اصول کار ژنراتورها

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: ژنراتور‌ها وسیله‌ای مفید هستند که نیروی الکتریسیته و برق تولید می‌کنند و از قطع فعالیت‌های روزانه یا اختلال در عملیات کاری پیشگیری می‌کنند. ژنراتور‌ها در شکل‌های فیزیکی و الکتریکی برای کاربردهای مختلف در دسترس هستند. در بخش‌های بعدی، نگاهی به چگونگی عملکردها، اجزای اصلی ژنراتور و چگونگی اینکه ژنراتور به عنوان منبع ثانویه نیروی الکتریکی در کاربردهای مسکونی و صنعتی عمل می‌کنند خواهیم داشت.

ژنراتور چگونه کار می‌کند؟

ژنراتور وسیله‌ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع بیرونی را به انرژی الکتریکی بعنوان خروجی تبدیل می‌کند. این مهم است که درک کنیم که ژنراتور واقعا انرژی الکتریکی خلق نمی‌کند. در عوض، با استفاده از انرژی مکانیکی عرضه شده و با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم سیم پیچ‌ها 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 می‌توان با درک کار پمپ آب فهمید که باعث جریان آب می‌شود، اما واقعا آبی ایجاد نمی‌کند و فقط آب جریان می‌یابد.

کار ژنراتورهای مدرن امروز بر مبنای القای الکترومغناطیس کشف شده توسط مایکل فارادی در سال ۱۸۳۱ می‌باشد. فارادی کشف کرد که جریان بالای بار الکتریکی می‌تواند 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 می‌کند که در عوض باعث می‌شود بار الکتریکی جریان بیابد و جریان الکتریکی تولید شود.

اجزای اصلی ژنراتور

اجزای اصلی ژنراتور الکتریکی به صورت زیر تقسیم بندی می‌شود:

(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 می‌کنید. سازنده موتور باید برای رسیدن به خصوصیات کارکرد کامل موتور و برنامه‌های نگهداری مشاوره بدهد.

الف- نوع سوخت مورد استفاده- موتور ژنراتور‌ها با انواعی از سوخت‌ها مانند دیزل، گازوییل، پروپان (در فرم مایع شده یا گاز)، یا گاز طبیعی کار می‌کنند. موتورهای کوچکتر معمولا با گازوییل کار می‌کنند در حالی که موتورهای بزرگتر با دیزل، پروپان مایع، گاز پروپان یا گاز طبیعی کار می‌کنند. موتورهای اصلی همچنین می‌تواند 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 ساده‌تر
دوام پذیری
راحتی کار در عملیات
انتشار دود کم

به هر حال، موتورهای OHV گران‌تر نسبت به موتورهای دیگر است.

ج- قالب آهن در سیلندر موتور (CIS) - CIS آستری در موتور سیلندر است. آن ساییدگی و پارگی را کاهش می‌دهد و دوام موتور را تضمین می‌کند. 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 می‌کند 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 می‌کند. آن شامل مونتاژ قطعات ثابت و متحرک روکشی شده در جایش است. اجزا باهم کار می‌کنند و باعث حرکت نسبی بین میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی می‌شوند که به نوبه خود الکتریسیته تولید می‌کنند.

الف- استاتور: جز ثابت است که شامل مجموعه‌ای 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 می‌آید تولید می‌کند:

i) توسط القا: بعنوان آلترناتورهای بدون جاروبک شناخته می‌شوند و معمولا در ژنراتورهای بزرگ استفاده می‌شوند.

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 حلقه‌های لغزش و برس است.

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

عواملی که در پی می‌آید نیاز است تا در ذهن داشته باشید در حالی که آلترناتور ژنراتور را ارزیابی می‌کنید:

i) مکان فلزی در مقابل پلاستیک: طراحی تمام فلزی دوام آلترناتور را تضمین می‌کند. مکان پلاستیکی با زمان تغییر شکل می‌یابد و باعث می‌شود تا اجزای متحرک آلترناتور بی حفاظ شوند. این سایش و پارگی را افزایش می‌دهد و مهمتر از آن برای کاربر خطرناک است.

ii) بلبیرینگ در مقابل نیدل بیرینگ: بلبیرینگ‌ها ترجیج داده می‌شوند و با دوام ترند.

iii) طراحی بدون جاروبک- آلترناتوری که از جاروب استفاده نمی‌کند نیاز به نگهداری کمتر و تولید نیروی پاک‌تر 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.

قسمت‌های معمول سیستم سوخت در پی می‌آید:

i) ارتباط لوله از مخزن سوخت به موتور – عرضه مستقیم سوخت از تانک به موتور و برگشت مستقیم از موتور به تانک

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 می‌کند. پمپ سوخت نوعا بطور الکتریکی کار می‌کند.

