ژنراتور (Generator)

ژنراتورها وسایل مفیدی هستند که برق را در زمان قطع برق تامین می کنند و از قطع شدن فعالیت های روزانه یا اختلال در عملیات تجاری جلوگیری می کنند. ژنراتورها در پیکربندی های مختلف الکتریکی و فیزیکی برای استفاده در کاربردهای مختلف موجود هستند. در بخش‌های بعدی، نحوه عملکرد ژنراتور، اجزای اصلی ژنراتور و نحوه عملکرد ژنراتور به عنوان منبع ثانویه برق در کاربردهای مسکونی و صنعتی را بررسی خواهیم کرد.

یک ژنراتور چگونه کار می کند؟

ژنراتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از یک منبع خارجی را به انرژی الکتریکی به عنوان خروجی تبدیل می کند.

درک این نکته مهم است که یک ژنراتور در واقع انرژی الکتریکی "ایجاد" نمی کند. در عوض، از انرژی مکانیکی عرضه شده به آن برای وادار کردن حرکت بارهای الکتریکی موجود در سیم سیم پیچ هایش از طریق یک مدار الکتریکی خارجی استفاده می کند. این جریان بارهای الکتریکی جریان الکتریکی خروجی تولید شده توسط ژنراتور را تشکیل می دهد. این مکانیسم را می توان با در نظر گرفتن مولد به عنوان مشابه پمپ آب درک کرد، که باعث جریان آب می شود اما در واقع آب جاری از طریق آن را ایجاد نمی کند.

ژنراتور امروزی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کند که توسط مایکل فارادی در سال های 1831-32 کشف شد. فارادی کشف کرد که جریان بارهای الکتریکی بالا را می توان با حرکت یک هادی الکتریکی، مانند سیمی که حاوی بارهای الکتریکی است، در میدان مغناطیسی القا کرد. این حرکت باعث ایجاد اختلاف ولتاژ بین دو سر سیم یا هادی الکتریکی می شود که به نوبه خود باعث جاری شدن بارهای الکتریکی و در نتیجه تولید جریان الکتریکی می شود.

اجزای اصلی یک ژنراتور

اجزای اصلی یک ژنراتور الکتریکی را می توان به طور کلی به شرح زیر طبقه بندی کرد:

• موتور
• دینام
• سیستم سوخت
• تنظیم کننده ولتاژ
• سیستم های خنک کننده و اگزوز
• سیستم روغن کاری
• شارژر باتری
• کنترل پنل
• مونتاژ اصلی / قاب

شرح اجزای اصلی یک ژنراتور در زیر آورده شده است.

 موتور

موتور منبع انرژی مکانیکی ورودی به ژنراتور است. اندازه موتور به طور مستقیم با حداکثر توان خروجی که ژنراتور می تواند تامین کند، متناسب است. چندین فاکتور وجود دارد که باید هنگام ارزیابی موتور ژنراتور خود در نظر داشته باشید. برای به دست آوردن مشخصات کامل عملکرد موتور و برنامه های تعمیر و نگهداری باید با سازنده موتور مشورت شود.

(الف) نوع سوخت مصرفی - موتورهای ژنراتور با انواع سوخت‌ها مانند گازوئیل، بنزین، پروپان (به شکل مایع یا گاز) یا گاز طبیعی کار می‌کنند. موتورهای کوچکتر معمولاً با بنزین کار می کنند در حالی که موتورهای بزرگتر با گازوئیل، پروپان مایع، گاز پروپان یا گاز طبیعی کار می کنند. برخی موتورها همچنین می‌توانند با تغذیه دوگانه گازوئیل و گاز در حالت کارکرد دوسوخت کار کنند.

