दोगुनी बिजली से चलने वाली मशीन

From alpha
Jump to navigation Jump to search

डबल फीड वाली इलेक्ट्रिक मशीनें, स्लिप-रिंग जनरेटर भी, विद्युत मोटर या बिजली पैदा करने वाला हैं, जहां फ़ील्ड चुंबक वाइंडिंग और आर्मेचर (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) वाइंडिंग दोनों मशीन के बाहर के उपकरण से अलग-अलग जुड़े होते हैं।

फील्ड कॉइल को समायोज्य आवृत्ति एसी पावर खिलाकर, चुंबकीय क्षेत्र को घुमाने के लिए बनाया जा सकता है, जिससे मोटर या जनरेटर की गति में भिन्नता हो सकती है। उदाहरण के लिए, पवन टर्बाइनों में उपयोग किए जाने वाले जनरेटर के लिए यह उपयोगी है।[1] डीएफआईजी-आधारित पवन टर्बाइन, अपने लचीलेपन और सक्रिय शक्ति और प्रतिक्रियाशील शक्ति को नियंत्रित करने की क्षमता के कारण, लगभग सबसे दिलचस्प पवन टरबाइन तकनीक हैं।[2][3]


परिचय

पवन टरबाइन के लिए डबल फेड जनरेटर।

दोहरी आपूर्ति वाले विद्युत जनरेटर प्रत्यावर्ती धारा विद्युत जनरेटर के समान होते हैं, लेकिन उनमें अतिरिक्त विशेषताएं होती हैं जो उन्हें उनकी प्राकृतिक तुल्यकालिक गति से थोड़ा ऊपर या नीचे की गति पर चलने की अनुमति देती हैं। यह बड़ी परिवर्तनशील गति वाली पवन टर्बाइनों के लिए उपयोगी है, क्योंकि हवा की गति अचानक बदल सकती है। जब हवा का झोंका पवन टरबाइन से टकराता है, तो ब्लेड गति बढ़ाने की कोशिश करते हैं, लेकिन एक तुल्यकालिक जनरेटर पावर ग्रिड की गति से लॉक हो जाता है और गति नहीं बढ़ा सकता है। जैसे ही पावर ग्रिड पीछे धकेलता है, हब, गियरबॉक्स और जनरेटर में बड़ी ताकतें विकसित हो जाती हैं। इससे तंत्र में घिसाव और क्षति होती है। यदि हवा के झोंके से टकराने पर टरबाइन को तुरंत गति करने की अनुमति दी जाती है, तो तनाव कम होता है और हवा के झोंके से मिलने वाली शक्ति अभी भी उपयोगी बिजली में परिवर्तित हो जाती है।

पवन टरबाइन की गति को अलग-अलग करने की अनुमति देने का एक तरीका यह है कि जनरेटर जो भी आवृत्ति उत्पन्न करता है उसे स्वीकार करें, इसे डीसी में परिवर्तित करें, और फिर पलटनेवाला का उपयोग करके इसे वांछित आउटपुट आवृत्ति पर एसी में परिवर्तित करें। यह छोटे घरों और खेतों की पवन टर्बाइनों के लिए आम बात है। लेकिन मेगावाट-स्केल पवन टरबाइन के लिए आवश्यक इनवर्टर बड़े और महंगे हैं।

डबल फेड जेनरेटर इस समस्या का एक और समाधान है। डीसी से संचालित सामान्य घुमावदार क्षेत्र और एक आर्मेचर (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) वाइंडिंग के बजाय जहां उत्पन्न बिजली निकलती है, दो तीन-चरण वाइंडिंग हैं, एक स्थिर और एक घूर्णन, दोनों जनरेटर के बाहर उपकरण से अलग-अलग जुड़े हुए हैं। इस प्रकार, इस प्रकार की मशीनों के लिए डबली फेड शब्द का उपयोग किया जाता है।

