पावर प्लांट की आवश्यकताओं के लिए एसी सिंक्रोनस मोटर्स का चयन कैसे करें?

पावर प्लांट अनुप्रयोगों में एसी सिंक्रोनस मोटर्स की समझ

एसी सिंक्रोनस मोटर के मूल संचालन सिद्धांत और ग्रिड स्थिरता में इसकी भूमिका

एसी समकालिक मोटर्स एक निश्चित गति से चलते हैं जो एसी पावर सप्लाई आवृत्ति के बिल्कुल मेल खाती है, मूल रूप से रोटर को स्टेटर के घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र से किसी भी स्लिप के बिना लॉक कर देते हैं। इस समकालिकता की विशेषता बहुत सटीक आवृत्ति नियंत्रण की अनुमति देती है, जो बिजली उत्पादन सुविधाओं में पावर ग्रिड को स्थिर रखने के लिए आवश्यक है। वहाँ के जनरेटर्स को स्थान के आधार पर 50 हर्ट्ज़ या 60 हर्ट्ज़ नेटवर्क आवृत्तियों के साथ कसकर संरेखित रहना आवश्यक होता है। जब इन मोटर्स का उपयोग समकालिक कंडेनसर के रूप में किया जाता है और किसी यांत्रिक लोड से जुड़ा नहीं होता है, तो ये मोटर्स वास्तव में तब सिस्टम में लोड तेजी से बदलने पर वोल्टेज स्तर को स्थिर रखने में मदद करते हैं। क्षेत्र उत्तेजना के माध्यम से इनके पावर फैक्टर को पश्चगामी और अग्रगामी अवस्थाओं के बीच समायोजित करने की क्षमता के कारण संक्रमण नुकसान अभिकल्पना के बिना के सिस्टम की तुलना में लगभग 8 प्रतिशत तक कम हो जाते हैं। वर्ष 2023 में आईईईई पावर एंड एनर्जी सोसाइटी द्वारा प्रकाशित हालिया शोध इन दक्षता लाभों की पुष्टि करता है, जो यह दर्शाता है कि क्यों कई उपयोगिताएँ बेहतर ग्रिड प्रदर्शन के लिए इस तकनीक की ओर बढ़ रही हैं।

निरंतर भार के तहत एसी समकालिक मोटर और प्रेरण मोटर्स के बीच मुख्य अंतर

लगातार भारी भार के तहत, एसी समकालिक मोटर्स तीन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदान करते हैं:

• गति स्थिरता : वे भार के बावजूद (टोक़ सीमा के भीतर) निश्चित समकालिक गति बनाए रखते हैं, जबकि प्रेरण मोटर्स में आंतरिक रूप से 1–3% स्लिप होती है।
• पावर फैक्टर नियंत्रण : समकालिक मोटर्स अग्रिम शक्ति गुणांक पर संचालित हो सकते हैं और ग्रिड वोल्टेज को सक्रिय रूप से समर्थन दे सकते हैं; जबकि प्रेरण मोटर्स पश्चगामी प्रतिक्रियाशील शक्ति की खपत करते हैं।
• आंशिक भार पर दक्षता : समकालिक डिज़ाइन IEC 60034-30-2 मानकों के अनुसार समान परिस्थितियों की तुलना में 7–15% दक्षता खोने वाली प्रेरण मोटर्स की तुलना में 40% भार तक 92% से अधिक दक्षता बनाए रखते हैं।

स्थिरता, नियंत्रणीयता और दक्षता का यह संयोजन उन्हें मिशन-महत्वपूर्ण बिजली संयंत्र अनुप्रयोगों—जैसे कूलिंग पंप, बॉयलर प्रशंसक और कंप्रेसर ड्राइव—के लिए आदर्श बनाता है, जहां निरंतर, उच्च-विश्वसनीय संचालन अनिवार्य है।

पावर प्लांट लोड प्रोफाइल के अनुरूप AC सिंक्रोनस मोटर विनिर्देशों का मिलान करना

जनरेटर उत्तेजना और बेसलोड मांग के साथ मोटर शक्ति आउटपुट को संरेखित करना

विद्युत ग्रिड की आवृत्ति को स्थिर रखना वास्तव में AC समकालिक मोटरों के जनरेटर उत्तेजना प्रणालियों के साथ सहयोग करने की क्षमता पर निर्भर करता है। जब सब कुछ सुचारु रूप से चल रहा हो, तो ऑपरेटरों को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि मोटर का बलाघूर्ण और गति टर्बाइन और जनरेटर की गतिविधियों के साथ ठीक से मेल खाते रहें, ताकि भार में अचानक परिवर्तन के दौरान आवृत्ति लगभग आधे हर्ट्ज़ के भीतर बनी रहे। प्राथमिक वायु प्रशंसकों या बॉयलर फीड पंपों जैसे लगातार चलने वाले उपकरणों के लिए, चरम भार की तुलना में लगभग 15 से 20 प्रतिशत अधिक क्षमता वाली मोटर का आकार चुनना उचित होता है। इसी समय, इन मोटरों को आमतौर पर अपनी समकालिक गति के 95 से 100 प्रतिशत के बीच चलाया जाना चाहिए। यह अतिरिक्त क्षमता मांग में तेज उछाल के समय समस्याओं को रोकने में मदद करती है, विशेष रूप से चालू होने की स्थिति में, जब कुछ मिलों में सामान्य धारा की तुलना में एक साथ तीन गुना धारा खींची जा सकती है। सामान्य परिस्थितियों में प्रतिक्रियाशील शक्ति के प्रबंधन के लिए वास्तविक समय में उत्तेजना धारा के स्तर की निगरानी करना महत्वपूर्ण होता है। यह तब और भी अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है जब जनरेटर अचानक बंद हो जाते हैं, क्योंकि ऐसे में मोटरों को तेजी से भूमिका बदलनी पड़ती है—प्रतिक्रियाशील शक्ति की खपत करने से लेकर उसे वापस प्रणाली में आपूर्ति करने तक—इससे पहले कि वोल्टेज बहुत कम हो जाए और बड़ी समस्याएँ उत्पन्न हों।

