خانه / اطلاعات عمومي / دانستني هاي ژنراتور ، آنچه درباره ژنراتور بايد بدانيد؟

دانستني هاي ژنراتور ، آنچه درباره ژنراتور بايد بدانيد؟

همه چيز درباره نحوه كار و نحوه راه اندازي ژنراتور

بهترين نوع ژنراتور از نظر دائم كار بودن

قيمت و مشخصات ژنراتورها

 

ژنراتور تا الکتروموتور دو روی سکه ی مهندسی برق بوده و بنیاد پیشرفت در این رشته را پایه ریزی میکنند. برای تحلیل ژنراتور تا الکتروموتور ابتدا باید تعریفی مختصر از هرکدام ارائه نموده و در نهایت این مقایسه را انجام داد.

ژنراتور تا الکتروموتور  ( تحلیل ژنراتور)

بطور مختصر ژنراتورها وسایلی هستند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. این وسایل امروزه در انواع مختلفی ارائه میشوند.

ژنراتورها چگونه کار میکنند؟

ژنراتورها از طریق القای الکترومغناطیسی با حرکت روتور در اطراف استاتور  تولید برق میکنند. در این فرآیند است که میدان الکتریکی، از طریق یک آهنربای دائم و یا آهنربای مغناطیسی تأمین گشته و چرخش سیم پیچ درون این میدان برق متناوب را در اختیار ما قرار میدهد.

ساختمان ژنراتور

بنابر توضیح قبل میتوان نتیجه گرفت که ساختمان ژنراتور دو بخش اصلی دارد :

  • اولی قسمت متحرک و دوار که به آن رتور می گویند.
  • دوم قسمت ساکن آن که به استاتور معروف است.

در یک توضیح مختصر و مرور کلی در ژنراتورهای معمولی امروزی :

  • استاتور ساکن بوده و بخش بیرونی یا خارجی ماشین را تشکیل می دهد.
  • رتور آزادانه حرکت می کند (می چرخد) و بخش درونی ماشین را تشکیل می دهد.
  • استاتور و رتور از مواد فرو مغناطیسی ساخته می شوند.
  • محیط داخلی استاتور و محیط خارجی رتور حاوی شیار های متعددی است.

 

 

الکتروموتور دستگاه یا ماشینی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند.

موتورهای الکتریکی چگونه کار میکنند؟

اساس کار بر این روال است که جریان الکتریکی اینبار از سیم پیچ میانی عبور میکند ؛ بنابراین این سیم پیچ خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و نسبت به قطبهایش توسط آهنربای اطرف خود جذب و یا دفع  میشود. اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستنند، اما موتور خطی هم وجود دارند.

ساختمان موتورهای الکتریکی

در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه یا روتور و بخش ثابت ایستانه یا استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده‌است.

موتور کلاسیک جریان مستقیم دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می‌کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچ‌های موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

 

ژنراتور تا الکتروموتور شباهت ها و تفاوت ها

ژنراتور تا الکتروموتور چرخه از مقایسه های گوناگون را شامل میشود. اما در این مقاله که ما ساده ترین نوع هرکدام را مورد بررسی قرار دادیم این تفاوت میان ژنراتور تا الکتروموتور به نوع کاربرد آن و نحوه قرار گرفتن آنها در مدار بستگی داشت. بدین ترتیب ما میتوانیم هر دو استفاده را از وسیله ای یکسان در مدار داشته باشیم.

بسیاری از کودکان و نوجوانان به عنوان یک بازی علمی همچین کاری را انجام میدهند. آنها یک موتور الکتریکی DC  ساده را گاهی به موتوری دیگر متصل کرده و از موتور غیر فعال به عنوان ژنراتور استفاده میکنند.

قطعاً خوانندگان ما به دنیال مصارف بسیار حرفه ای تری از ژنراتور تا الکتروموتور می باشند و یا محصلین و دانشجویانی هستند که در آینده چنین کاربردهای پیچیده ای را از ژنراتور تا الکتروموتور رقم خواهند زد. ما به این دسته از خوانندگانمان مطالعه دو مطلب زیر را توصیه میکنیم. با کلیک بر روی عبارات قرمز رنگ زیر میتوانید مطالب را مطالعه نمایید:

 

 

ژنراتور‌ها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است. ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن ۱۹ برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سال‌ها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود.

 

در کانون این تحول، یک هیدروژنراتور سه فاز ۲۱۰ کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده‌ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیت‌ها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتور‌ها، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک سازی بود.

 

در راستای رفع این محدودیت‌ها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک سازی و بهینه سازی روشهای خنک سازی با هوا نتایج موفقیت آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتور‌ها به بیش از ۱۶۰۰DC افزایش یافته است. در جهت افزایش ولتاژ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.

همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می‌رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند. ژنراتورها:ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می‌نماید.

 

کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می‌رود.
دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتور‌ها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه‌ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد میشود یا القاء می‌شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته، عبور کند میدان، نیروی مکانیکی بر آن وارد می‌کند.

 

 

ژنراتور‌ها دارای دو اصل هستند: قسمت‌ها و میدان که آهنربای الکترو مغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می‌کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است. آرمیچر معمولا” هسته‌ی نرم آهنی اطراف سیم‌های القائی که دور سیم پیچ‌ها پیچیده شده اند، است.

ژنراتور‌ها از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می‌گویند. رتور‌ها نیز از نظر ساختمان دو دسته اند: ماشین‌های قطب صاف و ماشین‌های قطب برجسته.
همچنین ژنراتور‌ها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آن‌ها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می‌شوند: ۱) توربو ژنراتورها: در این وسیله گرداننده رتور، توربین بخار است و، چون توربین بخار جزء ماشین‌های تند گرد است بنابراین توربوژنراتور دارای قطب‌های صاف بوده و این ماشین توانائی ایجاد دورهای بسیاربالا را در قدرت‌های زیاد دارد امروزه اغلب توربوژنراتور‌ها را دو قطبی می‌سازند، چون با افزایش سرعت گردش کار توربین‌های بخار با صرفه‌تر وارزان ترتمام می‌شود. ۲) هیدرو ژنراتور‌ها: در آن وسیله گرداننده رتور توربین آبی است و، چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدروژنراتور دارای قطب برجسته بوده و دارای سرعت کم می‌باشد. ۳) دیزل ژنراتور‌ها: در قدرت‌های کوچگ و اظطراری وسیله گرداننده رتور دیزل است که در این موره هم قطب‌های رتور آن برجسته می‌باشد.

 

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون:در یک ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ رتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس رتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده میشود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید. این میدان مغناطیسی، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ‌های استاتور ژنراتور القاء می‌نماید.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ‌ها بسیار مورد استفاده است یکی سیم پیچ‌های میدان و دیگری سیم پیچ‌های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ‌های میدان به سیم پیچ هایی گفته می‌شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می‌نماید و عبارت سیم پیچ‌های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می‌شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می‌شود. برای ماشین‌های سنکرون، سیم پیچ‌های میدان در رتور است.

رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است. قطب‌های مغناطیسی در رتور می‌تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی قلمبیده است و قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می‌باشد. ازطرف دیگر، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است.

 

یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولا” برای موارد ۲ یا ۴ قطبی بکار می‌روند. در حالی که رتورهای برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه‌های نازک می‌سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود، چون رتور می‌چرخد، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ‌های میدانش دارد برای انجام این کار ۲ روش موجود است:

۱) تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ‌های لغزان و جاروبک.
۲) فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما” روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می‌شود.

 

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکروندر یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود.

