضریب توان بار صفر باشد () جریان بار و جریان هم فاز هستند و به طور جبری با یکدیگر جمع می شوند و برآیند آنها می باشد.

(a نسبت تبدیل ترانسفورمر جریان St می باشد.) چنانکه دیده می شود جریان بار نه تنها از نظر قدر مطلق بلکه از نظر اختلاف فاز در جریان تحریک موثر واقع می شود.

با کمپوند کردن به طریق فوق جریان تحریک متناسب با ضریب توان طوری تغییر می‌کند که ولتاژ ترمینال ژنراتور ثابت بماند.

این نوع کمپوند کردن باعث می شود اولا جریان تحریک بسیار سریع تنظیم شود زیرا تغییرات جریان ثانویه ترانسفورمر جریان St به طور همزمان با تغییرات جریان اولیه صورت می گیرد، ثانیاً به علت اینکه تنظیم بر روی یک مدار بسته اثر نمی کند و مدار تنظیم باز است در ضمن تنظیم، ولتاژ ژنراتور نوسانی نمیشود و تنظیم بسیار آرام و یکنواخت صورت می گیرد.

2-2-2- تحریک بدون جاروبیک تحریک ژنراتورهای بزرگ احتیاج به جریان های بسیار بزرگ دارد که ساختن ژنراتورهای جریان دائم با قدرت زیاد به علت وجود کلکتور و جاروبیک و اصولاً کموتاسیون امروزه با مشکلات زیادی مواجه است.

بدین جهت برای تحریک ژنراتورهای بزرگ ابتدا از ماشین جریان متناوب سه فاز استفاده شد، به طوری که جریان سه فاز توسط دیودهای ثابت یکسو شده و به کمک کابل جاروبک و رینگ به سیم پیچی قطبهای گردان ژنراتور هدایت می شد.

سپس با از میان رفتن کلکتور و مشکلات آن درصدد برداشتن رینگ و جاروبک برای هدایت جریان از مکان ثابتی به سیم پیچ قطبتهای گردان ژنراتور برآمدند.

درمرحله بعدی به جای دیودهای ثابت از دیودهای گردان استفاده شد.

و تحریک کننده جریان متناوب جانشین ژنراتور جریان دائم شد و دیودهای روی محور گردان رتور جاساسزی شدند و به این ترتیب تمام مشکلات جاروبک و کلکتور و حلقه های تماس و غیره رفع شد.

بزرگترین مزیت ژنراتور بدون جاروبک در حقیقت نداشتن جاروبک ها می باشد زیرا جاروبک ها اجسامی با خواص کاملا متغیر در مقابل درجه حرارت اثرات شیمیایی، رطوبت و غیره هستند و کار کردن با آنها بسیار مشکل می باشد.

از این جهت باید دائماً تحت کنترل و مراقبت و نگهداری بسیار دقیق قرا رداشته باشند.

در صورتی که ژنراتور بدون جاروبک تقریباً احتیاج به نگهداری و مراقبت ندارد شکل 3-2 قسمت های مختلف ژنراتور بدون جاروبک را نشان می دهد.

شکل 3-2 ژنراتور بدون جاروبک در این شکل 2 ماشین تحریک کمکی با قطب های آهنربای دائم که جریان تحریک ماشین تحریک اصلی 5 را به کمک تنظمی کننده ولتاژ 1 تامین می تنظیم می‌کند.

8 ژنراتور اصلی و 7 سیم پیچ تحریک آن می باشد.

6 مدار دیودهای گردان می باشد.

ژنراتور 5 از نوع ژنراتو سه فاز با قطبهای خارجی (در استاتور) است، جریان متناوبی که در سیم پیچ رتور این ماشین ایجاد می شود توسط یکسو کننده های سیلیکونی، که روی محور رتور جا داده شده است و با رتور می چرخد یکسو شده و پس از تبدیل به جریان دائم توسط کابل از داخل محور رتور مجبور کرده و به سیم پیچی تحریک ژنراتور اصلی هدایت می شود.

سیم پیچ 4 برای سنجش جریان تحریک و رینگ های 3 برای کنترل اتصال زمین است.

3-تنظیم کننده سریع ولتاژ در این فصل نوعی از تنظیم کننده سریع ولتاژ که به صورت تریستوری کنترل می شود شرح داده می شود.

تریستور به عنوان یک کلید در تنظیم کننده ولتاژ به کار برده می شود و در حقیقت عمل قطع و وصل تحریک را انجام می دهد در شکل 1-4 استفاده از تریستور برای تنظیم ولتاژ را نشان می دهند، جریان تحریک ژنراتور سنکرون 1 توسط ماشین تحریک کننده 2 و مقاومت 3 تامین می شود.