एक वाइंडिंग सीधे आउटपुट से जुड़ी होती है, और वांछित ग्रिड आवृत्ति पर 3-चरण एसी बिजली का उत्पादन करती है। दूसरी वाइंडिंग (पारंपरिक रूप से फ़ील्ड कहा जाता है, लेकिन यहां दोनों वाइंडिंग आउटपुट हो सकती हैं) परिवर्तनीय आवृत्ति पर 3-चरण एसी पावर से जुड़ी हुई है। टरबाइन की गति में परिवर्तन की भरपाई के लिए इस इनपुट शक्ति को आवृत्ति और चरण में समायोजित किया जाता है।[4] आवृत्ति और चरण को समायोजित करने के लिए AC से DC से AC कनवर्टर की आवश्यकता होती है। इसका निर्माण आमतौर पर बहुत बड़े आईजीबीटी अर्धचालकों से किया जाता है। कनवर्टर द्विदिशात्मक है, और किसी भी दिशा में बिजली प्रवाहित कर सकता है। इस वाइंडिंग के साथ-साथ आउटपुट वाइंडिंग से भी बिजली प्रवाहित हो सकती है।[5]


इतिहास

इसकी उत्पत्ति क्रमशः रोटर और स्टेटर पर मल्टीफ़ेज़ वाइंडिंग सेट के साथ घाव रोटर मोटर में हुई, जिसका आविष्कार 1888 में निकोला टेस्ला द्वारा किया गया था,[6] डबल फेड इलेक्ट्रिक मशीन का रोटर वाइंडिंग सेट स्टार्टिंग के लिए मल्टीफ़ेज़ स्लिप रिंग के माध्यम से प्रतिरोधकों के चयन से जुड़ा होता है। हालाँकि, प्रतिरोधों में स्लिप पावर ख़त्म हो गई थी। इस प्रकार स्लिप पावर को पुनर्प्राप्त करके परिवर्तनीय गति संचालन में दक्षता बढ़ाने के साधन विकसित किए गए। क्रेमर (या क्रेमर) ड्राइव में रोटर एक एसी और डीसी मशीन सेट से जुड़ा होता था जो स्लिप रिंग मशीन के शाफ्ट से जुड़ी एक डीसी मशीन को फीड करता था।[7] इस प्रकार स्लिप पावर को यांत्रिक शक्ति के रूप में लौटाया गया और ड्राइव को डीसी मशीनों की उत्तेजना धाराओं द्वारा नियंत्रित किया जा सकता था। क्रेमर ड्राइव का दोष यह है कि अतिरिक्त परिसंचारी शक्ति से निपटने के लिए मशीनों को अधिक आकार देने की आवश्यकता होती है। इस खामी को आर्थर शेरबियस ड्राइव में ठीक किया गया था जहां मोटर जनरेटर सेट द्वारा स्लिप पावर को वापस एसी ग्रिड में फीड किया जाता है।[8][9] रोटर आपूर्ति के लिए उपयोग की जाने वाली घूमने वाली मशीनरी भारी और महंगी थी। इस संबंध में सुधार स्टैटिक शेरबियस ड्राइव था जहां रोटर को पहले मर्करी-आर्क वाल्व-आधारित उपकरणों द्वारा और बाद में सेमीकंडक्टर डायोड और थाइरिस्टर के साथ निर्मित रेक्टिफायर-इन्वर्टर सेट से जोड़ा गया था। रेक्टिफायर का उपयोग करने वाली योजनाओं में अनियंत्रित रेक्टिफायर के कारण बिजली का प्रवाह केवल रोटर से बाहर ही संभव था। इसके अलावा, मोटर के रूप में केवल उप-तुल्यकालिक संचालन ही संभव था।