 

سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخاند می‌شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید. این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ‌های استاتور ژنراتور القاء می‌نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ‌ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم پیچ‌های میدان و دیگری سیم پیچ‌های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ ها‌ی میدان به سیم پیچ هایی گفته می‌شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می‌کند.

 

عبارت سیم پیچ‌های آرمیچر به سیم پیچ هایی اطلاق می‌شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می‌شود برای ماشین‌های سنکرون، سیم پیچ‌های میدان در رتور است. روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن ربای الکتریکی بزرگ است. قطب‌های مغناطیسی در رتور می‌تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد.

 

کلمه برجسته به معنی (قلمبیده) است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می‌باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد ۲ یا چهار قطبی به کار می‌روند. در حالی که رتور‌های برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند.

 

چون در رتور میدان مغناطیسی متغییر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه‌های نازک می‌سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می‌چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ‌های میدانش دارد. برای انجام این کار ۲ روش موجود است:

 

۱ – از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ‌های لغزان و جاروبک.

۲ – فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC، که مستقیما” روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.

 

رینگ‌های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می‌کنند، ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هررینگ لغزان سر می‌خورد. جاروبک‌ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می‌کنند، ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ‌ها خوردگی بوجود نمی‌آورد.

 

اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگروصل می‌شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ، جدااز مکان و سرعت زاویه‌ای آن، میدان درتمام مدت اعمال می‌شود. رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ‌های میدان ماشین سنکرون تولید می‌کنند آن‌ها نگهداری را در ماشین افزایش می‌دهند، زیرا جاروبک بایدمرتبا” به لحاظ سائیدگی چک شود.

 

علاوه برآن، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان‌های میدان به دنبال داشته باشد. علیرغم این مشکلات رینگ‌های لغزان روی همه ماشین‌های سنکرون کوچک‌تر بکار میرود. زیرا راه اقتصادی‌تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست. در موتور‌ها و ژنراتورهای بزرگ‌تر، از محرک‌های بی جاروبک استفاده می‌شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی جاروبک، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می‌شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال میگردد.

 

با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می‌شود) می‌توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی‌آید، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه‌های لغزان و جاروبک‌ها، به نگهداری کمتری نیاز دارد.

 

برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ میگردد. محرک پیلوت، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت‌های (آهن ربا) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است. این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می‌آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می‌نماید. اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست.

 

بسیاری از ژنراتور‌های سنکرون که دارای محرک‌های بی جاروبک هستند، دارای رینگ‌های لغزان و جاروبک نیز هستند بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است. استاتور ژنراتور‌های سنکرون معمولا” در دو لایه ساخته می‌شوند: خود سیم پیچ توزیع شده و گام‌های کوچک دارد تا مولفه‌های هارمونیک ولتاژ‌ها و جریان‌های خروجی را کاهش دهد. چون رتور باسرعتی برابر باسرعت میدان مغناطیسی می‌چرخد، توان الکتریکی با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز تولید می‌شود و از ژنراتور بسته به تعداد قطب‌ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا” برای تولید توان ۶۰ هرتز در یک ماشین دو قطب رتور باید با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه بچرخد.

 

برای تولید توان ۵۰ هرتز در یک ماشین ۴ قطب، رتور باید با سرعت ۱۵۰۰ دور دردقیقه دوران کند. سرعت مورد نیاز یک فرکانس مفروض همیشه از معادله زیر قابل محاسبه است:

ولتاژ القایی در استاتور به شار در ماشین، فرکانس یا سرعت چرخش، و ساختمان ماشین بستگی دارد. ولتاژ تولیدی داخلی مستقیما” متناسب با شار و سرعت است، ولی خود شار به جریان جاری در مدار میدان رتور بستگی دارد.. ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست چندین فاکتور، عامل اختلاف بین این دو هست:

۱ – اعوجاج موجود در میدان مغناطیسی فاصله هوا به علت جریان جاری در استاتور که به آن عکس العمل آرمیچر می‌گویند.

۲ – خود القایی بوبین‌های آرمیچر
۳ – مقاومت بوبین‌های آرمیچر
۴ – تاثیر شکل قطب ها‌ی برجسته رتوروقتی یک ژنراتور کار می‌کند و بار‌های سیستم را تغذیه می‌کند آنگاه: ۱ – توان مستقیم و رآکتیو تولیدی بوسیله ژنراتور برابر با مقدار توان تقاضا شده بوسیله بار متصل شده به آن است.
۲ – نقاط تنظیم گاورنر ژنراتور، فرکانس کار سیستم قدرت را کنترل می‌نماید.
۳ – جریان میدان (یانقاط تنظیم رگولاتور میدان) ولتاژ پایانه سیستم قدرت را کنترل می‌نماید.

این وضعیتی است که در ژنراتورهای جدا و به فواصل دور از هم وجود دارد. مولد‌های AC یا آلترناتورها:مولد‌های AC یا آلترناتور‌ها درست مثل مولدهای DC براساس القاء الکترومغناطیس کار می‌کنند، آن‌ها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند، اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد، در حالی که در ژنراتورهای DC آرمیچر چرخیده می‌شود و سیستم میدان ثابت است در آلترناتور‌ها آرایش عکس وجود دارد.

 

آلترناتور‌ها یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور، یک جریان الکتریکی متناوب تولید می‌کنند، چنین جریان متناوبی مزیت زیادی دارد برای انتقال توان الکتریکی و از این رو بیشتر ژنراتورهای الکتریکی بزرگ از نوع AC هستند. ژنراتور AC در دو حالت خاص با ژنراتور DC فرق می‌کند. پایانه‌های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند. برای حلقه‌های لغزان جزئی شده‌ی جامد روی شفت (میله) ژنراتور به جای کموتاتور و سیم پیچ‌های میدان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می‌شود تااینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام شود. ژنراتور ها‌ی AC سرعت پایینی با تعداد زیادی قطب در حدود ۱۰۰ قطب ساخته می‌شوند.

 

هم برای بهبود بازه شان و هم برای دست یافتن به فرکانس دلخواه به آسانی. آلترناتور‌ها با توربین‌های سرعت بالا راه اندازی می‌شوند. فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC مساوی است با نیمی از تعداد قطب‌ها و تعداد چرخش آرمیچر در ثانیه. بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبک‌ها و حلقه‌های لغزان و خطر شکستهای مکانیکی که ممکن است سبب اتصال کوتاه شود. آلترناتور‌ها به یک سیم پیچ ساکن که بدور یک رتور می‌چرخد و این رتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان هستند ساخته می‌شوند. اصل عملکرد آن‌ها نیز دقیقا” مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده اند.

 

ژنراتور‌ها با ولتاژ بالا:شرکت ABB اخیرا ژنراتوری با ولتاژ بالا ابداع کرده است. این ژنراتور بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده بطور مستقیم به شبکه قدرت متصل می‌گردد. ایده جدید بکار گرفته شده در این طرح استفاده از کابل به عنوان سیم پیچ استاتور می‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا برای هر کاربرد در نیروگاههای حرارتی و آبی مناسب می‌باشد.

 

راندمان بالا، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، تلفات کمتر، تأثیرات منفی کمتر بر محیط زیست (با توجه به مواد بکار رفته) از مزایای این نوع ژنراتور می‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی در ولتاژ بالا و جریان پائین کار می‌کند.

