Fly wheel UPS

Fly wheel UPS - conversion of a generator

2007-12-31T23:29:00.000-08:00

הסבת דיזל גנרטור למערכת אל- פסק סובב
AFEKA PR ME DE IE TJ 163 163 25 Power resources

הוגש ע"י

אלישיב עידו ,עבודת גמר ב אפקה המכללה האקדמית להנדסה בת"א , הנדסת מכונות ומערכות

Submitted by

Elyashiv Ido, Final Project - AFEKA Tel-Aviv academic college of engineering

מנחה

משה תשובה moshe@4id.co.il

Advisor

Moshe Teshova mailto:moshe@4id.co.il

תמצית

מערכת UPS סובבת היא מערכת הבאה ליצור מצב שאין הפסקת חשמל אפילו לעשירית שניה. המערכת מבוססת על גנרטור , מנוע חשמלי וגלגל תנופה.המערכת בנויה לתת מענה למערכות גדולות או בעלות רגישות לשינויי מתח ותדר.עוד...

Abstract

Flywheel energy storage systems store kinetic energy (i.e. energy produced by motion) by constantly spinning a compact rotor in a low-friction environment. When short-term back-up power is required (i.e. when utility power fluctuates or is lost), the rotor's inertia allows it to continue spinning and the resulting kinetic energy is converted to electricity.Flywheel Technology integrates the function of a motor, flywheel rotor and generator into a single integrated system. The motor, which uses electric current from the utility grid to provide energy to rotate the flywheel, spins constantly to maintain a ready source of kinetic energy. The generator then converts the kinetic energy of the flywheel into electricity. This integration of functionality reduces the cost and increases product efficiency. more

תוכן הענינים
Abstract תקציר
Aims מטרות
סקר ספרות ומקורות
תיאור מצב קיים
חלופות
תכנון ראשוני
אלגוריתמים ומבני נתונים
דוגמת הרצה
ניתוח יעילות
טכנולוגיות – סביבת הפרויקט
אבטחה
פיתוחים עתידיים
סיכום
רשימת מקורות
נספחים

מילות מפתח

חשמל אל-פסק גנרטור מנוע

Keywords

Generator UPS fly-wheel Power-Plant electricity conversion

Zvi Schwartzman

Alternatives חלופות ומצב קיים

2007-12-25T09:30:00.000-08:00

סקירת מערכות קיימות בשוק:

ניתן לחלק את המערכות המספקות חשמל חילופי בזמן הפסקת חשמל למספר סוגים שונים:

א. מערכת רגילה, המספקת חשמל כ 7-10 שניות מרגע הפסקת החשמל ברשת חברת החשמל (לדוגמת גנראטור חדיש בעל לוח חשמל ובקרה מתאים ).
ב. מערכת SHORT BREAK , המספקת חשמל כ 2-4 שניות מרגע הפסקת הספקת החשמל ברשת חברת החשמל.
ג. מערכות המספקות חשמל ללא שום הפסקת חשמל ((NO BREAK הנקראות מערכות אל-פסק מסוגים שונים .
U.P.S-UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY

מערכות מהסוג הראשון משמשות בד"כ לאספקת חשמל לצרכנים כגון: מעליות , תאורה, מזוג אויר ,מפעלים ,בנייני מגורים וכיו"ב . מופעלות בד"כ ע"י גנראטור שזמן התגובה שלו הוא כ 7-10 שניות מרגע "נפילת" הרשת , וקבלת הפקודה לגנראטור להיכנס לעבודה , ועד שהגנראטור מסוגל לקחת את כל העומס עליו.

מערכת מהסוג של - SHORT BREAK דומה מאוד מבחינה טכנית למערכת מהסוג הראשון אולם קיימים בה מספר שינויים המאפשרים התנעה מהירה של הדיזל גנראטור והתייצבות מהירה של המתח ולקיחת העומס מהר יותר .
ואלו הם:
א. במקום להניע את המנוע בעזרת סטרטר אחד משתמשים בשניים.
ב. מחממים את מנוע הדיזל כל הזמן.
ג. סחרור שמן
ד. גלגל תנופה קטן (אופציונאלי).
השינויים הנ"ל הקיימים במערכת SHORT BREAK , מאפשרים לקצר את זמן הפסקת חשמל.

***למערכות שאינן סובלות הפסקה כלל צריך אל-פסק כלשהו :

את מערכות האל-פסק ניתן לחלק לשני סוגים עקריים.

האחד מערכת אל-פסק סטטית.
השנייה מערכת אל-פסק דינאמית/ רוטטיבית (סובבת) .

עקרון פעולה של מערכת אל-פסק סטטי מסוג זה הוא: מתח הרשת מומר ע"י מיישר למתח D.C
מתח זה משמש לטעינת מצברי ניקל קדיום . הזרם הישר מומר לזרם חילופין ע"י אינוורטור .
(ממיר ממתח DC למתח (ACוזה מסופק לצרכן.
הבעיה במערכת זו היא שמתח החילופין המסופק לצרכן אינו סינוס נקי הוא בנוי מ- 4 עד12 מדרגות במה שמכונה גל מרובע.

החיסרון הגדול ביותר של מערכות סטטיות אלו הוא בכך שהם דורשות מספר רב של מצברים כאשר כל מצבר תופס נפח גדול יחסית (600x300x500 מ"מ) ומייצר 6V-24V ( אנו זקוקים למתח של 400V ולכן נזדקק ל100- 200 מצברים, 400 נעלי כבל ו-200 חוטי חיבור שחלקם יחוברו בטור וחלקם במקביל כדי להעלות גם את הזרם ), לכן נזדקק לחדר מצברים גדול מאוד.
יש לדאוג לאחזקתם השוטפת (אחזקה יום יומית) של המצברים שאם לא כן נתק באחד החיבורים ימנע הפסקת חשמל שותפת בשעת הצורך. נוסף לכל החסרונות אלו למרות הנפח הגדול של המצברים ועלותם היקרה מאוד, נוכל לספק מתח לרשת לזמן מאוד קצר (10-15 דקות למערכות גדולות ו30 דקות למערכות קטנות).את המצברים יש להחליף כל 2-5 שנים,תלוי במידת השימוש והאחזקה.
למרות האמור לעיל יש כיום מערכות אל-פסק כאלו המצוידות במצברים חדישים וטובים למדיי ומארזים הנוחים לטיפול ואשר חוסכים מקום ונפח .
מערכות כאלו נותנות מענה טוב כאשר ההספק לא רב ומערכת האל-פסק
ממוקמת קרוב מאד לצרכנים .
הבעיה המרכזית היא שמערכות אלו אם אינן מגובות בגנראטור ייתנו מענה לזמן קצר יחסית – 10-30 דקות .
חסרון נוסף (וקריטי לעיתים) נובע מכך שגל הסינוס המיוצר אינו נקי "וחלק" ולכן גורם להפרעות ול"לכלוך" הרשת של המתקן /מפעל וכו.

הפתרון המוצא על ידי הוא מערכת אל-פסק רוטטבית שאמורה לפתור את הבעיות שהוצגו לעיל .

אופן פעולה של מערכת אל-פסק רוטטבית

בזמן עבודה רגילה הצרכנים מקבלים מתח ישירות מרשת חברת החשמל.
כמו כן מסופק מתח למנוע המסובב גנראטור סינכרוני המייצר מתח סינוסדלי ((AC נקי שיועבר לצרכנים הקריטיים שאינם סובלים הפסקות חשמל כאשר המתח מהרשת ייפסק.
ישנה האפשרות שהצרכנים הללו יקבלו את המתח מיחידת האל-פסק באופן ישיר כל הזמן (יעילות של מנוע חשמלי היא 97% ולכן אין הפסד מכני רב).
היתרון הוא שכאשר הצרכנים מקבלים את המתח על ידי הגנראטור הסינכרוני והם גם מופרדים גלוונית מהרשת ולכן אינם סובלים מהפרעות ברשת כגון:
א. ספייקים וירידות/עליות תדר.
ב. במידה וישנו שנאי שמחוברים אליו גם ציוד רגיש וגם ציוד תעשייתי הצורך זרם גבוהה, הציוד הרגיש יסבול מנפילות מתח רבות עקב פעולתו של הציוד התעשייתי מאותו שנאי.
ג. אין כל סכנה לצרכנים הקריטיים שהם בדר"כ עלולים להנזק בשל תופעת ה-RECLOSING ברשת חברת החשמל.

בזמן הפסקת חשמל מתנתקים הצרכנים החיוניים מהמעגל, וסובלים מהפסקת חשמל למספר שניות, (2-4 שניות SHORT BREAK ), עד אשר יונע מנוע הדיזל שימשיך לסובב את שתי מכונות החשמל (הצרכנים החיוניים מתנתקים מהרשת ברגע הפסקת חשמל ברשת חברת חשמל ומתחברים שנית רק לאחר התייצבות המתח במכונה הסינכרונית הראשונה).

