کوزیمات N+ یا رگولاتور ولتاژ ژنراتور

AvkCosimat N+ Voltage Regulator

کوزیمات، که گاه رگولاتور ولتاژ نیز خوانده شده است، یک دستگاه الکترونیکی است که، در صنعت برق و الکترونیک صنعتی، کاربرد دارد. کار این وسیله، کنترل ولتاژ خروجی ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون سه فاز، که همواره از چالش های صنعت برق بوده، می باشد.از آنجا که، در ژنراتورهای قدیمی تر و اولیه، از مگنت ثابت، استفاده می شد، ولتاژ خروجی کاملا وابسته به سرعت گردش و میزان فاصله هوایی بین قطب تا استاتور، بود و با بارگیری ژنراتور، ولتاژ خروجی دستخوش تغییر می شد. این وسیله، که به خودی خود٬ یک سیستم اندازه گیری، کنترلی کامل است٬ تنظیم و کنترل ولتاژ ژنراتورهای نیروگاهی و ژنراتورهای سیار برق٬ به ویژه زمان بارگیری ژنراتور و اوج بار است. در زمان بارگیری و اوج بار، مقاومت سیم پیچ های داخلی ژنراتور، و همچنین، مقاومت سیم ها و شین های هادی، مشهود تر شده، و افت ولتاژ روی این مسیرها، گاه غیر قابل صرف نظرکردن است. از اینرو، این وسیله، طراحی شده، تا بتواند به طور خودکار، افت ولتاژ ناشی از بارگیری کامل یا ناکامل یک ژنراتور را، چه در حالت سنکرون، و چه در حالت غیر سنکرون، جبران نماید

فرآیند جبران افت ولتاژ، به این ترتیب است که، کوزیمات، که مدام در حال نمونه برداری از ولتاژ خروجی ژنراتور است، در صورت افت ولتاژ ژنراتور، حتی در حد یکی دو ولت، آن را حس کرده، و در مدت زمانی که بستگی به تنظیمات و نوع آن دارد٬ و پاسخ زمانی ماندگار نام میگیرد، جریان تحریک ژنراتور را، افزوده، در نتیجه شار میدان مغناطیسی منتشر شده از روتور، نسبت به قبل زیادتر شده٬ و در نهایت٬ ولتاژ القا شده به استاتور، افزایش می یابد. این سیکل تا جایی انجام می شود که مقدار ولتاژ خروجی ژنراتور٬ با ولتاژ نمونه داخل کوزیمات که قبلا تنظیم شده٬ برابر شود.

بدیهیست، این فرایند٬ می تواند روند معکوس را نیز طی کند! یعنی اگر ژنراتوری که زیر بار رفته، و کوزیماتش این روند را طی کرده٬ دچار کاهش بار٬ چه ناگهانی و چه با روندی نرم٬ کوزیمات ، افزایش ناچیز ولتاژ خروجی ژنراتور پس از کاهش بار را حس می کند٬ و به همان نسبت٬ جریان تحریک سیم پیچ روتور را کاهش می دهد. در نتیجه القای میدان مغناطیسی از روتور به استاتور ژنراتور٬ کاهش یافته٬ و ولتاژ القا شده در استاتور که همواره به بار وصل بوده٬ کاهش می یابد.

به این ترتیب٬ روند کنترل ولتاژ خروجی ژنراتور٬ در اختیار قرار می گیرد و می توان اطمینان حاصل کرد که ولتاژ ژنراتور در چرخه خودکنترلی، و دارای ثبات قرار گرفته است.

در گذشته٬ ولتاژ خروجی ژنراتورهای تحریک پذیر را٬ توسط یک رئوستای بزرگ که جریان قطب را تنظیم می کرد٬ انجام می شد. این عمل، شبیه عملیست که بعدها٬ به کوزیمات سپرده شد. ولی در روش قدیمی، محدودیت های زیادی بود. از جمله داغ شدن آن رئوستا و سوختن آن در توان کشی های بالاتر٬ ناکارآمدی برای استفاده در ژنراتورهای بزرگ و خیلی بزرگ نیروگاهی، و عدم خاصیت خودکنترلی، از آن جمله معایب است.

