कैसे परमाणु चुंबक जनरेटर (PMG) परिवर्तनशील घूर्णन गति की स्थितियों के तहत स्थिर शक्ति आउटपुट प्राप्त करता है

एक स्थायी चुंबक जनरेटर पीएमजी अपने शाफ्ट की गति बदलने पर स्वयं स्थिर वोल्टेज और आवृत्ति उत्पन्न नहीं करता है। एक पवन, सूक्ष्म-जल विद्युत, इंजन-चालित या अन्य परिवर्तनशील-गति प्रणाली में, घूर्णन गति जनरेटर के कच्चे विद्युत आउटपुट को बदल देती है। बैटरी, इन्वर्टर, लोड बस या ग्रिड कनेक्शन पर स्थिर बिजली, स्थायी चुंबक जनरेटर पीएमजी को एक नियंत्रित शक्ति-परिवर्तन प्रणाली के एक भाग के रूप में संभालने से प्राप्त होती है।

यह अंतर दूरस्थ और ऑफ-ग्रिड परियोजनाओं में महत्वपूर्ण है। एक जनरेटर का नामपट्टिका एक नामित संचालन बिंदु का वर्णन कर सकता है, लेकिन स्थल कई बिंदुओं पर संचालित होता है। व्यावहारिक प्रश्न यह नहीं है कि 'क्या जनरेटर बिजली बनाता है?', बल्कि यह है कि 'क्या पूर्ण प्रणाली बदलती हुई यांत्रिक शक्ति को पकड़ सकती है, विद्युत सीमाओं को सुरक्षित रख सकती है, और लोड को उपयोगी ऊर्जा प्रदान कर सकती है?'

क्यों कच्चा PMG आउटपुट घूर्णन गति के साथ बदलता है

एक स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) अलग से उत्तेजित रोटर क्षेत्र वाइंडिंग के बजाय रोटर चुंबकों का उपयोग करता है। जब रोटर घूमता है, तो उसका चुंबकीय क्षेत्र स्टेटर वाइंडिंग्स को काटता है और प्रत्यावर्ती वोल्टेज प्रेरित करता है। अधिक गति का अर्थ आमतौर पर यह होता है कि चुंबकीय क्षेत्र प्रति सेकंड स्टेटर वाइंडिंग्स को अधिक बार पार करता है, इसलिए आउटपुट आवृत्ति बढ़ जाती है। प्रेरित वोल्टेज भी आमतौर पर गति के साथ बढ़ता है, जब तक कि डिज़ाइन सीमाएँ और लोड प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं हो जाते।

इसीलिए एक परिवर्तनशील-गति टर्बाइन सामान्यतः जनरेटर के टर्मिनलों को सीधे एक निश्चित-वोल्टेज AC लोड पर नहीं जोड़ सकता। कम गति पर वोल्टेज अपर्याप्त हो सकता है; उच्च गति पर वोल्टेज उस सीमा से अधिक हो सकता है जिसे नीचे के उपकरणों द्वारा स्वीकार किया जा सकता है। एक बदलता हुआ विद्युत लोड एक और परत जोड़ता है: धारा आकर्षण वाइंडिंग्स और केबल में वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न करता है, जबकि अत्यधिक धारा ऊष्मा उत्पन्न करती है।

महत्वपूर्ण सुधार यह है कि परिवर्तनशील कच्चा आउटपुट अस्थिर उपयोगी शक्ति का अर्थ नहीं रखता है। इसका अर्थ है कि स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) इसे एक विद्युत इंटरफ़ेस की आवश्यकता होती है जो शाफ्ट-गति के परिवर्तन को अनुप्रयोग द्वारा आवश्यक वोल्टेज और आवृत्ति से अलग कर दे।