באותו זמן קצר שעובר מרגע הפסקת החשמל ברשת חברת החשמל ועד הרגע בו מנוע הדיזל מניע את מכונות החשמל יש לדאוג להספקת מתח רציפה לצרכנים הקריטיים. את זאת נעשה על ידי כך שנמשיך לסובב את ציר שתי מכונות החשמל הסינכרוניות ע"י גלגל תנופה כלשהו.

קיימות מספר שיטות להמשיך לסובב את המכונות ואלו הן: שיטה ראשונה מבוססת על עקרון של חיבור גלגל תנופה גדול לציר המחבר את מנוע הדיזל למנוע החשמלי והאלטרנאטור. כאמור המנוע החשמלי מסובב(כאשר יש מתח ח"ח) את הציר עם גלגל התנופה והאלטרנאטור ב 1500RPM וכאשר נופל מתח הרשת המתח מסופק ע"י האלטרנאטור שממשיך להסתובב מכח גלגל התנופה.עד אשר ייכנס דיזל הגנרטור לפעולה תהיה ירידה קטנה בתדר לזמן קצר מאד( התדר ירד לערך של כ 48HZ).

השיטה השנייה : בשיטה זו משתמשים בגלגל תנופה קטן בהרבה מהקודם וכמו כן משתמשים במערכת הידראולית אשר תשמור על לחץ של כ-200 אטמוספרות בתוך מיכל שמן-אקומולטור מרגע ניתוק החשמל מהרשת עד התנעת מנוע הדיזל, יתבצעו מספר שלבים המתוארים לעיל:
ראשית עד אשר תכנס המערכת ההידראולית לפעולה, יסובב גלגל התנופה לזמן קצר (2-3 שניות) את מכונות החשמל. מיד לאחר מכן תמשיך לסובב את המכונות המערכת ההידראולית עד אשר יונע הדיזל גנראטור.
כאשר יונע הדיזל גנראטור ויגיע לערכים נקובים (מהירות ומתח), יתחבר הוא למערכת ובו זמנית תתנתק המערכת ההידראולית מציר מכונות החשמל.
בשיטה זו נקבל ירידה קטנה מאוד של התדר (התדר ירד ל כ- 49.5hz ).

שיטה של PILLER : חברת PILLER מייצרת אל פסק ללא מצברים ועם גנרטור לגיבוי המבוסס על מוטורגנרטור עם גלגל תנופה קטן וקונוורטורים.
לא נפרט כאן את כל השיטה אלא יצורף החומר הטכני לספר הפרויקט .

אפשרות נוספת היא לסובב גלגל תנופה קטן מהר מאד למהירות של כ 10000 סל"ד ולווסת את התדר והמתח בצורה אלקטרונית .

חברת HITEC POWER PROTECTION מהולנד מייצרת אל פסק ללא גלגל תנופה אך עם אלטרנטור מיוחד אשר בו הרוטור מסתובב ב 3000RPM והסטטור (שבד"כ הוא סטטי) מבתובב
במהירות של 1500RPM ומשמש בעצם כ – גלגל תנופה וע"י כך המערכת מספקת את המתח הדרוש
לצרכנים במקרה של הפסקת חשמל ועד שהדיזל גנרטור נכנס לפעולה מלאה.

חישוב של עלויות מקורבות להסבה אל מול עלות של אופציות אחרות

1. אל פסק סטטי – עפ"י הצעת מחיר של חברת גמאטרוניק כל KW100 יעלה כ-16,000$ +צריך להוסיף לוח סנכרון ראשי במחיר של כ-10,000$.
2. אל פסק סובב המבוסס על הסבת גנרטור KVA500 (המחיר ללקוח של גנרטור בהספק כזה כולל לוח חשמל ובקרה ו CHANGEOVER הוא כ 70,000$)
העלות המשוערת לפי מכלולי המערכת (הערכת העלות בוצעה בעזרת מנכ"ל טלמניע בע"מ – חברה שבנתה כ-15 יחידות כאלו) :
לוח סנכרון – 12,000$
מנוע חשמלי בהספק מתאים לסבוב גלגל התנופה והאלטרנטור – 5000$
מסבים ובתי מסב – 10,000$
גלגל תנופה – 2500$
מצמד – 8000$
תכנון ועבודה 40,000$ - 50,000$

3. אל פסק המבוסס על סיבוב מהיר של גלגל תנופה (ללא דיזל גנרטור המחובר ישירות) ומנוע חשמלי ואלטרנטור ומיישרים שונים (כי התדר לא יהיה HZ50 עקב הסיבוב המהיר של גלגל התנופה).
אין לי הערכת מחיר מדויקת למערכת זו אך להערכתי בהחלט ייתכן שהעלות תהיה בין שתי
האופציות הקודמות.

4. הערכת מחיר של אל פסק של חברת HITEC להספק של KW500 : כ- 150,000$-200,000$ תלוי באפליקציה המוזמנת.

תקציר

2007-12-01T00:48:00.000-08:00

נכון להיום סובל המשק הישראלי מסה"כ 3%-5% שעות של הפסקות חשמל מכלל השעות בשנה.
כמו כן יש לעיתים (די קרובות למעשה ) "נפילות " מתח וירידה בתדר מתחת ל 50HZ – נושא שמפריע למערכות רבות , ארגונים וחברות .לכן ישנם ארגונים שצריכם מענה לבעיות אלו :
מפעלים שבהם יש תהליכים שהפסקתם גוררת הפסדים רבים, מרכזי מחשבים של בנקים , תאורת מסלולים בשדות תעופה , בסיסי צבא שונים (הגנה אווירית של ישראל,למשל ) וכו יש צורך לשמור על רציפות אספקת החשמל גם כאשר מתרחשת הפסקת חשמל.גנראטור רגיל אינו נותן מענה למערכות שרגישות לנפילות המתח ולהפסקות חשמל כלשהן כיוון שהזמן ש"לוקח" לגנראטור להיכנס לעבודה מלאה ולהיות מסוגל "לקחת עומס " הוא לא פחות מ 10 שניות וזה זמן שבו יאבד מידע במחשב / מכ"מ או ייגרם מצב שבו יהיה חושך במסלולי הנחיתה בשדה תעופה. ייתכן מצב שבו מפעל שאינו יכול "לסבול " הפסקת חשמל כיוון שתיגרם הפסקה בתהליך הייצור ייאלץ לסבול הפסד זה ללא מערכת מתאימה

בשעת הפסקת חשמל ניתן לחלק את הצרכנים למספר סוגים עיקריים ואלו הם:
א. צרכנים שסובלים הפסקות חשמל ללא נזקים משמעותיים.
ב. צרכנים חיוניים- צרכנים שיכולים לסבול הפסקה בחשמל של מספר שניות או דקות וחלקם מגובים ע"י גנרטורים חרום.
ג. צרכנים קריטיים – צרכנים שאינם סובלים הפסקות חשמל כלל ,ולו גם לשבריר שנייה.

בפרויקט זה יבוצע תכנון של מערכת אל פסק לצרכנים קריטיים

Abstract

Continuous PowerIn many circumstances, the end user of critical power has a strong desire to eliminate the requirement for electrochemical batteries due to environmental restrictions, maintenance concerns and/or limited space. If the power quality configuration includes a standby engine/generator for long-term protection, a flywheel energy storage system is well suited for providing power until the start and synchronization of the genset.

flywheel-based systems provide ride-through power for the majority of power disturbances, such as voltage sags and surges, and bridges the gap between a power outage and the time required to switch to generator power.

Flywheel energy storage systems store kinetic energy (i.e. energy produced by motion) by constantly spinning a compact rotor in a low-friction environment. When short-term back-up power is required (i.e. when utility power fluctuates or is lost), the rotor's inertia allows it to continue spinning and the resulting kinetic energy is converted to electricity.
Flywheel Technology integrates the function of a motor, flywheel rotor and generator into a single integrated system. The motor, which uses electric current from the utility grid to provide energy to rotate the flywheel, spins constantly to maintain a ready source of kinetic energy. The generator then converts the kinetic energy of the flywheel into electricity. This integration of functionality reduces the cost and increases product efficiency.

מבנה של דיזל גנרטור

2007-10-02T03:29:00.000-07:00

מבנה כללי של דיזל גנרטור
במערכת אל-פסק זו קיים כאמור דיזל גנראטור ולכן נתאר את עקרון פעולתו של דיזל גנראטור.