موازی با مقاومت 3 تریستور تنظیم کننده 4 قرار دارد عضو سنجشی ولتاژ ژنراتور را می سنجد اگر این ولتاژ نامی کمتر باشد یک پالس روشن کننده از طرف مولد پالس 6 بر روی گیت تریستور صادر می شود در نتیجه مدار تریستور بمانند یک کلید بسته می شود و مقاومت 3 را اتصال کوتاه می‌کند و جریان تحریک ژنراتور با آن ولتاژ ژنراتور بالا می رود.

برای خاموش کردن تریستور 4 از تریستور 7 و خازن 8 استفاده می شود.

خازن 8 به وسیله ولتاژ ژنراتور توسط ترانسورمر ولتاژ 9 و یکسو کننده 10 شارژ می شود.

دستگاه فرمان 11 طوری تنظیم شده است که در انتهای هر پریود ولتاژ ژنراتور، تریستور 7 روشن شود و با آن تریستور 4 خاموش شود.

شکل 1-4 مدار تنظیم کننده سریع ولتاژ جریان تحریک ژنراتور 1 در شکل 2-4 نشان داده شده است.

یکسو کننده 12 مانع از به وجود آمدن ولتاژ گذرانده زیاد روی سیم پیچ تحریک در اثر قطع جریان تحریک در هنگام خاموش شدن تریستور 4 می شود.

شکل 2-4 منحنی زمانی جریان تحریک تنظیم کننده سریع ولتاژ 4-اصول کار تنظیم کننده های ولتاژ (2 و 7) همانطور که در فصل های پیشین گفته شد ولتاژ ترمینال به طور مستقیم وابسته به فرکانس f و جریان تحریک می باشد و همچنین چون ضریب نفوذ پذیری هسته آهنی ژنراتور وابسته به درجه حرارت محیط می باشد، تغییر درجه حرارت باعث تغییر راکتانی سنکرون xs می شود به بیان دیگر ولتاژ ترمینال به طور غیر مستقیم به درجه حرارت محیط بستگی دارد.

برای ثابت نگاه داشتن ولتاژ ترمینال ژنراتور در حد مقدار نامی خود در قبال تغییر یکی از عوامل فوق یا تغییر بارگیری باید عوامل موثر در ولتاژ ترمینال به نحوی تغییر داد که ولتاژ ترمینال ثابت بماند.

میزان وابستگی ولتاژ ترمینال به درجه حرارت ناچیز بوده و تاثیر زیادی ندارد و فرکانس گردش رتور نیز در عمل ثابت است.

تغییر فرکانس برای تنظیم ترمینال اثرات نامطلوبی بر دستگاه هایی که به وسیله ژنراتور تغذیه می شوند، می گذارد.

خصوصاً در موتورهای القایی که سرعت گردش موتور به طور مستقیم وابسته به فرکانس برق می باشد و با تغییر فرکانس عملکرد موتور نیز تغییر خواهد کرد.

تنها عاملی که به طور موثر بر ولتاژ ترمینال تاثیر می گذارد جریان تحریک است.

برای جلوگیری از تغییرات ولتاژ ترمینال در برابر تغییرات باره تنظیم جریان تحریک (ولتاژ تحریک) ضروری می باشد.

ولتاژ تحریک ژنراتور باید بین صفر و ولتاژ تحریک لازم در موقع اضافه بار در حالت سلفی قابل تنظیم باشد، تا بتوان ولتاژ ترمینال را در حد ولتاژ نامی ثابت نگاه داشت.

وسیله دستگاهی که بتواند با تنظیم تحرک (جریان و ولتاژ تحریک شده) ولتاژ ترمینال ژنراتور را در حد ولتاژ نامی در برابر تغییرات جریان و ضریب توان بار دیگر عوامل موثر ثابت نگاه دارد به تنظیم کننده ولتاژ موسوم است از مشخصات یک تنظیم کننده ولتاژ خوب تنظیم عملکرد سریع در برابر تغییرات بار ناگهانی، تنظیم همزمان ولتاژ ترمینال و تنظیم ولتاژ بدون توجه به عواملی ایجاد کننده تغییر ولتاژ ترمینال می باشد.

تنظیم جریان تحریک برای تنظیم ولتاژ ترمینال ژنراتور همواره با ثابت زمانی که وابسته به نسبت اندوکتانس به مقاومت مدار تحریک می باشد همراه بوده و این ثابت زمانی باعث می شود تنظیم کننده با تاخیر عمل نماید.

لذا در بعضی از حالت ها امکان اینکه تنظیم کننده ولتاژ به صورت ناپایدار عمل کند وجود دارد.

شمای ساده یک تنظیم کننده ولتاژ در شکل 1-5 آمده است.

G نشان دهنده ژنراتور می باشد.

هدف نهایی تثبیت ولتاژ ترمینال ژنراتور در بارگیری های مختلف با اعمال کنترل به جریان تحریک ژنراتور می باشد.

