شرح_مبسط_لكرته_المولدavr

#شرح_مبسط_لكرته_المولدavr
منظمات الجهد الاوتوماتيكى للمولدات AVR

يقوم منظم الجهد بالمحافظة على ثبات جهد الخرج للمولد مهما تغير الحمل .وتختلف منظمات الجهد تبعا لنوع المولد ويمكن تقسيم منظمات الجهد بصفة عامة إلى :
1- منظمات جهد لمولدات بدون فرش كربونية وبتغذية ذاتية .
2- منظمات جهد لمولدات بدون فرش كربونية وبتغذية منفصلة .
ولقد استطاعت الشركات المصنعة لمنظمات الجهد إضافة إمكانيات أخرى لهذه المنظمات مثل :
1- تحديد التيار الأقصى لخرج المولد .
2- تخفيض جهد خرج المولد تبعا لمعامل قدرة المولد وهذه الخاصية تسمى Inductive droop وهى مفيدة عند التوصيل على التوازى .
3- تخفيض جهد خرج المولد تبعا لتردد خرج المولد Frequency compensation كما فى الشكل التالى والذى يعرض العلاقة بين النسبة المئوية لجهد أطراف المولد (المحور الرأسى) وتردد المولد (Hz) (المحور الأفقى ) لمولد تردده 50 Hz .

4- دائرة لفصل المولد عند زيادة جهد ملف مجال المولد
Over excitation shut down .
5- دائرة لإعادة المغناطيسية المتبقية للمولدات ذات التغذية الذاتية
Flash over circuit .

يتكون المنظم داخليا من :

1- دائرة الإحساس Sensing circuit
وتتكون من محول يعمل على تخفيض جهد الخرج للمولد التزامنى ثم توحيد خرج المحول بواسطة مجموعة من الموحدات وتنعيم خرج الموحدات بمجموعة من المكثفات والملفات الخانقة .
2- دائرة الخطأ Error detector
وتقوم هذه الدائرة بإيجاد الفرق بين جهد المرجع REF الذى تم معايرته بواسطة مقاومة متغيرة والجهد الخارج من دائرة الاحساس .
3- مكبر الخطأ Error amplifier
ويعمل على تكبير خرج دائرة الخطأ والذى يمثل الفرق بين جهد المرجع والجهد المقابل لخرج المولد Generator .
4- منظم القدرة Power controller
ويكون هذا المنظم إما منظم تناسبى أو منظم تناسبى تكاملى أو منظم تناسبى تفاضلى تكاملى ويعمل على التحكم فى جهد أطراف مجال مولد الإثارة تبعا لخرج مكبر الخطأ .
5- دائرة الاستقرار Stability network
وهذه الدائرة تمنع حدوث تذبذب فى خرج منظم القدرة للوصول لحالة الاستقرار فى جهد خرج المولد .

حيث إن :
1 = أطراف التغذية المرتدة E1 , E2 , E3 : ويتم توصيلها مع محول ثلاثى الأطراف إذا كان جهد أطراف المولد التزامنى يختلف عن الجهد المقنن لمداخل التغذية المرتدة والمعطاة من قبل الشركة ويمكن استخدام محول جهد أحادى الوجه حيث يوصل أطراف ملفه الابتدائى بالأوجه A , C للمولد ويوصل أطراف الملف الثانوى مع الأطراف E1 , E3 .
2 = أطراف المجال F+ , F-: ويتم توصيلها مع ملف مجال مولد الإثارة عبر مقاومة ثابتة يمكن معرفة قيمتها من دليل الاستخدام الخاصبالمنظم .
3 = أطراف إعادة المغناطيسية المتبقية A , F+ : وتوصل مع بطارية ومقاومة وضاغط لإعادة المغناطيسية المتبقية لملف مجال مولد الإثارة عند فقدانها وذلك عند توقف المولد مدة طويلة فى العراء بدون استخدام وذلك بالضغط على الضاغط .
4 = أطراف جهد المرجع 7 , 6 : وتوصل مع مقاومة متغيرة يمكن معرفة قيمتها من دليل استخدام منظم الجهد .
5 = أطراف القدرة الداخلية 3 , 4 : وتوصل مع محول جهد أحادى الوجه بمخارج المولد التزامنى الرئيسى إذا كان الجهد المقنن للقدرة الداخلة يختلف عن الجهد المقنن للمولد التزامنى وتوصل هذه الأطراف مع المفتاح 7 عند فتحه يصبح جهد خرج المولد مساويا 0V .
6 = أطراف التعويض عند توصيل عدة مولدات على التوازى 1 , 2 : وتوصل هذه الأطراف مع محول تيار عند توصيل عدة مولدات تزامنية على التوازى .
والشكل يبين طريقة توصيل محول التيار إذا كان تتابع الأوجه A – B – C (الشكل أ ) وكذلك إذا كان تتابع الأوجه A – C – B .