מבנה כללי של דיזל גנרטור:
דיזל גנראטור כולל בתוכו מנוע דיזל ומכונה סינכרונית ללא מברשות (המעוררת בעירור עצמי על ידי אלטרנאטור Aс ומי ישרים שיוצרים את זרם השדה.)
דיזל גנראטור כולל בתוכו מערכת קירור נפרדת,ומערכות אוויר ודלק נפרדות.לדיזל גנראטור קיים מיכל דלק שלו ושתי מערכות חשמל:מערכת זרם ישר ומערכת זרם חילופין.מערכת זרם ישר כוללת מערכת התנעת הדיזל גנרטור (סטרטר),מצברים להזנת המתנע,מטען מצברים וכל הגנות הדיזל.מערכת זרם החילופין היא בעיקר למעגל הכוח של המכונה החשמלית.
על הדיזל גנראטור בקר יעודי שמבצע התנעה,הדממה,עצירת חירום ובודק את כל המערכות שונות של דיזל גנראטור כגון:שמן,מים,דלק,טמפרטורה,תדר, מתח,שעות עבודה,מספר התנעות, מגענים ומצבם.
כמו כן בלוח גנראטור נמצאת גילוי הספק חוזר ( .(R.P.R
על פעולת סנכרון שולט בקר הסנכרון (על כל האמצעים המוזכרים לעיל ראה הסבר המשך הספר).
מבנה המנוע הדיזל:

המנוע כולל מערכת עיקריות:
מערכת דלק,מערכת שמן,מערכת אוויר ומערכת מים.
מערכת דלק: בעלת מסנן ראשי,משאבת דלק ומסנן משני על מנת לשמור על המערכת דלק נקייה מלכלוך.כמו כן כוללת מערכת הדלק המעגל של מרססים(מזרקי דלקFUEL INGCTORS ).

מערכת שמן:
כוללת אגן שמן,משאבת שמן,מסנני שמן וצינורות שמן המובילים את השמן לחלקים הנעים כגון:המסבים וגלגלי השיניים.
מערכת האוויר:
כוללת מסנן אוויר, אינדיקאטור לבדיקת מצב המסנן (חיישן תת לחץ),במנוע של שתי פעימות יש גם מגדש אוויר.במנוע עם קירור האוויר יש גם מפוח אוויר שיותר זרימת אוויר דרך ראש המנוע על מנת לקרר אותו.
מערכת המים:
הדיזל מקורר על ידי מערת מצנן(ראדיאטור)עם מאוורר דוחף,המערכת מצוידת במשאבת מים צנטריפוגלית,וטרמוסטת השומר על חום המנוע בגבולות מסוימים.כאשר המנוע קר וטמפרטורת המים נמצאת מתחת לטמפרטורת תפעול,מי הקירור לא יעברו דרך המצנן אלא,דרך צנרת עוקפת המאפשרת זרימת מים עד להתחממות המנוע לטמפרטורת תפעול.
עקרון פעולה של מנוע דיזל
בעקרון מנוע דיזל פועל על יניקת אוויר ודחיסתו.התזת דלק שכתוצאה מהתחממותו נוצרת התלקחות שמבצעת דחיפה של הבוכנה כלומר עבודה ולבסוף פליטה. ארבעה שלבים אלו יכולים להתחלק לשני זוגות או ארבעה שלבים בודדים- מנוע שתי פעימות או מנוע ארבע פעימות.

דף נתונים המפורט של הגנרטור:
קישור -- http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/
שם הקובץ: g5159_kohler500.pdf
באותו קישור ניתן למצוא את שרטוטי הדיזל גנרטור.שם הקובץ הינו : adv6459_kohler.pdf
הגנרטור מגיע עם בקר יעודי שמספק היצרן.
הקובץ נימצא באותו קישור תחת השם: bakar.pdf

כמו כן מצורף דף ה-SPEC של הרכיב הנקרא pick-up, שאחראי על ספירת סיבובי המנוע והאלטרנטור, כדי ליצור מצב שאין סטייה מ RPM1500 וכן לא יהיו שינויי מתח ותדר.
קישור: http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/
שם הקובץ: pik.pdf
הסבר מפורט על פעולת ה pick-up-ניתן למצוא בספר הפרויקט

BAABER CLMAN ווסת מהירות מתוצרת חברת

2007-10-01T03:36:00.000-07:00

תפקיד ווסת המהירות הוא לשמור על המהירות קבוע מוגדרת בגבולות מסוימים של סטייה.
מבנה ווסת הוא פשוט יחסית והולך ומסתבך ככל שאני דורשים מהווסת תגובה מהירה יותר ומדויקת יותר.
אני שולטים על מהירות המנוע על ידי כמות הדלק המסופקת אל מנוע ביחס ישר.
בכדי לשלוט ולבקר על מהירות המנוע אנו זקוקים לשני נתונים חיוניים והם:
א.מהי המהירות המקסימאלית הרצויה לנו מהמנוע.
ב.מהי מהירות המנוע בכל רגע ורגע.

ולכן אנו חייבים להוסיף חיישן מהירות שימדוד את מהירות המנוע בכל רגע ורגע,
וכמו כן יש לתת אות כנסיה של מהירות הרצויה

מבנה המערכת עם חיישן מהירות חיישן המהירות מורכב בד"כ ממגנט כלשהוא הממוקם מעל גלגל שיניים המסתובב יחד עם ציר המנוע.כאשר גלגל השינים עובר מתחת לפני החיישן עצמו אנו מקבלים במוצא המגנט (מחוברים למגנט חוטי חשמל),גל חילופין כלשהוא,שתדירותו תלויה במהירות גלגל השיניים שהיא למעשה מהירות הרצויה נתון גם הוא במתח ישר.
אמפליטודת האות היא יחסית למהירות הרצויה.להלן מאותר מבנה של חיישן המהירות וצורת מתח החילופין המתקבלת ממנו.

תאור מבנה של חיישן מהירות ואות מוצא את שלו:
לווסת המהירות קיים "מפעיל",והוא זה ששולט על כמות הדלק שיוזרם למנוע על ידי משאבת הדלק (יחסית לעומס). ישנם שני מצבי פעולה קיצוניים.כאשר יש עומס ואז צריכת הדלק היא מכסימלית, ומצב שני הוא כאשר אין עומס ואז צריכת הדלק היא מינימאלית.

מצבים קיצונים של המפעיל.
השאלה הנשאלת היא:אם המהירות הנמוכה מהערך הרצוי כמה אנו צרכים להגדיל את כמות הדלק המסופקת למנוע ולהיפך?הגיוני יהיה אם נשנה את כמות הדלק מעט כשאר שגיאת המהירות תהיה קטנה ולהיפך. בכדי לדעת את גודל השגיאה נזדקק בקרה עם משוב- מערכת בחוג סגור בעלת משוב שלילי.מערכת זו תתקן את השגיאה
ותייצב את האלמנט המבוקר כלומר מהירות המנוע.

מעגל ההגבר מגביר את אות השגיאה המתקבל מהשוואת שני האותות (אות המהירות הרצויה ואות המהירות העכשווית).כאשר ההגבר גדול,אות השגיאה המתקבל גדל וגורם לתגובה מהירה של הווסת.כאשר ההגבר נמוך.אות השגיאה המתקבל קטן ותגובה לשינוי המהירות היא איטית.ההגבר ניתן לכיוון בהתאם למהירות שבה אנו מעוניינים שהמערכת תגיב ותתייצב.

אותות מוצא המגבר במצבים שונים.

במגבר פרופורציונאלי הקיים במערכת קיימת תמיד סטייה מסוימת (שגיאה) מהערך הרצוי מפני שהווסת משנה את כמות הדלק המועברת למנוע בהתחשב עם השגיאה.זה טבעו של בקר P
הווסת אינו יכול להמשיך ולתקן את מהירות עד אשר לא תהיה סטייה כלשהי מהמהירות הרצויה ולכן תמיד בעומס נקבל שגיאה מסוימת.

השגיאה המתקבלת במוצא המגבר.
בכדי להגיע לשגיאה אפסית (או כזו שתהיה זניחה) נוכל לחבר במקביל לבקר הפרופורציונאלי בקר אינטגראלי I. תוספת זו תגרום לשגיאת המהירות "לשאוף" לאפס. ציור שלמטה מציור מתאר סכימת מלבנים של מערכת בקרת המהירות עם בקר פרופורציונאלי ואינטגראלי.