 

ماکزیمم ولتاژ خروجی این ژنراتور با تکنولوژی کابل محدود می‌گردد که در حال حاضر با توجه به تکنولوژی بالای ساخت کابل‌ها میتوان ولتاژ آنرا تا سطح ۴۰۰ کیلو ولت طراحی نمود. هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا بصورت دوار می‌باشد در حالیکه در ژنراتورهای معمولی این هادی بصورت مثلثی می‌باشد در نتیجه میدان الکتریکی در ژنراتورهای ولتاژ بالا یکنواخت‌تر می‌باشد.

 

ابعاد سیم پیچ بر اساس ولتاژ سیستم و ماکزیمم قدرت ژنراتور تعیین می‌گردد. در ژنراتورهای ولتاژ بالا لایه خارجی کابل در تمام طول کابل زمین می‌گردد، این امر موجب می‌شود که میدان الکتریکی در طول کابل محدود گردد و دیگر مانند ژنراتورهای معمولی نیاز به کنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم پیچ نباشد.

جزیی (Partialdischarge) در هیچ ناحیه‌ای از سیم پیچ وجود ندارد و همچنین ایمنی افراد بهره بردار و یا تعمیرکار افزایش می‌یابد. سربندی‌ها و اتصالات معمولا در فضای خالی مورد دسترس در محل انجام می‌گیرد، بنابراین محل این اتصالات در یک نیروگاه نسبت به نیروگاه دیگر متفاوت می‌باشد، اما در هر حال این اتصالات در خارج از هسته استاتور می‌باشد، برای مثال اتصالات و سربندی‌ها ممکن است زیر ژنراتور و یا خارج از قاب استاتور (Statorframe) انجام گیرد.

 

بدین ترتیب اتصالات و سربندی‌ها، مشکلات ناشی از ارتعاشات و لرزش‌های بوجود آمده در ماشین‌های معمولی را نخواهند داشت. در طرح کنونی ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سیستم خنک کنندگی وجود دارد، روتور و سیم پیچ‌های انتهایی توسط هوا خنک می‌گردند در حالیکه استاتور توسط آب خنک می‌گردد.

 

سیستم خنک کنندگی آب شامل لوله‌های XLPE قرار گرفته شده در هسته استاتور می‌باشد که آب از این لوله‌ها جریان می‌یابد و هسته استاتور را خنک نگه می‌دارد. مقایسه جریان اتصال کوتاه در نیروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نیروگاه مجهز به ژنراتور معمولی نشان می‌دهد که به دلیل اینکه در نیروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راکتانس ترانسفورماتور حذف می‌گردد جریانهای خطا کوچکتر می‌باشد.

 

 

طرز کار ژنراتور -ژنراتور سه فاز چیست؟-ژنراتور چیست

همه چیز در مورد عیب یابی ،تعمیرات و کاربرد ژنراتور به زبان ساده-ژنراتور چگونه کار می کند؟ ژنراتور وسیله ایست جهت تولید برق سه فاز و تک فاز بصورت القایی یا ذغالی

 

ژنراتورها به دو صورت DC و AC وجود دارند که در اینجا به تشریح ژنراتور های AC میپردازیم.

ماشین های الکتریکی به دو صورت سنکرون و آسنکرون تولید میشوند.

تفاوت بین ماشین های الکتریکی (ژنراتور) سنکرون و آسنکرون:

در ماشینهای الکتریکی آسنکرون سرعت گردش میدان مغناطیسی با روتور یکی نیست و بیشتر در ساخت الکترو موتور کاربرد دارند.

ژنراتور سنکرون چیست؟ در ماشینهای الکتریکی سنکرون سرعت چرخش روتور با میدان مغناطیسی برابر است(حتی زیر بار) . ماشینهای الکتریکی سنکرون بیشتر در ژنراتورهای مولد برق کاربرد دارند. منظور از ژنراتور سنکرون نیز همین است.

در اینجا به تشریح ژنراتور های AC سنکرون میپردازیم.

در این مقاله سعی در معرفی ، بیان کاربرد و آموزش انواع ژنراتور علی الخصوص ژنراتورهای استمفورد به زبان ساده و همچنین عیب یابی ، طرز تشخیص اصلی بودن ژنراتور استمفورد و انتخاب رگولاتور ولتاژ یا avr مناسب جهت هر مدل ژنراتور می باشد. البته ساختار اصلی همه انواع ژنراتورها و حتی ژنراتورهای نیروگاه شبیه به یکدیگر می باشد و این اطلاعات را میتوان به سایر ژنراتورها بسط داد. ژنراتورها در گذشته جهت ایجاد سیگنال تحریک (برق DC مورد نیاز روتور) از ذغال استفاده میکردند. ولی دو عیب دارند:

عیب ژنراتورهای ذغالی و مزیت ژنراتور اکسایتری یا براشلس چیست؟

ذغال مرتبا تحلیل میرود و به حدود ۲ میلیمتر که برسد باید تعویض شود ولی ژنراتورهای اکسایتری بوسیله القای ولتاژ ، ذغال ندارند.

جریان تحریک ژنراتورهای ذغالی بسیار زیاد است. لذا بخش کنترلر ولتاژ بخش زیادی از جریان خروجی را صرف ایجاد میدان مغناطیسی خود ژنراتور میکند.

AVR این ژنراتورها معمولا بزرگ و بعضا گران(به غیر از رگولاتورهای ما) میباشند.

ژنراتور سه فاز چیست؟

ژنراتور مولد برق وسیله ایست جهت تولید برق که نیاز به یک منبع انرژی دیگری جهت چرخش دارد تا بتواند با ایجاد میدان مغناطیسی ، بوسیله القاء ، برق تولید نماید. منبع اولیه میتواند موتور دیزلی ، گازی و بنزینی ، نیروی باد ، توربین بخار یا آب و… باشد.

ژنراتور بیشتر به دو صورت تک فاز و سه فاز تولید میشود. برق خروجی ژنراتور تک فاز معمولا ۲۳۰ ولت ac و برق خروجی ژنراتور سه فاز ولتاژ ۴۰۰ ولت متناوب در کاربردهای کوچک و ۶۳۰۰ ولت در کاربردهای بزرگ و نیروگاهی می باشد.

فرکانس خروجی یا دور یا گشتاور ژنراتور:

فرکانس خروجی ژنراتورها معمولا ۵۰ هرتز و در برخی کشورها مانند امریکا ۶۰ هرتز است. دور ژنراتور به تعداد قطبهای آن بستگی دارد. تعداد قطب های ژنراتورها در ایران معمولا ۴ است لذا با ضرب فرکانس در عدد ۳۰ دور آن بدست می آید. ۱۵۰۰ دور در ۵۰HZ و ۱۸۰۰ درو در دقیقه در برق ۶۰ هرتز.

فرمول فرکانس و دور ژنراتور:
فرکانس ژنراتور (f) = تعداد گردش در دقیقه موتور (N) * تعداد قطب های مغناطیسی (P) تقسیم بر ۱۲۰
برعکس، P = 120 * f / N

ژنراتور از چند بخش تشکیل می شود که به تفصیل در مورد آنها می پردازیم.

جهت عیب یابی ژنراتور لازم است از طرز کار ژنراتور و ساختمان ژنراتور اطلاعات کسب کنیم.

اجزای داخلی و ساختار ژنراتور:

 

  • سیم پیچ روتور و استاتور اصلی ژنراتور: وظیفه این بخش تولید و تامین برق سه فاز خروجی می باشد. ولتاژ فاز به فاز خروجی معمولا ۴۰۰ ولت موثر متناوب و ولتاژ فاز به نول ۲۲۰ ولت موثر می باشد.

