ژنراتور

ژنراتور (Generator)

ژنراتورها دستگاه های مفیدی هستند که حین قطع برق ، نیروی الکتریکی را تامین کرده و مانع قطع فعالیت های روزانه یا اختلال در فعالیت های تجاری می شوند،ژنراتورها در پیکربندی های الکتریکی و فیزیکی مختلفی برای استفاده در کاربردهای مختلف در دسترس هستند.

در ادامه چگونگی عملکرد ژنراتور ، اجزای اصلی یک ژنراتور و نحوه عملکرد ژنراتور به عنوان منبع ثانویه نیروی برق در کاربردهای مسکونی و صنعتی آورده شده است.

نحوه عملکرد یک ژنراتور

یک ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که انرژی مکانیکی به دست آمده از یک منبع خارجی را به انرژی الکتریکی به عنوان خروجی تبدیل می کند،ضروری است که بدانیم در حقیقت یک ژنراتور انرژی الکتریکی ایجاد نمی کند، در عوض ژنراتور از انرژی مکانیکی تامین شده به منظور جابه جایی بارهای الکتریکی موجود در سیم  سیم پیچ آن از طریق یک مدار الکتریکی خارجی، استفاده می کند، این گردش بارهای الکتریکی ، جریان برق خروجی تامین شده توسط ژنراتور را تشکیل می دهد.

قیمت ژنراتور

این مکانیسم را می توان با در نظر گرفتن اینکه ژنراتور شبیه به یک پمپ آب است، درک کرد. یعنی همان طور که پمپ ، آب را به جریان می اندازد اما واقعا جریان آبی از طریق آن ایجاد نمی شود،ژنراتورهای مدرن امروزه بر اساس اصل القای الترو مغناطیس که در سال های 1831 و 1832 توسط فارادی کشف شد، کار می کنند، فارادی کشف کرد که با حرکت یک هادی الکتریکی ، مانند سیمی که حاوی بارهای الکتریکی است ، در یک میدان مغناطیسی می توان جریان الکتریکی بالاتری ایجاد کرد، این حرکت بین دو انتهای سیم یا هادی الکتریکی، اختلاف پتانسیلی ایجاد می کند که به نوبه خود باعث به جریان افتادن بارهای الکتریکی و بنابراین تولید جریان برق می گردد.

اجزای اصلی یک ژنراتور

اجزای اصلی یک ژنراتور الکتریکی به طور گسترده می تواند به شرح زیر طبقه بندی شود : (به تصویر بالا مراجعه کنید)

• موتور
• دستگاه تولید برق متناوب یا تناوب ساز 
• سیستم سوخت
• تنظیم کننده ولتاژ
• سیستم های خنک کننده و خروجی
• سیستم روانکاری
• شارژر باتری
• پنل کنترل
• مجموعه یا قاب اصلی

توصیف اجزای اصلی ژنراتور در زیر آورده شده است :

1- موتور ژنراتور

منبع انرژی مکانیکی ورودی به ژنراتور است. اندازه موتور به طور مستقیم با حداکثر توان خروجی ژنراتور که می تواند تامین کند ، متناسب است.

چندین فاکتور وجود دارد که در ارزیابی موتور ژنراتور باید در نظر داشت.

برای به دست آوردن مشخصات کامل موتور و برنامه های مربوط به تعمیر و نگهداری باید با سازنده موتور مشورت کرد.

• نوع سوخت مورد استفاده ژنراتور

موتورهای ژنراتور با انواعی از سوخت ها نظیر دیزل ، بنزین ، پروپان (به فرم مایع یا گازی) یا گاز طبیعی کار می کنند.

معمولا موتورهای کوچک تر با بنزین کار می کنند در حالی که موتورهای بزرگ تر با دیزل ، پروپان مایع ، گاز پروپان یا گاز طبیعی کار می کنند .

همچنین بعضی موتورها می توانند با سوخت دوگانه دیزل و گاز در حالت عملیاتی دوگانه عمل کنند.

• موتورهایOHV در مقایسه با موتورهای non-OHV

موتورهای OHV از دیگر موتورها متفاوت هستند از این نظر که ولوهای ورودی و خروجی موتور در سر سیلندر موتور قرار داده می شوند.

