چگونه ژنراتور برق تولید می کند؟ چگونه ژنراتورها کار می کنند

ژنراتور چیست؟ ژنراتورها وسایلی مفید هستند که در هنگام قطع برق ، انرژی الکتریکی را تأمین می کنند و از قطع فعالیت های روزانه یا اختلال در فعالیت های تجاری جلوگیری می کنند. در بخش های بعدی به چگونگی عملکرد ژنراتور ، مؤلفه های اصلی یک ژنراتور و نحوه عملکرد ژنراتور به عنوان منبع ثانویه تولید برق در کاربردهای مسکونی و صنعتی خواهیم پرداخت.

چگونه یک ژنراتور کار می کند

ژنراتور برقی وسیله ای است که انرژی مکانیکی بدست آمده از منبع خارجی را به عنوان خروجی به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. درک این نکته مهم است که ژنراتور در واقع انرژی الکتریکی را ایجاد نمی کند. ژنراتور در اصل از انرژی مکانیکی برای مجبور کردن حرکت بارهای الکتریکی موجود در سیم پیچ های خود از طریق یک مدار الکتریکی خارجی استفاده می کند. این جریان الکترون ها جریان الکتریکی خروجی را تولید می کند.

این مکانیسم را می توان با در نظر گرفتن ژنراتور شبیه به پمپ آب درک کرد ، که باعث جریان آب می شود. این ژنراتور مدرن بر اساس اصل القایی الکترومغناطیسی توسط مایکل فارادی در سالهای 1831-32131 کشف شده است. فارادی دریافت که جریان فوق در بارهای الکتریکی با حرکت یک هادی الکتریکی مانند سیم که حاوی بار الکتریکی است ، می تواند در یک میدان مغناطیسی القا شود.

این حرکت اختلاف ولتاژ بین دو انتهای سیم یا رسانای الکتریکی ایجاد می کند ، که به نوبه خود باعث جریان بارهای الکتریکی می شود و به این ترتیب جریان الکتریکی تولید می شود.

اجزای اصلی یک ژنراتور برقی

اجزای اصلی یک ژنراتور برقی به طور گسترده می توانند به شرح زیر طبقه بندی شوند:

• موتور
• آلترناتیو
• سیستم سوخت
• تنظیم کننده ولتاژ ژنراتور
• سیستمهای خنک کننده و اگزوز
• سیستم روغن کاری
• شارژر باطری
• برد کنترل
• مونتاژکردن (کوپله) و نصب بر روی یک شاسی

شرح اجزای اصلی یک ژنراتور در زیر آورده شده است.

موتور منبع انرژی مکانیکی ورودی به ژنراتور است. اندازه موتور مستقیماً متناسب با حداکثر توان خروجی است که ژنراتور می تواند تأمین کند. چندین عامل وجود دارد که شما باید هنگام ارزیابی موتور ژنراتور خود به خاطر بسپارید. برای به دست آوردن مشخصات کامل کارکرد موتور و برنامه های نگهداری باید با سازنده موتور مشورت شود.

1.  نوع سوخت استفاده شده - موتورهای ژنراتور با انواع سوخت هایی نظیر دیزل ، بنزین ، پروپان (به صورت مایع یا گازی) یا گاز طبیعی کار می کنند. موتورهای کوچکتر معمولاً با بنزین کار می کنند در حالی که موتورهای بزرگتر روی دیزل ، پروپان مایع ، بنزین یا گاز طبیعی کار می کنند. برخی از موتورها همچنین می توانند در حالت دوگانه سوخت دیزل و بنزین کار کنند.

2. موتورهای دریچه بالا یا سوپاپ بالا (OHV) در مقایسه با موتورهای غیر OHV

موتورهای OHV با موتورهای دیگر متفاوت هستند زیرا شیرهای ورودی و اگزوز موتور در قسمت سیلندر موتور قرار دارد، برخلاف نصب در بلوک موتور. موتورهای OHV نسبت به موتورهای دیگر مزایای بسیاری دارند:

• طراحی فشرده
• مکانیسم عملکرد ساده تر
• دوام
• کاربری مشتری پسند
• سر و صدای کم در طول عملیات
• میزان انتشار دود کم

اما موتورهای OHV نسبت به موتورهای دیگر نیز گران تر هستند.

