ژنراتور برق چیست و چطور کار می کند؟

آیا می‌دانید کاربرد ژنراتور برق چیست؟ در این مقاله قصد داریم ژنراتور برق را برای شما تعریف کنیم و انواع آن را معرفی نمائیم. پس در ادامه همراه ما باشید تا به نتایج خوب و کاملی از این نوشته برسیم.

نخست به سراغ تعریف ژنراتور برق می‌رویم.

ژنراتور برق چیست؟

ژنراتور برق دستگاهی است که نیروی الکتریسیته و برق تولید کرده و از قطع فعالیت‌های روزانه یا اختلال در عملیات کاری پیشگیری می‌کند. ژنراتورها به شکل‌های فیزیکی و الکتریکی برای کاربردهای مختلف در دسترس هستند.

انتخاب بهترین ژنراتور برق مورد نیاز کاری پیچیده بوده و نیاز به عملیات محاسباتی دقیق دارد و می‌بایست توسط کارشناس مربوطه صورت گیرد تا با صرف معقول‌ترین هزینه، بیشترین کارایی عاید مصرف‌کننده گردد. در ادامه به ارائه اطلاعات در مورد ژنراتور می‌پردازیم تا با آشنایی کامل از این محصول بهترین انتخاب را در این زمینه داشته باشید. از اینجا بخوانید کلید برق شهر ژنراتور چیست.

ژنراتور چگونه کار می کند؟

ژنراتور برق وسیله‌ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع بیرونی را به انرژی الکتریکی به عنوان خروجی تبدیل می‌کند. باید بدانیم که ژنراتور انرژی الکتریکی تولید نمی‌کند.

در عوض، با استفاده از انرژی مکانیکی عرضه شده و با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم پیچ‌ها در مدار الکتریکی، برق را به عنوان خروجی سیستم تولید می‌کند. 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.

ژنراتورهای برق از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را روتور و قسمت ساکن آن را استاتور می‌گویند. روتورها نیز از نظر ساختمان دو دسته‌اند: ماشین‌های قطب صاف و ماشین‌های قطب برجسته.

این دستگاه‌ها به طور قراردادی بر اساس توان برق بر حسب کیلووات آمپر (KVA یا کاوا) و یا کیلووات (KW) تقسیم بندی می‌شوند. در واقع هم موتور باید توان تولید این نیرو را (که بر حسب اسب بخار نیز عنوان می‌شود) داشته باشد و هم ژنراتور باید بتواند با نیروی محرک‌هایی که موتور تولید می‌کند این خروجی را بدهد.

انواع موتور ژنراتور از لحاظ سوخت مصرفی

• موتور ژنراتورهای گازوئیل سوز (Diesel Gensets)
• موتور ژنراتورهای گازسوز (Gas Gensets)
• موتور ژنراتورهای دوگانه سوز (Dual Fuel Gensets)

اجزای اصلی ژنراتور

اجزای اصلی ژنراتور الکتریکی به صورت زیر تقسیم بندی می‌شود:

1. 

    

   ۱٫موتور

2. ژنراتور
3. سیستم سوخت
4. تنظیم کننده ولتاژ
5. سیستم خنک سازی و اگزوز
6. سیستم روغنکاری
7. شارژ باطری
8. پنل کنترل
9. چارچوب اصلی

۱٫ موتور

این قسمت حیاتی ترین بخش دیزل ژنراتور است و تمام توان مکانیکی که ژنراتور برای حرکت می‌خواهد تامین می کند. موتور در دیزل ژنراتور باید بسیار دقیق انتخاب شود.

زیرا توان مکانیکی که یک موتور تامین می کند، می تواند توان الکتریکی خروجی ژنراتور را مشخص کند و به این وسیله قدرت الکتریکی برای استفاده از دیزل ژنراتور بدست می‌آید. در انتخاب موتور دیزل ژنراتور موارد دیگری همانند میزان صدای تولیدی ژنراتور و میزان حجم محفظه سوخت نیز مهم هستند که باید به آن‌ها توجه نمود.

