ژنراتور چیست و چگونه کار می کند؟
دستگاهی که باعث تولید نیروی الکتریسیته و برق می شود ژنراتور نامیده می شود با وجود این سیستم تا حدود زیادی می شود که از ایجاد خلل در فعالیت های روزانه یا اختلال در عملیات کاری در زمان های قطعی برق پیش گیری کرد. باید بگوییم که این ژنراتور ها برای کاربرد های مختلف در شکل های فیزیکی و الکتریکی در دسترس هستند. ما در این بخش می خواهیم تا برای اشنایی بیشتر شما با این سیستم نگاهی را به چگونگی عملکردها، اجزای اصلی ژنراتور و چگونگی اینکه ژنراتور به عنوان منبع ثانویه نیروی الکتریکی در کاربرد های مسکونی و صنعتی عمل می کنند را داشته باشیم پس در ادامه این مطلب با ما همراه باشید.
ژنراتور چگونه کار می کند؟
درباره این سیستم باید بگوییم که به وسیله ژنراتور می توان که انرژی مکانیکی که از منبع بیرونی به دست امده است را به عنوان خروجی به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. مهم ترین نکته درباره ژنراتور ها این که درک این موضوع بسیار مهم است که بدانیم که ژنراتور واقعا انرژی الکتریکی را خلق نمی کند بلکه در واقع آن ها با استفاده از انرژی مکانیکی برق را به عنوان خروجی سیستم تولید با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم سیم پیچ ها در مدار الکتریکی ایجاد می کنند که در واقع این جریان توسط ژنراتور شارژ الکتریکی جریان الکتریکی عرضه شده است. با درک کار پمپ آب می توان که باعث جریان آب می شود مکانیسم ژنراتور را فهمید که پمپ واقعا آبی را ایجاد نمی کند و فقط آب را جریان می دهد.
در ژنراتور های مدرن که کار آن ها معمولا بر مبنای القای الکترو مغناطیس کشف شده که این نوع سیستم در سال ۱۸۳۱ توسط مایکل فارادی می باشد. او به این نتیجه رسید القای بار بر اساس جریان بالای بار الکتریکی می تواند که توسط حرکت رسانای الکتریکی مانند سیمی که شامل بار الکتریکی در میدان مغناطیسی است انجام شود. در واقع تفاوت ولتاژی در این حرکت و در بین دو انتهای سیم یا رسانای الکتریکی ایجاد شده که این تفاوت باعث شده تا هم بار الکتریکی جریان بیابد و هم که جریان الکتریکی تولید شود.
اجزای اصلی ژنراتور
تقسیم بندی اجزای اصلی ژنراتور الکتریکی به صورت زیر است
- موتور
- دستگاه تولید برق متناوب (آلترناتور)
- سیستم سوخت
- تنظیم کننده ولتاژ
- سیستم سردسازی و اگزوز
- سیتم روغنکاری
- شارژر باطری
- پنل کنترل
- چارچوب اصلی
موتور
یکی از مهم ترین قسمت های ژنراتور موتور است زیرا که این قسمت منبع ورودی انرژی مکانیکی به موتور ژنراتور است. به طور مستقیم و متناسب با حداکثر توان خروجی سیستم اندازه موتور هم عرضه شده است. اما با این وجود باز هم نیاز است تا چندین فاکتور را در ذهن داشته باشید که ما در این بخش به مهم ترین موارد رسیدگی می کنیم و آن ها را مورد بررسی قرار می دهیم.
- الف) نوع سوخت مورد استفاده
- ب) موتور هایی با والو بالا سری ( OHV ) در برابر موتور های غیر OHV
- ج) قالب آهن در سیلندر موتور ( CIS )
الف- نوع سوخت مورد استفاده :
نحوه کار کردن موتور ژنراتور ها به این ترتیب است که این نوع موتور ها با استفاده از انواعی از سوخت ها مثل سوخت دیزل، گازوئیل، پروپان (در فرم مایع شده یا گاز) و یا گاز طبیعی کار می کنند. معمولا بعضی از موتور های کوچک تر از سوخت گازوییل برای کار کردن استفاده می کنند اما سوخت اکثر دیزل های بزرگ از سوخت دیزل ، پروپان مایع ، گاز پروپان یا گاز طبیعی است. و همچنین که موتور های اصلی دوگانه سوز هم می توانند که باشند یعنی این که هم می توانند با دیزل و هم می توانند با گاز کار کنند.
