جمعبندی تحولات دهه 1990

با بررسی مقالات IEEE این دهه (157 مقاله) در موضوعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنكرون به نتایج زیر می‌رسیم:
1-تمركز موضوعی مقالات
2-فعالیت روی ژنراتورهای ابررسانای دمابالا آغاز شد.
3-كاربرد سیستمهای تحریك استاتیك و دیجیتال گسترش یافت.
4-روشهای كاهش لرزش حین عملكرد ژنراتور مورد توجه قرار گرفت.
5-در اوایل دهه رویكرد طراحان بهبود عملكرد سیستمهای خنك‌سازی هیدروژنی بود، اما در اواخر دهه سیستمهای خنك‌سازی با هوا به دلایل زیر مجدداً مورد توجه قرار گرفتند:

  • تولید عایقهای استاتور نازكتر با مقاومت حرارتی پایینتر
  • ظهور روشهای محاسبات كامپیوتری دینامیك شاره
  • ارزانی و سادگی ساخت سیستمهای خنك‌سازی با هوا


6-تكنولوژی پاورفرمر ابداع شد.
7-رویكرد طراحان از افزایش ظرفیت ژنراتورها به سمت ارایه طرحهای برنده- برنده یعنی كیفیت و هزینه مورد قبول برای مشتری و تولید‌كننده تغییر كرد.

تحولات 2000 به بعد

همچون دهه‌های پیش، روند روزافزون استفاده از روشهای عددی خصوصاً‌روش اجزاء محدود ادامه یافت. آقای زولیانگ یك روش اجزاء محدود جدید را با بهره‌گیری از عناصر قوسی شكل در مختصات استوانه‌ای ارایه كرد. مزایای این روش دقت زیاد و فرمولبندی ساده بود. این روش برای تحلیل میدان درشكلهای استوانه‌ای مانند ماشینهای الكتریكی بسیار مناسب است.
در سال 2004 آقای شولت روش نوینی برای طراحی ماشینهای الكتریكی ارایه داد كه تركیبی از روش اجزاء محدود و روشهای تحلیلی بود. از روش تحلیلی برای طراحی اولیه بر مبنای گشتاور، جریان و سرعت نامی و از روش اجزاء محدود برای تحلیل دقیق میدانها به منظور تكامل طرح اولیه استفاده می‌شد. به این ترتیب زمان و هزینه مورد نیاز طراحی كاهش می‌یافت.
در زمینه عایق تلاشها جهت بهبود هدایت گرمایی در سال 2001 به ارایه یك سیستم با هدایت گرمایی بالا توسط كمپانیهای توشیبا و ونرول ایزولا انجامید. اثر بهبود هدایت گرمایی دراین سیستم نسبت به سیستم معمول مشهود است.
در زمینه ژنراتورهای ابررسانا می‌توان به تحولات زیر اشاره كرد. در سال 2002 كمپانی جنرال‌الكتریك برنامه‌ای را با هدف ساخت و تست یك ژنراتور MVA100 آغاز كرده است. هسته رتور و استاتور این ژنراتور مانند ژنراتورهای معمولی است. هدف این است كه یك رتور معمولی بتواند میدان حاصل از سیم‌پیچی ابررسانا را بدون اشباع شدن از خودعبور دهد. مهمترین قسمتهای این پروژه، سیم‌پیچ میدان دمابالا و سیستم خنك‌سازی است
از سال 2000 به بعد فعالیتهای گسترده‌ای در جهت ساخت و نصب پاورفرمرها صورت گرفته است كه نتیجه آن نصب چندین پاورفرمر در نیروگاههای مختلف است. این پاورفرمها و مشخصات آنها عبارتند از:

  • پاورفرمر نیروگاه توربو ژنراتوری اسكیلزتونا سوئد با مشخصات KV136، MVA42، rpm3000
  • پاورفرمر نیروگاه هیدرو ژنراتوری پرسی سوئد با مشخصات kv155، MVA75، rpm125
  • پاورفرمر نیروگاه هیدروژنراتوری هلجبرو سوئد با مشخصات KV78، MVA25، rpm4/115
  • پاورفرمر نیروگاه هیدرو ژنراتوری میلرگریك كانادا با مشخصات KV25، MVA8/32، rpm720
  • پاورفرمر نیروگاه هیدروژنراتوری كاتسورازاوا با مشخصات KV66، MVA9، rpm5/428


جمعبندی تحولات 2000 به بعد

با بررسی مقالات IEEE این سالها (149 مقاله) در موضوعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنكرون به نتایج زیر می‌رسیم:

  1. تمركز موضوعی مقالات
  2. تلاشهای زیادی برای بهبود هدایت حرارتی عایق سیم‌پیچی استاتور خنك شونده با هوا با هدف رسیدن به ظرفیتهای بالاتر صورت گرفت.
  3. پاورفرمرها در نیروگاههای مختلف نصب شدند.
  4. فعالیت روی پروژه‌های ژنراتورهای ابررسانای دمابالا آغاز شده در دهه قبل ادامه یافت.
  5. كاربرد سیستمهای تحریك دیجیتال به خصوص سیستمهای با چند ریزپردازنده گسترش یافت.
  6. استفاده از روشهای عددی در طراحی و آنالیز ژنراتورهای سنكرون به ویژه سیستمهای خنك‌سازی بسیار گسترش یافت.