اکسایتر تحریک چیست؟

  • روتور و استاتور تحریک یا اکسایتر ژنراتور: اکسایتر تحریک ژنراتور وظیفه مغناطیس کردن روتور اصلی را بر عهده دارد. سیم پیچ روتور اکسایتر از دو بخش مثبت و منفی تشکیل می شود که هر قسمت بوسیله سه عدد دیود ژنراتور ، وظیفه تولید جریان dc مثبت و منفی با آمپر بالا را دارند. این ولتاژ با اعمال به روتور اصلی عمل تحریک سیم پیچ اصلی و القای ولتاژ الکتریکی برای تولید برق خروجی ژنراتور را بعهده دارد. مزیت اکسایتر تحریک نسبت به ذغال این است که جریان مورد نیاز تحریک جهت تغذیه استاتور اکسایتر کمتر میباشد لذا ابعاد رگولاتور ولتاژ کمتر و راندمان ژنراتور بالاتر می باشد. جریان تحریک ژنراتورهای براشلس یا اکسایتری تا رنج ۱MW معمولا حدود ۵ آمپر یا کمی بالاتر است ولی در ژنراتورهای ذغالی تا ۷۰۰ آمپر هم میرسد. جریان تحریک ژنراتور نیروگاه تا چند هزار آمپر نیز میرسد.
  • Avr یا ای وی آر یا رگولاتور ژنراتور : ولتاژ وظیفه تولید برق dc مورد نیاز برای اکسایتر یا سیم پیچ تحریک را بعهده دارد. ای وی آر (avr) از برق خروجی ژنراتور تغذیه میشود . در ابتدا به نظر میرسد ولتاژ خروجی ژنراتور صفر است پس چگونه ای وی آر (avr) تغذیه می شود؟! ژنراتور بخاطر وجود پسماند مغناطیسی سیم پیچها در حد چند ولت ولتاژ در خروجی دارد لذا ای وی آر (avr) از همین ولتاژ بوسیله یک حلقه فیدبک مثبت ولتاژ ژنراتور را بالا می آورد سپس حلقه فیدبک ای وی آر (avr) منفی می شود و ولتاژ خروجی را بر روی ۴۰۰ ولت یا مقدار تنظیم شده فیکس میکند. ولتاژ خروجی ای وی آر حدود ۱۲ ولت dc می باشد.لذا میتوان بوسیله باتری نیز این ولتاژ را تنظیم کرد. ولی نکته قابل تامل این است که ای وی آر (avr) وظیفه رگوله کردن ولتاژ خروجی را بعهده دارد تا در بارهای خروجی متغیر و دور ها یا فرکانس های مختلف دیزل ژنراتور ولتاژ خروجی ژنراتور تغیر نکند. ای وی آر (avr) برای هر نوع ژنراتور بخاطر جریان های تحریک متفاوت مورد نیاز ژنراتور متفاوت می باشد. همچنین مدل ای وی آر (avr) یا رگولاتور ولتاژ برای کاربردهای مختلف ، متفاوت می باشد. در ادامه انواع ای وی آر (avr)  برای مدل های مختلف ژنراتور معرفی می شود. جهت مشاوره و خرید با شرکت آسان ژنراتور دانیال تماس بگیرید. ما تولید کننده انواع رگولاتور از پنج آمپر تا ۲۵۰۰ آمپر می باشیم.
  • فن تهویه  : این قسمت بمنظور تهویه و هوای داخل ژنراتور و خنک سازی سیم پیچ های ژنراتور تعبیه شده است.
  • دیسکت های کوپلینگ: صفحاتی دایره ای شکل می باشند که به منظور اتصال یا کوپلینگ به موتور ، روی فلایویل موتور دیزل ژنراتور پیچ می شوند. لذا با روشن شدن موتور ، ژنراتور نیز به حرکت در می آید.

عملکرد یا طرز کار ژنراتور:

همانگونه که در عکس زیر مشاهده می کنید ژنراتور از دو بخش ثابت و متحرک تشکیل می شود. سیم پیچ هایی که روی قسمت های ثابت ژنراتور نصب شده اند استاتور و سیم پیچ هایی که بر روی قسمت های متحرک پیچیده شده اند روتور نامیده می شوند. استاتور اصلی (main generator) سیم پیچی می باشد که برق خروجی را بوسیله قسمت روتور تولید می کند و جریان خروجی از این بخش عبور میکند. روتور این قسمت عمل آهن ربای الکترومغناطیسی را انجام میدهد لذا روتور با ایجاد میدان الکترو مغناطیسی باعث القای ولتاژ متناوب بر روی استاتور می شود.استاتور از سه سیم پیچ تشکیل شده است که یک سر آنها به یکدیگر و سرهای دیگر آنها به ترمینالهای خروجی ژنراتور متصل می باشند. همانگونه که میدانیم آهنربای الکترو مغناطییسی به جریان برق مستقیم یا dc نیاز دارد پس برق روتور اصلی از روتور تحریک یا اکسایتر تامین می شود. جریان خروجی روتور اکسایتر بوسیله القای میدان الکترو مغناطیسی تولیدی استاتور اکسایتر  بوجود می آید که بوسیله یک پل دیودی (پس از یکسو سازی) به روتور اصلی اعمال می گردد. جریان مستقیم یا dc استاتور اکسایتر نیز بوسیله avr تامین می گردد. برق ورودی avr نیز از ترمینال های خروجی یا استاتور اصلی تامین میگردد. لذا این چرخه طبیعی همیشه در جریان است و رگولاتور ولتاژ یا avr با تغییر جریان خروجی خود ، ولتاژ خروجی ژنراتور را کنترل میکند.

 

نقشه سیم کشی ژنراتور – نقشه تحریک یا اکسایتر ژنراتور:

 

قيمت و مشخصات ژنراتور

ساختمان ژنراتور

ژنراتور براشلس (BRUSHLESS) چیست؟ منظور از براشلس بدون ذغال است.

تذکر هایی در باب استفاده صحیح از ژنراتور : (طرز کار ژنراتور)

  • قبل از راه اندازی ژنراتور سنکرون باید در انتخاب ژنراتور مورد نیاز برای دیزل ژنراتور دقت کرد تا توان خروجی ژنراتور از توان نامی موتور دیزل ژنراتور پایین تر باشد چون بخشی از توان خروجی موتور دیزل ژنراتور تلف می شود. البته در دیزل ژنراتورهای مجهز به کامپیوتر (ecu) این مشکل کمتر به چشم می خورد مخصوصا در موتورهای جدید ولوو ولی با این حال برای افزایش عمر دیزل ژنراتور باید این نکته را مد نظر قرار داد.
  • توجه شود که بانک های خازنی هنگام استفاده از دیزل ژنراتور باید از سرویس خارج شوند وگرنه برگشت جریان موجب آسیب رساندن به ژنراتور می شود.
  • به هیچ عنوان ژنراتور را زیر بار خاموش و روشن نکنید وگرنه ژنراتور آسیب خواهد دید. لذا در خروجی ژنراتور در صورتی که از تابلو برق اتوماتیک استفاده نمی شود از بریکر استفاده شود و پس از روشن نمودن دیزل ژنراتور و گرم شدن آن بریکر را وصل نمایید و قبل از خاموش کردن دیزل ژنراتور ابتدا بریکر مربوطه را قطع نمایید تا بار از روی ژنراتور برداشته شود و پس از خنک شدن دیزل ژنراتور آنرا خاموش کنید.

عیب یابی و تعمیر ژنراتور:

اخطار : اگر تابحال کار عملی در خصوص سیم پیچی ژنراتور انجام نداده اید به هیچ وجه اقدام به تعمیرات و عیب یابی نکنید وگرنه موجب خسارت و صدمه بدنی خواهد شد. ما آماده ارسال نیرو جهت کمک به شما هستیم.

