جمع‌بندی مهندسی آلترناتورهای Leroy-Somer
Leroy-Somer در حوزه تولید برق با خانواده‌های LSA و TAL شناخته می‌شود و یکی از نقاط قوت فنی آن تنوع سیستم‌های تحریک SHUNT، AREP/AREP+ و PMG و رگولاتورهای آنالوگ و دیجیتال است. در یک پروژه دیزل ژنراتور، ارزش این تنوع زمانی مشخص می‌شود که بارهای موتوری، UPS، اتصال کوتاه، سنکرون یا کار موازی با شبکه مطرح باشند. انتخاب مدل باید از Rating Table رسمی همان Frame و Core انجام شود؛ نام LSA یا TAL به‌تنهایی برای تعیین توان و رفتار گذرا کافی نیست.
۱. LSA و TAL چه تفاوتی در انتخاب ایجاد می‌کنند؟
سبد Leroy-Somer شامل خانواده‌های LSA در رنج‌های مختلف و خانواده TAL است. مدل‌ها از نظر Frame، توان، نوع تحریک و AVR متفاوت‌اند. در بخش‌هایی از LSA گزینه‌های AREP/PMG و رگولاتورهای D350/D550/D700 دیده می‌شود و در TAL بسته به مدل، SHUNT یا AREP+/PMG و AVRهای متناسب ارائه می‌شوند. برای انتخاب، باید کد کامل مدل، Core، Winding و Rating همان ولتاژ بررسی شود.
۲. سیستم SHUNT
در تحریک SHUNT، AVR از ولتاژ خروجی اصلی تغذیه می‌شود. این ساختار ساده و اقتصادی است و برای بسیاری از بارهای عمومی مناسب است. محدودیت آن در بارهای شدیداً گذرا این است که افت ولتاژ ترمینال می‌تواند منبع تغذیه AVR را نیز تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین برای موتورهای بزرگ، بارهای ضربه‌ای یا الزامات اتصال کوتاه ممکن است سیستم تحریک مستقل‌تر مناسب‌تر باشد.
۳. AREP و AREP+
در AREP، تغذیه AVR از سیم‌پیچ‌های کمکی داخل استاتور تأمین می‌شود. یکی از سیم‌پیچ‌ها مؤلفه‌ای وابسته به ولتاژ و دیگری مؤلفه‌ای وابسته به جریان بار ایجاد می‌کند. نتیجه این است که AVR در شرایط افت ولتاژ و بار گذرا منبع تغذیه قوی‌تری نسبت به SHUNT ساده در اختیار دارد. در نسل‌های جدید، AREP+ توسعه همین فلسفه است و برای برخی خانواده‌ها به‌کار می‌رود.
مزیت عملی AREP در پروژه‌هایی دیده می‌شود که موتورهای القایی، Step Load یا نیاز به جریان اتصال کوتاه برای عملکرد حفاظت‌ها وجود دارد. با این حال ظرفیت نهایی Fault و زمان تحمل باید از دیتاشیت همان مدل استخراج شود.
۴. PMG و استقلال تغذیه AVR
در PMG، یک ژنراتور مغناطیس دائم روی محور انرژی AVR را مستقل از ولتاژ اصلی تأمین می‌کند. این روش در بارهای اعوجاجی و شرایط گذرا کمک می‌کند AVR توان تحریک خود را حفظ کند. مستندات Leroy-Somer برای خانواده LSA، بسته به مدل و سیستم، قابلیت جریان اتصال کوتاه بالا را برای AREP/PMG اعلام می‌کند. عدد دقیق را نباید به همه مدل‌ها تعمیم داد.
۵. D350، D550 و AVRهای دیجیتال
Leroy-Somer در رنج‌های جدید از رگولاتورهای دیجیتال D350، D550 و در توان‌ها یا کاربردهای خاص D700 استفاده می‌کند. این رگولاتورها امکانات بیشتری برای تنظیم Voltage، U/f، Load Acceptance، Sensing و در مدل‌های مناسب Parallel/Grid دارند. مزیت دیجیتال فقط دقت بیشتر نیست؛ امکان تنظیم ساختاریافته و ثبت پارامترها در Commissioning نیز مهم است.
در عین حال، پارامترهای بیشتر به معنی امکان خطای تنظیم بیشتر هم هست. فایل تنظیمات، نسخه Firmware و Setpointهای اولیه باید در پرونده فنی پروژه ذخیره شوند.
۶. LAM و U/f در پذیرش بار
Load Acceptance Module یا LAM در رگولاتورهای سازگار می‌تواند هنگام افت سرعت موتور، ولتاژ را به‌صورت کنترل‌شده کاهش دهد تا توان الکتریکی درخواستی از موتور موقتاً کم شود. این کار به بازیابی سرعت موتور بعد از Step Load کمک می‌کند. U/f نیز در Under-Speed از تحریک نامتناسب جلوگیری می‌کند. تنظیم درست این توابع باید با Governor موتور هماهنگ شود؛ اگر بیش از حد مداخله کنند، افت ولتاژ محسوس می‌شود و اگر کم باشند، موتور ممکن است در Step Load بیش از حد افت دور داشته باشد.