موتورهای دیزلی برای راه اندازی و تولید توان، نیاز به توان الکتریکی دارند. از این رو در اکثر موارد از منبع تغذیه که ولتاژ مستقیمی (DC) در حدود ۱۲ تا ۲۴ ولت را تولید می‌کند، برای راه اندازی موتور استفاده می‌شود. این منبع تغذیه می‌تواند خود موتور الکتریکی یا تعداد باتری باشد که این میزان ولتاژ را تامین می‌کند.

۲٫ ژنراتور

ژنراتور برق قلب تپنده تولید توان الکتریکی دیزل ژنراتور است که انرژی اولیه خود را از موتور گرفته و تولید برق می‌کند. نوع ژنراتور بر حسب نیاز ما تعیین می‌شود. برای مثال برای تولید توان بالا نیاز به ژنراتور القایی داریم. ساختمان ژنراتور اعم ازنوع سیم پیچی روتور و استاتور و جریان تحریک آن، تعیین کننده نحوه عملکرد دیزل ژنراتور است.

۳٫ سیستم سوخت

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 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

• ارتباط لوله از مخزن سوخت به موتور
• عرضه مستقیم سوخت از تانک به موتور و برگشت مستقیم از موتور به تانک
• ارتباط سرریز از تانک سوخت به لوله زهکش
• پمپ سوخت
• سوخت را از تانک ذخیره اصلی به تانک روز منتقل می‌کند. پمپ سوخت نوعا بطور الکتریکی کار می‌کند.
• 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.
• انژکتور سوخت، سوخت مایع را تمیزه کرده و در مورد نیاز سوخت در اتاقک احتراق موتور اسپری می‌شود.

۴٫ رگولاتور ولتاژ

رگولاتور ولتاژ وظیفه تنظیم ولتاژ خروجی ژنراتور را دارد که این کار با عملکرد اجزایی مانند رگولاتور، سیم پیچی تحریک کننده و روتور یکسوکننده انجام می‌پذیرد.

۵٫ سیستم خنک کننده

در دیزل ژنراتورها خنک کردن اجزای ولتاژ بسیار مهم است چرا که داغ شدن زیاد و طولانی مدت آن باعث خراب شدن قطعات می‌شود که به عملکرد دستگاه ضربه می‌زند. در برخی از دیزل ژنراتورها از مایع و در برخی دیگر از گاز هیدروژن برای خنک سازی استفاده می‌شود.

۶٫ سیستم روغن‌کاری

در دیزل ژنراتور اجزای مکانیکی بسیاری وجود دارد که دائما در حال کار و حرکت هستند. لذا برای کارایی بهتر نیاز است که اجزا روغن کاری شوند. معمولا هر ۱۰ ساعت کار با دیزل ژنراتور، باید سطح روغن آن را کنترل کرد و هر ۵۰۰ ساعت روغن باید تعویض شود.

۷٫ شارژر باتری

شروع عملکرد ژنراتور باطری محور است. این قسمت علاوه بر شارژ باتری، میزان شارژ را نشان می‌دهد. توان این شارژ با توان خروجی ژنراتور متناسب است.

۸٫ کنترل پنل

این قسمت وظیفه کنترل الکتریکی کل سیستم را دارد. قسمت‌هایی که لازم است کنترل شوند به شرح ذیل است:

• کنترل ژنراتور، شامل کنترل تمامی پارامترهای دخیل در ژنراتور است که شامل ولتاژ، جریان و فرکانس است.
• کنترل موتور، در قسمت کنترل موتور باید پارامترهای سرعت، میزان روشن بودن، فشار روغن، میزان حرارت سیال خنک کننده و غیره اندازه‌گیری شود.
• پنل خاموش و روشن، سیستم روشن و خاموش کردن اتوماتیک که در بعضی از دیزل ژنراتورها وجود دارد.