ب- موتورهایی با والو بالاسری (OHV) در برابر موتورهای غیر OHV- :
درباره این موتور ها باید بگوییم که این موتور های OHV از موتور های دیگر بسیار متفاوت تر هستند در مقابل بلوک موتوری که سوار شده است و در والو ورودی و خروجی موتور که در سر سیلندر موتور قراگرفته است بر همین اساس هم موتور های OHV چندین مزیت نسبت به موتور های دیگر دارد که عبارتند از :
- یک طراحی جمع و جور را دارا هستند
- مکانیسم کار ساده تری دارند
- دوام پذیری بیشتری را دارند
- راحتی کار در عملیات
- انتشار دود کم را در حین کار دارند
اما این که موتور های OHV نسبت به موتور های دیگر گران تر هستند
ج- قالب آهن در سیلندر موتور (CIS)- CIS :
در موتور سیلندر CISبه نوعی مثل آستری است. که به وسیله آن بیشتر ساییدگی ها و پارگی ها کاهش پیدا می کند که باعث افزایش دوام در کارکرد موتور می شود و به نوعی دوام موتور را تضمین می کند.از همین رو هم در اکثر موتور های OHV با CIS از همین تجهیزات استفاده شده است. اما برای این ویژگی در موتور ژنراتور بهتر است تا CIS بررسی شود. با وجود این که وجود این مورد از خصوصیت گرانی نیست اما در دوام پذیری موتور نقش بزرگی را بازی می کند و به ویژه برای زمان هایی که نیاز است تا ژنراتور را برای مدت زمان طولانی استفاده کرد.
دستگاه تولید برق متناوب ( آلترناتور )
نام دیگر آلترناتور genhead است که به عنوان بخشی از ژنراتور که در قسمت خروجی جریان الکتریکی ورودی مکانیکی عرضه شده را توسط موتور تولید می کند. که مونتاژ قطعات ثابت و متحرک روکشی شده در جایش را شامل می شود. زمانی که اجزا با هم شروع به کار می کنند از همین رو هم باعث ایجاد حرکت نسبی در بین میدان های مغناطیسی و الکتریکی می شوند که این به نوبه خود باعث تولید انرژی الکتریسیته می شود. این اجزا عبارتند از :
الف) استاتور :
جز ثابتی که شامل مجموعه ای از زخم رسانا های الکتریکی در کویل ه روی یک هسته آهنی است را استاتور می نامند.
ب) روتور/ آرماتور :
این قسمت هم در واقع بخش متحرکی است که میدان الکتریکی چرخشی را به هر یک از سه طریقی که در پی می آید تولید می کند :
- توسط القا : این قسمت در سیستم به عنوان آلترناتور های بدون جاروبک و معمولا در ژنراتورهای بزرگ استفاده می شوند
- توسط مغناطیس پایا : در واحد های کوچک آلترناتور معمول است.
- با استفاده از محرک : محرکی است که با منبع کوچکی از جریان مستقیم (DC) به روتور از طریق مونتاژ حلقه های لغزش و برس متصل شده است.
به این صورت که در اطراف استاتور روتور میدان مغناطیس متحرکی را تولید می کند که این میدان بین سیم پیچ های استاتور تفاوت ولتاژ را القا می کند. این خروجی از ژنراتور جریان متناوبی (AC) را تولید می کند.
ارزیابی آلترناتور ژنراتور به این شرح است :
- مکان فلزی در مقابل پلاستیک : دوام آلترناتور را طراحی تمام فلزی است که تضمین می کند. به این صورت که با زمان مکان پلاستیکی تغییر شکل می یابد و این در واقع باعث می شود تا اجزای متحرک آلترناتور بی حفاظ شوند. که باعث بروز سایش و پارگی بیشتر می شود و این که این عامل برای کاربر بسیار خطرناک است.