3. قالب چدن (CIS) در سیلندر موتور - CIS یک پوشش در سیلندر موتور است. باعث کاهش فرسودگی و دوام موتور می شود. بیشتر موتورهای OHV مجهز به CIS هستند. اما بررسی این ویژگی در موتور ژنراتور ضروری است. CIS یک ویژگی گرانقیمت نیست اما در ماندگاری موتور نقش مهمی ایفا می کند. به خصوص اگر شما نیاز به استفاده از ژنراتور خود برای مدت طولانی داشته باشید.

آلترناتور

آلترناتور ، همچنین به عنوان "ژنراتور" یا "مبدل" شناخته می شود. ژنراتور بخشی از دیزل ژنراتور است که خروجی الکتریکی را از ورودی مکانیکی تولید شده توسط موتور تولید می کند. این کار شامل مونتاژ قطعات ثابت و متحرک است که بعضا در یک محوطه (کانوپی) محصور شده اند. قطعات با هم کار می کنند تا باعث ایجاد حرکت نسبی بین میدان های مغناطیسی و الکتریکی شوند و این به نوبه خود باعث تولید برق می شود.
 

1. استاتور - این قطعه ثابت است. استاتور ژنراتور شامل مجموعه ای از هادی های الکتریکی است که بصورت سیم پیچ ها بر روی یک هسته آهنی پیچیده می شوند.
2. روتور / آرمیچر - این قطعه متحرک است که از هر سه روش زیر یک میدان مغناطیسی در حال چرخش تولید می کند:

 

1. از طریق القایی - اینها به عنوان آلترناتورهای بدون ذغال شناخته می شوند و معمولاً در ژنراتورهای بزرگ استفاده می شوند.
2. توسط آهن ربا دائم - این در ژنراتور های کوچک بعنوان جایگزین متداول است.
3. با استفاده از یک اکسایتر - منبع تحریک از جریان مستقیم (DC) استفاده میکند که روتور را از طریق القای مغناطیسی تغذیه میکند.

روتور یک میدان مغناطیسی متحرک در اطراف استاتور ایجاد می کند ، که باعث ایجاد ولتاژ بین سیم پیچ های استاتور می شود. این باعث تولید جریان متناوب جریان (AC) از ژنراتور می شود. موارد زیر عواملی است که شما باید هنگام ارزیابی ژنراتور به خاطر داشته باشید:

1. فلز در مقابل محل پلاستیکی - طراحی تمام فلزی باعث دوام آلترناتور می شود. محفظه های پلاستیکی با گذشت زمان تغییر شکل می یابند و باعث می شوند قسمتهای متحرک ژنراتور در معرض دید قرار گیرند. این باعث افزایش ساییدگی و پارگی و از آن مهم تر ، برای کاربر خطرناک است.
2. بلبرینگ در مقابل یاتاقان های سوزنی - بلبرینگ ترجیح داده شده و عمر آن طولانی تر است.
3. طراحی بدون ذغال- یک ژنراتور که از ذغال استفاده نمی کند نیاز به نگهداری کمتری دارد و همچنین باعث ایجاد برق دقیق تری می کند.