7 = مفتاح يعمل على فصل التيار عن مولد الإثارة فى حالة الطوارىء ويوصل أطراف دخول القدرة الكهربية للمنظم .

current transformer

محولات التيار current transformer
***************************************************

لأن مقاييس التيار لاتستطيع التعامل عادة" قياس التيارات العالية لتعذر الربط التسلسلي للمقياس مع الحمولات لذلك  يتم استخدام محولات التيار  لتخفيض قيمة التيار بالاعتماد على مبدأ المحولات بهدف قياس شدة التيار المتناوب وكذلك يتم استخدام تلك المحولات لتغذية عدادات قياس القدرة عندما تكون تيارات الحمل المراد قياس القدرة المستهلكة فيه تتجاوز امكانية العداد كذلك يتم استخدام المحول لتغذية اجهزة الحماية
يتكون محول التيار المتناوب من جانبين ابتدائي و ثانوي:
الجانب الابتدائي : يتكون من عدد قليل من اللفات  يمر به المتناوب ذو القيمة المرتفعة  .
الجانب الثانوي : يحتوي بالعادة على عدد كبير من اللفات حول قلب مغناطيسي.

التيار الناتج في الجانب الثانوي يكون اقل من التيار في الجانب الابتدائي حسب نسبة عدد اللفات في القسمين و حسب قيمة التيار الرئيسي و هو بالعادة أقل بكثير من الرئيسي حتى يتم التمكن من قياسه وكذلك يكون هناك انزياح زاوي بين التيار الفرعي والرئيسي أيضا .
وظيفة محول التيار أن يغذي جهاز القياس أو الحماية  بتيار صغير تتناسب قيمته مع التيار الأصلي المار في الدارة , ويفضل دائما أن تكون قيمة تيار الجانب الثانوي في حدود أقل من 5 أمبير في الأحوال الطبيعية , ويتم ذلك باختيار نسبة تحويل معينة تعرف ب (turns ratio) . ولها قيم قياسية أشهرها على سبيل المثال ( 5 : 100 ) , ( 5 : 200 ) , ( 5 : 300 ) . حتي تصل إلى أقصى قيمة عمليا وهي ( 1 : 3000 ) .
وأحد أهم الفروق التي تميز محول التيار عن محولات الاستطاعة او محولات الجهد هو  أن الملف الابتدائي له يدخل على التسلسل في الدارة المراد قياس تيارها .
** توصيل محولات التيار مع أجهزة الحماية
في بعض الأحيان , يتم توصيل الملف الثانوي مباشرة إلى ريلاي الحماية  Relay   , بمعنى استخدام التيار الثانوي مباشرة ليمر في ملف جهاز الحماية وفي أحيان أخرى يتم توصيل مقاومة صغيرة جدا"  بين طرفي الملف الثانوي (تصل إلى جزء من عشرة من الأوم) وينشأ عليها جهد يتناسب مع قيمة التيار المار في الملف الثانوي لمحول التيار ( CT ).
وهذا الأسلوب يستخدم غالبا مع أجهزة الوقاية الرقمية والتي تحتاج إلى تحويل التيار إلى جهد تمهيدا لتحويله إلى أرقام رقمية ( Digital numbers ) بواسطة محول (A / D converter ).
* مكان تركيب محول التيار:
وبالنسبة لمكان توصيل محول التيار في الشبكة ففي الغالب بالنسبة للخطوط على سبيل المثال :
• يتم توصيل محول التيار الخاص بحماية الخطوط بين قضيب التوصيل وبين القاطع الالي  .
• يتم توصيل محول التيار الخاص بحماية قضيب التوصيل بعد القاطع الالي  .
وهذاالترتيب يؤمن أعلى درجة من درجات الحماية , وضمان عدم وجود أي نقطة غير محمية في هذة المنطقة .
يستخدم محول التيار في التطبيقات التالية :
• أجهزة الحماية .
• أجهزة القياس والتحكم .
ومن المهم التأكد على أن محولات التيار المستخدمة مع أجهزة الحماية تتميز بقدرتها على العمل بدقة في مدى واسع للتيار , لأن تيارات الأعطال متغيرة القيمة بشكل واسع .
على عكس محولات التيار المستخدمة في أجهزة القياس حيث يكون لها مدى محدود بهدف الحصول على الدقة المطلوبة .
يتم توصيل طرفي الملف الابتدائي في محولات التيار على التسلسل  داخل الدارة المراد قياس تيارها , في حين يوصل جهاز الحماية او القياس بين طرفي الملف الثانوي ومحول التيار .
ومن المعروف أن تيار الثانوي يتناسب مع تيار الابتدائي طبقا للنظرية العامة للمحولات ,
n هي النسبة بين عدد لفات الملف الثانوي إلى عدد لفات الملف الابتدائي , وهي تسمي ب ( turns ratio ) .
وعند توصيل محول تيار إلى جهاز ما للوقاية أو للقياس له ممانعة  Z , فإن التيار المار بالابتدائي سوف ينشأ فيضا مغناطيسيا ينتج عنه ظهور جهد EMF بين طرفي الثانوي يرمز له بالرمز Es , وهو الذي يتسبب في مرور تيار Is . وبالتالي يظهر على طرفي جهاز الحماية أو القياس جهد قدره Vo
وهذا الجهد الناشئ بين طرفي الملف الثانوي يتناسب طرديا مع معدل تغير الفيض , طع القلب الحديدي .