۷. استارت موتورهای القایی
در موتورهای Direct-On-Line، جریان راه‌اندازی بالا می‌تواند افت ولتاژ شدید ایجاد کند. ظرفیت Motor Starting به X''d، سیستم تحریک، توان آلترناتور و توان مکانیکی موتور دیزل بستگی دارد. AREP یا PMG می‌تواند بخش تحریک را تقویت کند، اما اگر موتور دیزل از نظر kWm و گشتاور گذرا کوچک باشد، آلترناتور قوی مشکل را به‌تنهایی حل نمی‌کند.
در پروژه پمپ و چیلر، بهتر است بارها به ترتیب زمانی مشخص شوند و بزرگ‌ترین Step واقعی محاسبه شود. گاهی Sequence Start یا Soft Starter اقتصادی‌تر از بزرگ‌کردن کل دیزل ژنراتور است.
۸. بارهای غیرخطی و UPS
بارهای UPS، VFD و Rectifier جریان هارمونیکی ایجاد می‌کنند. برای کنترل THD ولتاژ و گرم‌شدن، راکتانس زیرگذرا، Winding Pitch، نوع تحریک و Oversize احتمالی بررسی می‌شوند. برخی خانواده‌های LSA از 2/3 Pitch و کلاس عایقی H استفاده می‌کنند و داده THD و TIF در کاتالوگ ارائه می‌شود. این اطلاعات باید برای مدل دقیق انتخابی بررسی شود.
۹. 2/3 Pitch و کیفیت موج
Winding Pitch دو سوم در بسیاری از آلترناتورهای صنعتی Leroy-Somer رایج است و به کاهش مؤلفه‌های سوم هارمونیکی کمک می‌کند. این ویژگی برای شبکه چهار سیمه و بارهای غیرخطی مفید است، ولی تضمین THD پایین در هر شرایطی نیست. اعوجاج جریان بار و امپدانس سیستم همچنان تعیین‌کننده‌اند.
۱۰. IP23، Class H و گزینه‌های محیطی
در بسیاری از مدل‌های LSA/TAL، IP23 و Insulation Class H مبنای استاندارد است و گزینه‌هایی برای محیط سخت، فیلتر، هیتر و سنسورهای دما وجود دارد. IP23 برای نصب حفاظت‌شده مناسب است، نه فضای باز بدون کانوپی. در محیط ساحلی یا بسیار مرطوب، هیتر ضدتراکم و حفاظت سطحی سیم‌پیچ اهمیت زیادی پیدا می‌کند.
۱۱. دما، ارتفاع و Derating
Rating کاتالوگ در شرایط مرجع تعریف می‌شود. افزایش دمای هوای ورودی و ارتفاع باعث کاهش ظرفیت دفع حرارت می‌شود. بنابراین یک آلترناتور 500 kVA در 40°C الزاماً در 50°C یا ارتفاع 2000 متر همان 500 kVA قابل استفاده را ندارد. Derating باید طبق جدول سازنده انجام شود و با Derating موتور همزمان در نظر گرفته شود.
۱۲. سنکرون چند ژنراتور
برای Parallel Operation، توالی فاز، ولتاژ، فرکانس و زاویه قبل از بستن کلید همگام می‌شوند. پس از Parallel، kW با Governor و kVAr/PF با Excitation کنترل می‌شود. CT و Droop یا کنترل دیجیتال VAR/PF باید صحیح سیم‌بندی و تنظیم شود. در رگولاتورهای پیشرفته‌تر، سه‌فاز Sensing و قابلیت‌های مخصوص Mains Paralleling نیز قابل بررسی است.
۱۳. کار موازی با شبکه
در موازی با شبکه، ژنراتور دیگر منبع ولتاژ مستقل ساده نیست؛ شبکه فرکانس و تا حد زیادی ولتاژ را تحمیل می‌کند. کنترلر سنکرون باید kW را از طریق موتور و kVAr/PF را از طریق AVR مدیریت کند. حفاظت‌های Reverse Power، Over/Under Voltage/Frequency، Sync Check و حفاظت شبکه بر اساس مقررات محل پروژه تنظیم می‌شوند. برای این کاربرد D550/D700 یا سیستم سازگار با مدل انتخابی می‌تواند امکانات بیشتری بدهد.
۱۴. جریان اتصال کوتاه و Selectivity
AREP و PMG برای حفظ تحریک در Fault مزیت دارند و در برخی خانواده LSA سازنده توانایی چندبرابر جریان نامی برای مدت محدود را اعلام می‌کند. این ویژگی برای عملکرد بریکر پایین‌دست و Selectivity مهم است، اما عدد سه برابر برای 10 ثانیه فقط جایی قابل استفاده است که دیتاشیت همان ماشین و سیستم تحریک آن را تأیید کند. تنظیم حفاظت باید بر اساس منحنی واقعی انجام شود.