גודל השגיאה בבקר PI
> G:=1; H:=Kb*Kc*(1+1/Ti/s)/(1+tau*s);

> collect(simplify(E/R=G/(1+G*H)),s);
> limit( s*1/s*G/(1+G*H) ,s=0);
OUT / LOAD : שגיאה ביציאה כתגובה ל"מדרגת עומס"
> G:=K[L]*Kc/(1+tau*s)*Kb; H:=(1+1/Ti/s);

> collect(simplify(E/L=G/(1+G*H)),s);
> limit( s*1/s*G/(1+G*H) ,s=0);

Aims מטרות

2007-05-28T09:16:00.000-07:00

המערכת בסופו של יום אמורה להביא למצב שאין הפסקה באספקת החשמל אפילו לא לחלקיק שנייה.
אספקת החשמל תהיה בזרם חילופין בתדר 50HZ (אפשר גם HZ60) .עקב האטת גלגל התנופה
התדר עשוי לרדת ל-47-48 HZ בלבד לכמה שניות עד לכניסת הדיזל לעבודה מלאה.

כאשר יש אספקה של חשמל מהרשת(כלומר ח"ח לצורך העניין) דיזל הגנרטור יהיה מנותק ע"י מצמד
וגלגל התנופה יסובב ע"י מנוע חשמלי, "שישב" על הציר או מעל האלטרנטור , במהירות של 1500RPM כדי לספק HZ50 מהאלטרנטור.
כאשר תתרחש הפסקת חשמל המערכת תזהה זאת מבעוד מועד (פחות משניה לפני "שייפול הזרם, ותבצע כמה פעולות בזמן הנ"ל : 1. ניתוק המנוע החשמלי מהרשת. 2.העברת הצרכנים לעבודה
על בסיס האל-פסק. 3. מתן פקודה למנוע הדיזל להניע בנוהל חרום(הנעה מהירה במיוחד).
הצרכן אינו יודע שהפסקת חשמל התרחשה כיוון שהחשמל מסופק אילו ע"י מערכת האל-פסק.
דבר זה מתאפשר כיוון שהגלגל תנופה מסתובב (כאמור סיבבנו אותו כל הזמן) מכוח האינרציה
עקב משקלו הרב.
למנוע הדיזל ייקח פרק זמן של כ 6-8 שניות כדי להגיע למהירות מתאימה כדי שיוכל להתחבר ע"י
המצמד לציר של גלגל התנופה והאלטרנטור.מערכת הבקרה תדאג לחברו ברגע שיגיע הנ"ל.
פעם שמנוע הדיזל חובר ע"י המצמד המערכת הופכת להיות בעצם דיזל-גנרטור "רגיל" שיכל
לספק חשמל ככל שיידרש (ומיכל הדלק מאפשר).

:בחירת גודל המערכת – ההספק של מערכת האל-פסק שצריך הלקוח

אני אבחר לתכנן מערכת בגודל של
500KVA כלומר 400KW.
גודל זה נבחר כי הוא ייתן אפשרות להשוואה טובה בין החלופות השונות וביצוע חישובי
כדאיות של עלות הציוד , האחזקה,ביצועי המערכת וכו.
כיוון שלמערכות אל פסק סטטיות אין כושר התנעה אני אבחר שללקוח יש מכונות יחסית
גדולות שביחד צורכות ,כאמור
720A (KW400).
עפ"י חישובי העלויות והיתרונות והחסרונות אני אבחר לפי איזו שיטה לתכנן את מערכת האל-פסק .

תכנון ראשוני

2007-02-21T09:42:00.000-08:00

בחירת הגנרטור (דיזל גנרטור – מנוע+אלטרנטור)

הבסיס של מערכת האל פסק הוא הדיזל גנרטור.
כיוון שמערכת האל פסק היא מערכת גיבוי, האל פסק צריך להיות אמין מאד, אחרת למה לקנות אותו?
כדאי לקנות מנוע בעל יכולות התנעה מהירה מאד ויכולת "לקחת" עומס מלא ב"מכה" אחת מייד כאשר הוא מגיע למהירות הנדרשת – 1500 RPM ללא ירידה משמעותית במהירות כאשר הוא לוקח את העומס.
חשוב לקנות את הגנרטור מחברה ידועה ורצינית אשר תוכל לספק לנו חומר טכני ותמיכה ברמה גבוהה, כיון שאנו מתכוונים לעשות שינויים ביחידה ולא רק להפעילה באופן רגיל ופשוט.
את הגנרטור אנו נקנה מחברת KOHLER USA.
חברת KOHLER היא חברה פרטית ענקית בארה"ב ויש לה סניפים באירופה ונציג בישראל כבר 20 שנה.
החברה ותיקה, מעל 100 שנה, ונחשבת ליצרנית מובילה בתחום הגנרטורים.
לקנות גנרטור KOHLER משול לקניית מרצדס, כלומר The best money can buy , וכיוון שאנחנו מתכננים מערכת גיבוי אסור לחסוך ברכיב זה במערכת שהוא ליבת המערכת.
הגנרטור המוצע מורכב ממנוע של MTU/Detroit Diesel היכול לקבל את כל העומס הנקוב בבת אחת KW400\KVA500 . המנוע מצויד בבקר אלקטרוני מסוג DDEC השומר על תדר קבוע
(כדי לקבל 50HZ ) ומהירות של RPM1500.
השינוי בתדר ובמהירות ממצב ללא עומס לעומס מלא היא רק 0.25% (ראה דף SPEC מצורף).
המנוע נחשב כמנוע מודרני ויעיל בעל צריכת דלק נמוכה. המנוע נפוץ וחלקי החילוף אינם יקרים
וקלים להשגה.
האלטרנטור יכול להגיע מכמה חברות מובילות (נקבע ע"י KOHLER), כגון: AVK, KATO, STAMFORO או LEROYSOMER.
האלטרנטורים מהחברות הנ"ל נחשבים הטובים ביותר. אנו נתייחס לאלטרנטור ככזה שנקנה
מ- LEROYSOMER.
כאמור בעיקרון נתון זה ניקבע ע"י מרכיב הגנרטור, כלומר KOHLER.
הנתונים החשובים לגנרטור הם: יציבות התדר והמתח שלו.
במקרה שלנו היציבות היא 0.25% ממצב של ללא עומס לעומס מלא.
שאר נתוני האלטרנטור מצויים בדף הנתונים המפורט של הגנרטור:
קישור -- http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/
שם הקובץ: g5159_kohler500.pdf
באותו קישור ניתן למצוא את שרטוטי הדיזל גנרטור.שם הקובץ הינו : adv6459_kohler.pdf
הגנרטור מגיע עם בקר יעודי שמספק היצרן.
הקובץ נימצא באותו קישור תחת השם: bakar.pdf
כמו כן מצורף דף ה-SPEC של הרכיב הנקרא pick-up, שאחראי על ספירת סיבובי המנוע והאלטרנטור, כדי ליצור מצב שאין סטייה מ RPM1500 וכן לא יהיו שינויי מתח ותדר.
קישור: http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/
שם הקובץ: pik.pdf
הסבר מפורט על פעולת ה pick-up-ניתן למצוא בספר הפרויקט.

גלגל התנופה
את גלגל התנופה נחשב למשקל שיוכל לסובב את הציר בתוך האלטרנטור (רוטור) במהירות של RPM1500, וכשאין חשמל גלג התנופה יספק את האנרגיה כדי שהאלטרנטור יוכל לספק חשמל ולכן חשוב שהגלגל יאט רק עד RPM1350 וכל זאת כדי שהתדר לא ירד משמעותית מתחת ל50HZ.
דיזל הגנרטור אמור להיכנס לעבודה תוך פחות מ-8 שניות, אך הגלגל מחושב למשקל שיספיק ל-10 שניות ללא "עזרה" של הדיזל גנרטור.
גלגל התנופה ייוצר מפלדה. חשוב שהגלגל יהיה חרוט בדיוק גבוה ככל האפשר ויבוצעו בו איזונים סטטיים ודינאמיים.
עקב משקלו הרב (יכול להיות כ-2-3 טון) כל "זריקה" תגרום לרעידות לכל המערכת ובסופו של דבר ייגרם שבר שישבית את המערכת.
לכן חריטה מדוייקת של גלגל התנופה + הציר שהגלגל יושב עליו היא פעולה קריטית לפעילות התקינה של המערכת.

flywheel-based systems provide ride-through power for the majority of power disturbances, such as voltage sags and surges, and bridges the gap between a power outage and the time required to switch to generator power.

Continuous Power

In many circumstances, the end user of critical power has a strong desire to eliminate the requirement for electrochemical batteries due to environmental restrictions, maintenance concerns and/or limited space. If the power quality configuration includes a standby engine/generator for long-term protection, a flywheel energy storage system is well suited for providing power until the start and synchronization of the genset.

Power Quality Improvement

Due to the phenomenon of the vast majority of power quality events having a duration of only a few seconds, some power users have the opportunity to improve the quality of their power in all but long-term outage situations with minimal cost and space outlays. Batch or process manufacturing sites with a history of short-term power glitches or sags (which have remained unprotected due to the high costs or space requirements of traditional energy storage) are ideal applications for high-power flywheel systems.