(ب) موتورهای سوپاپ سقفی (OHV) در مقابل موتورهای غیر OHV - موتورهای OHV با موتورهای دیگر تفاوت دارند زیرا دریچه‌های ورودی و خروجی موتور در سر سیلندر موتور قرار دارند و بر روی بلوک موتور نصب می‌شوند. موتورهای OHV دارای چندین مزیت نسبت به موتورهای دیگر هستند مانند:

• طراحی جمع و جور
• مکانیسم عملکرد ساده تر
• دوام
• کاربر پسند در عملیات
• صدای کم در حین کار
• سطوح کم انتشار

با این حال، موتورهای OHV نیز گرانتر از موتورهای دیگر هستند.

(ج) آستین چدنی (CIS) در سیلندر موتور - CIS یک آستر در سیلندر موتور است. ساییدگی و پارگی را کاهش می دهد و دوام موتور را تضمین می کند. اکثر موتورهای OHV مجهز به CIS هستند، اما بررسی این ویژگی در موتور یک ژنراتور ضروری است. CIS یک ویژگی گران قیمت نیست، اما نقش مهمی در دوام موتور ایفا می کند، به خصوص اگر شما نیاز به استفاده از ژنراتور خود اغلب یا برای مدت طولانی داشته باشید.

دینام

دینام که به نام ژنراتور نیز شناخته می شود، بخشی از ژنراتور است که خروجی الکتریکی را از ورودی مکانیکی تامین شده توسط موتور تولید می کند. این شامل مجموعه ای از قطعات ثابت و متحرک است که در یک محفظه محصور شده اند. اجزاء با هم کار می کنند تا حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی و الکتریکی ایجاد کنند که به نوبه خود الکتریسیته تولید می کند.
 
(الف) استاتور - این جزء ثابت است. این شامل مجموعه ای از هادی های الکتریکی است که در سیم پیچ هایی روی یک هسته آهنی پیچیده شده اند.

(ب) روتور / آرمیچر - این جزء متحرک است که میدان مغناطیسی دوار را به یکی از سه روش زیر تولید می کند:

(i) از طریق القایی - اینها به عنوان آلترناتورهای بدون جاروبک شناخته می شوند و معمولاً در ژنراتورهای بزرگ استفاده می شوند.
(ii) توسط آهنرباهای دائمی - این در واحدهای دینام کوچک رایج است.
(iii) با استفاده از یک محرک - یک محرک منبع کوچکی از جریان مستقیم (DC) است که از طریق مجموعه ای از حلقه های لغزش رسانا و برس ها به روتور انرژی می دهد.

روتور یک میدان مغناطیسی متحرک در اطراف استاتور ایجاد می کند که باعث ایجاد اختلاف ولتاژ بین سیم پیچ های استاتور می شود. این جریان متناوب (AC) خروجی ژنراتور را تولید می کند.

موارد زیر عواملی هستند که هنگام ارزیابی دینام ژنراتور باید در نظر داشته باشید:

(الف) محفظه فلزی در مقابل پلاستیک - طراحی تمام فلزی دوام دینام را تضمین می کند. محفظه های پلاستیکی با گذشت زمان تغییر شکل می دهند و باعث می شوند که قسمت های متحرک دینام در معرض دید قرار گیرند. این امر باعث افزایش سایش و پارگی می شود و مهمتر از آن برای کاربر خطرناک است.

(ب) بلبرینگ در مقابل یاتاقان سوزنی - بلبرینگ ها ترجیح داده می شوند و عمر طولانی تری دارند.

(ج) طراحی بدون جاروبک – دینامی که از برس استفاده نمی کند نیاز به نگهداری کمتری دارد و همچنین قدرت تمیزتری تولید می کند.

سیستم سوخت

مخزن سوخت معمولاً ظرفیت کافی برای فعال نگه داشتن ژنراتور را به طور متوسط ​​برای 6 تا 8 ساعت دارد. در مورد واحدهای کوچک ژنراتور، مخزن سوخت بخشی از پایه لغزش ژنراتور است یا در بالای قاب ژنراتور نصب می شود. برای کاربردهای تجاری، ممکن است نیاز به نصب و نصب یک مخزن سوخت خارجی باشد. کلیه این تاسیسات منوط به تایید سازمان شهرسازی می باشد. برای اطلاعات بیشتر در مورد مخازن سوخت ژنراتورها روی لینک زیر کلیک کنید .