* من المعروف أن لكل محول تيار منحنى مغناطيسي خاص به يوضح العلاقة بين فرق الجهد الذي ينشأ في الملف الثانوي والتيار المسبب للفيض , وهو التيار المعروف ب Ie . وهذا التيار يمثل جزء صغير من التيار المتولد في الجانب الثانوي , وهو يمر داخل الممانعة الداخلية لمحول التيار Ze التي تظهر ضمن الدارة المكافئة لمحول التيار. ودائما ما يستجر جهاز الحماية / القياس المركب بين طرفي الثانوي الجزء الأكبر من تيار الثانوي .
ويوجد على منحنى المغناطيسية نقطة هامة تسمى نقطة الإنقلاب ( knee point ) . وتعرف هذة النقطة طبقا لل IEC60044 بأنها النقطة التي تتسبب في زيادة قدرها 10 % في قيمة الجهد Es نتيجة ارتفاع قيمة التيار Ie بمقدار 50 % .
وبمعنى آخر, هي النقطة التي يبدأ بعدها محول التيار في دخول مرحلة التشبع, وأغلب محولات التيار يجب أن تعمل في المنطقة الخطية قبل هذه النقطة حتي لا يحدث تشبع للمحول.
من المعروف أن التيار الكهربي المتناوب مصاحب دائما بفيض مغناطيسي متناوب يتناسب طرديا معه , وبالتالي كلما زاد التيار زاد الفيض . ومشكله التشبع تحدث مع الزيادة الكبيرة في قيمة التيار ( أي عند حدوث عطل ) , حيث يتسبب ذلك في نشوء فيض عالي جدا لا يستطيع القلب الحديدي تحملة فيحدث له ما يسمى بالتشبع .
والقلب الحديدي (المغناطيسي)في هذة الحالة يشبة طريق كبير يمر فيه عدد من السيارات , لكن الطريق له قدرة إستيعابية محددة فإذا زاد عدد السيارات به فإن المرور حتما سيتوقف ونقول بأن الطريق قد حدث له تشبع , وهذا تماما ما يحدث في القلب الحديدي حيث يتسبب التشبع في توقف زيادة الفيض العالي , وبالتالي تثبت قيمة الفيض على قيمة معينة ثابتة ( حد التشبع ) بمعنى أن " معدل التغير " في الفيض قد أصبح صغيرا , وبالتالي لا ينشأ أي تيار في الملف الثانوي ( يصل تقريبا إلى الصفر ) .
ويعتبر النقص التدريجي في مركبة التيار المستمر ( DC component ) هي أحد العوامل الأساسية في تشوه قيمة تيار الثانوي مقارنة بالتيار الابتدائي وتتوقف قيمتها على لحظة القفل وعلى قيمة المقاومة R والمعاوقة X الموجوده في الدارة .
بينما تتوقف مدة بقائها على قيمة المقاومة R والمعاوقة X فقط .
* مشكلة فتح دارة الثانوي في محول التيار:
عند توصيل مصدر كهربائي على الجانب الابتدائي للمحول فإنه تنشأ قوة دافعة مغناطيسية mmf , تقوم بدفع الفيض في القلب الحديدي , ثم يقطع هذا الفيض ملفات الثانوي فينشأ فيه تيار ثانوي , ثم يقوم التيار الثانوي بتوليد mmf جديدة ومعاكسة لتلك الموجودة في الابتدائي .
وفي حالة فتح دارة الثانوي في محول التيار , فلن تنشأ أي mmf مضادة لتلك المتولدة في الابتدائي , وبالتالي تكون كل mmf في الابتدائي مركزة على القلب فقط , ويظهر جهد عالي على أطراف المحول بسبب مرور كل تيار الابتدائي المعاوقةالموازية Ze . وهذا الجهد العالي يمثل خطورة ليس فقط على المحول وإنما على الأشخاص المتعاملين مع هذة المحولات.
ولذا فإنه من الضروري أن لا يتم نزع جهاز الحماية من الجانب الثانوي لمحول التيار لأي سبب من الأسباب , وفي حال الحاجة يتم استبدال جهاز الحماية بدارة قصر short cicuit على أطراف الثانوي للمحول . وبالتالي يظل هناك تيار في الثانوي وتظل هناك mmfمعاوقة لتلك الموجودة في الابتدائي , فلا يرتفع الجهد على أطراف محول التيار .
** تأثير الحمل على محول التيار:
يتم تعريف الحمل على أنه قيمة load الموجودة في دارة الجانب الثانوي للمحول ( هذا التعريف يصلح لمحولات الجهد ومحولات التيار معا ) . وأحيانا ( خاصه مع محولات التيار ) يشار إليه على أنه قيمة الحمل أو المعاوقة الموجودة في دارة الملف الثانوي للمحول .
وفي الغالب يعرف الحمل لمحول التيار بالفولت أمبير وليس بالأوم , ولكن بالطبع هما متكافئان ويمكن إستنتاج أحدهما بدلاله الآخر . فعلي سبيل المثال :
محول التيار الذي يتحمل حمل قدرة 12.5 فولت أمبير وتياره الطبيعي في الثانوي يساوي 5 أمبير , يمكنه في الواقع تحمل توصيل حمل قدره 0.5 أوم . بقسمة القدرة على مربع التيار .
وبصفة عامة فإن الحمل من النقاط الهامة التي يجب أن تؤخذ بعين الإعتبار عند اختيار محول التيار . وهي تشمل :
• مقاومة الأسلاك بين المحول وجهاز القياس او الحماية .
• مقاومة جهاز الحماية .
وعلى ضوء قيمة هذة المعاوقة التي يراها محول التيار في دارة الملف الثانوي فإنه من الممكن تحديد إلى أي مدى يمكن استخدام هذا المحول في مجال القياسات العامة أو مجال الحماية .
وكلما كان جهاز الحماية يمثل حمل صغير كلما كان ذلك أفضل , لأننا لن نحتاج في هذة الحالة إلى محول ذي قدرة عالية . وهذة إحدى الميزات العديدة لأجهزة الحماية الرقمية ( أنها تمثل حمل صغير مقارنة بأنواع أجهزة الحماية التقليدية ) .