 

سیستم سوخت ژنراتور:
مخزن سوخت معمولاً از ظرفیت کافی برای کارکرد ژنراتور به طور متوسط ​​6 تا 8 ساعت برخوردار است. در مورد واحدهای ژنراتور کوچک ، مخزن سوخت بخشی از شاسی ژنراتور است یا در بالای کانوپی ژنراتور سوار شده است. برای برنامه های تجاری ممکن است نیاز به نصب مخزن سوخت خارجی باشد. کلیه اینگونه تاسیسات منوط به تأیید بخش شهرسازی است. ویژگی های مشترک سیستم سوخت شامل موارد زیر است:

• اتصال لوله از مخزن سوخت به موتور - خط تأمین سوخت ،سوخت را از مخزن را به موتور هدایت می کند و خط برگشت نیز سوخت را از موتور به مخزن هدایت می کند.
• لوله تهویه مخزن سوخت - مخزن سوخت دارای لوله تهویه جهت جلوگیری از ایجاد فشار یا خلاء در حین پر کردن و زهکشی مخزن است. هنگامی که مخزن سوخت را دوباره پر می کنید ، از تماس فلز به فلز بین نازل پرکننده و مخزن سوخت جلوگیری کنید تا از جرقه ها جلوگیری کنید.
• اتصال سرریز از مخزن سوخت به لوله تخلیه - این مورد لازم است به گونه ای باشد که سرریز در حین پر کردن مخزن باعث ریزش مایع در دیزل ژنراتور نشود.
• پمپ سوخت - پمپ، سوخت را از مخزن اصلی ذخیره سازی به مخزن روزانه منتقل می کند. پمپ سوخت معمولاً از طریق برق کار می کند.
• جداکننده آب از سوخت / فیلتر سوخت - این ماده آب و مواد خارجی را از سوخت مایع جدا می کند تا سایر اجزای تولید کننده را از خوردگی و آلودگی محافظت کند.
• انژکتور سوخت - انژکتور یا فارسونگا سوخت مایع را اتمی می کند و مقدار لازم سوخت را درون محفظه احتراق موتور اسپری می کند.

تنظیم کننده ولتاژ یا رگولاتور ژنراتور (AVR):
همانطور که از نام آن پیداست ، این مؤلفه ولتاژ خروجی ژنراتور را تنظیم می کند. در زیر در مورد هر مؤلفه ای که در فرآیند چرخشی تنظیم ولتاژ نقش دارد توضیح داده شده است:

1. رگولاتور ولتاژ ژنراتور: تبدیل ولتاژ AC به جریان DC - تنظیم کننده ولتاژ بخش کوچکی از خروجی ژنراتور را بصورت ولتاژ AC می گیرد و آن را به جریان DC تبدیل می کند. تنظیم کننده ولتاژ ژنراتور سپس این جریان DC را به مجموعه ای از سیم پیچ های ثانویه در استاتور ، معروف به سیم پیچ های اکسایتر اعمال و تغذیه می کند.
2.  سیم پیچ های اکسایتر: تبدیل جریان DC به جریان AC - سیم پیچ های اکسایتر اکنون شبیه به سیم پیچ های استاتور اصلی هستند و جریان AC کوچکی را تولید می کنند. سیم پیچ های اکسایتر به واحدهای موسوم به یکسو کننده های چرخشی (دیود ژنراتور) متصل می شوند.
3. دیود ژنراتور: تبدیل جریان AC به جریان DC - اینها جریان AC تولید شده توسط سیم پیچ های اکسایتر را اصلاح می کنند و آن را به جریان DC تبدیل می کنند. این جریان DC به روتور / آرمیچر اعمال می شود تا علاوه بر تغذیه میدان مغناطیسی در حال چرخش روتور / آرمیچر، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد کند.
4. روتور / آرمیچر ژنراتور: تبدیل جریان DC به ولتاژ AC - روتور / آرمیچر اکنون یک ولتاژ AC بزرگتر را در سیم پیچ های استاتور ایجاد می کند ، که ژنراتور به عنوان ولتاژ خروجی ، ولتاژ AC بزرگتری تولید می کند.

این چرخه ادامه می یابد تا ژنراتور شروع به تولید ولتاژ خروجی معادل ظرفیت عملیاتی کامل کند. با افزایش خروجی ژنراتور ، تنظیم کننده ولتاژ جریان DC کمتری تولید می کند. با رسیدن ولتاژ ژنراتور به حد مناسب ، تنظیم کننده ولتاژ حالت تعادل برقرار می کند و جریان کافی DC را برای حفظ بازده تولید ژنراتور در سطح عملیاتی تنظیم میکند. وقتی باری را به یک ژنراتور اضافه می کنید ، ولتاژ خروجی آن کمی کاسته میشود.