जो नियंत्रण श्रृंखला चर पीढ़ी को स्थिर शक्ति में बदलती है

अधिकांश आधुनिक चर-गति प्रणालियों में, नियंत्रण श्रृंखला के पाँच कार्य होते हैं: जनरेटर के चर-आवृत्ति एसी को परिवर्तित करना, एक नियंत्रित ऊर्जा बफ़र स्थापित करना, आउटपुट का नियमन करना, उपलब्ध यांत्रिक शक्ति के साथ मिलान करना, और उपकरण की सुरक्षा करना। बैटरी चार्जिंग, स्वतंत्र एसी, और ग्रिड-कनेक्टेड अनुप्रयोगों के लिए ठीक टॉपोलॉजी भिन्न होती है, लेकिन तर्क समान रहता है।

1. जनरेटर आउटपुट को दिष्टकारी करना

एक तीन-चरणीय स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) सामान्यतः एक डायोड ब्रिज या एक सक्रिय रूप से नियंत्रित दिष्टकारी को फीड करता है। दिष्टकरण चर-आवृत्ति एसी को डीसी में बदल देता है। एक निष्क्रिय ब्रिज सरल है, जबकि एक सक्रिय दिष्टकारी नियंत्रक को जनरेटर धारा और टॉर्क पर अधिक नियंत्रण प्रदान करता है। कोई भी विकल्प वास्तविक संचालन सीमा के अनुसार केबल, तापीय पथों और सुरक्षा के आकार को निर्धारित करने की आवश्यकता को समाप्त नहीं करता है।

2. डीसी लिंक को स्थिर करें

दिष्टकरण के बाद, संधारित्र—और कुछ प्रणालियों में बैटरियाँ या एक डीसी/डीसी चरण—एक डीसी लिंक बनाते हैं। यह चरण अल्पकालिक तरंगाकारता को अवशोषित करता है और एक नियंत्रक को लक्ष्य डीसी वोल्टेज सीमा बनाए रखने देता है। पीएमजी–दिष्टकारी नियंत्रण पर शोध ने विभिन्न जनरेटर लाइन आवृत्तियों के दौरान नियंत्रित डीसी-लिंक व्यवहार को प्रदर्शित किया है; यह नियंत्रण वास्तुकला का एक उदाहरण है, प्रत्येक परियोजना के लिए सार्वभौमिक वोल्टेज सेटपॉइंट नहीं।

इसलिए एक स्थायी चुंबक जनरेटर (पीएमजी) को अंतिम उपयोगकर्ता को स्थिर डीसी बस देखने के लिए एक निश्चित आरपीएम पर घूमने की आवश्यकता नहीं होती है। कनवर्टर बस वोल्टेज, धारा, गति या विद्युत आवृत्ति और तापमान का अवलोकन करता है, फिर अनुमत सीमाओं के भीतर अपने स्विचिंग या लोडिंग व्यवहार में परिवर्तन करता है।

3. अंतिम उपयोग के लिए उलटें या परिवर्तित करें

बैटरी प्रणालियों के लिए, चार्ज कंट्रोलर या डीसी/डीसी कनवर्टर चार्जिंग धारा को समायोजित करता है और अधिक-वोल्टेज को रोकता है। निश्चित एसी लोड के लिए, इन्वर्टर डीसी लिंक से आवश्यक वोल्टेज और आवृत्ति का संश्लेषण करता है। ग्रिड-कनेक्टेड प्रणालियों के लिए, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स वितरित तरंग रूप को ग्रिड के साथ समकालिक करते हैं और कनेक्शन नियमों का पालन सुनिश्चित करते हैं। स्थिर ५० हर्ट्ज़ या ६० हर्ट्ज़ का आउटपुट इन्वर्टर-नियंत्रित इंटरफ़ेस का होता है, चर-गति स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) के कच्चे टर्मिनल्स का नहीं।