من أهم الكميات التي يجب توصيفها بدقة مع محول التيار :
• الحمل ويعرف بالفولت أمبير ( VA ) والقيم التالية تعبر عن أشهر القيم المستخدمة : ( 2.5 , 5 , 7.5 , 10 , 15 , 30 ) فولت أمبير .
• أقصى تيار يتحملة وغالبا يشار إلى أقصى تيار في الجانب الابتدائي .
• أقصى تيار في مدة وجيزة وغالبا يشار إلى تيار الثانوي , وتكون المدة المحسوب عليها أقصى تيار تتراوح بين نصف ثانية وثلاث ثوان .
• تيار الثانوي الاسمي وغالبا ما يكون 1 أو 2 أو 5 أمبير . وإذا زادت المسافة بين محول التيار وبين أجهزة الحماية عن 30 متر فإننا نستخدم تيارا ثانويا يساوي 1 أمبير .
• نسبة التحويل وأقصاها عمليا هي 1 : 3000 , وبالطبع هناك قيم أصغر من ذلك .
• النوع ومن أشهر الأنواع المستخدمة في الحماية 10P , 5P بالإضافة إلى class X الذي يستخدم غالبا مع أجهزة الوقاية التفاضلية وذلك طبقا للمواصفات البريطانية BS . وكلما كانت الدقة المطلوبة عالية , كلما كان الجهاز المستخدم برقم أصغر .
لدى IEC مسميات أخرى وهي TPX , 10P , 5p , TPZ , TPY .
• معامل التشبع وهو مقياس لأقصى تيار يمر في الجانب الابتدائي دون أن تتأثر دقة القراءة في الجانب الثانوي .
وبمعنى آخر هو أقصى تيار يمر في الابتدائي قبل أن يتشبع القلب , ويتشوه تيار الثانوي .
****الإختبارات الأساسية لمحول التيار:
هناك ثلاثة إختبارات أساسية  يجب إجراؤها قبل البدء في إدخال محولات التيار في الخدمة وهي :
1. اختبار القطبية .
2. اختبار قيمة نسبة التحويل .
3. اختبار منحني المغناطيسية .

