ژنراتورها تجهیزات مفیدی هستند که برق را در هنگام قطعی برق تأمین می کنند و موجب تداوم فعالیت های روزانه میشوند و یا از اختلال در فعالیت های تجاری جلوگیری می کنند.
ژنراتورها در پیکربندی های مختلف الکتریکی و فیزیکی برای استفاده در کارهای مختلف موجود هستند.
درادامه مطلب، نحوه عملکرد ژنراتور، اجزای اصلی ژنراتور و نحوه عملکرد ژنراتور به عنوان منبع ثانویه تامین برق در کاربردهای مسکونی و صنعتی را بررسی خواهیم کرد.
ژنراتور چگونه کار می کند؟
ژنراتور وسیله ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع خارجی را به انرژی الکتریکی به عنوان خروجی تبدیل می کند.
باید توجه داشت که ژنراتور در واقع انرژی الکتریکی “ایجاد” نمی کند.
در عوض، از انرژی مکانیکی تأمین شده برای حرکت بارهای الکتریکی موجود در سیمهای آن 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 مشابه بودن ژنراتور با پمپ آب درک کرد، که باعث جریان آب می شود اما در واقع آبی را که از آن عبور می کند “ایجاد” نمی کند.
ژنراتور امروزی بر اساس القای الکترومغناطیسی کار می کند که توسط مایکل فارادی در سالهای ۳۲-۱۳۳۱ کشف شد.
فارادی کشف کرد که جریان بالای بارهای الکتریکی را می توان با حرکت یک رسانای الکتریکی، مانند سیم حاوی بارهای الکتریکی، در یک میدان مغناطیسی ایجاد کرد. این حرکت بین دو انتهای سیم یا رسانای الکتریکی اختلاف ولتاژ ایجاد می کند که به نوبه خود باعث جریان بارهای الکتریکی شده و در نتیجه جریان الکتریکی ایجاد می کند.
اجزای اصلی ژنراتور
- موتور
- آلترناتور
- سیستم سوخت
- تنظیم کننده ولتاژ
- سیستم های خنک کننده و اگزوز
- سیستم روغن کاری
- باطری
- صفحه کنترل
- شاسی
شرح اجزای اصلی ژنراتور در زیر آورده شده است.
۱-موتور
موتور منبع انرژی مکانیکی ورودی به ژنراتور است واندازه آن با حداکثر توان خروجی ژنراتور تناسب دارد.
هنگام ارزیابی موتور ژنراتور خود بهتر است به نوع سوخت مورد استفاده توجه کنید.
-نوع سوخت مورد استفاده
موتورهای ژنراتور از سوخت های مختلفی مانند گازوئیل ، بنزین ، پروپان (به صورت مایع یا گاز) یا گاز طبیعی استفاده می کنند. 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 از موتورها همچنین می توانند با تغذیه دوگانه دیزل و گاز در حالت عملکرد دو سوخت کار کنند.
۲-آلترناتور
مولد بخشی از ژنراتور است که خروجی الکتریکی را از ورودی مکانیکی تامین شده توسط موتور تولید می کند. مولد شامل مجموعه ای از قطعات ثابت و متحرک است که در یک محفظه محصور شده اند.
اجزاء با هم کار می کنند و باعث ایجاد حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی و الکتریکی می شوند که به نوبه خود الکتریسیته تولید می کند.
-استارتور
این جزء ثابت است. این شامل مجموعه ای از رساناهای الکتریکی است که در سیم پیچ ها روی یک هسته آهنی پیچیده شده اند.
-روتور/ آرمیچر
این جزء متحرک است که میدان مغناطیسی دوار را به یکی از سه روش زیر تولید می کند:
* به روش القا: اینها به عنوان آلترناتیو بدون برس شناخته می شوند و معمولاً در ژنراتورهای بزرگ استفاده می شوند.
*توسط آهنرباهای دائمی: این درآلترناتور های کوچک رایج است.
*با استفاده از محرک (اگزایتر): اگزایتر منبع کوچکی از جریان مستقیم (DC) است که به روتور از طریق مجموعه ای از حلقه های لغزش رسانا و برس ها 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 خروجی جریان متناوب (AC) ژنراتور را تولید می کند.
موارد زیر مواردی هستند که هنگام ارزیابی آلترناتور ژنراتور باید به آنها توجه داشته باشید:
-بدنه فلزی در مقابل پلاستیک : طراحی تمام فلزی دوام آلترناتور را تضمین می کند. بدنه های پلاستیکی با گذشت زمان تغییر شکل می دهند و باعث می شوند قسمت های متحرک آلترناتور بی پوشش باشند. این باعث افزایش سایش و پارگی می شود و مهمتر از همه ، برای کاربر خطرناک است.
– بال بلبرینگ (بلبرینگ) در مقابل بلبرینگ سوزنی: بال بلبرینگ بهتر است و طول عمر بیشتری دارد.