جهت تشخیص عیب و انجا تعمیرات ژنراتور موارد زیر را بررسی کنید:

اگر ولتاژ خروجی ژنراتور صفر ولت است احتمالا اکسایتر سوخته است لذا قبل از هر کاری avr و دیود های اکسایتر را چک کنید.

علت برق ندادن ژنراتور: اگر ولتاژ خروجی ژنراتور در حد چند ولت بود احتمالا avr سوخته است. ژنراتور را روشن کنید و بوسیله یک عدد باتری ولتاژ ۱۲ ولت را به دو سر اکسایتر اعمال کنید اگر ولتاژ خروجی حدود ۴۰۰ ولت شد ژنراتور سالم است لذا avr را تعویض کنید.

علت افت ولتاژ ژنراتور: اگر ولتاژ خروجی ژنراتور در حد چند ده ولت بود به احتمال قوی دیود های اکسایتر سوخته است ابتدا آنها را چک کنید سپس اقدام به تنظیم ولتاژ بوسیله avr کنید.

تذکر: در هر مورد توجه کنید که پس از رفع مشکل و اعمال بار بر روی ژنراتور به  سرعت بار را از روی ژنراتور بردارید و دمای سیم پیچ اکسایتر و دیودها را اندازه گیری کنید و مطمان شوید که مشکل دیگری وجود ندارد. بعضی از افراد بدون توجه به علت افت ولتاژ خروجی ژنراتور اقدام به جبران افت ولتاژ بوسیله avr میکنند که این باعث می شود ، پس از اعمال بار بر روی ژنراتور ،  ژنراتور شروع به دود کردن کند که در خوشبینانه ترین حالت دیود های اکسایتر ژنراتور سوخته است.

علت سوختن دیود ژنراتور: سوختن دیود ژنراتور علت های زیادی دارد از جمله : عدم وجود وریستور – صاعقه – کشیدن آمپر بالا از ژنراتور – طولانی مدت بار کشیدن از ژنراتور – استفاده از دیود های نامرغوب و یا آمپر پایین – اتصالی در برق خروجی و یا سیم کشی و سیم پیچی ژنراتور – استفاده از رگولاتور ولتاژ نا مناسب – سربندی اشتباه ژنراتور – اتصالی برق شبکه با برق ژنراتور

علت سوختن ژنراتور: سوختن ژنراتور علاوه بر عوامل بالا به این موارد نیز بستگی دارد: سوختن دیود ژنراتور – افزایش ناگهانی ولتاژ یا جریان خروجی رگولاتور ولتاژ – سوختن رگولاتور ولتاژ ژنراتور – خیس شدن سیم پیچ ژنراتور

 

 

هرآنچه نیاز است درباره ژنراتور از گذشته تا امروز بدانید

اگه وقتی سوار آسانسور هستین و برق بره، چیکار ‌می‌کنین؟ یا مثلا وقتی که یه مریض بیچاره داره عمل میشه و یهو برق بیمارستان بره چی میشه؟ هواپیماها یا کشتی‌ها که به سیم‌کشی برق دسترسی ندارن، چه جوری روشنایی و کلا نیازشون به برق رو برطرف ‌می‌کنن؟

در همچین مواردی ژنراتور کاربرد داره. از ژنراتور برای تامین برق اضطراری مثلا در بیمارستان‌ها یا برای آسانسورها و در مواقعی که دسترسی به برق شهری دسترسی نداریم یا استفاده از برق شهری هزینه برداره، استفاده میشه. اگر به فیزیک و قوانین اون علاقه دارید، ‌می‌خوایم کمی‌ بیشتر راجع به اختراع ژنراتور براتون توضیح بدیم. بعد از اون هم انواع ژنراتور و کاربردهای اون رو بررسی ‌می‌کنیم.

 

 

ژنراتور چیست ؟

برای جواب دادن به اینکه ژنراتور چیست، احتمالا اسم آقای مایکل فارادی رو خیلی توی فیزیک شنیدیم. ایشون در قرن نوزدهم اومدن اصول عملکرد مولدها یا همون ژنرانورهای الکترومغناطیس رو کشف کردن. حالا قانون فارادی چیه؟ میگه که اگر دو تا رسانا نسبت به یک میدان مغناطیسی به طور عمودی حرکت کنن، در دو سر این رساناها پتانسیل الکتریکی ایجاد میشه.

بعد آقای فارادی اومد با توجه به این اصل، اولین مولد الکترومغناطیسی رو که بهش میگن صفحه‌ی فارادی، اختراع کرد. صفحه‌ی فارادی از یک صفحه‌ی مسی تشکیل شده بود که بین دو آهنربای نعل اسبی ‌می‌چرخید. البته این مولد ضعیف بود و ‌می‌تونست میزان کمی ‌ولتاژ جریان مستقیم تولید کنه. عکس صفحه‌ی فارادی رو ‌می‌تونید این زیر ببینید.

 

نسل بعدی این مولدها دینام بود. دینام اولین مولد الکتریکی بود که ‌می‌تونست برق مورد نیاز صنایع رو تامین کنه. دینام هم از اصول الکترومغناطیس که در بالا براتون توضیح دادیم تبعیت ‌می‌کنه و انرژی مکانیکی رو به انرژی الکتریکی تبدیل ‌می‌کنه.

دینام جریان مستقیم تولید ‌می‌کنه و به خاطر همین امروزه دیگه خیلی از اون برای تولید انرژی الکتریکی استفاده نمیشه. چون به خاطر بهره وری بالاتر، از جریان متناوب بیشتر استفاده میشه. اما قبل از کشف جریان متناوب تولید انرژی الکتریکی فقط از طریق تعداد زیادی مولد دینامی انجام می شد.

ژنراتورهای امروزی هم از همین قانون تبعیت ‌می‌کنن. در اونها به جای آهنربا از سیم پیچ استفاده میشه. در این مولدها که دیگه آهنربا وجود نداره، برای اینکه در سیم پیچ‌ها جریان وجود داشته باشه و ماشین حرکت کنه، باید سیم پیچ تحریک مولد وجود داشته باشه.

سیستم تحریک ژنراتور چیست؟

به سیستمی که ‌شار رو به وسیله عبور جریان در سیم پیچ تولید ‌می‌کنه، سیستم تحریک ژنراتور گفته میشه. در واقع این سیستم جریان رو در روتور القا ‌می‌کنه. از این سیستم به دلیل قابلیت اطمینان در همه‌ی شرایط، سهولت کنترل و نگهداری، پایداری و عکس العمل سریع به شرایط گذرا استفاده میشه. سیستم تحریک از مهم‌ترین قسمت‌های اون محسوب میشه.

این سیستم، ژنراتور برق رو در ناحیه‌ی امن نگه ‌می‌داره. اهمیت سیستم تحریک به خصوص در نیروگاه‌ها که نیاز به پایداری بیشتر میشه، مشخص میشه. سیستم تحریک باید بتونه در مقابل اغتشاشات گذرا عکس العمل نشون بده. انواع سیستم تحریک شامل سیستم‌های تحریک جریان مستقیم، سیستم‌های تحریک جریان متناوب و سیستم‌های تحریک جریان استاتیک میشه.

ژنراتورها از دو قسمت متحرک و ثابت تشکیل شدن. به قسمت متحرک رتور و به قسمت ثابت استاتور میگن. استاتور بخش بیرونی و روتور بخش داخلی رو تشکیل میده. اونها رو بر حسب گرداننده روتور اونها به دو دسته‌ی توربوژراتورها و هیدروژنراتورها تقسیم ‌می‌کنن. در توربوژنراتورها وسیله‌ی گرداننده، توربین بخاره و در هیدروژنراتورها وسیله‌ی گرداننده‌ی روتور، توربین آبیه. توربین بخار نسبت به توربین آبی از سرعت گردش بالاتری برخوردار هستن.