स्थैतिक आवृत्ति कनवर्टर का उपयोग करने वाली एक अन्य अवधारणा में रोटर और एसी ग्रिड के बीच एक साइक्लो कनवर्टर जुड़ा हुआ था। cycloconverter दोनों दिशाओं में बिजली आपूर्ति कर सकता है और इस प्रकार मशीन को सब- और ओवरसिंक्रोनस गति दोनों में चलाया जा सकता है। एकल चरण जेनरेटर फीडिंग को चलाने के लिए बड़े साइक्लोकोन्वर-नियंत्रित, डबल-फेड मशीनों का उपयोग किया गया है 16+2⁄3 यूरोप में हर्ट्ज़ रेलवे ग्रिड।[10] साइक्लोकन्वर्टर संचालित मशीनें पंप वाले भंडारण संयंत्रों में भी टर्बाइन चला सकती हैं।[11] आज कुछ दसियों मेगावाट तक के अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले आवृत्ति परिवर्तक में दो बैक टू बैक कनेक्टेड विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर इनवर्टर होते हैं।

रखरखाव की आवश्यकता वाले स्लिप रिंग से छुटकारा पाने के लिए कई ब्रशलेस अवधारणाएं भी विकसित की गई हैं।

दोगुना फेड इंडक्शन जेनरेटर

डबल फेड प्रेरण जनरेटर (डीएफआईजी), पवन टरबाइनों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एक उत्पादन सिद्धांत। यह एक मल्टीफ़ेज़ घाव रोटर के साथ एक इंडक्शन जनरेटर और रोटर वाइंडिंग्स तक पहुंच के लिए ब्रश के साथ एक मल्टीफ़ेज़ स्लिप रिंग असेंबली पर आधारित है। मल्टीफ़ेज़ स्लिप रिंग असेंबली से बचना संभव है, लेकिन दक्षता, लागत और आकार के साथ समस्याएं हैं। एक बेहतर विकल्प ब्रश रहित घाव-रोटर डबल फेड इलेक्ट्रिक मशीन है।[12]

पवन टरबाइन से जुड़े डबल-फेड इंडक्शन-जनरेटर का सिद्धांत

डीएफआईजी का सिद्धांत यह है कि स्टेटर वाइंडिंग ग्रिड से जुड़ी होती है और रोटर वाइंडिंग स्लिप रिंग और बैक-टू-बैक वोल्टेज स्रोत कनवर्टर के माध्यम से कनवर्टर से जुड़ी होती है जो रोटर और ग्रिड धाराओं दोनों को नियंत्रित करती है। इस प्रकार रोटर (इलेक्ट्रिक) आवृत्ति ग्रिड आवृत्ति (50 या 60 हर्ट्ज़) से स्वतंत्र रूप से भिन्न हो सकती है। रोटर धाराओं को नियंत्रित करने के लिए कनवर्टर का उपयोग करके, जनरेटर की टर्निंग गति से स्वतंत्र रूप से स्टेटर से ग्रिड को खिलाई गई सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित करना संभव है। उपयोग किया जाने वाला नियंत्रण सिद्धांत या तो दो-अक्ष वर्तमान वेक्टर नियंत्रण (मोटर) या प्रत्यक्ष टोक़ नियंत्रण (डीटीसी) है।[13] डीटीसी में वर्तमान वेक्टर नियंत्रण की तुलना में बेहतर स्थिरता है, खासकर जब जनरेटर से उच्च प्रतिक्रियाशील धाराओं की आवश्यकता होती है।[14]

डबल-फेड जनरेटर रोटर आमतौर पर स्टेटर के घुमावों की संख्या से 2 से 3 गुना अधिक घाव होते हैं। इसका मतलब है कि रोटर वोल्टेज क्रमशः अधिक होगा और धाराएँ कम होंगी। इस प्रकार सिंक्रोनस गति के आसपास सामान्य ±30% परिचालन गति सीमा में, कनवर्टर का रेटेड वर्तमान तदनुसार कम होता है जिससे कनवर्टर की कम लागत होती है। दोष यह है कि रेटेड रोटर वोल्टेज से अधिक के कारण परिचालन गति सीमा के बाहर नियंत्रित संचालन असंभव है। इसके अलावा, ग्रिड गड़बड़ी (विशेष रूप से तीन- और दो-चरण वोल्टेज डिप्स) के कारण वोल्टेज परिवर्तन भी बढ़ाया जाएगा। उच्च रोटर वोल्टेज (और इन वोल्टेज से उत्पन्न उच्च धाराओं) को कनवर्टर के इंसुलेटेड-गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर और डायोड को नष्ट करने से रोकने के लिए, एक सुरक्षा सर्किट (जिसे क्राउबार (सर्किट) कहा जाता है) का उपयोग किया जाता है।[15]