ابتدا برای اینکه بدانیم ولتاژ ترمینال ژنراتور در حددلخواه می باشد، باید آنرا اندازه گیری نمود و ولتاژ ترمینال ژنراتور را تبدیل به ولتاژ مناسبی نمود و سپس آنرا با ولتاژ مرجع مقایسه کرد، اگر ولتاژ ترمینال کمتر از مقدار دلخواه باشد آنگاه ولتاژ خروجی اندازه گیر نیز کمتر از ولتاژ مرجع بوده و با مقایسه آن خطای موجود اندازه گیری میشود.

این خطا از طریق تقویت کننده قدرت، تقویت شده و به میدان تحریک ژنراتور اعمال می شود.

برای خطاهای مختلف ولتاژ خروجی تقویت کننده قدرت متفاوت بوده و با تغییر ولتاژ خروجی تقویت کننده قدرت جریان تحریک ژنراتور نیز تغییر می‌کند.

این تغییر نیز خود باعث تغییر ولتاژ ترمینال ژنراتور می گردد.

لذا با تنظیم جریان تحریک می توان ولتاژ ترمینال ژنراتور را در بارگیری های مختلف تثبیت کرد.

عمل یک تقویت کننده قدرت تنظیم جریان انرژی تحت کنترل یک سیگنال ورودی از منبع تغذیه به بار می باشد.

معمولا کارکرد تقویت کننده ها به صورت خطی یاکلید زنی می باشد.

در تقویت کننده های خطی عمل تنظیم جریان انرژی با به وجود‌آوردن یک افت ولتاژ کنترل شده به طور سری یا موازی با بار انجام می گیرد.

حاصلضرب افت ولتاژ در جریان بار نمایانگر توانی است که باید به وسیله تقویت کننده تلف شود.

واضح است که تقویت کننده های خطی عملکرد خوبی نداشته و دارای راندمان پائینی می باشند.

همچنین با افزایش مقدار توان تحت کنترل راندمان این روش به سرعت کاهش یافته و میزان قابل توجه تلفات یکی از معایب اصلی این روش به شمار می رود.

در تقویت کننده های کلید زنی راندمان بالا تر و تلف انرژی کمتر میباشد.

برای درک نحوه کار تقویت کننده های خطی و کلید زنی، تشریح اصول کار این تقویت کننده ها در زیر آمده است.

1-6-بلوک دیاگرام ساده ترین راه نمایش کار یک سیستم یا دستگاهی که از چندین قسمت مختلف تشکیل شده است و یا یک یا چند عمل خاصی را انجام می دهد بلوک دیاگرام میباشد.

بلوک دیاگرام ضمن برخورداری از سادگی خاص خود باید نمایانگر قسمت های مختلف و شکل عام سیستم نیز باشد.

شکل 1-6 نحوه اتصالات ژنراتور تنظیم کننده را نمایش می دهد ژنراتور تحریک فرعی به ژنراتور تحریک اصلی را کنترل می نماید.

میزان تنظیم جریان تحریک اصلی با توجه به ولتاژ ترمینال ژنراتور اصلی انجام می پذیرد.

شکل 2-6 بلوک دیاگرام تنظیم کننده ولتاژ را نشان م یدهد.

قسمت های هشت گانه تنظیم کننده ولتاژ به شرح زیر می باشد: اندازه گیری ولتاژ ولتاژ مرجع تقویت کننده خطا مولد موج مثلثی مقایسه کننده PWM مدار فرمان گیت مدار قدرت منبع تغذیه ولتاژ ترمینال ژنراتور توسط اندازه گیر ولتاژ از مقدار 380 ولت متناوب به 6 ولت مستقیم تبدیل می شود این تبدیل به صورت خطی انجام می شود و هر افزایش یا کاهش به صورت خطی بر روی ولتاژ خروجی اندازه گیر ولتاژ اثر میگذارد.

نسبت تبدیل ولتاژ ترمینال ژنراتور به ولتاژ خروجی اندازه گیر ولتاژ میباشد.

ولتاژ مرجع نمایانگر ولتاژ نامی ترمینال ژنراتور می باشد.

ولتاژ مرجع را می توان از مقدار 8/3 ولت تا 3/7 ولت تنظیم نمود که معادل تنظیم ولتاژ نامی ژنراتور از 240 ولت تا 460 ولت می باشد.

ولتاژ خروجی اندازه گیر ولتاژ یا ولتاژ مرجع 6 ولت که نمایانگر ولتاژ نامی 380 ولت می باشد در تقویت کننده خطا مقایسه می شوند.

خطای حاصل (تفاوت ولتاژ ترمینال ژنراتور از مقدار نامی اش) ده برابر تقویت میشود.