این امر باعث می شود رگولاتور ولتاژ در مرحله عمل قرار گیرد و چرخه فوق بصورت مدارات حلقه بسته بصورت فیدبک منفی شروع می شود. این چرخه تا رسیدن به شیب خروجی ژنراتور در حد مناسب ادامه می یابد.

سیستم خنک کننده و اگزوز ژنراتور:
(الف) سیستم خنک کننده ژنراتور:
استفاده مداوم از ژنراتور باعث گرم شدن اجزای مختلف آن می شود. داشتن سیستم خنک کننده و تهویه برای حذف گرمای تولید شده در فرایند ضروری است. آب خام / شیرین گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای ژنراتورها مورد استفاده قرار می گیرد. اما این موارد بیشتر به موقعیت های خاص مانند ژنراتورهای کوچک در کاربردهای شهری یا واحدهای بسیار بزرگ بیش از 2250 کیلو وات و بالاتر محدود می شود.

هیدروژن گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای سیم پیچ های استاتور واحدهای بزرگ تولیدی استفاده می شود زیرا در جذب گرما نسبت به سایر خنک کننده ها کارآمدتر است. هیدروژن گرما را از ژنراتور خارج کرده و آن را از طریق مبدل حرارتی به یک مدار خنک کننده ثانویه که حاوی آب کم معدنی است به عنوان خنک کننده منتقل می کند. به همین دلیل است که ژنراتورهای بسیار بزرگ و نیروگاههای کوچک اغلب برجهای خنک کننده بزرگی را در کنار خود دارند.

برای سایر کاربردهای متداول ، اعم از مسکونی و صنعتی ، یک رادیاتور و فن استاندارد بر روی ژنراتور سوار شده و به عنوان سیستم خنک کننده اولیه کار می کند. بررسی سطح خنک کننده ژنراتور به طور روزانه ضروری است. سیستم خنک کننده و پمپ آب خام باید بعد از هر 600 ساعت شستشو داده شود و مبدل حرارتی باید بعد از هر 2400 ساعت کار ژنراتور تمیز شود. ژنراتور باید در محلی باز جهت تهویه قرار داده شود که از جریان هوا کافی برخوردار باشد.

قانون ملی الکتریکی (NEC) مقرر می کند که حداقل فضای 3 فوت در همه طرف تولید کننده موجود باشد تا از جریان آزاد هوای خنک کننده ژنراتور اطمینان حاصل شود.

(ب) سیستم اگزوز ژنراتور :
دودهای اگزوز ناشی از یک ژنراتور دقیقاً مانند اگزوز از هر موتور دیزلی یا گازی خطی دیگر هستند و حاوی مواد شیمیایی بسیار سمی هستند که باید به درستی مدیریت شوند. از این رو نصب یک سیستم اگزوز مناسب برای دفع گازهای خروجی ضروری است. این نکته را نمی توان به اندازه کافی تأکید کرد زیرا مسمومیت با مونواکسید کربن یکی از شایع ترین دلایل مرگ در مناطق آسیب دیده پس از طوفان است زیرا مردم تمایل دارند تا دیر نشده حتی در مورد آن فکر نکنند.

لوله های اگزوز معمولاً از چدن ، آهن فرفورژه یا استیل ساخته می شوند. اینها باید آزاد باشند و نباید از موتور و ژنراتور ساپورت شوند. لوله های اگزوز معمولاً با استفاده از اتصالات انعطاف پذیر به موتور متصل می شوند تا لرزش ها به حداقل برسد و از آسیب دیدن سیستم اگزوز ژنراتور جلوگیری شود. لوله اگزوز در خارج از خانه خاتمه می یابد و از درها ، پنجره ها و سایر دهانه های خانه یا ساختمان فاصله می گیرد.