लोड नियंत्रण कैसे आउटपुट स्थिरता और जनरेटर दोनों की रक्षा करता है

विद्युत लोडिंग यांत्रिक लोडिंग भी होती है। जब कंट्रोलर अधिक धारा खींचता है, तो शाफ्ट का विरोध करने वाला विद्युतचुंबकीय टॉर्क बढ़ जाता है। जब वह कम धारा खींचता है, तो प्राइम मूवर त्वरित हो सकता है। इससे एक स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) प्रणाली को एक उपयोगी नियंत्रण साधन प्राप्त होता है: जनरेटर धारा को निर्देशित करें ताकि टरबाइन, इंजन या हाइड्रोलिक रनर उचित संचालन बिंदु के पास बना रहे, जबकि डीसी बस अपनी अनुमेय सीमा के भीतर बनी रहे।

अधिकतम-शक्ति-बिंदु ट्रैकिंग इसका एक उदाहरण है। परिवर्तनशील वायु में, एक एमपीपीटी नियंत्रक एक उपयुक्त संचालन बिंदु का अनुमान लगाता है या उसे मापता है और ऊर्जा को पकड़ने के लिए विद्युत भार को समायोजित करता है, बिना रोटर को अक्षम गति पर बाध्य किए। यह कोई जादू नहीं है: यदि वायु संसाधन या यांत्रिक इनपुट कम है, तो नियंत्रक नामांकित शक्ति का उत्पादन नहीं कर सकता। यह उपलब्ध ऊर्जा को अधिक उपयोगी बना सकता है और प्रणाली को किसी अनुचित निश्चित-गति लक्ष्य का पीछा करने से रोक सकता है।

श्रेणी के दूसरे छोर पर, एक स्थायी चुंबक जनरेटर (पीएमजी) स्थापना को अतिगति और अतिवोल्टेज रणनीतियों की आवश्यकता होती है। प्राइम मूवर और परियोजना डिज़ाइन के आधार पर, इनमें ब्लेड पिच या फर्लिंग नियंत्रण, एक यांत्रिक ब्रेक, एक विचलन या डम्प लोड, कनवर्टर धारा सीमाएँ और नियंत्रित शटडाउन शामिल हो सकते हैं। डिज़ाइन को इन्हें समन्वित करना चाहिए; किसी एक घटक पर असामान्य स्थिति को संभालने के लिए पूर्ण निर्भरता खराब प्रथा है।

जहाँ स्थायी चुंबक मोटर (पीएमएसएम) सिद्धांत फिट होते हैं

एक स्थायी चुंबक मोटर (पीएमएसएम) और एक पीएमजी एक ही स्थायी चुंबक विद्युत चुंबकीय आधार को साझा करते हैं, लेकिन उनकी ऊर्जा की दिशा अलग होती है। एक पीएमएसएम सामान्यतः नियंत्रित विद्युत शक्ति प्राप्त करता है ताकि शाफ्ट पर बलाघूर्ण उत्पन्न किया जा सके; एक जनरेटर शाफ्ट पर बलाघूर्ण प्राप्त करता है ताकि विद्युत शक्ति उत्पन्न की जा सके। सदिश नियंत्रण का वही सिद्धांत लागू होता है: स्टेटर धारा को नियंत्रित करना विद्युत चुंबकीय बलाघूर्ण को प्रभावित करता है। एक जनरेटर प्रणाली में, यह संबंध कनवर्टर को रोटर पर भार को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।

यह संबंध ड्राइव-जनरेटर पैकेज के विनिर्देशन के समय उपयोगी होता है। नियंत्रण टीमों को ध्यान रखना चाहिए कि संवेदन, फर्मवेयर मोड, दोष व्यवहार और तापीय मान्यताओं की पुष्टि कर ली जाए, बजाय इस धारणा के कि एक स्थायी चुंबक मोटर (पीएमएसएम) के लिए कॉन्फ़िगर किया गया कंट्रोलर स्वतः ही जनरेटर संचालन को संभाल लेगा। हार्डवेयर संबंधित हो सकता है, लेकिन संचालन के उद्देश्य और सुरक्षा तर्क समान नहीं हैं।