ژنراتورها رو بر حسب توان تولیدی و مکانی که از اونها استفاده میشه به سه دسته‌ی خانگی، نیمه صنعتی و صنعتی تقسیم بندی می‌کنن. توان تولیدی انواع خانگی ۲ تا ۸ کیلووات، نیمه صنعتی ۷ تا ۱۵ کیلووات و توان تولیدی انواع صنعتی تا ۱۲۰۰ کیلووات هم ‌می‌رسه.

دیزل ژنراتور چیست؟

دیزل ژنراتور از ترکیب موتور دیزل و ژنراتور ساخته شده. همونطور که  قبلا گفتیم مولدهای الکتریکی به یک قسمت متحرک نیاز دارن. در دیزل ژنراتور ، موتور دیزل انرژی مکانیکی مورد نیاز رو تامین میکنه. از دیزل ژنراتور وقتهایی که دسترسی به برق شهری وجود نداره یا برای تامین برق اضطراری استفاده ‌می‌کنن.

 

 

ژنراتور – ژنراتور الکتریکی – ژنراتور دیزلی

ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که از طریق انرژی مکانیکی تولید برق می نماید ، معمولا از طریق القای الکترومغناطیسی است. القای الکترومغناطیسی با حرکت یک سیم پیچ (روتور) در اطراف نوار ساکن (استاتور) فراهم می شود که میدان الکتریکی، از طریق یک آهنربای دائم و یا آهنربای مغناطیسی می باشد.

طبق قانون فارادی ، این القا جریان در روتور ، می تواند در ماشین آلات برقی و یا شارژ باتری استفاده شود. منابع احتمالی انرژی مکانیکی عبارتند از : موتور بخار ، آب در حال سقوط را از طریق یک توربین یا چرخ چاه ، یک موتور احتراق داخلی ، موتور دیزل ، یک هندل گردانده دست ، یک توربین بادی ، هوای فشرده ، انرژی خورشیدی ، و بسیاری دیگر. ژنراتور الکتریکی پایه و اساس جامعه مدرن الکتریکی است.

ژنراتور الکتریکی برای اولین بار توسط مخترع مجارستان مهندس Anyos Jedlik بین سالهای ۱۸۲۷ و ۱۸۳۰ اختراع شد. ژنراتور Jedlik ، دینامو ساده بود که حداقل شش سال قبل از وارنر فون زیمنس در آلمان و چارلز ویت ستون در انگلستان ، می باشد . اگر چه ژنراتور الکتریکی در سال ۱۸۳۰ اختراع شد ، اما نیکولا تسلا با چرخش میدان مغناطیسی در سال ۱۸۸۲ ژنراتور را تبدیل به دستگاه صنعتی جهت تولید برق نمود .
تولید صنعتی برق در ایالات متحده از سال ۱۸۹۰ آغاز گشت که منجر انقلاب صنعتی دوم گشته و پیشرفت فوق العاده در تکنولوژی های روز گشته است.

امروز ، ژنراتور الکتریکی تمام اندازه ها قابل تصور است ، برای مثال می توان به ژنراتور ۳-۶ وات چراغ دوچرخه یا ژنراتور برق آبی در سه سد آب بند عظیم در چین ، که ۲۲٫۵ گیگاوات قدرت که در سال ۲۰۱۲ راه اندازی می شود ، اشاره نمود .
تولید برق در سراسر جهان در حال حاضر ، حدود ۲۰۰۰۰ ترا وات ساعت است ، با حدود ۶۶ ٪ از طریق تولید حرارتی ، احتراق سوختهای فسیلی در نیروگاه دیزلی یا ژنراتور دیزلی ) ، ۱۶ درصد از طریق سد های آبی ، ۱۵ ٪ از طریق انرژی هسته ای، و ۲ درصد از طریق منابع تجدید پذیر مانند باد و یا انرژی خورشیدی است. بنا به دلایل زیست محیطی و بهداشتی ، تلاش گسترده ای برای تولید برق از آب ، انرژی هسته ای ، و منابع تجدید پذیر صورت پذیرفته است و به تدریج تولید برق از منابع سوخت فسیلی کاهش می یابد.

 

 

 

ژنراتور چیست و چگونه کار می کند؟

ژنراتورها وسیله ای مفید هستند که نیروی الکتریسیته و برق تولید می کنند و از قطع فعالیت های روزانه یا اختلال در عملیات کاری پیشگیری می کنند. ژنراتورها در شکل های فیزیکی و الکتریکی برای کاربردهای مختلف در دسترس هستند. در بخش های بعدی، نگاهی به چگونگی عملکردها، اجزای اصلی ژنراتور و چگونگی اینکه ژنراتور به عنوان منبع ثانویه نیروی الکتریکی در کاربردهای مسکونی و صنعتی عمل می کنند خواهیم داشت.

ژنراتور چگونه کار می کند؟

ژنراتور وسیله ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع بیرونی را به انرژی الکتریکی بعنوان خروجی تبدیل می کند. این مهم است که درک کنیم که ژنراتور واقعا انرژی الکتریکی خلق نمی کند. در عوض، با استفاده از انرژی مکانیکی عرضه شده و با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم سیم پیچ ها در مدار الکتریکی، برق را به عنوان خروجی سیستم تولید خواهد کرد. این جریان، شارژ الکتریکی جریان الکتریکی عرضه شده توسط ژنراتور است. مکانیسم ژنراتور را می توان با درک کار پمپ آب فهمید که باعث جریان آب می شود اما واقعا آبی ایجاد نمی کند و فقط آب جریان می یابد.

کار ژنراتورهای مدرن امروز بر مبنای القای الکترومغناطیس کشف شده توسط مایکل فارادی در سال ۱۸۳۱ می باشد. فارادی کشف کرد که جریان بالای بار الکتریکی می تواند توسط حرکت رسانای الکتریکی مانند سیمی که شامل بار الکتریکی در میدان مغناطیسی است القا شود. این حرکت تفاوت ولتاژی را بین دو انتهای سیم یا رسانای الکتریکی ایجاد می کند که در عوض باعث می شود بار الکتریکی جریان بیابد و جریان الکتریکی تولید شود.

اجزای اصلی ژنراتور

اجزای اصلی ژنراتور الکتریکی به صورت زیر تقسیم بندی می شود:

(۱) موتور

(۲) دستگاه تولید برق متناوب (آلترناتور)

(۳) سیستم سوخت

(۴) تنظیم کننده ولتاژ

(۵) سیستم سردسازی و اگزوز

(۶) سیتم روغنکاری

(۷) شارژر باطری

(۸) پنل کنترل

(۹) چارچوب اصلی

 

(۱) موتور

موتور منبع ورودی انرژی مکانیکی به موتور ژنراتور است. اندازه موتور بطور مستقیم متناسب با حداکثر توان خروجی عرضه شده است. چندین فاکتور را نیاز است که در ذهن داشته باشید در حالی که دارید موتور ژنراتور را بررسی می کنید. سازنده موتور باید برای رسیدن به خصوصیات کارکرد کامل موتور و برنامه های نگهداری مشاوره بدهد.

الف- نوع سوخت مورد استفاده- موتور ژنراتورها با انواعی از سوخت ها مانند دیزل، گازوییل، پروپان (در فرم مایع شده یا گاز)، یا گاز طبیعی کار می کنند. موتورهای کوچکتر معمولا با گازوییل کار می کنند در حالی که موتورهای بزرگتر با دیزل، پروپان مایع، گاز پروپان یا گاز طبیعی کار می کنند. موتورهای اصلی همچنین می تواند دوگانه سوز باشند یعنی هم با دیزل هم با گاز کار کنند.