۱۵. تطبیق آلترناتور با موتور
موتور باید توان مکانیکی لازم را با درنظر گرفتن راندمان آلترناتور و شرایط محیطی تأمین کند. اگر پروژه PF پایین یا بار هارمونیکی دارد، محدودیت kVA و جریان ممکن است قبل از محدودیت kW ظاهر شود. انتخاب صحیح به معنای تطبیق همزمان kW، kVA، راندمان و Margin گذرا است.
۱۶. کوپلینگ و مشخصات مکانیکی
در ژنراتورهای تک‌بلبرینگ، SAE Adaptation و Disc Coupling اهمیت زیادی دارند. قبل از جایگزینی یک آلترناتور باید GA Drawing بررسی شود. حتی دو مدل با Frame ظاهراً مشابه ممکن است در طول، ارتفاع محور یا فلنج اختلاف داشته باشند. برای دوبل‌بلبرینگ نیز Coupling و بارهای مجاز شفت باید کنترل شوند.
۱۷. عیب‌یابی سناریومحور
ولتاژ تولید نمی‌شود
AVR، فیوز و تغذیه، مدار Exciter، دیودهای دوار، Sensing و در سیستم‌های PMG خروجی PMG بررسی شوند. در AREP نیز سیم‌پیچ‌های کمکی و اتصالاتشان باید اندازه‌گیری شوند.
پس از اعمال بار ولتاژ می‌ریزد
همزمان فرکانس ثبت شود. اگر Hz افت می‌کند، موتور یا Governor درگیر است. اگر Hz پایدار ولی V افت شدید دارد، AVR/Excitation، X''d و سایز آلترناتور بررسی می‌شود.
نوسان kVAr در Parallel
ولتاژ Setpoint، Droop CT، پلاریته CT، تنظیم VAR/PF Controller و Stability AVR کنترل می‌شود. اختلاف کوچک تنظیم بین دو ژنراتور می‌تواند جریان راکتیو گردشی ایجاد کند.
افزایش دما
جریان، PF، هارمونیک، تعادل فاز، مسیر هوا، دمای محیط و سنسورها بررسی شوند. کثیفی فیلتر یا مسیر هوا می‌تواند Derating واقعی شدیدی ایجاد کند.
۱۸. Commissioning و ثبت Baseline
در تحویل، ولتاژ و فرکانس بی‌باری و زیر بار، جریان فازها، PF، kW/kVAr، دماها، تنظیمات AVR و پاسخ Step Load ثبت شوند. در سیستم موازی، تقسیم kW و kVAr و رفتار هنگام ورود و خروج هر ژنراتور ثبت شود. فایل تنظیم AVR دیجیتال نیز همراه پروژه نگهداری شود.
۱۹. چه زمانی Leroy-Somer انتخاب خوبی است؟
- پروژه‌ای که AREP/AREP+ یا PMG برای پاسخ گذرا و Fault اهمیت دارد.
- مجموعه‌های صنعتی با موتورهای بزرگ و Step Load محسوس.
- سنکرون چند مولد یا موازی با شبکه با نیاز به کنترل VAR/PF.
- UPS و بارهای الکترونیکی که بررسی THD و X''d لازم است.
- پروژه‌هایی که تنظیمات دیجیتال و مستندات دقیق Commissioning ارزش دارد.
۲۰. محدودیت‌ها و خطاهای رایج
- تعمیم مشخصات یک خانواده LSA به تمام LSAها.
- فرض اینکه AREP و PMG از نظر معماری یکسان‌اند؛ هدف مشابه دارند ولی ساختار متفاوت است.
- استفاده از Short-Circuit Capability یک دیتاشیت برای مدل دیگر.
- انتخاب بر اساس kVA بدون بررسی دما، ارتفاع و کلاس افزایش دما.
- تغییر پارامتر LAM/Uf بدون هماهنگی با Governor موتور.
۲۱. نظر کارشناسی آتروپات دیزل
Leroy-Somer در پروژه‌ای که رفتار گذرا و سیستم تحریک اهمیت دارد، گزینه‌ای بسیار جدی است. AREP/AREP+ یکی از امضاهای فنی این برند است و می‌تواند بدون اتکا به ولتاژ اصلی، تغذیه مؤثرتری برای AVR فراهم کند. PMG نیز در بسیاری از رنج‌ها گزینه قدرتمندی است. انتخاب بین SHUNT، AREP و PMG باید از روی پروفایل بار، نیاز Fault Current و هزینه انجام شود. برای پروژه عادی، پیچیده‌ترین گزینه لزوماً بهترین نیست؛ برای پروژه بحرانی، ساده‌ترین گزینه هم لزوماً کافی نیست.