ویژگی های مشترک سیستم سوخت شامل موارد زیر است:

(الف) اتصال لوله از مخزن سوخت به موتور - خط تامین سوخت را از باک به موتور هدایت می کند و خط برگشت سوخت را از موتور به باک هدایت می کند.

(ب) لوله تهویه مخزن سوخت - مخزن سوخت دارای یک لوله تهویه برای جلوگیری از ایجاد فشار یا خلاء در هنگام پر کردن مجدد و تخلیه مخزن است. هنگامی که باک سوخت را دوباره پر می کنید، از تماس فلز به فلز بین نازل پرکننده و مخزن سوخت اطمینان حاصل کنید تا از ایجاد جرقه جلوگیری شود.

(ج) اتصال سرریز از مخزن سوخت به لوله تخلیه - این مورد لازم است تا هرگونه سرریز در حین پر کردن مجدد مخزن باعث ریختن مایع روی مجموعه ژنراتور نشود.

(د) پمپ سوخت - این پمپ سوخت را از مخزن ذخیره اصلی به مخزن روزانه منتقل می کند. پمپ بنزین معمولاً به صورت الکتریکی کار می کند.

(ه) جداکننده آب سوخت / فیلتر سوخت - این فیلتر آب و مواد خارجی را از سوخت مایع جدا می کند تا از دیگر اجزای ژنراتور در برابر خوردگی و آلودگی محافظت کند.

(f) انژکتور سوخت - این سوخت مایع را اتمیزه می کند و مقدار مورد نیاز سوخت را به داخل محفظه احتراق موتور می پاشد.

تنظیم کننده ولتاژ
همانطور که از نام آن مشخص است، این قطعه ولتاژ خروجی ژنراتور را تنظیم می کند. مکانیزم در زیر در مورد هر جزء که در فرآیند چرخه ای تنظیم ولتاژ نقش دارد، توضیح داده شده است.

(1) تنظیم کننده ولتاژ: تبدیل ولتاژ AC به جریان DC - تنظیم کننده ولتاژ بخش کوچکی از خروجی ولتاژ AC ژنراتور را می گیرد و آن را به جریان DC تبدیل می کند. سپس تنظیم کننده ولتاژ این جریان DC را به مجموعه ای از سیم پیچ های ثانویه در استاتور که به عنوان سیم پیچ های تحریک کننده شناخته می شوند، تغذیه می کند.

(2) سیم‌پیچ‌های محرک: تبدیل جریان DC به جریان متناوب - سیم‌پیچ‌های تحریک‌کننده اکنون مشابه سیم‌پیچ‌های استاتور اولیه عمل می‌کنند و جریان AC کوچکی تولید می‌کنند. سیم پیچ های تحریک کننده به واحدهایی به نام یکسو کننده های دوار متصل می شوند.

(3) یکسو کننده های دوار: تبدیل جریان AC به جریان DC - این یکسو کننده ها جریان AC تولید شده توسط سیم پیچ های تحریک کننده را تصحیح می کنند و آن را به جریان DC تبدیل می کنند. این جریان DC به روتور / آرمیچر تغذیه می شود تا علاوه بر میدان مغناطیسی چرخشی روتور / آرمیچر یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد کند.

(4) روتور / آرمیچر: تبدیل جریان DC به ولتاژ AC - روتور / آرمیچر اکنون ولتاژ AC بزرگتری را در سیم پیچ های استاتور القا می کند که اکنون ژنراتور به عنوان ولتاژ AC خروجی بزرگتر تولید می کند.