- بلبیرینگ در مقابل نیدل بیرینگ : از ان جایی که بلبیرینگ ها بسیار با دوام تر هستند پس ترجیج داده می شوند.
- طراحی بدون جاروبک: باید بگوییم نبود جاروبک در بیشتر این سیستم ها آلترناتوری نیاز به نگهداری کمتر و تولید نیروی پاک تر دارند.
سیستم سوخت
- سیستم سوخت در ژنراتورهای گازسوز
- سیستم سوخت در دیزل ژنراتور ها
معمولا به طور متوسط تانک سوخت ظرفیت کافی را برای حفظ کارکرد بیت ۶ تا ۸ ساعت را دارا است .
اما تانک سوخت در مورد واحد های کوچک موتور ژنراتور،باید بگوییم که قسمتی از پایه ژنراتور است و یا این که بر روی چارچوب ژنراتور سوار شده است. ممکن است تا برای کاربرد های تجاری، لازم باشد تا به طور مستقیم و بر روی تانک سوخت خارجی نصب شده باشد.
قسمت های معمول سیستم سوخت
- ارتباط لوله از مخزن سوخت به موتور : در این صورت سوخت به طور مستقیم از تانک به موتور و برگشت مستقیم از موتور به تانک را دارد.
- ارتباط سر ریز از تانک سوخت به لوله زهکش : در این صورت تا در طول پرکردن تانک هر سرریزی باعث نشت مایع روی مجموعه ژنراتور نشود.
- پمپ سوخت : این پمپ که به طور الکتریکی کار می کند و سوخت را از تانک ذخیره اصلی به تانک روز منتقل می کند.
- جداکننده آب و سوخت : برای پشتیبانی از اجزای دیگر ژنراتور آب و ماده خارجی را از سوخت مایع می گیرد و آن را در مقابل خوردگی و آلودگی جدا می کند.
- انژکتور سوخت : این قسمت در واقع سوخت مایع را اتمیزه کرده و سپس در اتاقک احتراق موتور میزان مورد نیاز سوخت اسپری می شود.
تنظیم کننده ولتاژ
تنطیم کننده قسمت خروجی موتور ولتاژ بر عهده این قسمت است که ولتاژ خروجی موتور ژنراتور را تنظیم می کند. که در واقع در زیر این مکانیسم در مقابل هر جزیی که قسمتی در فرآیند دوره ای تنظیم ولتاژ را تنظیم می کند.
- تنظیم کننده ولتاژ : تنظیم کننده ولتاژ در ژنراتور در واقع تبدیل ولتاژ AC به جریان DC –را میسر می کند که این مورد بخش کوچکی از خروجی ولتاژ AC ژنراتور است و همان طور که گفتیم به جریان DC تبدیل می کند. و سپس جریان DC را تنظیم کننده ولتاژ تغذیه می کند که در واقع این به عنوان سیم پیچ ثانویه استاتور و بیشتر به عنوان سیم پیچ محرک شناخته شده است.
- سیم پیچ محرک : در ژنراتور سیم پیچ محرک الان کارکردی مشابه سیم پیچ اولیه استاتور که کار تبدیل جریان DC به جریان AC- را بر عهده دارد اما جریان AC کمی را تولید می کند که به واحدهایی که به عنوان یکسوکننده چرخشی شناخته شده اند سیم پیچ ثانویه وصل هستند.
- یکسو کننده های چرخشی : با این یکسو کننده جریان AC به جریان DC- تبدیل می شود که در واقع این یکسو کننده جریان AC توسط سیم پیچ های یکسوکننده را تولید و سپس به جریان DC تبدیل می شود.
که این جریان DC در واقع منتهی به روتور/ آرماتور است که میدان الکترو مغناطیسی را بعلاوه میدان مغناطیس چرخشی روتور/آرماتور انتخاب کرده است.