این ولتاژ خطا به همراه موج مثلثی که با فرکانس یک کیلو هرتز بین ولتاژ V6+ تا V6- به صورت متقارن نوسان می‌کند.

در مقایسه کننده PWM مقایسه می شوند.

حاصل مقایسه زنجیره ای از پالس های مربعی با عرض متفاوت می باشد و عرض پالس مستقیماً وابسته به اندازه ولتاژ خطا می باشد.

موج PWM درخروجی مقایسه کننده به مدار فرمان گیت اعمال می شود تا فرمان های لازم را برای خاموش و روشن شدن GTO فراهم آورد.

ولتاژ ترمینال ژنراتور تحریک فرعی در مدار قدرت به صورت تمام موج یکسو می شود و از طریق GTO به میدان تحریک ژنراتور تحریک اصلی اعمال می شود.

مدار فرمان گیت و مدار قدرت تشکیل یک تقویت کننده کلید زنی با ضریب تقویت ده را می دهند و موج PWM را به میزان ده برابر تقویت کرده و به میدان تحریک ژنراتور تحریک اصلی اعمال می‌کند.

ثابت زمانی میدان تحریک ژنراتور تحریک اصلی در حدود 160 برابر یک پریود از موج PWM (با فرکانس یک کیلوهرتز) می باشد که سبب می شود تا جریان تحریک دارای درصد تموج کوچکی باشد.

لذا می توان فرض کرد که ولتاژ تحریک برابر مقدار متوسط ولتاژ PWM مدار قدرت می باشد.

منبع تغذیه توان لازم برای قسمت های مختلف تنظیم کننده را فراهم می آورد که ولتاژ 150 ولت ترمینال ژنراتور تحریک فرعی از طریق ترانسفورمر به 15 ولت کاهش می یابد و پس از یکسو شدن و فیلتر شدن در مقدار 12 توسط رگولاتورهای ولتاژ تثبیت می شوند حداکثر جریان لازم برای تغذیه A1 درنظر گرفته شده است.

به جای ترانسفورمر تغذیه می توان از مقاومت یا خازن برای کاهش ولتاژ استفاده کرد.

1-2-6- اندازه گیرولتاژ ولتاژ ترمینال ژنراتور اصلی باید توسط اندازه گیر ولتاژ تبدیل به ولتاژ مستقیم شود تا معیاری برای تنظیم تحریک ژنراتور تحریک اصلی گردد.

شکل 7-6 مدار اندازه گیر ولتاژ را نشان می دهد.

ولتاژ بین دو فاز S , R ترمینال ژنراتور اصلی توسط مقاومت های تا حد 15 ولت کاهش می یابد و سپس به وسیله یکسو ساز متشکل از دیودهای به صورت تمام موج تبدیل به ولتاژ مستقیم می ش ود.

برای کاهش تموج ولتاژ یکسو شده و برای حذف ولتاژ های بوجود آمده در مدار می باشد.

دیود زنر برای تثبیت ولتاژ یکسو شده در حد 12 ولت می باشد و به وسیله پنانسیومتر ولتاژ خروجی را می توان در هر مقدار دلخواه از صفر تا 12 ولت تنظیم نمود.

فیوز برای حفاظت مدار از ولتاژ زیاد در اثر اتصال کوتاه شدن مقاومت های می باشد.

شکل 7-6 مدار اندازه گیر ولتاژ 2-2-6- ولتاژ مرجع برای به وجود آوردن ولتاژ مرجع از یک منبع ولتاژ ثابت قابل تنظیم استفاده می شود.

ولتاژ تغذیه دارای تثبیت بسیار خوبی می باشد لذا می توان از آن به عنوان منبع ولتاژ ثابت استفاده نمود و از یک تقسیم کننده ولتاژ (پتانسیومتر) برای تنظیم بهتر استفاده شده است.

شکل 8-6 مدار ولتاژ مرجع را نشان می دهد.

به وسیله این مدار میتوان ولتاژ مرجع را از 8/3- تا 3/7- ولت تنظیم کرد که معادل ولتاژ ترمینال ژنراتور اصلی از 240 ولت تا 460 ولت می باشد ولتاژ 6- ولت نمایانگر ولتاژ ترمینال 380 ولت می باشد.

با جمع ولتاژ مرجع با ولتاژ خرجی اندازه گیر ولتاژ می توان ولتاژ خطا را به دست آورد: یعنی ولتاژ خطا = شکل 8-6- مدار ولتاژ مرجع 1-ژنراتور سکنرون1-1 ساختمان ژنراتور2-تحریک1-2 مقدمه2-2 انواع متداول تحریک1-2-2 تحریک مستقیم2-2-2- تحریک بدون جاروبک3-تنظیم کننده سریع ولتاژ4- اصول کار تنظیم کننده ها1-4 بلوک دیاگرام2-4 اندازه گیری ولتاژ3-4 ولتاژ مرجع