موارد استفاده از کوپله دیزل ژنراتور

برای تولید انرژی الکتریکی و سیستم‌های بزرگ ثابت الکتریکی، کوپله دیزل ژنراتور شامل یک موتور الکتریکی است که به‌صورت مکانیکی به یک ژنراتور الکتریکی (یا آلترناتور) متصل شده است. موتور با استفاده از جریان الکتریکی ورودی کار می‌کند در حالی که ژنراتور جریان خروجی الکتریکی را تأمین می‌کند و برق به‌صورت گشتاور مکانیکی بین دو ماشین در جریان است. این فرآیند، ایزولاسیون الکتریکی و مقداری هم بافر برق بین دو سیستم الکتریکی را فراهم می‌کند.

یکی از استفاده‌های کوپله دیزل ژنراتور از بین بردن فرود و فراز و بی‌ثباتی در «برق کثیف» (تقویت کیفیت برق) و یا تأمین تطابق فاز بین سیستم‌های الکتریکی متفاوت است.

 

چرخ لنگر-ژنراتور

استفاده دیگر از کوپله دیزل ژنراتور بافر کردن بار اضافه بر روی سیستم برق است. برای نمونه، دستگاه‌های توکامک همجوشی، بار اضافه بسیار زیادی بر سیستم تحمیل می‌کنند اما بار نسبتاً متوسطی در شبکه الکتریسیته دارند. مدل DIII-D توکامک نصب شده در جنرال اتمیکس، PLT در آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون و سنکروترون نمرود در آزمایشگاه اپلتون راترفولد نمونه‌هایی هستند که هرکدام از چرخ لنگرهای بزرگ بر روی تعدادی سکوی کوپله دیزل ژنراتور استفاده کرده‌اند تا بار تحمیلی بر سیستم الکتریسیته را متعادل کنند: قسمت موتوری دستگاه به آهستگی یک چرخ لنگر بزرگ را شتاب می‌دهد تا انرژی ذخیره شود که به‌سرعت در یک تست همجوشی مصرف می‌شود در حالی که قسمت ژنراتوری دستگاه به‌عنوان ترمز بر روی چرخ لنگر عمل می‌کند. نمونه دیگر، نسل بعدی ناوهای هواپیمابر ارتش دریایی آمریکا (EMALS) هستند که از یک سکوی کوپله دیزل ژنراتور-چرخ لنگر استفاده خواهند کرد تا بلافاصله برق را برای پرواز هواپیماهای جنگی باقدرتی بیش از ظرفیت ژنراتور نصب شده در کشتی، تأمین کنند.

 

تبدیل‌ها

کوپله دیزل ژنراتورها شاید برای تبدیل‌های متفاوت استفاده شوند که شامل موارد زیر است:

تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC)

تبدیل  DC به AC

تبدیل DC در یک ولتاژ به DC در یک ولتاژ دیگر (دیناموتور که مخفف دینامو و موتور است)

ایجاد یا متعادل‌سازی یک سیستم 3 فاز

تبدیل AC در یک فرانس به AC در یک فرکانس هارمونیک دیگر

تبدیل AC در یک ولتاژ ثابت به AC در یک ولتاژ متغیر

تبدیل AC  تک فاز به AC سه فاز

 

تأمین برق جریان متناوب با ولتاژ متغیر

قبل از اینکه قوانین ولتاژ برق جریان متناوب تنظیم‌شده بود یا حتی مقرون‌به‌صرفه بود، کوپله دیزل ژنراتورها برای تأمین جریان متناوب برق با ولتاژ متغیر استفاده می‌شدند. ولتاژ جریان مستقیم وارده بر آرماتور ژنراتور به‌صورت دستی یا الکتریکی متغیر بود تا ولتاژ خروجی کنترل شود. هنگامی‌که کوپله دیزل ژنراتور به این صورت استفاده می‌شد، معادل یک ترانسفورماتور ایزوله عمل می‌کرد.

 

ماشین‌های فرکانس بالا

آلترناتور الکساندرسون یک آلترناتور موتوری فرکانس بالاست که انرژی فرکانس رادیویی ایجاد می‌کند. در روزهای ابتدایی ارتباطات رادیویی، موج حامل فرکانس بالا باید به‌صورت مکانیکی و از طریق آلترناتور تولید می‌شد که بسیاری از قطب‌ها با سرعت‌بالا کار می‌کردند. آلترناتورهای الکساندرسون موج RF 600 کیلوهرتز تولید می‌کردند که حتی مدل‌های بزرگ می‌توانستند خروجی برقی تا 500 کیلووات داشته باشند. با وجودی که در 3 دهه ابتدایی قرن بیستم، مبدل‌های الکترومکانیکی به‌صورت مستمر برای مخابره امواج بلند استفاده می‌شدند، تکنیک‌های الکترونیکی در فرکانس‌های بالاتر ضروری بودند. به همین دلیل آلترناتور الکساندرسون به‌صورت عمده با اُسیلاتور لامپ خلأ در دهه 1920 جایگزین شد.

 

افزایش توان عبور از قطعی برق

کوپله دیزل ژنراتورها در مواقعی که جریان ورودی و خروجی اساساً یکسان هستند، استفاده می‌شوند. در این مواقع، اینرسی مکانیکی کوپله دیزل ژنراتور برای فیلتر کردن انرژی گذرای جریان ورودی استفاده می‌شود. جریان الکتریکی خروجی می‌تواند بسیار تمیز یا بی‌صدا باشد و می‌تواند در مواقع قطعی برق یا تغییرات انرژی ورودی به کوپله دیزل ژنراتور به کار ادامه دهد. این فرآیند می‌تواند به‌راحتی، انتقال از منبع برق شهری به برق جریان متناوب تولید شده توسط یک کوپله دیزل ژنراتور را ممکن کند.

کوپله دیزل ژنراتور ممکن است که شامل یک چرخ لنگر بزرگ برای بهبود توان عبور خود (در زمان قطعی برق) باشد اما در این مورد باید توجه داشت که کوپله دیزل ژنراتور به مقدار بسیار زیادی جریان برای روشن شدن مجدد احتیاج دارد، مخصوصاً اگر قبل از خروج، گشتاور حاصل‌شده است که منجر به خاموشی می‌شود؛ اما این جریان هجومی در زمان وصل مجدد به فاکتورهای زیادی بستگی دارد. برای نمونه، یک کوپله دیزل ژنراتور 250 کیلوولت آمپر که با 300 آمپر ظرفیت کامل کار می‌کند، پس از 5 ثانیه به 1550 آمپر جریان هجومی در طول یک وصل مجدد نیاز دارد. این نمونه از یک چرخ لنگر ثابت استفاده کرده است تا نتیجه‌ای با سرعت چرخشی 0.5 هرتز در ثانیه داشته باشد و کوپله دیزل ژنراتور هم از نوع عمودی 2 یاتاقانِ روغنی بوده است.

در مراکزی که نیاز به کنترل دقیق تابش الکترومغناطیسی دارند و یا مواردی که ایزولاسیون بالا در مقابل ولتاژهای گذرا موردنیاز است، ممکن است که موتورها و ژنراتورها با یک شَفت نارسانا جفت شوند.