מקורות

2007-01-01T01:22:00.000-08:00

פה צריך להכניס את המקורות
לכל המסמכים בפרוייקט

(specifications) אופיין/תכונות

2006-12-29T01:05:00.000-08:00

מערכת אל-פסק רוטטבית- דרישות להפעלה ושלבים בהפעלה

הדרישות העבודה של המערכת:
לאחר זיהוי של הפרעה כלשהיא ברשת חברת החשמל (סטייה של מתח, תדר ו/או הפסקת חשמל מוחלטת) יתבצעו השלבים הבאים:

1. ברגע זיהוי נפילת מתח ו/או תדר ברשת, יתבצעו מספר שלבים בו זמנית ואלו הם:
א. הצרכן החיוני יתנתק אוטומטית מהמערכת "וייזרקו" כל הצרכנים הלא
חיוניים , התנתקות מרשת ח"ח ומעבר לאל-פסק .
ב. האלטרנאטור המחובר לגלגל התנופה יספק את הזרם והמתח לצרכנים
ג. התנעת מנוע דיזל.

2. לאחר התנעת מנוע הדיזל והבאתו לסיבובים נקובים, יחובר מנוע הדיזל על ידי מצמד למערכת וימשיך לסובב את מכונות החשמל.

3. כאשר חוזרת רשת חברת החשמל לעבודה תקינה , ובמידה וכל התנאים להפעלה חוזרת מידית של המערכת קיימים, יוחלפו מקורות ההזנה.

4. לאחר מכן, יתנתק מנוע הדיזל וידומם לאחר מספר דקות (תבוצע הדממה מבוקרת כדי לשמור על המנוע כלומר קירורו וקירור השמן לאחר שאין כבר עומס עליו ).

הפיקוד והבקרה על פעולת המערכת, ייעשו בצורה אוטומטית על ידי שילוב של אמצעים אלקטרוניים, בקרים

מתוכנתים ואביזרים אלקטרו-מכאניים פשוטים יחסית.

specifications

The traditional solution to power reliability issues is a lead-acid battery uninterruptible power supply (UPS).3 However, these systems have proven unreliable for a variety of reasons. Although the batteries are typically warranted for 20 years pro rata, they actually must be replaced every four to five years because the more they are used, the faster they wear out. Leaks and spills are common, creating a risk to workers’ safety and potential damage to the environment. Battery UPS systems also require a large amount of floor space to house a dedicated air conditioning system, eyewash stations and a separate battery room. Installation and maintenance are expensive due to the requisite spill containment systems, special floor coating and the myriad of tests that must be conducted. Even when maintenance is performed appropriately, there is no way of knowing if an aging battery will survive a full discharge.

The Unreliability of Batteries
Contemporary UPSs provide both power conditioning and a source of temporary electricity for periods when the principal electrical source has been compromised or lost. It is common to include a short-term energy source in or as a part of the UPS system. This source of energy is generally assembled as an in-series string of lead-acid batteries.3 Unfortunately, these batteries have many undesirable traits, most notably including:
▲ The more they are used, the faster they wear out. A typical lead-acid battery is exhausted after 250 complete discharges. Even though they are typically warranted for 20 years pro rata, they are routinely changed out about every four to five years.
▲ Lead-acid batteries can be unreliable. Seismic events, post-seal problems, corrosion and case swelling due to excessive sulphation can all cause leaks, and regardless of maintenance or repeated load testing, there is no way of knowing if an aging battery will survive a full load discharge.
▲ A significant amount of maintenance is required for lead-acid batteries to come close to the predicted mean time between failure (MTBF). Unfortunately, this stored-energy failure rate (1/MTBF) can be significant because most available UPSs use 10 or more 12-volt batteries in series, causing string failure rate to be multiples of the individual battery failure rate.
▲ Installation of battery systems can be expensive. They require spill containment systems, hydrogen monitoring, epoxy acid resistant floor coating, eyewashes and a completely separate battery room. In addition, there are dozens, if not hundreds, of costly copper connections and DC cable runs, as well as separate air conditioning with high air exchange to meet explosion codes.
▲ Battery systems require a large amount of floor space. For example, a 240 kW (300 KVA) array requires 120 square feet of space due to the need for a separate battery room, eyewash station, spill dike and neutralizing supply room.
▲ UPS battery strings must be kept at or near 77 degrees Fahrenheit to balance performance

and life expectancy. For every 10 degrees above 77 degrees, this is cut in half. For example, at 87
degrees, a 10-year battery quickly becomes a 5-year battery, and at 97 degrees it becomes a 2.5-year battery. For temperatures below 77 degrees, life expectancy is extended, but expected performance — measured by protection time — drops below what is necessary to complete the mission.

▲ Spill containment and neutralization for lead-acid batteries are major issues, as are explosive hydrogen generation, potential catastrophic burn down , and safety issues from extensive, exposed high-voltage terminations and DC power, which cannot be shut off in certain short circuit conditions.
There is no question that the benefits of having stored energy on hand in an attempt to ride out a power outage have been proven. However, the most popular solution — batteries — is also one with many problems. In fact, a major user of UPS systems analyzed all the service actions on his UPS configuration over an extended period and found that
the battery string alone caused over 90 percent of these forced actions.

בקרת המערכת

2006-12-22T09:12:00.000-08:00

הפעלת הדיזל גנרטור על ידי בקר יעודי.
את כל הפעלת הדיזל גנרטור,ההגנה והבקרה עליו מבצעים ע"י בקר. הבקר מסוגל לבצע את מרבית הפעולות שקשורות בהפעלת הגנרטור כגון: התנעה, והדממה, הגנה והתראה.

מערכת בקרת דיזל גנרטור של חברת MDCS-8031 (שירותים חשמליים מכנים).