۹٫ چارچوب/شاسی موتور ژنراتور

دیزل ژنراتور قابل حمل یا ثابت است. در حالت کلی تمامی تجهیزات بالا بر روی سکو یا همان شاسی قرار می‌گیرد.

سیستم دود خروجی ژنراتور

در دیزل ژنراتورها به علت تولید دود سمی خروجی نیاز است که سیستمی برای کنترل این دود و جداسازی این قسمت از سایر قسمت‌ها موجود باشد. به همین منظور این سیستم در قسمت خروجی موتور قرار دارد. دیزل ژنراتورها، بسته به نیاز، دارای تجهیزات جانبی هستند که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• برد کنترل با قابلیت استارت اتوماتیک به هنگام قطع برق شهر
• سیستم پیش گرمکن آب (Jacket Water Heater)
• رادیاتور Tropical (مخصوص مناطق گرمسیری)
• باتری و باتری شارژر اتوماتیک
• ضربه گیرهای الاستیک بین موتور و شاسی و نیز ژنراتور و شاسی
• کانوپی (اتاقک) صداگیر و عایق ضد آب

انواع مولد

برحسب کاربرد، کارخانجات سازنده چهار نوع را پیشنهاد می‌دهند:

1. اضطراری (Standby)
2. پایه (Prime)
3. دائم (Continuous)
4. چندمنظوره

مولد اضطراری (Standby)

این مولد در حالت قطع برق شهری به صورت خودکار اقدام به تامین برق مشترکین می‌کند. یک مدل از ژنراتور بصورت استندبای ممکن است لازم باشد تا چند ساعت در ماه عمل کند، اما مدل‌های دیگری از ژنراتورهای پرایم (Prime) هستند که باید پیوسته کار کنند. زمانی که یک ژنراتور جایگزین راه می‌افتد، ممکن است با شرایط بخصوص عمل کند، مانند ۱۰% بار اضافه (Over Load).

موارد کاربرد، تامین برق اضطراری بیمارستان، کارخانجات، ادارات و غیره بدون اتصال به شبکه است.

 

مولد پایه (Prime)

معمولا در اماکنی که موقتا به برق نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ مانند اردوگاه‌ها، نمایشگاه‌ها، اکتشاف معادن و کمپ‌ها. این مولد نباید در کاربردهای ساخت نیروگاه استفاده شود.

خروجی با بارهای مختلف در زمان های نامحدود قابل تامین است. این ژنراتورها عموما قادر به تامین پیک تقاضای ۱۰۰% ظرفیت اولیه ekW بوده و با ۱۰% ظرفیت اضافه بار برای مدت زمان محدود نیز در دسترس هستند.

(توان اولیه مطابق با ISO8528 و توان اضافی مطابق با BS5514 ،DIN6271 ،ISO3046 و AS2789).

این دسته بندی (Rating) برای تمامی مدل‌های ژنراتور قابل استفاده نیست. کاربردهای عمومی آن که فقط ژنراتور مرجع توان بوده و برای ارتباط راه دور با معادن، سایت‌های ساختمانی، زمین برگزاری نمایشگاه و فستیوال و غیره است.

مولد دائم (Continuous)

مولد دائم برای امور نیروگاهی یا برق سراسری مورد استفاده قرار می‌گیرد و قابلیت فراهم سازی توان پیوسته برای یک بار ثابت تا ظرفیت نامی خروجی برای زمان‌های نامحدود را دارد. امکان جانشین شدن اضافه بار برای این رتبه در دسترس نیست. برای انتخاب دسته صحیح با توزیع کننده‌های مجاز مشورت فرمایید (مطابق با ISO8528 ،BS5514 ،DIN6271 ،ISO3046 ،AS2789)
این رتبه بندی برای تمامی مدل‌های ژنراتورها قابل استفاده نیست. کاربردهای عمومی برای ژنراتورهایی که بار یکسان پیوسته را تامین می‌کنند یا به صورت موازی با فیدر توان اصلی و دائم شبکه برای ماکزیمم سطح مجاز ۸۷۶۰ ساعت در سال. همچنین ممکن است برای پشتیبانی / پیک شبکه (حتی از طریق اعمال برای ۲۰۰ ساعت در سال) مورد استفاده قرار گیرد.