अत्यधिक धारा या वोल्टेज का पता चलने पर क्राउबार एक छोटे प्रतिरोध के माध्यम से रोटर वाइंडिंग को शॉर्ट-सर्किट कर देगा। ऑपरेशन को यथाशीघ्र जारी रखने में सक्षम होने के लिए एक क्राउबार (सर्किट)[16] प्रयोग करना होगा. सक्रिय क्राउबार नियंत्रित तरीके से रोटर शॉर्ट को हटा सकता है और इस प्रकार रोटर साइड कनवर्टर को केवल 20-60 के बाद ही शुरू किया जा सकता है ग्रिड गड़बड़ी की शुरुआत से एमएस जब शेष वोल्टेज नाममात्र वोल्टेज के 15% से ऊपर रहता है। इस प्रकार, शेष वोल्टेज गिरावट के दौरान ग्रिड में प्रतिक्रियाशील धारा उत्पन्न करना संभव है और इस तरह ग्रिड को गलती से उबरने में मदद मिलती है। शून्य वोल्टेज के जरिये चढ़े के लिए, डिप समाप्त होने तक प्रतीक्षा करना आम बात है क्योंकि अन्यथा उस चरण कोण को जानना संभव नहीं है जहां प्रतिक्रियाशील धारा को इंजेक्ट किया जाना चाहिए।[17] सारांश के रूप में, एक डबल फेड इंडक्शन मशीन एक घाव-रोटर डबल फेड इलेक्ट्रिक मशीन है और पवन ऊर्जा अनुप्रयोगों में पारंपरिक इंडक्शन मशीन की तुलना में इसके कई फायदे हैं। सबसे पहले, चूंकि रोटर सर्किट को पावर इलेक्ट्रॉनिक्स कनवर्टर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, इंडक्शन जनरेटर प्रतिक्रियाशील शक्ति को आयात और निर्यात दोनों करने में सक्षम है। इसका बिजली प्रणाली की स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण परिणाम है और यह मशीन को गंभीर वोल्टेज गड़बड़ी (लो वोल्टेज राइड थ्रू|लो-वोल्टेज राइड-थ्रू; एलवीआरटी) के दौरान ग्रिड का समर्थन करने की अनुमति देता है।[15] दूसरा, रोटर वोल्टेज और धाराओं का नियंत्रण प्रेरण मशीन को ग्रिड के साथ सिंक्रनाइज़ेशन (प्रत्यावर्ती धारा) बनाए रखने में सक्षम बनाता है जबकि पवन टरबाइन की गति भिन्न होती है। एक परिवर्तनीय गति पवन टरबाइन, विशेष रूप से हल्की हवा की स्थिति के दौरान, एक निश्चित गति पवन टरबाइन की तुलना में उपलब्ध पवन संसाधन का अधिक कुशलता से उपयोग करता है। तीसरा, अन्य परिवर्तनीय गति समाधानों की तुलना में कनवर्टर की लागत कम है क्योंकि यांत्रिक शक्ति का केवल एक अंश, आमतौर पर 25-30%, कनवर्टर के माध्यम से ग्रिड को खिलाया जाता है, बाकी को सीधे स्टेटर से ग्रिड को खिलाया जाता है . इसी कारण से डीएफआईजी की दक्षता बहुत अच्छी है।