باید اطمینان حاصل کنید که سیستم اگزوز ژنراتور شما به سایر تجهیزات متصل نشده است. برای تعیین اینکه آیا ژنراتور شما برای تأیید نیاز به تأیید مقامات محلی دارد ، برای اطمینان از عدم انطباق با قوانین محلی ، از محافظت در برابر جریمه ها و مجازات های دیگر ، باید به دستورالعمل های محلی نیز مراجعه کنید.

سیستم روانکاری ژنراتور:
از آنجا که ژنراتور از قطعات متحرک در موتور خود تشکیل می شود، برای اطمینان از دوام و عملکرد صاف برای مدت طولانی به روانکاری نیاز دارد. موتور ژنراتور توسط روغن ذخیره شده توسط پمپ روغن کاری می شود. شما باید سطح روغن را پس از هر 8 ساعت کار تولید ژنراتور بررسی کنید. همچنین باید هر گونه نشت روان کننده را بررسی کنید و پس از هر 500 ساعت کار تولید ژنراتور روغن موتور را عوض کنید.

شارژر باطری ژنراتور:
عملکرد استارت یک ژنراتور نیاز به باتری دارد. شارژر باتری با تامین ولتاژ دقیق "شناور" ، باتری ژنراتور را شارژ می کند. اگر ولتاژ شناور بسیار کم باشد ، باتری همچنان تحت شارژ قرار نمی گیرد. 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 کنند. آنها همچنین کاملاً اتوماتیک هستند و نیازی به تنظیمات یا تغییراتی در تنظیمات ندارند.

ولتاژ خروجی DC شارژر باتری در هر سلول 2.33 ولت تنظیم شده است ، که ولتاژ شناور دقیق برای باتری های سرب اسید است. شارژر باتری دارای ولتاژ DC جدا شده است که عملکرد طبیعی ژنراتور را مختل نکند.

برد کنترل ژنراتور:
برد ،رابط کاربری ژنراتور مولد برق است و شامل مقررات مربوط به برق و کنترل می باشد. مقاله زیر جزئیات بیشتری در مورد پنل کنترل ژنراتور ارائه می دهد. تولید کنندگان مختلف از ویژگی های متنوعی برای ارائه کنترل پنل های ژنراتورهای خود برخوردار هستند. برخی از این موارد در زیر ذکر شده است.

1. راه اندازی و خاموش شدن الکتریکی - پانل های کنترل خودکار ،شروع به کار اتوماتیک ژنراتور شما را در حین قطع برق آغاز می کنند. ژنراتور را هنگام کار کنترل می کنند و در صورت لزوم به طور خودکار ژنراتور را خاموش می کنند.
2. سنسورهای موتور - سنسورهای مختلفی حاکی از پارامترهای مهم مانند فشار روغن ، دمای خنک کننده ، ولتاژ باتری ، سرعت چرخش موتور و مدت زمان کار ژنراتور است. اندازه گیری و نظارت مداوم این پارامترها باعث می شود که ژنراتور در صورت خرابی هر یک از این سنسور ها یا تجاوز از حد آستانه مربوطه خاموش شود.
3. سنجش ژنراتور - صفحه کنترل برای اندازه گیری جریان و ولتاژ خروجی و فرکانس ژنراتور دارای نمایشگر است.
4. سایر کنترل ها - سوئیچ انتخاب فاز ، سوئیچ فرکانس و سوئیچ کنترل موتور (حالت دستی ، حالت خودکار) در بین دیگران.

شاسی و کانوپی ژنراتور:

کلیه ژنراتورها ، قابل حمل یا ثابت ، دارای محفظه های قابل سفارشی هستند به نام کانوپی سایلنت. کانوپی همچنین باعث می شود که ژنراتور در محل ایمنی محصور شود.

منبع: https://www.generatorsource.com

باتشکر شرکت آسان ژنراتور فعال در زمینه دیزل ژنراتور و تابلو برق. 99/4/6

xvc ;hv Ckvhj,v