ب- موتورهایی با والو بالاسری (OHV) در برابر موتورهای غیر OHV- موتورهای OHV از موتورهای دیگر متفاوت هستند در والو ورودی و خروجی موتور که در سر سیلندر موتور قراگرفته است در مقابل بلوک موتوری که سوار شده است. موتورهای OHV چندین مزیت نسبت به موتورهای دیگر دارد مانند:

  • طراحی جمع و جور
  • مکانیسم کار ساده تر
  • دوام پذیری
  • راحتی کار در عملیات
  • انتشار دود کم

 

به هر حال، موتورهای OHV گران تر نسبت به موتورهای دیگر است.

ج- قالب آهن در سیلندر موتور (CIS)- CIS آستری در موتور سیلندر است. آن ساییدگی و پارگی را کاهش می دهد و دوام موتور را تضمین می کند. اکثر موتورهای OHV با CIS تجهیز شده اند اما لازم است تا برای این ویژگی در موتور ژنراتور بررسی شود. CIS خصوصیت گرانی نیست اما نقشی مهم در دوام پذیری موتور بازی می کند به ویژه اگر نیاز باشد تا ژنراتور را اغلب برای مدت زمان طولانی استفاده کنید.

(۲) دستگاه تولید برق متناوب (آلترناتور)

آلترناتور همچنین به نام genhead نیز شناخته شده است که بخشی از ژنراتور است که خروجی الکتریکی از ورودی مکانیکی عرضه شده توسط موتور را تولید می کند. آن شامل مونتاژ قطعات ثابت و متحرک روکشی شده در جایش است. اجزا باهم کار می کنند و باعث حرکت نسبی بین میدان های مغناطیسی و الکتریکی می شوند که به نوبه خود الکتریسیته تولید می کنند.

الف- استاتور: جز ثابت است که شامل مجموعه ای از زخم رساناهای الکتریکی در کویل ه روی یک هسته آهنی است.

ب- روتور/ آرماتور- بخش متحرکی است که میدان الکتریکی چرخشی را به هر یک از سه طریقی که در پی می آید تولید می کند:

  1. i) توسط القا: بعنوان آلترناتورهای بدون جاروبک شناخته می شوند و معمولا در ژنراتورهای بزرگ استفاده می شوند.
  2. ii) توسط مغناطیس پایا: در واحدهای کوچک آلترناتور معمول است.

iii) با استفاده از محرک: محرکی با منبع کوچکی از جریان مستقیم (DC) است که به روتور از طریق مونتاژ حلقه های لغزش و برس است.

روتور میدان مغناطیس متحرکی را در اطراف استاتور تولید می کند که تفاوت ولتاژ را بین سیم پیچ های استاتور القا می کند. این خروجی جریان متناوبی (AC) را از ژنراتور تولید می کند.

عواملی که در پی می آید نیاز است تا در ذهن داشته باشید در حالی که آلترناتور ژنراتور را ارزیابی می کنید:

  1. i) مکان فلزی در مقابل پلاستیک : طراحی تمام فلزی دوام آلترناتور را تضمین می کند. مکان پلاستیکی با زمان تغییر شکل می یابد و باعث می شود تا اجزای متحرک آلترناتور بی حفاظ شوند. این سایش و پارگی را افزایش می دهد و مهمتر از آن برای کاربر خطرناک است.
  2. ii) بلبیرینگ در مقابل نیدل بیرینگ : بلبیرینگ ها ترجیج داده می شوند و با دوام ترند.

iii) طراحی بدون جاروبک- آلترناتوری که از جاروب استفاده نمی کند نیاز به نگهداری کمتر و تولید نیروی پاک تر دارند.

(۳) سیستم سوخت

سیستم سوخت در ژنراتورهای گازسوز:

سیستم سوخت در دیزل زنراتور ها:

تانک سوخت معمولا ظرفیت کافی برای حفظ کارکرد ۶ تا ۸ ساعت را بطور متوسط دارد. در مورد واحدهای کوچک موتور ژنراتور، تانک سوخت قسمتی از پایه ژنراتور است یا سوار بر روی چارچوب ژنراتور شده است. برای کاربردهای تجاری، ممکن است لازم باشد تا بطور مستقیم باشد و روی تانک سوخت خارجی نصب شده باشد.

قسمت های معمول سیستم سوخت در پی می آید:

  1. i) ارتباط لوله از مخزن سوخت به موتور – عرضه مستقیم سوخت از تانک به موتور و برگشت مستقیم از موتور به تانک
  2. ii) ارتباط سرریز از تانک سوخت به لوله زهکش – نیاز است تا هر سرریزی در طول پرکردن تانک باعث نشت مایع روی مجموعه ژنراتور نشود.

iii) پمپ سوخت:سوخت را از تانک ذخیره اصلی به تانک روز منتقل می کند. پمپ سوخت نوعا بطور الکتریکی کار می کند.

  1. iv) جداکننده آب و سوخت: آب و ماده خارجی را از سوخت مایع برای پشتیبانی از اجزای دیگر ژنراتور در مقابل خوردگی و آلودگی جدا می کند.
  2. v) انژکتور سوخت: سوخت مایع را اتمیزه کرده و در میزان مورد نیاز سوخت در اتاقک احتراق موتور اسپری می شود.

(۴) تنظیم کننده ولتاژ

این نام بر این دلالت دارد که این قسمت ولتاژ خروجی موتور ژنراتور را تنظیم می کند. این مکانیسم در زیر در مقابل هر جزیی که قسمتی در فرآیند دوره ای تنظیم ولتاژ را تنظیم می کند.

(i) تنظیم کننده ولتاژ: تبدیل ولتاژ AC به جریان DC – تنظیم کننده ولتاژ را از بخش کوچکی از خروجی ولتاژ AC ژنراتور است و به جریان DC تبدیل می کند. تنظیم کننده ولتاژ سپس جریان DC را تغذیه می کند که به عنوان سیم پیچ ثانویه استاتور است که به عنوان سیم پیچ محرک شناخته شده است.

(ii) سیم پیچ محرک: تبدیل جریان DC به جریان AC- سیم پیچ محرک الان کارکردی مشابه سیم پیچ اولیه استاتور است و جریان AC کمی تولید می کند. سیم پیچ ثانویه به واحدهایی که به عنوان یکسوکننده چرخشی شناخته شده اند وصل هستند.

(iii) یکسوکننده های چرخشی: تبدیل جریان AC به جریان DC- این یکسوکننده جریان AC توسط سیم پیچ های یکسوکننده تولید می شوند و به جریان DC تبدیل می شود. این جریان DC منتهی به روتور/آرماتور است که میدان الکترومغناطیسی است است بعلاوه میدان مغناطیس چرخشی روتور/آرماتور.

(iv) روتور/ آرماتور: تبدیل جریان DC به ولتاژ AC – روتور/ آرماتور الان ولتاژ بیشتری AC را در سیم پیچ استاتور است که ژنراتور الان خروجی بیشتری ولتاژ AC تولید می کند.

این سیکل ادامه می ییابد تا اینکه ژنراتور شروع به تولید معادل ولتاژ خروجی برای ظرفیت عملکرد کامل است. در نتیجه خروجی ژنراتور افزایش می یابد و تنظیم کننده ولتاز جریان DC کمتری تولید می کند. یکبار ژنراتور به ظرفیت کامل عملکرد می رسد که تنظیم کننده ولتاژ به میزان تعادلی می رسد و جریان DC کافی برای حفظ خروجی در سطح عملیاتی بالا حفظ کند. موقعی که شما باری را به ژنراتور اضافه می کنید ولتاژخروجی به مقدار کمی پایین می آید. این تنظیم کننده ولتاژ را در عمل برمی انگیزاند و سیکل بالایی شروع می کند. سیکل ادامه می یابد تا اینکه خروجی ژنراتور تا ظرفیت عملکردی کامل افزایش می یابد.