* روتور/ آرماتور : بیشترین ولتاژ AC الان در سیم پیچ استاتور است که ژنراتور خروجی بیشترین ولتاژ AC را تولید می کند. تبدیل جریان DC به ولتاژ AC
تا زمانی که ژنراتور شروع به تولید معادل ولتاژ خروجی برای ظرفیت عمل کرد کامل کند این سیکل ادامه می ییابد. خروجی ژنراتور در نتیجه افزایش پیدا می کند و از همین رو تنظیم کننده ولتاژ جریان DC کمتری را تولید می کند. ژنراتور یک بار وقتی که به ظرفیت کامل عمل کرد می رسد که در این صورت تنظیم کننده ولتاژ به میزان تعادلی برسد و از همین رو هم برای حفظ خروجی در سطح عملیاتی بالا جریان DC کافی را حفظ کند. اما در زمانی که به ژنراتور باری را اضافه می کنید تا حدود زیادی ولتاژ خروجی به پایین می آید. و از هیمن رو این تنظیم کننده ولتاژ است که سیکل بالایی را شروع می کند و وارد عمل می شود. و تا زمانی که خروجی ژنراتور تا ظرفیت عمل کردی کاملش افزایش پیدا کند سیکل ادامه پیدا می کند.
سیستم های خنک کننده و اگزوز
- سیستم خنک کننده
- سیستم اگزوز
سیستم خنک کننده
همان طور که می دانیم هر سیستمی که به طور مداوم استفاده شود ممکن است که داغ کند در این جا هم می بحث این است که با استفاده متوالی از ژنراتور اجزای مختلف آن گرم می شوند. و برای کم کردن گرمای بیش از حد این سیستم لازم است تا که سیستم خنک کننده و تهویه ای وجود داشته باشد تا با این گرمای تولید شده در این فرآیند بتواند که کنار بیاید.
گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای ژنراتور ها از آب تازه یا خام استفاده می شود اما نوع خنک کردن در واقع فقط محدود به موقعیت های خاصی مثل ژنراتور های کوچک و کاربرد های شهری یا واحد های بسیار بزرگ تا ۲۲۵۰ کیلو وات و بالاتر را است. در بعضی از اوقات هم برای سیم پیچ استاتور واحد های بزرگ ژنراتور از هیدروژن استفاده می شوند زیرا که در جذب گرما نسبت به هر خنک کننده دیگر کند تر است. جالب است بدانید که وجود گرما را هیدروژن از بین می برد و از طریق تبادل گر گرمایی در مدار خنک کنندگی ثانویه است بعنوان خنک کننده استفاده می شود. اغلب برج های سرد کننده بزرگی در کنار ژنراتور های بسیار بزرگ و کارخانه جات نیروی کوچک وجود دارد برای که همه ی کاربرد های معمول دیگر هم از لحاظ مسکونی و هم صنعتی، رادیاتور استاندارد و فنی بر روی این ژنراتور وصل شده اند که به عنوان سیتم خنک کنندگی اولیه کار می کنند.
سطوح خنک کنندگی ژنراتور حتما بهتر است تا بر پایه روزانه بررسی شود. زیرا که سیستم خنک کنندگی و پمپ آب تازه می توانند که با فشار آب را بعد از هر ۶۰۰ ساعت ریخته و تبادل گر گرمایی هم بعد از هر ۲۴۰۰ ساعت کار ژنراتور می تواند که تمیز شود. برای تامین کافی آب و هوای تازه باید که ژنراتور در منطقه ای باز و تهویه دار انجام شود. باید در تمام جوانب ژنراتور کد الکتریکی ملی (NEC) فضای حداقل سه فوتی را در اختیار قرار می دهد تا جریان آزاد هوای خنک کننده تضمین شود.
سیستم اگزوز
توسط ژنراتور گاز های اگزوز از هر نوع موتور دیزلی یا گازوئیلی خارج می شوند که این گاز از ان جایی که شامل مواد شیمیایی بسیار خطر ناکی هستند از این رو هم به شدت سمی هستند و به طور مناسبی نیاز دارند تا مدیریت شوند. و مورد مهم دیگر این که سیستم اگزوز باید در محل مناسبی وصل شوند تا که ترتیب گاز های اگزوز را بدهند. در اینجا نمی توان که بر بقای ای سمی مونو کسید کربن تاکید داشت که در مناطق تحت تاثیر طوفان یکی از متداول ترین علل برای مرگ است که در مورد آن مردم تمایل دارند زمانی فکر کنند که متاسفانه بسیار دیر شده است.