מערכת זו בנויה בעזרת מיקרופרוססור של חברת אינטל מסוג 8031. כמו כן כוללת המערכת יחידת זיכרון 4/8K EPROM המאפשר לבצע את כל הפעולות הדרושות.
מערכת זו מסוגלת לשלוט ולבקר על מנוע דיזל וגנרטור מכל סוג וגודל. שליטה על מגענים להחלפת הזנות (חברת חשמל או גנרטור)או על מגען עומס, בקרה על תהליכים דינאמיים, התחברות על ידי שלושה מחברים חיצונים,בקרה על מתח ותדר של גנרטור ושל חברת החשמל. מערכת זו מוגנת ועומדת בפני תנאי סביבה קשים כגון: חום,אבק, רעידות ורעש חשמלי.
כמו כן קיימות בבקר זה 12 כניסות דיסקרטיות (ON-OFF) ו- 4כניסות אנאלוגיות.בבקר זה ישנו בורר ל-4 מצבי עבודה: דומם,אוטומטי,ידני וניסוי (כמו כן ישנה אפשרות לשנות תוכנה ומספר משטרי עבודה).
לבקר זה אפשרות נוחה לקביעת תכונות המערכת שכוללת 9 טיימרים T-1-T9. קיימים 28 מתגים להתאמת כניסות והשהיות,3 פוטנציומטרים וקביעת ספי בדיקה של מתח חברת חשמל ודיזל גנרטור.
ההשהיות של הבקר (T1-T9).
T9 –זמן חימום מוקדם.0-3 דקות זמן זה דרוש כדי לאפשר לדיזל ל"התחמם" לפני שמכניסים אותו לעבודה בעומס. .פעולה זו תאריך את חיי המנוע ותמנע בעיות.
כידוע,למנוע קר לא רצוי לחבר עומס מהסיבה שהוא עלול להיכנס לא יציבות להוריד מהירות ועקב כך לנתק את עומס ממנו.אם הגנרטור עובד במקביל לגנרטור נוסף,כל העמוס שמחובר אליו יחבור אל הגנרטור השני ויעמיס אותו בבת אחת. כמו כן החימום דרוש לצורך התפשטות החומרים, כידוע חומרים מתפשטים בחום וכתוצאה מהתפשטות זו,הבוכנה והטבעת יוצרים אטימה טובה יותר בצילינדר וקומפרסיה (לחלץ)גבוהה יותר וכך מסיגים נצילות טובה יותר של המנוע.
במערכת אל פסק זו אנו לא משתמשים בטיימר הזה היות ואנו דואגים לחממם את המנוע הדיזל כל הזמן (גם כאשר הוא אינו עובד) וזאת בכדי שמיד לאחר שהוא מגיע לסיבובים נקובים,נוכל לחבר אליו את בעומס.חימום מנוע הדיזל מתבצע על ידי חימום המים שבתוכו.
T8 –לא שימוש במערכת שלנו
T7–על ידי כיוון טיימר זה,נוכל לשלוט על זמן עבודה של הגנרטור ללא עומס (לצורך קירור).0-15 דקות לאחר זמן עבודה בעומס,נותנים למנוע הדיזל להמשיך לעבוד גם אחרי שחזרה ההזנה לרשת חברת החשמל והוא נותק מהעומס וזאת על מנת לתת לו להתקרר.כאשר הגנרטור אינו מחובר לעומס,הוא אינו מתחמם ופעולתו משמשת רק לקירור עצמי שלו.
T6- השהייה להפסקת התנעה ע"י גשש "לחלץ שמן" זמן ההשהיה הוא 0-7.שניות.כל עוד הגנרטור דומם כמו כן בעת ההתנעה עצמה,לחץ השמן במנוע הדיזל הוא נמוך ואפילו שווה לאפס.בכדי ל"בנות" לחץ שמן דרוש זמן מסוים ובזמן זה יש לעקוף את הגנת לחץ השמן שמכבה את המנוע הדיזל באופן אוטומטי כאשר אין לחץ שמן או כאשר לחץ השמן נמוך מדי. T6 קובע את הזמן בו עוקפים את ההגנה הנ"ל (תחילת ההשהיה)היא מרגע תחילת ההתנעה).
T5-השהייה תגובה לכניסה 9 של הבקר.ההשהיה ניתנת לכיוון של 0-15 שניות.כניסה 9 של הבקר היא כניסה לתת מהירות מצב כזה של תת מהירות יכול להיגרם על ידי מספר סיבות ובין השאר אחת הסיבות היא חיבור עומס למחולל.על ידי חיבור עומס על הדקי המחולל ישנה "מכה מכאנית" למכונה והיא מאיטה את המהירות שלה לזמן קצר עד אשר וסת המהירות מחזיר את מהירות המכונה למהירות הרצויה. אם כן נשאלת השאלה מדוע קיימת הגנה לתת מהירות?ותשובה היא:לעיתים המנוע כתוצאה מהמכה של חיבור העומס,עלול להוריד את מהירותו ולא לחזור למהירות הרגילה כמו כן יתכנו מקרים אחרים כמו תקלות במנוע עצמו שיגמרו לנפילת מהירותו (תקלות מכאניות).על ידי ההשהיה הזו אנו לא מפסיקים מיד את פעולת המנוע עם ירידתה של המהירות אלא נותנים זמן מה לתיקון המהירות ולהחזרתה לערכה הנקוב. אם מסיבה כל שהיא לא חזרה המהירות לערכה הנקוב,מנוע הדיזל יופסק.
T4-השהיית תגובת לכניסה 10 של הבקר.כנסיבה זו ניתן להשתמש בה לפי רצון המשתמש.היא יכולה למשל לשמש למצוף חוסר דלק.ברגע שהדלק במיכל קרוב לתחתית,נדלק נורית שמסמנת את התקלה הזו.אם תוך פרק זמן ההשהיה (0—15 דקות)לא ימלאו דלק במיכל מנוע הדיזל ידומם.לא רצוי להגיע למצב שאין דלק כלל במיכל הדלק היות ואז יכנס אוויר למערכת הדלק של מנוע הדיזל של מנוע-דבר הגרום לכיבוי המנוע וכמו כן לא נוכל להתניע את מנעו הדיזל שנית ללא טיפול מתאים (הוצאת האוויר מהמערכת)על ידי טכנאי גם ימולא דלק.כמו כן הדלק התחתית המיכל הוא מלוכלך ומכיל בתוכו משקעים למיניהם ודלק זה לא בריא למנוע לכן כאשר מגיעים לשכבה כמו של הדיזל,מדוממים את המנוע בכדי לא להכניס דלק זה למנוע.
T 3- השהיית תגובה לכניסה 11.כנסיה שנייה מיעודת לרצון המשתמש.זמן ההשהיה ניתן לכיוון של 0-15 שניות או 0-15 דקות.
T2-השהיית תגובה לכניסה 4.כנסיה 4 זוהי פונקציה של חברת מקורות.בתחנה זו לא יעשה בה שימוש.
T1-השהיה לניתוק העומס (הזמן השהיה ניתן לכיוון של 0-360 שניות).זמן זה מתחיל להיספר מרגע חזרתו של מתח חברת החשמל לרשת.ההשהיה באה לאמת חזרה של רשת חברת חשמל ומיד נופל שנית,לכן יש למנוע הפסקת חשמל ממושכת,חוזר מתח חברת החשמל ברשת חברת חשמל.אם חזר מתח חברת חשמל לכל זמן ההשהיה,יחבור הצרכן לרשת ורק אז יפסיק המחולל להזין את המערכת.

התאמת מערכת הבקר להגנות של מנוע הדיזל:
מבחינת חיבור כלפי המצבר יש להבדיל בין הגנות המחוברת ל-(+) לביו ההגנות המחוברות ל-(-) של המצבר.לפיכך יש לעיתים לשונות את סוגי ההגנות או להוסיף תוספות,כדי לאחד את סוגי ההגנות,ואף להזמין את מנוע דיזל לפי דרישות מיוחדות מהצירן-דבר המייקר את מנוע.
הבקר הנ"ל מאפשר חיבור הגנות של מנעו הדיזל המחבורת כלפי ה-(+)או ה-(-)של המצבר, ללא התערבות היצרן.
המערכת מסופקת של מעגלי כניסה מיועדים לחיבור גששים חיצונים המחוברים כלפי (-)של המצבר למעט כניסה 5 שהיא כניסת "טעינה". על מנת לאפשר חיבור גשש חיצוני העובד כלפי ה-(+) של המצבר,יש פשוט לנתק "PULL-UP" בהתאם המספר הכניסה
התאמת המערכת להגנות N.O או M.C.
כאשר ההגנה (גשש חיצוני) הינה N.O ומחוברת בקוטב שלילי של המצבר,יש להעמיד מפסקים (3-8) DS4 למצב ON(מצב עליון של המפסק)אן כאשר גשש יצווני הינו M.C ואז מספק זה יהיה מצב תחתון. כאשר ההגנה (גשש חיצוני)הינה N.Oומחוברת בקוטב החיובי של המצבר,יש להעמיד מפסקים(3-8) DS4 למצב OFF אך כאשר גשש הינו M.C ואז מפסק זה יהיה במצב העליון.
מעגלי פיקוד ובקרה של מערכת בקרת דיזל מסוג MDCS-8031.
מעגל הפעלה והפסקה:
אפשרות לכמה משטרי עבודה של הבקר עצמו.קיימים שני משטרי עבודה עיקריים:ישנה אפשרות לא להציג את מידע בנוריות,אך לזכור את מצב האחרון שלהן ושל משטרי ממסרי היציאה.ישנה אפשרות שהנורות יוכלו להידלק ביחד.
מעגל התנעה והדממה להפעלה מבוקרת של הדיזל גנרטור:
ההפעלה המבוקרת כוללת מספר התנעות וזמני התנעות ורווחים בין התנעה להתנעה הניתנים לכיוון.
מעגל הדממה:
אפשרות להדממה מבורקת,כלומר ניתוק והחלפת מעגנים בין מנוע הדיזל וחברת החשמל. המשך הפעלה של מנעו הדיזל בריקם לצורך קירור ולאחר מכן,הדממתו.או במקרה הצורך,הדממת חירום מידית.
מעגל בקרה של מתח הזנה ראשי:
(מתח תלת פאזי של חברת החשמל)-מעגל זה לא בשימוש במערכת שלנו היות ואנו משתמשים באמצעים אחרים לזיהוי נפילת מתח ו/או תדר ברשת חברת החשמל.
מעגל הגנות והתראות של מנעו דיזל:
מעגל זה כולל הגנות בפני:לחץ שמן נמוך.
טעינת מצבר-התראה בלבד בד"כ.
חום מנוע גבוה.
מפלס מי קירור נמוך.
מהירות יתר.
תת מהירות.
הגנות נוספות לרצון המשתמש.
ההגנות המחוברות למקום המיועד לרצון המשתמש הם בדרך הדיזל הגנה בפני מחסור בדלק צפוי והגנה בפני קריעת רצועה במקרה שמאוורר הקירור מונע בעזרת רצועה מציר המנוע.
מעגל הגנות והתראות של עומס חשמלי או מכאני:
כולל זה מאפשר ומוודא סגירה או פתיחה של מעגנים ובנוסף התראה על מצב המעגנים.המגע המחליף בים הזנה מחברת חשמל לבין הזנה מהגנרטור הוא בעל חגור מכאני ולא מאפשר הזנת הצרכן משני מקומות שונים גם יחד.אך יתכן מצב בו המעגנים "נדבקים" ואז ישנה אפשרות שלמרות שידבק מגע אחד לא יתחבר המגע שני כתוצאה מהחיבור המכאני.במצב זה קיימת הפסקת חשמל למרות שהבקר מרגיש בשני במתחים גם של חברת חשמל וגם של גנרטור, ולכן קיימת התראה על מצב המעגנים:
-נורית אחד עבור מגען חברת החשמל.
-נורית שנייה עבור מגען דיזל גנרטור.
מעגל תצוגה תקלות,התראות ותהליכים דינאמיים-ראה פרוט בסעיף.