این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که ژنراتور شروع به تولید ولتاژ خروجی معادل ظرفیت کامل خود کند. با افزایش خروجی ژنراتور، تنظیم کننده ولتاژ جریان DC کمتری تولید می کند. هنگامی که ژنراتور به ظرفیت کامل عملیاتی می رسد، تنظیم کننده ولتاژ به حالت تعادل می رسد و جریان DC کافی برای حفظ خروجی ژنراتور در سطح عملیاتی کامل تولید می کند.

هنگامی که باری را به یک ژنراتور اضافه می کنید، ولتاژ خروجی آن کمی کاهش می یابد. این باعث می شود که تنظیم کننده ولتاژ وارد عمل شود و چرخه فوق شروع می شود. این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که خروجی ژنراتور به ظرفیت کامل اصلی خود برسد.

سیستم خنک کننده و اگزوز
(الف) سیستم خنک کننده
استفاده مداوم از ژنراتور باعث گرم شدن اجزای مختلف آن می شود. داشتن یک سیستم خنک کننده و تهویه برای برداشت گرمای تولید شده در این فرآیند ضروری است.

آب خام/شیرین گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای ژنراتورها استفاده می شود، اما اینها عمدتاً به موقعیت های خاص مانند ژنراتورهای کوچک در برنامه های شهری یا واحدهای بسیار بزرگ بیش از 2250 کیلووات و بالاتر محدود می شوند. هیدروژن گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای سیم پیچ های استاتور واحدهای بزرگ ژنراتور استفاده می شود زیرا در جذب گرما نسبت به سایر خنک کننده ها کارآمدتر است. هیدروژن گرما را از ژنراتور خارج می کند و آن را از طریق یک مبدل حرارتی به مدار خنک کننده ثانویه منتقل می کند که حاوی آب غیر معدنی به عنوان خنک کننده است. به همین دلیل است که ژنراتورهای بسیار بزرگ و نیروگاه های کوچک اغلب برج های خنک کننده بزرگی در کنار خود دارند. برای همه کاربردهای رایج دیگر، اعم از مسکونی و صنعتی، یک رادیاتور و فن استاندارد روی ژنراتور نصب شده و به عنوان سیستم خنک کننده اولیه کار می کند.

بررسی سطح مایع خنک کننده ژنراتور به صورت روزانه ضروری است. سیستم خنک کننده و پمپ آب خام باید پس از هر 600 ساعت شستشو و مبدل حرارتی پس از هر 2400 ساعت کارکرد ژنراتور تمیز شود. ژنراتور باید در یک منطقه باز و دارای تهویه هوا قرار گیرد که دارای هوای تازه کافی باشد. قانون ملی الکتریک (NEC) دستور می دهد که حداقل فضای 3 فوتی باید در همه طرف های ژنراتور در نظر گرفته شود تا جریان آزاد هوای خنک کننده تضمین شود.

(ب) سیستم اگزوز
دودهای خروجی از یک ژنراتور درست مانند اگزوز هر موتور دیزلی یا بنزینی دیگر هستند و حاوی مواد شیمیایی بسیار سمی هستند که باید به درستی مدیریت شوند. از این رو، نصب یک سیستم اگزوز کافی برای دفع گازهای خروجی ضروری است. این نکته را نمی توان به اندازه کافی مورد تاکید قرار داد زیرا مسمومیت با مونوکسید کربن یکی از شایع ترین علل مرگ و میر در مناطق آسیب دیده پس از طوفان باقی می ماند زیرا مردم تمایل دارند تا زمانی که خیلی دیر نشده باشد حتی به آن فکر نمی کنند. 

لوله های اگزوز معمولا از چدن، فرفورژه یا فولاد ساخته می شوند. اینها باید مستقل باشند و نباید توسط موتور ژنراتور پشتیبانی شوند. لوله های اگزوز معمولا با استفاده از اتصال دهنده های انعطاف پذیر به موتور متصل می شوند تا لرزش ها را به حداقل برسانند و از آسیب به سیستم اگزوز ژنراتور جلوگیری کنند. لوله اگزوز به بیرون ختم می شود و از درها، پنجره ها و دیگر منافذ به خانه یا ساختمان منتهی می شود. باید مطمئن شوید که سیستم اگزوز ژنراتور شما به هیچ تجهیزات دیگری متصل نیست. همچنین باید با قوانین شهری محلی مشورت کنید تا مشخص کنید که آیا عملیات ژنراتور شما نیاز به تأیید مقامات محلی دارد تا اطمینان حاصل شود که از قوانین محلی برای محافظت در برابر جریمه ها و سایر مجازات ها پیروی می کنید.