چدن، آهن نرم یا فولاد نوع جنس لوله های اگزوز است که معمولا به موتور با استفاده از متصل کننده های منعطف برای حداقل کردن لرزش و جلوگیری از صدمه به سیستم خروجی ژنراتور این لوله های اگزوز استفاده می شوند. و در خاتمه لوله های اگزوز به فضای بیرون می رسند از طریق در ها ، پنجره ها و دیگر محل های باز خانه یا ساختمان حتما که باید خارج شوند. در کار کردن ژنراتورتان بهتر است تا با 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 خطا ها پشتیبانی شوند.
سیستم روغن کاری
از آن جایی که قطعات محرک در قسمت موتور ژنراتور وجود دارد برای همین و برای تضمین عملیات دوام و نرم برای دوره زمانی طولانی نیاز است تا به خوبی روغن کاری شود. موتور ژنراتور توسط روغن ذخیره شده در پمپ است. هر ۸ ساعت کارکرد ژنراتور باید سطح روغن کاری روغن حتما بررسی شود. و در هر ۵۰۰ ساعت کارکرد ژنراتور باید برای هر نوع نشت روغن کاری و تغییر در روغن کاری بررسی شود.
شارژر باطری
درباره شروع عملکرد ژنراتور باید بگوییم که این سیستم باطری محور است. توسط عرضه نمودن آن با ولتاژ شناور باطری ژنراتور شارژ شده دقیق است. در صورتی که ولتاژ شناور خیلی پایین باشد باطری زیر شارژ حفظ خواهد شد. ولی اگر ولتاژ شناور خیلی بالا باشد این کار عمر باطری را کوتاه تر خواهد کرد. جنس شارژر باطری معمولا از فولاد ضد زنگ است زیرا که برای جلوگیری از خوردگی از این نوع جنس ساخته می شود. درباره این نوع شارژر این که کاملا اتوماتیک و به انجام هر تنظیمی ساخته شده نیاز ندارد. معمولا ولتاژ شناور و دقیق ولتاژ برای باتری های اسیدی سربی خروجی DC شارژر باطری مجموعه ای از ۲٫۳۳ ولت در هر سلول استو این که شارژر باطری ولتاژ خروجی ایزوله شده DC دارد که با کارکرد نرمال ژنراتور مداخله نمی کند.
کنترل پنل
یکی از مهم ترین رابط های کاربر با ژنراتور کنترل پنل است که این بخش شامل خصوصیاتی برای پریز الکتریکی است. قسمت های متفاوتی را کارخانه جات مختلف در کنترل پنل گنجانده اند. که در زیر به ان ها اشاره شده است.
- روش و خاموش الکتریکی : در طول قطع برق در ژنراتور مامور کنترل استارت اتوماتیک به طور خود به خود است و نظارت موفقی را بر ژنراتور می کند در زمانی که بیشتر مورد نیاز نیست و در صورتی که در حال کار است به طور اتوماتیک خاموش می شود.
- معیار موتور : بر این اساس معیار های مختلفی را نشان می دهد که مهم ترین پارامتر ها عبارتند از فشار روغن ، دمای خنک کننده ، ولتاژ باطری ، سرعت چرخش موتور و دوره عمل کرد و با نظارت ثابت و با اندازه گیری بر این پارامتر ها موتور ژنراتور را غیر قابل ساخته اند.
- معیار ژنراتور : معیار هایی در کنترل پنل وجود دارد که برای اندازه گیری جریان خروجی و ولتاژ و فراوانی عمل کردی مناسب را دارد.
- کنترل های دیگر : علاوه بر مواردی که اشاره شد کنترل های دیگری هم مثل انتخاب فاز سوییچ ، سوییچ فرکانس و کنترل موتور سوییچ ( حالت کتابچه راهنمای کاربر، حالت خودکار ) در میان دیگران وجود دارد
چارچوب / شاسی موتور ژنراتور
نکته مهم درباره دیزل ژنراتور اشاره به این مورد که دیزل ژنراتور، می تواند که هم قابل حمل و یا ثابت هم باشد و تمامی تجهیزات بالا در حالت کلی می تواند که بر روی سکو یا همان شاسی قرار بگیرد.