אביזרים חיצוניים על פני הבקר:
על הבקר-על לוח (PANNEL)חיצוני שלו ישנם ארבעה סוגים שונים של אביזרים:
א.בורר-מצב פעולה.
ב.לחצן-שחרור/איתחול.
ג.מספק-לתצוגה/בדיקת נורית.
ד.נוריות סימון מסוג LED
להלן פרוט בנפרד של כל אביזר על פני לוח הבקר:
בורר:הבורר בורר ארבעה מצבי פעולה של דיזל גנרטור ואלו הם:
א.ניסוי בעומס-מאפשר להתניע את מחולל הדיזל ולחברו במקום חברת חשמל גם עם קיימת הפסקה תקינה של חברת החשמל
ב. ידני-מאפשר להתניע את מחולל הדיזל באופן ידני צורך בדיקתו.במצב זה יותנע מחולל הדיזל בלא תלות במצב מתח של חברת חשמל.אם הותנע מחולל הדיזל וקיים מתח תקין של חברת חשמל,הצרכנים יונו על ידי חברת חשמל.במקרה ותוך כדי הפעלה ניסיונית זו,נפלה רשת חשמל,הבקר יחבר את מחולל הדיזל לצרכן במידה לצרכן במידה ומחולל הדיזל תקין.במקרה שכזה יש לעביר את הבורר למצב אוטומטי וזאת שברגע חזרת החשמל,הבקר ידומם את מחולל הדיזל באופן אוטומטי.
ג.דומם-מצב זה לא מאפשר להתניע את מחולל הדיזל בכל מקרה.מידה ומחולל הדיזל היה בפעולה,הבורר הועבר למצב דומם,ידומם מחולל הדיזל הדימום יעשה בצורה אוטומטית כלומר עם השהיה לקירור.
ד.אוטומטי-במצב זה מחולל הדיזל נמצא בעתודה,כלומר מוכן להיכנס לפועלה אך ורק אם תשתבש ההזנה מרשת חברת חשמל.במצב זה של נפילת מתח חברת חשמל יפעל מחולל הדיזל באופן הבא:לאחר שהוא יקבל פקודת התנעה,הוא יבצע שלוש התנעות.אם במקרה ולא הצליח מנוע הדיזל להניע לאחר שלושת ההתנעות,יתריע על הבקר על ידי הפעלת נורית וצופר.אם הצליחה ההתנעה והגנרטור מיצר מתח תקים בתדר תקין,תחובר ההזנה למחולל הדיזל.
יש לציין שהפעלתו של מחולל הדיזל תלויה בפעולת המערכת ההידראולית כי היא זו שממשיכה לסובב את מכונות החשמל עד אשר מחולל הדיזל מונע.
לחצן שחרור/אתחול.
ברגע חיבור הבקר למתח,יתכן שתדלק נורא כל שהיא באופן שרירותי ואז הבקר עובר למצב של תקלה כלשהיא.במקרה שכזה יש ללחוץ על לחצן "שחרור/אתחול" על מנת לאפס את הבקר ולעבור למצב התחלתי (PRESET).
אפשרות שנייה היא: במקרה וקרתה תקלה,הבקר נותן לנו ההתראה והוא זוכר את התקלה וממשיך בהתראה.ולאחר שתוקנה התקלה עדיין לא נוכל להניע את מחולל לדיזל ולכן יש לבטל אותה.
"ביטול התקלה" יעשה על ידי לחיצה על הכפתור הנ"ל.
מפסק לבדיקת נוריות ותצוגה.
מפסק זה הוא בעל שני מצבים קבועים:
מצב אמצעי-נוריות כבויות.מצב ימני-נוריות יכולת להידלק במידת המורך.קיים מצב שלישי והוא מצב לא קבוע-מצב שמאלי (קפיצי)בדיקת נוריות.
במצב "STAND-BY" הבקר צורך 50MA. בכדי להקטין את צריכת הזרם הזה ניתן לכבות את נוריות נשאר בזיכרון ועל ידי כך נוכל לחסוך באנרגיה שהבקר צורך.מצב הנוריות נשאר בזיכרון וכאשר נדליקן שוב,תילקנה הנוריות המתאימות לפי המצב האחרון.
נורית סימון מסוג LED-לבקר נוריות בשלושה צבעים:ירוק,צהוב ואדום.
נוריות ירוקות:
1. מתח נות מתנורית המסמנת תקי - 5Vשהוא מתח העבודה של מיקרו מסוג 8031.
2. פקודת דימום-פקודת דימום "חזקה" מפקודת התנועה.דהיינו אם נתקבלו שתי הפקדות גם יחד המחולל או שכלל לא יונע אם הוא היה במצב מדומם.
נוריות צהובות:
1.חימום מוקדם-מראה על המצאות מנוע הדיזל במצב עבודה ללא עומס לצורך חימום המכונה-מצב זה לא קיים במערכת שלנו היות ואנו דואגים לחמם את הגנרטור כל הזמן.
2.מתנע-נורית זו מסמנת את פעולת המתנע STARTER.
3.מגוף דלק- לצורך פעולה/הדממה יש צורך לבצע פעולה של משיכת דלק מגוף הדלק ,על מנת לעביר או להפסיק דלק למנוע.נורא זו מראה את פעולת העברת הדלק למנוע.
4.אישור פעולה-נורית זו מסמנת את תקינות עבודת מחולל הדיזל.
5.מגען מחולל דיזל-נורית זו מסמנת את מצב המגען של מנוע הדיזל.
מגען חברת חשמל-נורית זו מסמנת את מצב המגען של הזנה מרשת חברת החשמל.
נוריות אדומות:
1.דימום חרום-נורא זו נדלקת במידה ונתקבלה פקודה לדימום חירום כלומר דימום ללא המשך פעולה לצורך קירור.
2.שידור תקלה-נורית שמסמנת שישנה תקלה כל שהיא.במקביל לנורית זו נסגר מגע של ממסר שיכול לשמש לצופר או מעגל התראה מסוג אחר.
3.התנועה-נורה זו מסמנת כשלון בהתנעה לאחר מספר ההתנעות שנקבעו.
4.לחץ שמן-נורא זו מתריעה בפני לחץ שמן נמוך וגורמת להדממת המחולל
5.טעינה-נורה זו מראה על חוסר טעינת מצברים ולאחר בשהיה מתאימה ישנה אפשרות לדום את מנוע הדיזל.
6.חום מנוע-נורה זו מתריעה על עלית הטמפרטורה לדרגות מסוכנות וגורמת להדממת המחולל.
7.מפלס מים- נורה זו מתריעה בפני מחסור במי קירור וגורמת להדממה.
8.מהירות יתר-נורה זו מראה על מהירות יתר של המכונה ו/או מנעו הדיזל.סיבוב מהיר מיידי של מחולל ומנוע הדיזל עלולים לגרום נזק מכאני,לכן יש לדומם את מנוע מיד.
9.תת מהירות-נורה זו מתריעה על מהירות סיבוב נמוכה מידי של מחולל הדיזל.
10."עמוס 1"-תקלה שהמשתמש קובע את מהות הכניסה הזו.יתכן לדוגמה שזו כנסיה המראה על מפלס דלק נמוך מידי.
11."עמוס 2"-כמו סעיף קודם.