سیستم روانکاری
از آنجایی که ژنراتور شامل قطعات متحرک در موتور خود است، برای اطمینان از دوام و عملکرد روان برای مدت طولانی، نیاز به روغن کاری دارد. موتور ژنراتور توسط روغن ذخیره شده در پمپ روغن کاری می شود. شما باید سطح روغن روانکار را هر 8 ساعت کارکرد ژنراتور بررسی کنید. همچنین باید نشتی روان کننده را بررسی کنید و هر 500 ساعت کارکرد ژنراتور روغن روان کننده را تعویض کنید.

شارژر باتری عملکرد
هنرییک ژنراتور با باتری کار می کند. شارژر باتری، باتری ژنراتور را با تامین ولتاژ «شناور» دقیق، شارژ نگه می دارد. اگر ولتاژ شناور بسیار کم باشد، باتری کم شارژ باقی می ماند. اگر ولتاژ شناور بسیار بالا باشد، عمر باتری را کاهش می دهد. شارژرهای باتری معمولا از فولاد ضد زنگ برای جلوگیری از خوردگی ساخته می شوند. آنها همچنین کاملاً اتوماتیک هستند و نیازی به تنظیمات یا تغییر تنظیمات ندارند. ولتاژ خروجی DC شارژر باتری 2.33 ولت در هر سلول تنظیم شده است که ولتاژ شناور دقیق برای باتری های اسید سرب است. شارژر باتری دارای یک خروجی ولتاژ DC ایزوله است که در عملکرد طبیعی ژنراتور اختلال ایجاد می کند.

کنترل پنل
این رابط کاربری ژنراتور است و حاوی مقرراتی برای پریزهای برق و کنترل است. مقاله زیر جزئیات بیشتری در موردکنترل پنل ژنراتور. سازندگان مختلف دارای ویژگی های متنوعی برای ارائه در کنترل پنل واحدهای خود هستند. در زیر به برخی از این موارد اشاره شده است.

(الف) راه اندازی و خاموش شدن برقی - پانل های کنترل استارت خودکار به طور خودکار ژنراتور شما را در هنگام قطع برق روشن می کنند، ژنراتور را در حین کار نظارت می کنند و در صورت عدم نیاز به طور خودکار دستگاه را خاموش می کنند.

(ب) گیج های موتور - گیج های مختلف پارامترهای مهمی مانند فشار روغن، دمای مایع خنک کننده، ولتاژ باتری، سرعت چرخش موتور و مدت زمان کارکرد را نشان می دهند. اندازه‌گیری و نظارت دائمی این پارامترها باعث می‌شود تا زمانی که هر یک از این پارامترها از سطح آستانه مربوطه خود عبور کنند، ژنراتور را خاموش کند.

(ج) سنج های ژنراتور - صفحه کنترل همچنین دارای مترهایی برای اندازه گیری جریان و ولتاژ خروجی و فرکانس کاری است.

(د) سایر کنترل ها - کلید انتخابگر فاز، سوئیچ فرکانس، و کلید کنترل موتور (حالت دستی، حالت خودکار) در میان سایر موارد.

 مونتاژ / قاب اصلی

همه ژنراتورها، قابل حمل یا ثابت، دارای محفظه های سفارشی هستند که پایه ساختاری را پشتیبانی می کنند. این قاب همچنین اجازه می دهد تا برای ایمنی محصول تولید شده به زمین متصل شود.

منبع: generatorsource