(۵) سیستم های خنک کننده و اگزوز

(i) سیستم خنک کننده

استفاده متوالی از ژنراتور باعث می شود که اجزای مختلف آن گرم شوند. لازم است که سیستم خنک کننده و تهویه ای باشد تا با گرمای تولید شده در این فرآیند کنار بیاید.

آب تازه یا خام گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای ژنراتورهاست اما این اکثرا محدود به موقعیت های خاصی مانند زنراتورهای کوچک کاربردهای شهری یا واحدهای بسیار بزرگ تا ۲۲۵۰ کیلووات و بالاتر می شود. هیدروژن گاهی اوقات به عنوان خنک کننده ای برای سیم پیچ استاتور واحدهای بزرگ ژنراتور استفاده می شوند چون بسیار کاراتر در جذب گرما نسبت به هر خنک کننده دیگر است. هیدروژن گرما را از بین می برد و آن را از طریق تبادل گر گرمایی در مدار خنک کنندگی ثانویه هستند که شامل آب دمیرالیزه بعنوان خنک کننده است. این که چرا ژنراتورهای بسیار بزرگ و کارخانجات نیروی کوچک اغلب برج های سردکننده بزرگی کنار خودر دارند. برای همه کاربردهای معمول دیگر، هم مسکونی و هم صنعتی، رادیاتور استاندارد و فنی روی ژنراتور وصل شده اند و به عنوان سیتم خنک کنندگی اولیه کار می کنند.

لازم است که سطوح خنک کنندگی ژنراتور بر پایه روزانه بررسی شود. سیستم خنک کنندگی و پمپ آب تازه می توانند آب را با فشار آب بعد از هر ۶۰۰ ساعت ریخته می شود و تبادل گر گرمایی باید بعد از هر ۲۴۰۰ ساعت کار ژنراتور تمیز شود. ژنراتور باید در منطقه ای باز و تهویه دار انجام شود که تامین کافی با هوای تازه انجام شود. کد الکتریکی ملی (NEC) فضای حداقل سه فوتی را باید در تمام جوانب ژنراتور در اختیار قرار می دهد تا جریان آزاد هوای خنک کننده تضمین شود.

(ii) سیستم اگزوز

گازهای اگزوز توسط ژنراتور از هر نوع موتور دیزلی یا گازوییلی خارج می شوند و شامل مواد شیمیایی به شدت سمی بودند که نیاز دارند بطور مناسبی مدیریت شوند. از اینرو، لازم است تا سیستم اگزوز مناسبی وصل شوند تا ترتیب گازهای اگزوز را بدهند. اینجا نمی توان تاکید کافی بر بقایای سمی مونوکسیدکربن داشت که یکی از متداول ترین علل برای مرگ در مناطق تحت تاثیر طوفان بعد از آن است که مردم تمایل دارند در مورد آن زمانی فکر می کنند که بسیار دیر شده است.

لوله های اگزوز معمولا از چدن، آهن نرم یا فولاد هستند. لوله های اگزوز معمولا به موتور با استفاده از متصل کننده های منعطف برای حداقل کردن لرزش و جلوگیری از صدمه به سیستم خروجی ژنراتور استفاده می شوند. لوله اگزوز در خاتمه به فضای بیرون می رسند باید از طریق درها، پنجره ها و دیگر محل های باز خانه یا ساختمان خارج شوند. باید تضمین کنید که سیستم اگزوز ژنراتور مرتبط با تجهیزات دیگری نیست. باید همچنین باید افراد معتبر مشاوره کنید که تعیین کنند که آیا کار ژنراتورتان نیاز به تایید قدرت های محلی دارد تا تضمین کنند که مطابق با قوانین محلی برای اینکه در مقبل جریمه ها و دیگر خطاها پشتیبانی شوند.

(۶) سیستم روغنکاری

چون ژنراتور دارای قطعات محرک در موتورش ااست که نیاز است تا روغنکاری برای تضمین عملیات دوام و نرم برای دوره زمانی طولانی است. موتور موتور ژنراتور توسط روغن ذخیره شده در پمپ است. باید سطح روغنکاری روغن هر ۸ ساعت کارکرد ژنراتور بررسی شود. باید همچنین برای هر نوع نشت روغنکاری و تغییر در روغنکاری در هر ۵۰۰ ساعت کارکرد ژنراتور است.

(۷) شارژر باطری

شروع عملکرد ژنراتورباطری محور است. شارژر باطری باطری ژنراتور شارژ شده توسط عرضه نمودن آن با ولتاژ شناور دقیق است. اگر ولتاژ شناور خیلی پایین است باطری زیر شارژ حفظ خواهد شد. اگر ولتاژ شناور خیلی بالاست عمر باطری را کوتاه خواهد کرد. شارژر باطری معمولا از فولاد ضد زنگ برای جلوگیری از خوردگی ساخته شده است. آن ها همچنین کاملا اتوماتیک است و نیاز به هر تنظیمی ساخته شده ندارد یا هر تنظیماتی تغییر کرده باشد. ولتاژ خروجی DC شارژر باطری مجموعه ای از ۲٫۳۳ ولت در هر سلول است که ولتاژ شناور دقیقی برای باتری های اسیدی سربی است. شارژر باطری ولتاژ خروجی ایزوله شده DC دارد که با کارکرد نرمال ژنراتور مداخله نمی کند.

(۸) کنترل پنل

این رابط کاربر با ژنراتور است و شامل خصوصیاتی برای پریز الکتریکی است. کارخانجات مختلف قسمت های متفاوتی در کنترل پنل گنجانده اند. بخش از این موارد در زیر آمده است.

(i) روش و خاموش الکتریکی- کنترل استارت اتوماتیک به طور خودبخود ژناتور در طول قطع برق است که بر ژنراتور نظارت می کند در حالی که در حال کار است و بطور اتوماتیک خاموش می شود زمانی که بیشتر دیگر مورد نیاز نیست.

(ii) معیار موتور- معیارهای مختلف نشان می دهد که پارامترهای مهمی مانند فشار روغن، دمای خنک کننده، ولتاژ باطری، سرعت چرخش موتور و دوره عملکرد است. اندازه گیری و نظارت ثابت این پارامترها قادرند موتور ژنراتور را غیرقابل ساخته اند موقعی که هر از این سطوح آستانه مربوطه است.

(iii) معیار ژنراتور- کنترل پنل معیارهایی دارد که همچنین برای اندازه گیری جریان خروجی و ولتاژ و فراوانی عملکردی دارد.

(iv) کنترل های دیگر- انتخاب فاز سوییچ، سوییچ فرکانس و کنترل موتور سوییچ (حالت کتابچه راهنمای کاربر، حالت خودکار) در میان دیگران

(۹) چارچوب/شاسی موتور ژنراتور

دیزل ژنراتور ، قابل حمل یا ثابت می باشد ، در حالت کلی تمامی تجهیزات بالا بر روی سکو یا همان شاسی قرار می گیرد .

 

 

منبع: گردآوري وب سايت بمان تا

همچنین ببینید

مضرات و فوايد استفاده از لامپهاي كم مصرف

لامپ های کم مصرف برای سلامتی مضرند؟ رعایت فاصله از لامپ کم مصرف نیز در …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


CAPTCHA Image
Reload Image