נתוני הבקר:
מתח ההזנה:
.30 VDC וא 12VDC, 24VDC
בעבודה עם מצבר V24 או V30 יש לנתק מגשר פנימי (JUMPER).
המתח המינימלי הדרוש לעבודה של המעגל האלקטרוני V6.5.
המצב 50 MA-STAND BY.
במצב עבודה של מחולל הדיזל –80-100MA.
מידות במ"מ:
פנל קידמי-311.2 *11.8
Eupxv-279.2*189.8*45.0
גודל פתח עבור המערכת בלוח-295.0*19.3.0
חיבורים:
· J1-מחבר 15 פינים לכניסת במתח DC ומתח הזנה
· 15-J3 פינים ליציאה של ממסרי מוצא
· -מגע יבשים 24 VDS/8A ,ְ~250/10 A .
· J2-מחבר 7 פינים לבקרת מתח תלת פאזי של חברת חשמל ו/או מחולל דיזל.חיבור זה לא שימושי אצלנו היות ואנו מיצבים את המתח והמהירות לא על ידי הבקר אלא על ידי מיצבי מתח ומהירות בנפרד.
אפשריות התקנה של הבקר:
· חזיתית בלוח החשמל או לוח המחולל הדיזל.
· בפנל הקדמי של לוח החשמל או לוח המחולל הדיזל.
· על קיר בחדר בו נמצאת מערכת הלא פסק בעזרת מתלים מיוחדים.
הערה:תוך כדי תהליכי ההשהיה בפעולת הבקר מהבהב LED המתאים לאותה השהיה לכל זמן ההשהיה.
הסבר ועקרון פעולת הבקר:
הבקר מבוסס על מיקרו מעבד של חברת אינטל מסוג 8031.מעבד זה מכיל שלושה מרחבי זיכרון:
1. ׁ[ram] BYTE128.
2. 64K .PROGRAM MEMORY
3. 64K DATA MEMORY.
לזיכרון התוכנית לא ניתן להכניס נתונים.מספר הדגלים במעבד זה עולה על 200 8031 הוא מעבד מסדרת 8051 והוא משמש גם כעבד סיביות בודדות כלומר ניתן לבדוק סיביות יחידות דבר שמגדיל את תחום האפשרויות של הבקר.הבקר MDCS -8031,הינו בעל מפסקי תכנות שמגדיל את תחום האפשרויות של הבקר. אופי התנהגותו בצורה חיצונית של הבקר מבחינת נתוני ההשוואה.לחצן שחרור/אתחול מכניס פקודת RESET למערכת ומביא את תוכנת הפעולה לתחילתה.התוכנית שנמצאת בזיכרון התכונית מורכבת מכמה לולאות והיא חוזרת על עצמה כל הזן פעולת הבקר.היא בודקת את מצב הכניסות כל הזמן ובעת הצורך,מעדכנת את היציאות.
בדיקות הנוריות של ידי המצב המתאים, מבצעת הדמיית תקלות התוכנה והדלקת הנורית נעשית על ידי תוכנה ולא סתם על ידי נתינת מתח לנוריות.

סינכרון המערכת עם רשת החשמל

2006-12-21T09:01:00.000-08:00

מסנכרן אוטומאטי.

מסנכרן האוטומטי נודע לסנכרן מחולל המחובר במקביל לרשת אז במקביל למחולל אחר.נניח שהמחולל מתחבר במקביל לקו חשמל (קו זה מסופקת לאנרגיה או על ידי מחולל או על ידי רשת חברת החשמל),לפני חיברו של המחולל לקו,המסנכרן את המחולל מבחינת מתח,תדר וזווית מופע,(שלושת תנאי הסנכרון),עם אותם ערכים אלו של הקו,ורק לאחר שהמחולל והקו יסונכרנו ,יחובר על ידי המסנכרן במקביל לקו.

עקרון פעולה:
להלן נתונה סכימה עקרונית של אופי פעולת המסנכרן האוטומטי אם כל האלמנטים המחוברים אליו.לאחר שהאמצעי שמסובב על ידי המחולל מסופק למסנכרן.כאשר מתח המוצא של המחולל מגיע לערך של 85 VAC בתדירות של 50HZ או 60HZ,המסנכרן יתחיל לחוש גם את מוצא המחולל וכמו כן את מוצא הקו אליו מתחבר המחולל.המסנכרן ימצא שכל הפרמטרים הנ"ל זהים בין מחולל לקו,יוצא המסנכרן אות אשר יגרום למגע המחבר את המחולל במקביל לקו להתחבר.
סכימה עקרונית המתארת את אופן פעולתו של המסנכרן.
ספק כוח:
המתח המגיע מהקו אל המסנכרן,מועבר לספק הכוח.ספק הכוח דורג להפחית את ערכו של מתח וכמו כן ליישר אותו.במוצא הספק אנו מקבלים שתי רמות מתח שונות יחסית לאדמה,האחת +12 VDC ואילו השנייה,.-VDC12

יחידות החישה:
קיימות כאן שתי יחידות חישה,האחת המחוברת למוצא המחולל,ואילו השנייה מחוברת לקו אליו אמור להתחבר המחולל במקביל ( BUS SENSING,GENERAOR). המוצא של שתי היחידות הנ"ל מסופק למשווה הפרשי מתחים (COMPERATOR VOLTAGE DIFFERENCE) מועברים גם לאלמנטים הבאים:מתאם תדירות,הפרש מופע.(MATCHING ,FREQUENCY,PHASE), מתאם מתחים ((VOLTAGE MATCHING ולאלמנט הנקרא "DEAD BUS"

להלן הסבר עקרוני :
משווה התדירות ( FREQUECY DIFFERENCE COMPEARTOR0.1HZ):
יחידה זו משווה את תדירות הקו ותדירות המחולל.אם שני התדרים (של הקו ותדר המחולל)שווים או קיים הפרש של עד 0.1HZ המשווה יוציא למוצא אות המועבר לרשת השערים (GATING CIRUIT).

משווה זווית המופע (PHASE ANGLE COMPARATOR):
המשווה משווה את פרשי המופע בין שניים יהיו שונים ב-20~-5~ מעלות (תלוי במצב הפוטנציומטר הנמצא בפנל הקדמי של המסנכרן),יועבר אות לרשת השערים.

משווה מתחים (VOLTAGE DIFFERENCE COMPERATOR):
משווה המתחים משווה את שני המתחים(מתח מוצא המחולל ואת המתח בקו),
כאשר יהיו המתחים שווים או יהיה הפרש המתחים בין 14%~-5%~
(תלוי במצב הפוטנציומטר הנמצא בחלקו הקדמי של המסנכרן) יועבר אות לרשת השערים.

רשת השערים ((GATING,TIME DELAY CIRCUITRY :
כאשר כל שלושת המשווים יתנו אות מעגל השערים (GATING
CIRCUIT)מעגל ההשהיה יחל לספור לאחר (מעגל זה יסופר לאחור כל עוד יהיו כל שלושת הפוסלים בכניסתו) למשך זמן 0.75 שנית. לאחור זמן זה יופעל "המגע הסוגר"
(CONTACT CLOSING).מכאן ניתן להבין שבכדי שיופעל "המגע הסגור" אנו צריכים לקבל אות מוצא שלושת המשווים למשך זמן של 0.75 שניות לפחות.יש לציין שניתן לדלג על זמן השהיה זה וזאת על ידי שימוש ב"מעקף" (JUMPET),כתוצאה מכך יופעל "המעגל הסוגר" מיד אם קבלת אות במוצא המשווים.לאחר שיופעל המעגל הסוגר (סימן שהמחולל מסונכרן לקו) יתחבר המחולל במקביל לקו.

"מעגל הסוגר" (CLOSING CIRCUIT):
כאשר יופעל המעגל זה הוא יגרום לנורת ה-SYNC להאיר,וכמו כן יגרום גם לסגירת ה-BREAKING CLOSING OUTPUT CONTACT ויגרום על ידי כך לחיבור המחולל במקביל לרשת.כמו כן אות מאפס (RESET),ישלח לכל אותיות הבקר.

מעגל ה-DEAD BUS:
אופציה זו מאפשרת לחבר את המחולל לקו גם כאשר אין מתח או הקו נמוך ממתח המחולל ב-V10-VAC50.ערך מתח זה נקבע על ידי פוטנציומטר בפנל הקדמי של האלמנט.

מתאם תדירות מופע:
מעגל זה יבצע תיקון של הפרשי ו/או הפרשי המופע הקיימים בין מתח המחולל לבין מתח הקו.התיקון יתבצע על ידי אות היחסי לשינויי התדר מופע שרק יועבר לווסת התדירות.מתאם זה מבצע את התיקון לפני חיבור המחולל במקביל לקו. כשאר הוא מרגיש הבדל מופע ו/או תדר הוא מעביר אות לווסת התדירות ו/או לווסת ההספק האקטיבי חוזק.

מתאם מתח:
מעגל זה יבצע תיקון של הפרשי מתחים בין מתח הקו לבין מתח המחולל,אם יתגלה הפרש כזה הוא יתקבל במוצאו אות היחסי לגודל ההפרש,האות יועבר לווסת המתח וזה האחרון יבצע את התיקון.מתאם זה מבצע את תיקון המתח לפני חיבור המחולל במקביל לקו.
כאשר שלושת המשווים יוציאו אות התראה שלא קיים הפרש תדר,מופע ומתח יתחבר המחולל במקביל לקו לפי התנאים המוזכרים מעלה.
לאחר חיבור המחולל במקביל לקו יתנתק המסנכרן האוטומטי ולא ישמש אותנו במהלך העבודה הרציפה של המחולל במקביל לקו.האלמנטים שישמרו על ערכים הקובעים של מתח,פאזה ותדר של המחולל(ערכים אלו שווים לאותם ערכים של הקו),הם וסת המתח,וסת התדר וההספק הראקטיבי החוזר.