-طراحی بدون برس: آلترناتوری که از برس استفاده نمی کند، نیاز به تعمیرو نگهداری کمتری دارد و همچنین نیروی تمیزتری تولید می کند.
۳-سیستم سوخت
مخزن سوخت معمولاً دارای ظرفیت کافی برای کارکردن ژنراتور به طور متوسط ۶ تا ۸ ساعت است.
در مورد واحدهای ژنراتور کوچک، مخزن سوخت بر روی شاسی ژنراتور نصب شده است.
برای کاربردهای تجاری ، ممکن است احداث و نصب یک مخزن سوخت خارجی ضروری باشد.
ویژگی های مشترک سیستم سوخت شامل موارد زیر است:
-اتصال لوله از مخزن سوخت به موتور
خط تامین، سوخت را از باک به موتور و خط برگشت سوخت را از موتور به مخزن هدایت می کند.
-لوله تهویه مخزن سوخت
مخزن سوخت دارای یک لوله تهویه برای جلوگیری از ایجاد فشار یا خلاء در هنگام پر شدن و تخلیه مخزن است. هنگامی که مخزن 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.
-اتصال سرریز از مخزن سوخت به لوله تخلیه
این مورد نیاز است تا هر گونه سرریز در هنگام پر شدن مخزن باعث ریختن مایع روی مجموعه ژنراتور نشود.
-پمپ سوخت
پمپ سوخت، سوخت را از مخزن ذخیره اصلی به مخزن روز منتقل می کند. پمپ سوخت معمولاً از طریق برق کار می کند.
– جدا کننده آب، سوخت / فیلتر سوخت
این امر آب و مواد خارجی را از سوخت مایع جدا می کند تا از دیگر اجزای ژنراتور در برابر خوردگی و آلودگی محافظت کند.
-انژکتور سوخت
مقدار مورد نیاز سوخت را به محفظه احتراق موتور میرساند.
۴-تنظیم کننده ولتاژ
همانطور که از نامش مشخص است، تنظیم کننده ولتاژ، ولتاژ خروجی ژنراتور را تنظیم می کند.
-تنظیم کننده ولتاژ- تبدیل ولتاژ AC به جریان DC 
تنظیم کننده ولتاژ بخش کوچکی از خروجی ژنراتور ولتاژ AC را گرفته و آن را به جریان DC تبدیل می کند و سپس این جریان DC را به مجموعه ای از سیم پیچ های ثانویه در استاتور، که به سیم پیچ تحریک (اگزایتر) معروف است، تغذیه می کند.
-سیم پیچ تحریک (اگزایتر)- تبدیل جریان DC به جریان AC
سیم پیچ تحریک در در حال حاضر شبیه به سیم پیچ های اولیه استاتور عمل می کنند و یک جریان AC کوچک ایجاد می کنند. سیم پیچ های تحریک به واحدهایی موسوم به یکسو کننده های چرخشی متصل می شوند.
-یکسو کننده های چرخشی- تبدیل جریان AC به جریان DC
اینها جریان AC تولید شده توسط سیم پیچ های تحریک را تصحیح کرده و آن را به جریان DC تبدیل می کنند.
این جریان DC به روتور / آرمیچر داده می شود تا علاوه بر میدان مغناطیسی دوار روتور / آرمیچر ، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد کند.
– روتور / آرمیچر- تبدیل جریان DC به ولتاژ AC
روتور / آرمیچر ولتاژ AC بزرگتری را در سیم پیچ های استاتور ایجاد می کند، و ژنراتور اکنون ولتاژ AC خروجی بزرگتر تولید می کند.
این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که ژنراتور شروع به تولید ولتاژ خروجی معادل ظرفیت کارکرد کامل خود کند.
با افزایش خروجی ژنراتور ، تنظیم کننده ولتاژ جریان DC کمتری تولید می کند. هنگامی که ژنراتور به ظرفیت کامل کار می رسد، تنظیم کننده ولتاژ به حالت تعادل می رسد و فقط جریان DC کافی تولید می کند تا خروجی ژنراتور را در سطح عملکرد کامل حفظ کند.
هنگامی که بار را به ژنراتور اضافه می کنید، ولتاژ خروجی آن کمی کاهش می یابد. این باعث می شود تنظیم کننده ولتاژ وارد عمل شود و چرخه فوق شروع می شود.
این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که خروجی ژنراتور به حداکثر ظرفیت اولیه خود برسد.
۵-سیستم خنک کننده
استفاده مداوم از ژنراتور باعث گرم شدن اجزای مختلف آن می شود، به همین دلیل، داشتن سیستم خنک کننده و تهویه برای خروج گرمای تولید شده در این فرایند ضروری است.
آب شیرین گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای ژنراتورها استفاده می شود، اما این موارد بیشتر به موقعیتهای خاصی مانند ژنراتورهای کوچک در برنامه های شهری یا واحدهای بسیار بزرگ با قدرت ۲۲۵۰ کیلو وات و بالاتر محدود می شود.