संचालन वातावरण का आकलन: ऊंचाई, तापमान और हार्मोनिक विरूपण के प्रभाव

वातावरण मोटर्स की विश्वसनीयता और उनकी गर्मी प्रबंधन क्षमता को लेकर बहुत बड़ी भूमिका निभाता है। जब हम 1,000 मीटर से अधिक की ऊंचाई पर पहुंचते हैं, तो अधिकांश मोटर्स को प्रत्येक अतिरिक्त 300 मीटर चढ़ाई पर लगभग 3 से 5 प्रतिशत तक कम दर्ज किया जाना चाहिए। यह समायोजन पतली हवा के कारण होता है जो उच्च ऊंचाइयों पर चीजों को प्रभावी ढंग से ठंडा नहीं कर पाती। यदि आसपास का तापमान 40 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, तो कक्षा H इन्सुलेशन आवश्यक हो जाता है क्योंकि यह NEMA MG-1 दस्तावेज़ में निर्धारित मानकों के अनुसार 180 डिग्री तक का सामना कर सकता है। और आजकल विशेष रूप से चर आवृत्ति ड्राइव से आने वाले हार्मोनिक विरूपण के मुद्दों को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता, खासकर जब सिस्टम डिजाइन करते हैं तो इन पर गंभीर ध्यान देने की आवश्यकता होती है।

IEEE 519-2022 हार्मोनिक सीमाओं के साथ अनुपालन महत्वपूर्ण है: अत्यधिक हार्मोनिक्स रोटर तापन पैदा करते हैं जो दक्षता में 8% तक की कमी करते हैं और इन्सुलेशन के बूढ़े होने को तेज करते हैं। तटीय या उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में, जंग से होने वाली इन्सुलेशन विफलता को रोकने के लिए आर्द्रता नियंत्रित एन्क्लोजर अनिवार्य हैं।

AC सिंक्रोनस मोटर्स के पावर फैक्टर और दक्षता लाभों का उपयोग करना

उपयोगिता लागत और ट्रांसफार्मर तनाव को कम करने के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन प्रदान करना

एसी सिंक्रोनस मोटर्स फिक्स्ड कैपेसिटर बैंक या इंडक्शन विधियों की तुलना में अलग हैं, क्योंकि वे फील्ड उत्तेजना नियंत्रण के माध्यम से प्रतिक्रियाशील शक्ति को गतिशील रूप से समायोजित कर सकते हैं। जब ये मोटर्स लीडिंग पावर फैक्टर पर चलती हैं, तो वास्तव में यह प्रणाली पर कुल प्रतिक्रियाशील मांग को कम करने में मदद करती है। आईईईई पावर एंड एनर्जी सोसाइटी के वर्ष 2023 के कुछ हालिया अध्ययनों के अनुसार, यह प्रत्येक मेगावाट घंटे के लिए उपयोगिता पावर फैक्टर जुर्माने में लगभग 15% की कमी कर सकता है। आगे जो होता है वह भी काफी दिलचस्प है। जब हम स्थानीय स्तर पर प्रतिक्रियाशील शक्ति को इंजेक्ट करते हैं, तो इसका अर्थ है कि ट्रांसफार्मर और फीडर के माध्यम से कम धारा का प्रवाह होता है। इससे प्रणाली में कम ऊष्मा उत्पन्न होती है, वोल्टेज में गिरावट कम होती है और उपकरणों का कुल मिलाकर जीवनकाल बढ़ जाता है। जिन संयंत्रों ने इस तकनीक को लागू किया है, वे अक्सर अपने वार्षिक ऊर्जा बिल में 8 से 12 प्रतिशत तक की कमी देखते हैं। इनमें से अधिकांश बचत महंगे जुर्माने से बचने और उन परेशान करने वाले I वर्ग R हानि को कम करने से आती है जो बजट में कटौती करती हैं।

आंशिक भार पर NEMA MG-1 बनाम IEC 60034-30-2 की तुलना करने वाले दक्षता मानकों की तुलना

जबकि NEMA MG-1 (प्रिमियम दक्षता) और IEC 60034-30-2 (IE4) दोनों उच्च दक्षता की सीमाओं को परिभाषित करते हैं, IEC मानक विशेष रूप से बिजली संयंत्र संचालन में सामान्य आंशिक भारों पर अधिक सख्त आवश्यकताएं लागू करता हैः

IE4 विनिर्देशों को पूरा करने वाले सिंक्रोनस मोटर्स 50% भार पर अपने NEMA प्रीमियम समकक्षों की तुलना में 35% अधिक सिस्टम दक्षता प्राप्त करते हैं जो प्रति 500 kW मोटर निरंतर काम करने पर ~ $18,000 की वार्षिक ऊर्जा बचत में अनुवाद करते हैं। आधार भार की मांग की चर प्रकृति को देखते हुए, यह आंशिक भार लाभ मापने योग्य आरओआई प्रदान करता है और ऊर्जा के अनुकूलित उपयोग के माध्यम से दीर्घकालिक कार्बन उन्मूलन लक्ष्यों का समर्थन करता है।