आउटपुट को “स्थिर” कहने से पहले क्या सत्यापित करना है

एक स्थिर स्थायी चुंबक जनरेटर (पीएमजी) प्रणाली की जाँच पूरी प्रणाली के रूप में की जानी चाहिए, केवल जनरेटर के डेटाशीट के आधार पर नहीं। प्राइम मूवर की गति सीमा और टॉर्क वक्र से शुरुआत करें। फिर अपेक्षित जनरेटर वोल्टेज और आवृत्ति सीमा, रेक्टिफायर या कन्वर्टर की रेटिंग, डीसी-लिंक सीमाएँ, केबल वोल्टेज ड्रॉप, बैटरी स्वीकृति सीमाएँ या इन्वर्टर आवश्यकताएँ, ग्राउंडिंग और दोष सुरक्षा का दस्तावेजीकरण करें।

• वास्तविक गति एनवेलॉप को मापें: एकल नाममात्र आरपीएम के स्थान पर सामान्य, झोंके, प्रारंभ और दोष स्थितियों की पुष्टि करें।
• रूपांतरण चरणों की एक साथ जाँच करें: सुनिश्चित करें कि रेक्टिफायर, डीसी लिंक, नियंत्रक और इन्वर्टर संगत वोल्टेज और धारा सीमाओं को साझा करते हैं।
• लोड चरणों का परीक्षण करें: लोड में अचानक परिवर्तन के समय डीसी-बस पुनर्प्राप्ति, आउटपुट तरंग रूप, धारा सीमांकन और तापमान का अवलोकन करें।
• अतिरिक्त ऊर्जा की योजना बनाएँ: यह निर्दिष्ट करें कि जब यांत्रिक इनपुट लोड या बैटरी स्वीकृति से अधिक हो जाता है, तो क्या होता है।
• स्थापना को शुरू करें: वायरिंग प्रतिरोध, कनेक्टर की गुणवत्ता, अर्थिंग और नियंत्रण सेटिंग्स की जाँच करें; प्रणाली के नुकसान को एक जनरेटर समस्या के रूप में गलती से समझा जा सकता है।

सही स्थिरता रणनीति का चयन करना

हर स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) के लिए एक सार्वभौमिक नियंत्रण पैकेज नहीं होता है। एक संक्षिप्त बैटरी-चार्जिंग प्रणाली में दिष्टकरण, एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए चार्ज नियंत्रक और एक विचलन भार का उपयोग किया जा सकता है। एक दूरस्थ एसी माइक्रोग्रिड को एक मज़बूत डीसी लिंक, इन्वर्टर नियंत्रण और भंडारण समन्वय की आवश्यकता हो सकती है। एक ग्रिड-कनेक्टेड पवन प्रणाली के लिए एक समकालिकता के लिए डिज़ाइन किए गए, ग्रिड-कोड व्यवहार और सुरक्षा के लिए अनुकूलित कनवर्टर की आवश्यकता होती है।

दूरस्थ, द्वीप, पर्वतीय और वितरित-ऊर्जा परियोजनाओं के लिए, सबसे विश्वसनीय विनिर्देश चर्चा साइट के डेटा से शुरू होती है: गति सीमा, यांत्रिक इनपुट प्रोफ़ाइल, वातावरणीय स्थितियाँ, केबल की दूरी, भंडारण, लोड और सेवा तक पहुँच। एक आपूर्तिकर्ता जिसके पास अनुप्रयोग-विशिष्ट डिज़ाइन और वाइंडिंग क्षमता हो, उसे जनरेटर वोल्टेज, फ़ेज़, तापीय डिज़ाइन और नियंत्रक संगतता को उन स्थितियों के अनुरूप बनाने में सहायता कर सकता है। यह प्रक्रिया एक स्थायी चुंबक जनरेटर (PMG) को एक स्थिर बिजली प्रणाली का हिस्सा बना देती है, न कि एक अलग घटक जिससे अपने आप हर प्रकार की भिन्नता का समाधान करने की अपेक्षा की जाती है।

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