گاهی از هیدروژن به عنوان خنک کننده برای سیم پیچ های استاتور واحدهای ژنراتور بزرگ 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 مبدل حرارتی به یک مدار خنک کننده ثانویه منتقل می کند که حاوی آب معدنی زدایی شده به عنوان خنک کننده است. به همین دلیل است که ژنراتورهای بسیار بزرگ و نیروگاه های کوچک اغلب برجهای خنک کننده بزرگی را در کنار خود دارند.
برای همه کاربردهای معمول دیگر، چه مسکونی و چه صنعتی، یک رادیاتور و فن استاندارد روی ژنراتور نصب شده و به عنوان سیستم خنک کننده اولیه عمل می کند.
بررسی سطح خنک کننده ژنراتور به صورت روزانه ضروری است. سیستم خنک کننده و پمپ آب خام باید بعد از هر ۶۰۰ ساعت شسته شوند و مبدل حرارتی باید پس از هر ۲۴۰۰ ساعت کار ژنراتور تمیز شود.
ژنراتور باید در یک منطقه باز و تهویه قرار گیرد که دارای هوای تازه کافی است.
۶-سیستم اگزوز
گازهای خروجی از یک ژنراتور دقیقاً مانند خروجی از موتورهای دیزلی یا بنزینی دیگر هستند و حاوی مواد شیمیایی بسیار سمی هستند که باید به درستی مدیریت شوند. بنابراین، نصب یک سیستم اگزوز مناسب برای دفع گازهای خروجی ضروری است.
لوله های خروجی معمولاً از چدن، آهن فرفورژه یا فولاد ساخته می شوند. اینها باید مستقل باشند و نباید توسط موتور ژنراتور پشتیبانی شوند.
لوله های خروجی معمولاً با استفاده از اتصالات انعطاف پذیر به موتور متصل می شوند تا ارتعاشات را به حداقل برسانند و از آسیب به سیستم اگزوز ژنراتور جلوگیری کنند.
۷-سیستم روغن کاری
از آنجا که ژنراتور شامل قطعات متحرک در موتور خود است، برای اطمینان از دوام و عملکرد روان برای مدت زمان طولانی، نیاز به روغن کاری دارد. موتور ژنراتور توسط روغن ذخیره شده در یک پمپ روغن کاری می شود.
هر ۸ ساعت کار ژنراتور باید سطح روغن روان کننده را بررسی کنید. همچنین باید نشت روغن را بررسی کرده و روغن را بعد از هر ۵۰۰ ساعت کار ژنراتور تعویض کنید.
۸-شارژر باطری
عملکرد شروع ژنراتور با باتری کار می کند.
شارژر باتری با تأمین ولتاژ دقیق “شناور” باتری ژنراتور را شارژ نگه می دارد. اگر ولتاژ شناور بسیار پایین باشد، باتری کم شارژ باقی می ماند. اگر ولتاژ شناور بسیار زیاد باشد، عمر باتری را کوتاه می کند.
شارژرهای باتری معمولاً از فولاد ضد زنگ ساخته می شوند تا از خوردگی جلوگیری شود.
آنها همچنین کاملاً اتوماتیک هستند و نیازی به انجام هیچ گونه تنظیم یا تغییر در تنظیمات ندارند.
۹-صفحه کنترل (کنترل پنل)
این رابط کاربری ژنراتور است و شامل مفاهیم مربوط به کنترل ها است.
تولیدکنندگان مختلف ویژگی های متفاوتی را در کنترل پنل های واحدهای خود ارائه می دهند.
برخی از این موارد در زیر ذکر شده است:
-راه اندازی و خاموش شدن
پانل های کنترل خودکار ژنراتور شما را در هنگام قطع برق روشن می کنند، در حین کار بر روی ژنراتور نظارت می کنند و در صورت عدم نیاز به دستگاه، ان را به طور خودکار خاموش می کنند.
-برد کنترل
بردهای مختلف اندازه گیری پارامترهای مهمی مانند فشار روغن، دمای مایع خنک کننده، ولتاژ باتری، سرعت چرخش موتور و مدت زمان عملکرد رابه عهده دارند.
اندازه گیری و نظارت مداوم بر این پارامترها باعث می شود که ژنراتور در صورت عبور از سطح آستانه مربوطه، خاموش شود.
-سنسورهای ژنراتور
صفحه کنترل همچنین اندازه گیری جریان و ولتاژ خروجی و فرکانس کار را نیز اندازه گیری میکند.
-کنترل های دیگر
مانند کلید انتخاب فاز ، سوئیچ فرکانس و سوئیچ کنترل موتور (حالت دستی، حالت خودکار) و سایر موارد.
۱۰-شاسی
همه ژنراتورها ، قابل حمل یا ثابت ، دارای محفظه های سفارشی هستند که پشتیبانی پایه ساختاری را ارائه می دهند. شاسی همچنین اجازه می دهد تا ژنراتور برای ایمنی به زمین متصل شود.