संदर्भ

  1. ↑ "Generators for wind turbines Standard slip ring generator series for doubly-fed concept from 1.5-3.5 MW" (PDF). ABB. 2014. Retrieved April 24, 2018.
  2. ↑ M. J. Harandi, S. G. Liasi and M. T. Bina, "Compensating Stator Transient Flux during Symmetric and Asymmetric Faults using Virtual Flux based on Demagnetizing Current in DFIG Wind Turbines," 2019 International Power System Conference (PSC), Tehran, Iran, 2019, pp. 181-187, doi:10.1109/PSC49016.2019.9081565.
  3. ↑ M. Niraula and L. Maharjan, “Variable stator frequency control of stand-alone DFIG with diode rectified output”, 5th International symposium on environment-friendly energies and applications (EFEA), 2018.
  4. ↑ S. MÜLLER; S.; et al. (2002). "पवन टर्बाइनों के लिए डबल फेड इंडक्शन जेनरेटर सिस्टम" (PDF). IEEE Industry Applications Magazine. IEEE. 8 (3): 26–33. doi:10.1109/2943.999610.
  5. ↑ L. Wei, R. J. Kerkman, R. A. Lukaszewski, H. Lu and Z. Yuan, "Analysis of IGBT power cycling capabilities used in Doubly Fed Induction Generator wind power system," 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Atlanta, GA, 2010, pp. 3076-3083, doi:10.1109/ECCE.2010.5618396.
  6. ↑ "पावर इलेक्ट्रॉनिक्स - इंजीनियरिंग और प्रौद्योगिकी इतिहास विकी". ethw.org.
  7. ↑ Leonhard, W.: Control of Electrical Drives. 2nd Ed. Springer 1996, 420 pages. ISBN 3-540-59380-2.
  8. ↑ Shively, E. K.; Whitlow, Geo. S. (1932). "परिवर्तनीय अनुपात आवृत्ति परिवर्तकों के लिए स्वचालित नियंत्रण". Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. 51: 121–127. doi:10.1109/T-AIEE.1932.5056029. S2CID 51636516.
  9. ↑ Liwschitz, M. M.; Kilgore, L. A. (1942). "संशोधित क्रेमर या एसिंक्रोनस-सिंक्रोनस कैस्केड वेरिएबल-स्पीड ड्राइव का एक अध्ययन". Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. 61 (5): 255–260. doi:10.1109/T-AIEE.1942.5058524. S2CID 51642497.
  10. ↑ Pfeiffer, A.; Scheidl, W.; Eitzmann, M.; Larsen, E. (1997). "Modern rotary converters for railway applications". Proceedings of the 1997 IEEE/ASME Joint Railroad Conference. pp. 29–33. doi:10.1109/RRCON.1997.581349. ISBN 0-7803-3854-5. S2CID 110505314.
  11. ↑ A. Bocquel, J. Janning: 4*300 MW variable speed drive for pump-storage plant application. EPE Conference 2003, Toulouse.
  12. ↑ "ब्रशलेस डबल-फेड मशीन प्रणाली के अनुसंधान और विकास की स्थिति का अवलोकन". Chinese Journal of Electrical Engineering. Chinese Society for Electrical Engineering. 2 (2). December 2016.
  13. ↑ U.S. Patent 6,448,735
  14. ↑ Niiranen, Jouko (2008). "असममित वोल्टेज डिप राइड-थ्रू परीक्षण में सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति माप के बारे में". Wind Energy. 11 (1): 121–131. Bibcode:2008WiEn...11..121N. doi:10.1002/we.254.
  15. ↑ 15.0 15.1 एम। 2019, पीपी. 464-469, doi:10.1109/PEDSTC.2019.8697267.
  16. ↑ an active crowbar: for example U.S. Patent 7,164,562
  17. ↑ Seman, Slavomir; Niiranen, Jouko; Virtanen, Reijo; Matsinen, Jari-Pekka (2008). "Low voltage ride-through analysis of 2 MW DFIG wind turbine - grid code compliance validations". 2008 IEEE Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century. pp. 1–6. doi:10.1109/PES.2008.4596687. ISBN 978-1-4244-1905-0. S2CID 41973249.


बाहरी संबंध

Retrieved from "https://alpha.indicwiki.in/index.php?title=दोगुनी_बिजली_से_चलने_वाली_मशीन&oldid=281730"