از آنجا که روش رئوستایی ، و همینطور، کنترل اهمیک جریان سیم پیچ، و همینطور استفاده از نیمه هادی ها به جای رئوستا، در توانهای بالا، به دلایل گفته شده و همچنین راندمان پایین و حرارت تولید شده زیاد٬ متصور نیست٬ در کوزیمات، از روش دیگری استفاده می شود تا کار رئوستا را٬ بدون ایجاد معایب مذکور٬ شبیه سازی کند.

کوزیمات، از روش PWM برای کنترل جریان سیم پیچ روتور یا قطب ژنراتور، استفاده می کند. در این روش٬ یک فرکانس پایه وجود دارد که اسیلاتور مدار آن را می سازد. این فرکانس٬ طی یک سری فرآیند، از جمله مقایسه و ترکیب با فرکانس دیگری که اختلاف فاز قابل کنترل نسبت به اسیلاتور دارد٬ و گذر از مجموعه ای از اشمیت تریگرها، به یک پالس مربعی که عرض آن، یعنی مدت زمان روشن بودن آن، کمتر از مدت زمان خاموش بودن آن است٬ می شود. سپس، مدارات فیدبک، با ترکیبی از فیلترها و تقویت کننده ها٬ به مدارات مقایسه کننده مذکور ، وصل شده، به طوری که ، عرض پالس تولید شده٬ به متغیر دیگری وابسته می شود. این متغیر٬ همان ولتاژ خروجی ژنراتور است که باز هم از یک سری کاهش دهنده و برش دهنده گذر کرده٬ و افزایشش منجر به کاهش عرض پالس، و کاهشش منجر به افزایش عرض پالس می شود.

پالس تولید شده که طی فرآینده مذکور، که البته پیچیده تر از آنچه گفته شد٬ است٬ در نهایت٬ به یک یا یک مجموعه، سوییچ های قدرت، یا نیمه هادی هایی که معمولا MOSFET یا FET یا THYRISTOR است، اعمال شده٬ و ولتاژ دوسر سیم پیچ قطب، با همان فرکانس اسیلاتور، و عرض پالس فراهم شده٬ تامین می شود. ولی چون مدت زمان روشن بودن در عرض پالس مذکور کمتر است، سیم پیچ فرصت نمی یابد تا جریانش را به سمت بی نهایت سوق دهد. در نتیجه٬ جریان سیم پیچ، کنترل می گردد. ولی این پایان کار نیست. چون باید جریان قطب، یکنواخت شود تا در دوره خاموشی عرض پالس، ولتاژ خروجی ژنراتور دچار اعوجاج و کاهش و افزایش نشویم. اما این کار، توسط خود کوزیمات انجام نمی شود. بلکه، از آنجا که ، سیم پیچ دارای خاصیت القایی و مخالفت با قطع جریان است٬ در لحظه خاموش کردن نیمه هادی سوییچ و قطع جریان قطب ژنراتور از سوی کوزیمات، سیم پیچ روتور یا قطب٬ ولتاژ زیادی به صورت معکوس ، دوسر خود ایجاد می کند که از قطع جریان جلوگیری کند که این ، هم منجر به صدمه زدن به کوزیمات و مدارات آن شده٬ هم اعوجاج ایجاد می کند. برای رفع این مشکل٬ از دیود هرزگرد٬ یا دمپر، به صورت موازی و در بایاس مخالف دوسر سیم پیچ قطب یا روتور٬ استفاده می شود، که بعد از قطع جریان از سوی کوزیمات٬ از ایجاد ولتاژ بیش از حد و معکوس دوسر سیم پیچ قطب٬ جلوگیری کرده٬ و بعلاوه٬ جریان را در جهتی که قبلا داشته٬ برقرار کرده٬ و به سیکل بعدی روشنی عرض پالس که در راه است٬ پیوند می دهد و جریان سیم پیچ قطب را یکنواخت می کند.

این دیودها٬ خارج از کوزیمات، و به موازات سیم پیچ قطب، و در بایاس مخالف قرار می گیرد. در ژنراتورهای تحریک مستقل، این دیودها، درست روی محور روتور٬ در انتهای ژنراتور که به محرک مکانیکی متصل نیست٬ قرار داشته٬ و با سرعتی که ژنراتور می چرخد٬ آن دیود نیز، می چرخد. از اینروست که٬ برخی عوام٬ به آنها٬ دیود گردان نیز گفته اند.

AvkCosimat N+ Voltage Regulator

در ایران، دو نوع از این دستگاه دیده شده است. یکی COSIMAT معمولی و دیگری با پسوند N+