موتورهای OHV نسبت به دیگر موتورها دارای مزایای متعددی هستند از جمله :

• طراحی فشرده

• مکانیسم عمل ساده تر

• طول عمر و دوام

• کاربر پسند در عملیات

• نویز پایین در عملیات

• سطوح انتشار پایین

با این حال موتورهای OHV گران تر از بقیه موتورها هستند.

• آستین یا بوش چدنی (CIS) در سیلندر موتور 

CIS آستری در سیلندر موتور است. به طوری که سایش و گسیختگی را کاهش داده و دوام موتور را تضمین می کند.

اکثر موتورهای OHV با CIS مجهز می شوند اما بررسی این ویژگی در موتور ژنراتور ضروری است.

CIS یک ویژگی گران نیست اما خصوصا اگر اغلب یا برای مدت زمان طولانی نیاز به استفاده از ژنراتور دارید ، نقش مهمی را در دوام موتور بازی می کند.

2- دستگاه تولید برق متناوب

بخشی از ژنراتور است که از ورودی مکانیکی تامین شده توسط موتور ، خروجی الکتریکی تولید می کند. که شامل مجموعه ای از قطعات ثابت و متحرک قرار داده شده در یک محفظه است.

قطعات با هم کار می کنند که باعث حرکت نسبی بین میدان های مغناطیسی و الکتریکی شوند که به نوبه خود باعث تولید جریان برق می شود.

• a. استاتور

این مولفه ثابت است. که شامل مجموعه ای از هادی های الکتریکی است که در کویل ها بر روی یک هسته آهنی قرار گرفته اند.

• b. روتور یا  آرمیچر

این جزء متحرکی است که به هر 3 شیوه زیر میدان مغناطیسی چرخشی تولید می کند:

• با القا : این ها به عنوان تناوب سازهای بدون برس شناخته می شوند و معمولا در ژنراتورهای بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند.
• با آهنرباهای دائمی :که در واحدهای تناوب ساز کوچک متداول است.
• با استفاده از یک محرک : یک محرک منبع کوچکی از جریان مستقیم (DC) است که از طریق یک مجموعه حلقه های لغزنده هادی و برس ها به روتور انرژی می دهد.

روتور یک میدان مغناطیسی متحرک اطراف استاتور ایجاد می کند، به این ترتیب یک اختلاف ولتاژی را بین سیم پیچ های استاتور القا می کند، این خروجی جریان متناوب (AC) ژنراتور را تولید می کند.

عوامل زیر را باید حین ارزیابی دستگاه تولید برق متناوب یا تناوب ساز ژنراتور در نظر داشت :

محفظه فلزی در مقایسه با محفظه پلاستیکی

یک طراحی تمام فلزی دوام تناوب ساز را تضمین می کند.

محفظه های پلاستیکی با گذشت زمان تغییر شکل داده و باعث می شود که بخش های متحرک تناوب ساز بی حفاظ باقی بمانند.

این مسئله باعث افزایش سایش و گسیختگی شده و مهم تر از همه برای کاربر خطرناک است.

یاتاقان های توپی در مقایسه با سوزنی 

یاتاقان های توپی معمولا ارجح ترند و دوام بالاتری دارند.

طراحی Brushless

یک تناوب ساز از برس استفاده نمی کند بنابراین به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد.

3- سیستم سوخت

معمولا مخزن سوخت دارای ظرفیت کافی برای ادامه عملکرد ژنراتور برای 6 تا 8 ساعت به طور متوسط می باشد.

در مورد واحدهای ژنراتور کوچک ، مخزن سوخت بخشی از پایه ژنراتور است یا در بالای قاب ژنراتور نصب می شود.

برای کاربردهای تجاری ممکن است ساخت ونصب یک مخزن سوخت خارجی نیاز باشد.

ویژگی های متداول سیستم سوخت عبارتند از :

• اتصالات لوله از مخزن سوخت تا موتور 

خط تامین ، سوخت را از مخزن به موتور منتقل می کند و خط بازگشتی ، سوخت را از موتور به مخزن منتقل می کند.

• لوله تهویه برای مخزن سوخت 

مخزن سوخت دارای یک لوله تهویه برای جلوگیری از ایجاد فشار یا خلا حین پر شدن و تخلیه دوباره مخزن می باشد.

هنگام پر کردن دوباره مخزن سوخت ، از اتصال فلز به فلز بین نازل پر کننده و مخزن سوخت برای جلوگیری از جرقه اطمینان حاصل کنید.