کوپله دیزل ژنراتور

کار اتصال موتور دیزل و ژنراتور به هم و نصب آن بر روی شاسی فلزی و قراردادن یک تابلو و کنترل را در کنار آن اصطلاحا کوپله کردن (Coupling) گویند.

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون

در ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ روتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی روتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده می‌شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید. این میدان مغناطیسی، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می‌کند.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ‌ها بسیار مورد استفاده است، یکی سیم‌پیچ‌های میدان و دیگری سیم‌پیچ‌های آرمیچر.

سیم پیچ های میدان

سیم‌پیچ‌های میدان به سیم‌پیچ‌هایی گفته می‌شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می‌نماید. سیم‌پیچ‌های آرمیچر به سیم‌پیچ‌هایی اتلاق می‌شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می‌شود. برای ماشین‌های سنکرون، سیم‌پیچ‌های میدان در روتور است.

رتورژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است. قطب‌های مغناطیسی در روتور می‌تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد. قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح روتور است.

از طرف دیگر، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح روتور است. یک روتور غیر برجسته یا صاف معمولا برای موارد ۲ یا ۴ قطبی بکار می‌روند.

در حالی که روتورهای برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در روتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در روتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون روتور می‌چرخد، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ‌های میدانش دارد. برای انجام این کار دو روش موجود است:

1. تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به روتور با رینگ‌های لغزان و جاروبک
2. فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می‌شود

رینگ‌های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می‌کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هر رینگ لغزان سر می‌خورد.

جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می‌کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و در نتیجه روی رینگ‌ها خوردگی بوجود نمی‌آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگر وصل شود، آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ، جدا از مکان و سرعت زاویه ای آن، میدان در تمام مدت اعمال می‌شود.

رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون ایجاد می‌کنند. آنها نگهداری را در ماشین افزایش می‌دهند، زیرا جاروبک باید به طور مرتب به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه بر آن، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد.

علی‌رغم این مشکلات رینگ‌های لغزان روی همه ماشین‌های سنکرون کوچک‌تر بکار می‎‌رود، زیرا راه اقتصادی‌تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست.

در موتورها و ژنراتورهای بزرگ‌تر، از محرک‌های بی جاروبک استفاده می‌شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند. یک محرک بی‌جاروبک، یک ژنراتور AC کوچک است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی روتور نصب شده است.

خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می‌شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال می‌گردد.

با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می‌شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین روتور و استاتور بوجود نمی‌آید، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه‌های لغزان و جاروبک‌ها، به نگهداری کمتری نیاز دارد.

برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ می‌گردد. محرک پیلوت، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت‌های (آهن ربا) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم‌پیچ روی استاتور است.

این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می‌آورد که به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می‌نماید. اگر یک محرک پیلوت روی شفت ژنراتور نصب شود، آن‌گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست.

بسیاری از ژنراتورهای سنکرون که دارای محرک‌های بی جاروبک هستند، دارای رینگ‌های لغزان و جاروبک نیز هستند. بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است.

استاتور ژنراتورهای سنکرون معمولا” در دو لایه ساخته می‌شوند: خود سیم پیچ توزیع شده و گام‌های کوچک دارد تا مولفه‌های هارمونیک ولتاژها و جریان‌های خروجی را کاهش دهد.

چون روتور با سرعتی برابر با سرعت میدان مغناطیسی می‌چرخد، توان الکتریکی با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز تولید می‌شود. ژنراتور بسته به تعداد ‌ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا برای تولید توان ۶۰ هرتز در یک ماشین دو قطب روتور باید با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه بچرخد. برای تولید توان ۵۰ هرتز در یک ماشین ۴ قطب، روتور باید با سرعت ۱۵۰۰ دور در دقیقه دوران کند.