نتیجه‌گیری

ژنراتورهای سنكرون همواره حجم عمده‌ای از تحقیقات را در دهه‌های مختلف به خود اختصاص داده‌اند، تا جایی كه بعد از گذشت بیش از 100 سال از ارایه اولین نوع ژنراتور سنكرون همچنان شاهد ظهور تكنولوژیهای جدید دراین عرصه هستیم. تكنولوژیهای كلیدی كماكان مسائل عایق كاری و خنك‌سازی هستند.
تكنولوژی پیشرفته تولید ژنراتور و ریسك بالقوه موجود باعث شده است تعداد سازندگان مستقل ژنراتور كاهش یابد.
متاسفانه، علی‌رغم اینكه بالا بردن نقطه زانویی اشباع مواد مغناطیسی می‌تواند تاثیر به سزایی در پیشرفت ژنراتورها داشته باشد، تاكنون دستاورد مهمی در این زمینه حاصل نشده است. البته تلاشهایی در گذشته برای كاهش تلفات الكتریكی لایه‌های هسته صورت گرفته است، اما پیشرفتهای حاصله منوط به كاهش ضخامت لایه‌ها یا افزایش غیرقابل قبول قیمت آنهاست. متاسفانه پیشرفت مهمی نیز در آینده پیش‌بینی نمی‌شود.
نیاز امروزه بازار ژنراتورهایی است كه به نحوی پكیج شده باشند كه به راحتی در سایت قابل نصب باشند. پكیجهایی كه از یكپارچگی بالایی برخوردارند به طوری كه نویز حاصل از عملكرد ژنراتور را در خود نگاه می‌دارند، در برابر شرایط جوی مقاومند، ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ دارند، نقطه نوترال در آنهاتعبیه شده و حفاظت اضافه ولتاژ دارند. همچنین سیستم تحریك نیز در این پكیجها تعبیه شده است و تقریباً بی‌نیاز از نگهداری هستند.
پیش‌بینی می‌شود روند جایگزینی سیستمهای خنك‌سازی هیدروژنی به وسیله سیستمهای خنك سازی با هوا ادامه یابد و این در حالی است كه بهبود بازده سیستمهای خنك‌سازی هیدروژنی همچنان مورد توجه است.
با توجه به حجم گسترده تحقیقات در حال انجام روی ژنراتورهای ابررسانای دمابالا، تولید گسترده اینگونه ژنراتورها در آینده نزدیك قابل پیش‌بینی است. پیشرفتهای مورد نیاز در این زمینه به شرح زیر است:

  • تولید هادیهای رشته‌ای و استفاده از آنها به جای نوارهای دمابالای امروزی جهت افزایش چگالی جریان
  • افزایش قابلیت خم كردن سیمهای دمابالا به منظور ایجاد شكل سه‌بعدی مناسب سیم‌پیچی رتور درنواحی انتهایی سیم‌پیچ
  • استفاده از سیم‌پیچی لایه‌‌ای به جای سیم‌پیچی‌های پنكیك به منظور حداقل سازی اتصالات بین كویلها


از موضوعات قابل توجه دیگری كه پیش‌بینی می‌شود صنعت ژنراتور را در سالهای آینده تحت تاثیر قراردهد، تولید انبوه پاورفرمر و رسیدن به سطوح بالاتر ولتاژ است به طوریكه در آینده نزدیك پاور فرمرهایی با ولتاژ KV170 برای نیروگاههای توربو ژنراتوری و KV200 برای نیروگاههای هیدروژنراتوری ساخته خواهند شد و امید است كه سطح ولتاژ خروجی آنها به KV400 هم برسد.
انتظار می‌رود پیشرفت سیستمهای عایقی ادامه یابد. ممكن است از تكنولوژیهای جدید عایقی مانند سیستمهای عایق پلیمری پیشرفته استفاده شود و این سیستمها بتوانند با نوارهای میكا-گلاس امروزی رقابت كنند. این پیشرفتها می‌تواند به بهبود كابلهای پاور فرمر نیز بینجامد.