• اتصالات سرریز از مخزن سوخت به لوله تخلیه 

این لازم است به طوری که هر سرریز در هنگام پر کردن دوباره مخزن باعث نشت مایع در مجموعه ژنراتور نشود.

• پمپ سوخت 

که سوخت را از مخزن ذخیره اصلی به مخزن روز منتقل می کند. پمپ سوخت به طور معمول به صورت الکتریکی عمل می کند.

• جدا کننده آب از سوخت یا فیلتر سوخت 

به منظور محافظت از خوردگی و آلودگی دیگر قطعات ژنراتور ، مواد خارجی و آب را از سوخت مایع جدا می کند.

• تزریق کننده سوخت

که سوخت مایع را به پودر تبدیل کرده و مقدار مورد نیاز سوخت را به محفظه احتراق موتور اسپری می کند.

4- تنظیم کننده ولتاژ

این جز ء همان طور که از نامش پیداست ولتاژ خروجی ژنراتور را تنظیم می کند.

این مکانیسم با هر جزء که در فرآیند چرخه تنظیم ولتاژ نقشی داشته باشد در زیر توصیف شده است :

رگلاتور ولتاژ: تبدیل ولتاژ AC به جریان DC

رگلاتور ولتاژ بخش کوچکی از خروجی ژنراتور ولتاژ AC را وارد کرده و آن را به جریان DC تبدیل می کند.

سپس رگلاتور ولتاژ ، این جریان DC را به مجموعه ای از سیم پیچ های ثانویه در استاتور که به عنوان سیم پیچ های محرک هم شناخته می شوند، منتقل می کند.

سیم پیچ های محرک : تبدیل جریان DC به جریان AC 

سیم پیچ های محرک در حال حاضر شبیه به سیم پیچ های استاتور اولیه عمل کرده و یک جریان AC کوچک تولید می کنند.

سیم پیچ های محرک به واحدهایی متصل می شوند که به عنوان “یکسوکننده های دوار” شناخته می شوند.

یکسو کننده های دوار:تبدیل جریان AC به جریان DC

که جریان AC تولید شده توسط سیم پیچ های محرک را یکسو کرده و آن را به جریان DC تبدیل می کند.

این جریان DC به روتور / آرمیچر تغذیه می شود تا علاوه بر میدان مغناطیسی چرخشی روتور / آرمیچر یک میدان الکترومغناطیس ایجاد کند.

روتور یا آرمیچر: تبدیل جریان DC به ولتاژ AC

در حال حاضر روتور / آرمیچر یک ولتاژ AC بزرگ تری را در سرتاسر سیم پیچ های استاتور القا می کند.

حال ژنراتور ، خروجی با ولتاژ AC بزرگ تری را تولید می کند.

این چرخه ادامه می یابد تا ژنراتور شروع به تولید ولتاژ خروجی معادل با کل ظرفیت عملیاتی خود کند.

همان طور که خروجی ژنراتور افزایش می یابد ، رگلاتور ولتاژ ، جریان DC کمتری تولید می کند.

زمانی که ژنراتور به کل ظرفیت عملیاتی خود می رسد ، رگلاتور ولتاژ به حالت تعادل می رسد و برای نگه داشتن خروجی ژنراتور در سطح کامل عملیاتی به اندازه کافی جریان DC تولید می کند.

هنگامی که باری به ژنراتور اضافه می گردد ، ولتاژ خروجی آن کمی کاهش می یابد.

این مسئله رگلاتور ولتاژ را وادار به عمل کرده و چرخه بالا آغاز می گردد. این چرخه ادامه می یابد تا زمانی که خروجی ژنراتور به صورت پلکانی به ظرفیت اصلی عملیاتی خود برسد.

5- سیستم های خنک کننده و خروجی

• سیستم خنک کننده 

استفاده مداوم از ژنراتور باعث می شود که اجزای مختلف آن شروع به گرم شدن کنند.

ضروری است که به منظور خروج گرمای تولید شده در این فرآیند یک سیستم خنک کننده و تهویه داشته باشیم.

گاهی اوقات آب خام یا آب شیرین به عنوان خنک کننده برای ژنراتورها مورد استفاده قرار می گیرد اما این ها عمدتا به موقعیت های خاصی مانند ژنراتورهای کوچک در برنامه های شهری یا واحدهای خیلی بزرگ بالغ بر 2250 kW و بالاتر محدود می شود.