*** إختبار قيمة نسبة التحويل:
ويعتبر اختبار نسب التحويل هو أسهل هذه الإختبارات حيث يوصل جهد على أحد الجانبين ويقاس الجهد الناتج في الجانب الآخر بغرض التأكد من دقة التحويل وعندها نقول أن الثانوي يمثل بصدق ما يحدث في الابتدائي .

***إختبار القطبية:
للتأكد من صحة القطبية قبل توصيل محول التيار يمكن إجراء إختبار فليكر ( flicker Test ) حيث يتم توصيل فولتميتر بين طرفي الثانوي لمحول التيار , بينما توصل بطارية جهد 6 فولت بين طرفي الابتدائي . فعند توصيل البطارية في الدائرة ينحرف مؤشر الفولتميتر إلى الجهة الموجبة , وعند فصل البطارية ينعكس في الاتجاه الآخر , وبذلك يتم معرفة الطرف الموجب من الطرف السالب .
***إختبار منحني المغناطيسية:
ويحتاج هذا الاختبار إلى جهاز جهد متغير ( Variac ) مع أجهزة لقياس التيار والجهد . ويتم تغذية أطراف الجانب الثانوي بالجهد المتغير من الفارياك مع قياس التيار الذي ينشأ في الجانب الثانوي , علما بأن الجانب الابتدائي يظل مفتوحا بدون أي حمل أثناء الاختبار .
ويبدأ الاختبار بزيادة تدريجية للجهد حتي نصل إلى نقطة عندها تتسبب أي زيادة طفيفة في الجهد في زيادة ضخمة في التيار , وهي ما تسمي بنقطة الإنقلاب . وعندها يبدأ تسجيل القراءات حيث يتم خفض قيمة الجهد تدريجيا وتسجيل قيم التيار المقابلة لكل قيمة من قيم الجهد ورسم المنحنى . مع التأكد من وصول الجهد إلى صفر في النهاية للتأكد من حدوث نزع للمغنطة الموجودة في القلب

 .https://youtu.be/-pogTo2n0TA

قياس التيار

لقياس التيار المارفى الدائرة الكهربائية لاى حمل قلنا سابقا انه بيتم توصيل اميتر توالى مع الدائرة بدون محول تيار نظرا لصغر الحمل اما فى الاحمال الكبيرة بيتم توصيل الاميتر ولكن مع محول تيار تختلف نسب محول التيار فيوجد 200وو300 وو400 .....الخ 

وبيكون نسبة تحويل التيار احيانا 5 وده بيكون فى الجهد المنخفض يعنى 200/5 

اذا مر تيار فى الملف الابتدائى 200 امبير والملف الابتدائى هنا الى هو الفازة الى بيمر من داخل محول التيار فيمر 5 امبير فى الملف الثانوى الموصل توالى مع الاميتر ..والاميتر يقراء هنا 200 امبير 

وبيكون نسبة تحويل التيار احيانا فى الجهد المتوسط احيانا 5 امبير واحيانا 1 امبير وخصوصا فى دوائر 33...66 ...الخ وذلك فى شبكات الجهد العالى فكلما ذادت مسافة بين محول التيار واجهزة الاميتر بيتم تقليل نسبة التحويل وذلك بسب الفقد حتى لا يتم فقد جزء من التيار المتحول ..فبيستخدم محول تيار مثلا 600/1 اوو1200/1 ....

والصورة المرفقة لتوصيلة محولات تيار مع اجهزة الاميتر للضغط المنخفض بنسبة تحويل 200/5 امبير