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 می‌کند.

v) انژکتور سوخت: سوخت مایع را اتمیزه کرده و در میزان مورد نیاز سوخت در اتاقک احتراق موتور اسپری می‌شود.

(۴) تنظیم کننده ولتاژ

این نام بر این دلالت دارد که این قسمت ولتاژ خروجی موتور ژنراتور را تنظیم می‌کند. این مکانیسم در زیر در مقابل هر جزیی که قسمتی در فرآیند دوره‌ای تنظیم ولتاژ را تنظیم می‌کند.

(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 می‌کند. تنظیم کننده ولتاژ سپس جریان DC را تغذیه می‌کند 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 می‌کند. سیم پیچ ثانویه به واحدهایی که به عنوان یکسوکننده چرخشی شناخته شده اند وصل هستند.

(iii) یکسوکننده‌های چرخشی: تبدیل جریان AC به جریان DC- این یکسوکننده جریان AC توسط سیم پیچ‌های یکسوکننده تولید می‌شوند و به جریان DC تبدیل می‌شود. 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 می‌کند.

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

(۵) سیستم‌های خنک کننده و اگزوز

(i) سیستم خنک کننده

استفاده متوالی از ژنراتور باعث می‌شود که اجزای مختلف آن گرم شوند. لازم است که سیستم خنک کننده و تهویه‌ای 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 موقعیت‌های خاصی مانند زنراتورهای کوچک کاربردهای شهری یا واحدهای بسیار بزرگ تا ۲۲۵۰ کیلووات و بالاتر می‌شود. هیدروژن گاهی اوقات به عنوان خنک کننده‌ای برای سیم پیچ استاتور واحدهای بزرگ ژنراتور استفاده می‌شوند، چون بسیار کاراتر در جذب گرما نسبت به هر خنک کننده دیگر است. هیدروژن گرما را از بین می‌برد 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 برج‌های 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 می‌کنند.

لازم است که سطوح خنک کنندگی ژنراتور بر پایه روزانه بررسی شود. سیستم خنک کنندگی و پمپ آب تازه می‌توانند آب را با فشار آب بعد از هر ۶۰۰ ساعت ریخته می‌شود و تبادل گر گرمایی باید بعد از هر ۲۴۰۰ ساعت کار ژنراتور تمیز شود. ژنراتور باید در منطقه‌ای 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 می‌دهد تا جریان آزاد هوای خنک کننده تضمین شود.

(ii) سیستم اگزوز

گازهای اگزوز توسط ژنراتور از هر نوع موتور دیزلی یا گازوییلی خارج می‌شوند 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 نمی‌توان تاکید کافی بر بقایای سمی مونوکسیدکربن داشت که یکی از متداول‌ترین علل برای مرگ در مناطق تحت تاثیر طوفان بعد از آن است که مردم تمایل دارند در مورد آن زمانی فکر می‌کنند که بسیار دیر شده است.

لوله‌های اگزوز معمولا از چدن، آهن نرم یا فولاد هستند. لوله‌های اگزوز معمولا به موتور با استفاده از متصل کننده‌های منعطف برای حداقل کردن لرزش و جلوگیری از صدمه به سیستم خروجی ژنراتور استفاده می‌شوند. لوله اگزوز در خاتمه به فضای بیرون می‌رسند باید از طریق درها، پنجره‌ها و دیگر محل‌های 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 قدرت‌های محلی دارد تا تضمین کنند که مطابق با قوانین محلی برای اینکه در مقبل جریمه‌ها 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. آن‌ها همچنین کاملا اتوماتیک است و نیاز به هر تنظیمی ساخته شده ندارد یا هر تنظیماتی تغییر کرده باشد. ولتاژ خروجی DC شارژر باطری مجموعه‌ای از ۲ ٫ ۳۳ ولت در هر سلول است که ولتاژ شناور دقیقی برای باتری‌های اسیدی سربی است. شارژر باطری ولتاژ خروجی ایزوله شده DC دارد که با کارکرد نرمال ژنراتور مداخله نمی‌کند.

(۸) کنترل پنل

این رابط کاربر با ژنراتور است و شامل خصوصیاتی برای پریز الکتریکی است. کارخانجات مختلف قسمت‌های 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 می‌کند در حالی که در حال کار است و بطور اتوماتیک خاموش می‌شود زمانی که بیشتر دیگر مورد نیاز نیست.

(ii) معیار موتور- معیارهای مختلف نشان می‌دهد 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) کنترل‌های 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 می‌باشد، در حالت کلی تمامی تجهیزات بالا بر روی سکو یا همان شاسی قرار می‌گیرد.