گاهی اوقات هیدروژن به عنوان یک خنک کننده برای سیم پیچ های استاتور واحدهای ژنراتور بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد چون در جذب گرما نسبت به خنک کننده های دیگر کاراتر است.

هیدروژن گرما را از ژنراتور خارج می کند و آن را از طریق یک مبدل گرما به یک مدار خنک کننده ثانویه که حاوی آب غیر معدنی به عنوان یک خنک کننده است ،منتقل می کند.

به همین دلیل است که ژنراتورهای خیلی بزرگ و نیروگاه های کوچک اغلب برج های خنک کننده بزرگی نزدیک خود دارند.

برای دیگر کاربردهای متداول دیگر ، هر دو مسکونی و صنعتی ، یک رادیاتور استاندارد و فن بر روی ژنراتور نصب می شود و به عنوان سیستم خنک کننده اصلی کار می کند.

ضروری است که روزانه سطوح خنک کننده ژنراتور را بررسی کنید.

سیستم خنک کننده و پمپ آب خام بعد از هر 600 ساعت شستشو داده شوند و مبدل گرما باید بعد از هر 2400 ساعت عملکرد ژنراتور تمیز شود.

ژنراتور باید در یک محیط باز و قابل تهویه قرار داده شود که به اندازه کافی هوای تازه تامین شود.

قانون ملی برق یا NEC  اعلام کرده که یک حداقل فاصله 3 فوتی در اطراف ژنراتور برای اطمینان از جریان یافتن آزاد هوای خنک کننده مجاز است.

سیستم خروجی

دودهای خروجی منتشر شده توسط یک ژنراتور درست مانند دود خروجی از هر موتور بنزینی یا دیزلی دیگر است و حاوی مواد شیمیایی بسیار سمی است که باید به درستی مدیریت شود.

از این رو ضروری است تا یک سیستم خروجی مناسب برای دفع گازهای خروجی نصب کنیم.

لوله های خروجی معمولا از چدن ، آهن یا فولائد ساخته می شوند.

به منظور به حداقل رساندن ارتعاشات و جلوگیری از آسیب به سیستم خروجی ژنراتور ، لوله های خروجی معمولا با استفاده از اتصالات انعطاف پذیر به موتور متصل می شوند.

لوله اگزوز یا خروجی در بیرون به پایان می رسد.

باید مطمئن بود که سیستم خروجی ژنراتور به هیچ یک از تجهیزات دیگر متصل نیست.

6- سیستم روانکاری

از آنجا که ژنراتور شامل اجزای متحرک در موتور خود است ، برای اطمینان از دوام و عملیات یکنواخت در مدت زمان طولانی نیاز به روغن کاری دارد.

موتور ژنراتور با روغن ذخیره شده در پمپ روانکاری می شود.

باید سطح روغن روان کننده را در هر 8 ساعت عملکرد ژنراتور بررسی کرد.

همچنین باید هر گونه نشت روان کننده را بررسی کرد و بعد از هر 500 ساعت عملکرد ژنراتور روغن روان کننده را تغییر داد.

7- شارژر باتری

عملکرد شروع یک ژنراتور با باتری عمل می کند. شارژر باتری ، باتری ژنراتور را با یک ولتاژ دقیق شناوری ، شارژ می کند.

اگر ولتاژ شناوری خیلی کم باشد ، باتری بدون شارژ باقی می ماند .

اگر ولتاژ شناوری خیلی بالا باشد ، عمر باتری را کوتاه می کند.

شارژرهای باتری برای جلوگیری از خوردگی از فولاد ضد زنگ ساخته می شوند.

آنها همچنین به طور کامل اتوماتیک هستند و نیازی به تغییر تنظیمات ندارند.

ولتاژ DC خروجی از شارژر باتری در 2.33 ولت در هر سلول تنظیم می شود که ولتاژ دقیق شناوری برای باتری های سربی است.

شارژر باتری یک خروجی ولتاژ DC جداگانه ای دارد.

8- پنل کنترل 

این رابط کاربر ژنراتور است و حاوی مقرراتی برای خروجی ها و کنترل های الکتریکی است.

9- مجموعه / قاب اصلی 

تمام ژنراتورها ، قابل حمل یا ثابت ، دارای محفظه های سفارشی هستند که پشتیبانی برای پایه ساختار فراهم می کند.

همچنین قاب امکان اتصال ژنراتور به زمین را برای ایمنی فراهم می کند.