تعريف نظام الإثارة في المجالات الكهربائية:
التعريف: النظام المستخدم لتوفير تيار المجال الضروري للملف الدوّار للآلة المتزامنة (synchronous machine)، يسمّى هذا النوع من النظام “نظام الإثارة” (excitation system). بمعنى آخر، يتم تعريف نظام الإثارة على أنّه النظام المستخدم لإنتاج التدفق عن طريق تمرير التيار في لف المجال (field winding). المطلب الرئيسي لنظام الإثارة هو الموثوقية في جميع ظروف الخدمة، وبساطة التحكم، وسهولة الصيانة، والاستقرار، والاستجابة السريعة العابرة.
تعتمد كمية الإثارة المطلوبة على تيار الحمل وعامل طاقة الحمل وسرعة الماكينة. كلما زادت الحاجة إلى الإثارة في النظام عندما يكون تيار الحمل كبيرًا، وتكون السرعة أقل، ويصبح عامل الطاقة في النظام متأخرًا. نظام الإثارة هو الوحدة المفردة التي يكون فيها كل مولد تيار متردد به المثير على شكل مولد. يحتوي نظام الإثارة المركزي على اثنين أو أكثر من المثيرات التي تغذي ال (bus-bar). النظام المركزي رخيص للغاية، لكن الخطأ في النظام يؤثر سلبًا على المولدات في محطة الطاقة.
أنواع نظام الإثارة:
يتم تصنيف نظام الإثارة بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع. وهي كالتالي:
1 – نظام الإثارة (DC Excitation System).
2 – نظام الإثارة (AC Excitation System)، و يشمل:
- نظام الإثارة الدوّار (Rotor Excitation System).
- نظام الإثارة (Brushless Excitation System).
3 – نظام الإثارة الساكنة (Static Excitation System).
نظام الإثارة DC:
يحتوي نظام الإثارة (DC) على اثنين من المثيرات، المثير الرئيسي (main exciter) والمثير الطيار (pilot exciter). يتم ضبط خرج المحفز بواسطة منظم جهد أوتوماتيكي (AVR) للتحكم في جهد طرف الخرج للمولد. يضمن إدخال محول التيار إلى (AVR) الحد من تيار المولد أثناء حدوث خطأ. عندما يكون قاطع المجال مفتوحًا، يتم توصيل مقاومة تفريغ المجال عبر لف المجال، وذلك لتبديد الطاقة المخزنة في ملف المجال الذي يكون حثّيًا للغاية.
يمكن تشغيل المثيرات الرئيسية والتجريبية إمّا عن طريق العمود الرئيسي أو بواسطة المحرك بشكل منفصل. عادةً ما يُفضل المثيرات المدفوعة المباشرة لأنّها تحافظ على نظام الوحدة للتشغيل، والإثارة لا تثيرها الاضطرابات الخارجية. يبلغ معدل الجهد للمثير الرئيسي حوالي (400) فولت، وتبلغ سعته حوالي (0.5٪) من سعة المولد. المشاكل في المولد التوربيني متكررة جدًا بسبب سرعتها العالية، وبالتالي يتم توفير المثيرات المنفصلة المدفوعة بالمحرك كمحرّض “محثّ” احتياطي.
نظام الإثارة AC:
يتكون نظام إثارة التيار المتردد من مولد تيار متردد وجسر مقوم للثايرستور متصل مباشرة بعمود المولد الرئيسي. قد يكون المثير الرئيسي إمّا مثار ذاتيًا (self-excited) أو مثار بشكل منفصل (separately excited). يمكن تصنيف نظام إثارة التيار المتردد على نطاق واسع إلى فئتين:
نظام إثارة الثايرستور الدوار Rotating Thyristor Excitation System:
في نظام الإثارة الدوّار، يتكون هذا النظام من محرّض “محثّ” تيار متردد، ومجال ثابت وحديد دوّار. ويتم تصحيح خرج المثير بواسطة دائرة مقوّم جسر ثايرستور ذات موجة كاملة ويتم توفيره لملف مجال المولد الرئيسي. ويتم أيضًا توفير لف مجال المولد من خلال دائرة مقوم أخرى. يمكن بناء جهد المثير باستخدام التدفق المتبقي.
مولد الطاقة والتحكم في المعدل يولدان إشارة التشغيل المتحكم فيها. يتم حساب متوسط إشارة جهد المولد ومقارنتها مباشرةً بضبط جهد المشغل في الوضع التلقائي للتشغيل. في الوضع اليدوي للتشغيل، تتم مقارنة تيار الإثارة للمولد بتعديل يدوي منفصل للجهد.
نظام الإثارة بدون فرشاة Brushless Excitation System:
في هذا النظام، يتكون نظام الإثارة عديمة الفرشاة من مولد التيار المتردد، والمقوّم، والمحرّض “المحثّ” الرئيسي، ومولد التيار المتردد الدائم. يتم تشغيل المحفز الرئيسي والمثير بواسطة العمود الرئيسي. يحتوي المثير الرئيسي على حقل ثابت ومحرك دوّار متصل مباشرة، من خلال مقومات السيليكون إلى مجال المولدات الرئيسية.
المثير الدليلي أو الطيّار (pilot exciter) هو مولد المغناطيس الدائم الذي يحركه عمود الدوران به مغناطيس دائم دوّار متصل بالعمود وحديد ثابت ثلاثي الطور، والذي يغذي مجال المثير الرئيسي من خلال مقومات السيليكون، في مجال المولد الرئيسي. المثير الدليلي عبارة عن مولد مغناطيسي دائم يعمل بعمود وله مغناطيس دائم دوّار متصل بالعمود وحديد ثابت ثلاثي الطور، والذي يغذي المثير الرئيسي من خلال جسور ثايرستور ذات موجة كاملة ثلاثية الأطوار يتم التحكم فيها.
يلغي النظام استخدام المبدل والمجمع والفرش ذات وقت قصير ثابت ووقت استجابة أقل من (0.1) ثانية. يتميز ثابت الوقت القصير بميزة في تحسين الأداء الديناميكي للإشارة الصغيرة ويسهل تطبيق إشارات تثبيت نظام الطاقة التكميلية.
نظام الإثارة الساكنة Static Excitation System:
في هذا النظام، يتم أخذ الإمداد من المولد نفسه من خلال محول ثلاثي الأطوار متصل على شكل “نجمة / دلتا” (star/delta). يتم توصيل المحول الأساسي بحافلة المولد وتزويدهم بالطاقة الثانوية إلى المعدل وأيضًا تغذية الطاقة إلى دائرة التحكم في الشبكة والمعدات الكهربائية الأخرى. يتمتع هذا النظام بوقت استجابة صغير جدًا ويوفر أداء ديناميكيًا ممتازًا. قلل هذا النظام من تكلفة التشغيل عن طريق القضاء على خسارة انحراف القذيفه بفعل الهواء وصيانة اللف.