ولتاژ القایی در استاتور به شار در ماشین، فرکانس یا سرعت چرخش و ساختمان ماشین بستگی دارد. ولتاژ تولیدی داخلی مستقیما متناسب با شار و سرعت است ولی خود شار به جریان جاری در مدار میدان رتور بستگی دارد. ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست و چندین فاکتور، عامل اختلاف بین این دو هست:

• اعوجاج موجود درمیدان مغناطیسی فاصله هوا به علت جریان جاری در استاتور که به آن عکس العمل آرمیچر می‌گویند.
• خود القایی بوبین‌های آرمیچر
• مقاومت بوبین‎‌های آرمیچر
• تاثیر شکل قطب‌های برجسته روتور

برای ماینر از چه ژنراتوری استفاده کنیم؟

برای ژنراتور ماینر استفاده از ژنراتورهای گازی، مقرون به صرفه‌تر است، به این دلیل که دسترسی به سوخت آن آسان است. ژنراتور ماینینگ ارز دیجیتال همانند ماینرها باید به صورت ۲۴ ساعته روشن بمانند و در نتیجه مصرف سوختش چنانچه گازوئیلی باشد بسیار پر دردسر می‌شود و رسیدگی به سوخت دستگاه مقوله‌ای بسیار پر مخاطره خواهد بود که به ناچار باید از ژنراتور گازسوز استفاده نمود.

عمر و دوام این دو دستگاه نسبت به یکدیگر تفاوت بسیار زیادی ندارند اما از نظر اقتصادی سرویس ژنراتور گازوئیلی به صرفه‌تر است. ژنراتور گازی توانسته با مزیت سهولت در تامین سوخت بر دیزل ژنراتور پیشی بگیرد. با این حال اگر قرار باشد دستگاه را از نظر استهلاک و عمر مفید رتبه‌بندی کنیم باید بگوییم ژنراتور دیزلی عمر بالاتر و استهلاک پایین‌تری دارد.

مقایسه ژنراتورهای گاز سوز و دیزل برای ماینرها

مزایای ژنراتور های گازی

• سوختی پاک
• دسترسی آسان
• هزینه ارزان سوخت
• عدم نیاز به ذخیره سوخت
• نداشتن بوی تند نسبت به سایر سوخت‌ها

 

معایب ژنراتور های گازی

• چنانچه بلایای طبیعی رخ دهد دسترسی به گاز کاهش می‌یابد.
• چنانچه انفجاری در خط لوله رخ دهد، دستگاه تهدیدی جدی به شمار می‌آید.
• گاز طبیعی یک منبع تجدید ناپذیر است.
• قیمت خود دستگاه بسیار زیاد است.

مولد های AC یا آلترناتورها

مولدهای AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای DC براساس القاء الکترومغناطیس کار می‌کنند و شامل یک سیم پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند. اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد. در ژنراتورهای DC آرمیچر چرخیده می‌شود و سیستم میدان ثابت است اما در آلترناتورها آرایش بر عکس وجود دارد.

آلترناتور یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور است جریان الکتریکی متناوب تولید می‌کند. چنین جریان متناوبی برای انتقال توان الکتریکی مزیت زیادی دارد و از این رو بیشتر ژنراتورهای الکتریکی بزرگ از نوع AC هستند. ژنراتور AC در دو حالت خاص با ژنراتور DC فرق می‌کند.

پایانه‌های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند. برای حلقه‌های لغزان جزئی شده جامد روی شفت (میله) ژنراتور به جای کموتاتور و سیم‌پیچ‌های میدان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می‌شود تا اینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام شود.

ژنراتور های AC سرعت پایینی دارند و با تعداد زیادی قطب در حدود ۱۰۰ قطب ساخته می‌شوند، هم برای بهبود بازه و هم برای دست یافتن به فرکانس دلخواه به آسانی. آلترناتورها با توربین‌های سرعت بالا راه اندازی می‌شوند. فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC مساوی است با نیمی از تعداد قطب‌ها و تعداد چرخش آرمیچر در ثانیه.

بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبک‌ها و حلقه‌های لغزان و خطر شکست‌های مکانیکی ممکن است سبب اتصال کوتاه شود. آلترناتورها به یک سیم پیچ ساکن که به دور یک روتور می‌چرخد ساخته می‌شوند. این روتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان هستند. اصل عملکرد آنها نیز دقیقا مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده‌اند.

ژنراتور با ولتاژ بالا

ژنراتورهای با ولتاژ بالا بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده بطور مستقیم به شبکه قدرت متصل می‌گردد. ایده جدید بکار گرفته شده در این طرح استفاده از کابل به عنوان سیم پیچ استاتور است. ژنراتور ولتاژ بالا برای هر کاربرد در نیروگاه‌های حرارتی و آبی مناسب است.

راندمان بالا، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، تلفات کمتر، تاثیرات منفی کمتر بر محیط زیست (با توجه به مواد بکار رفته) از مزایای این نوع ژنراتور است. ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی در ولتاژ بالا و جریان پائین کار می‌کند.

ماکزیمم ولتاژ خروجی این ژنراتور با تکنولوژی کابل محدود می‌گردد که در حال حاضر با توجه به تکنولوژی بالای ساخت کابل‌ها می‌توان ولتاژ آن را تا سطح ۴۰۰ کیلو ولت طراحی نمود. هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا بصورت دوار بوده در حالیکه در ژنراتورهای معمولی این هادی مثلثی است.

در نتیجه میدان الکتریکی در ژنراتورهای ولتاژ بالا یکنواخت‌تر است. ابعاد سیم پیچ بر اساس ولتاژ سیستم و ماکزیمم قدرت ژنراتور تعیین می‌گردد. در ژنراتورهای ولتاژ بالا لایه خارجی کابل در تمام طول کابل زمین می‌گردد، این امر موجب می‌شود که میدان الکتریکی در طول کابل محدود گردد و دیگر مانند ژنراتورهای معمولی نیاز به کنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم پیچ نباشد.

تخلیه جزیی (Partial Discharge) در هیچ ناحیه‌ای از سیم پیچ وجود ندارد و ایمنی افراد بهره بردار و یا تعمیرکار افزایش می‌یابد. سربندی‌ها و اتصالات معمولا در فضای خالی در دسترس در محل انجام می‌گیرد، بنابراین محل این اتصالات در یک نیروگاه نسبت به نیروگاه دیگر متفاوت است.

اما در هر حال این اتصالات خارج از هسته استاتور هستند. برای مثال اتصالات و سربندی‌ها ممکن است زیر ژنراتور و یا خارج از قاب استاتور (Stator Frame) انجام گیرد. بدین ترتیب اتصالات و سربندی‌ها، مشکلات ناشی از ارتعاشات و لرزش‌های بوجود آمده در ماشین‌های معمولی را نخواهند داشت.

در طرح کنونی ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سیستم خنک کنندگی وجود دارد. روتور و سیم پیچ‌های انتهایی توسط هوا خنک می‌گردند در حالی که استاتور توسط آب خنک می‌گردد. سیستم خنک کنندگی آب شامل لوله‌های XLPE قرار گرفته شده در هسته استاتور می‌شود. آب از این لوله‌ها جریان می‌یابد و هسته استاتور را خنک نگه می‌دارد.

مقایسه جریان اتصال کوتاه در نیروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نیروگاه مجهز به ژنراتور معمولی نشان می‌دهد که چون در نیروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راکتانس ترانسفورماتور حذف می‌گردد، جریان‌های خطا کوچکتر هستند.

ژنراتور القایی

ژنراتور القایی نوعی ژنراتور الکتریکی است که به لحاظ مکانیکی و الکتریکی شبیه به موتور القایی است. ژنراتورهای القایی هنگامی که شافتشان از فرکانس سنکرون موتور القایی معادل سریع تر بچرخد، توان الکتریکی تولید می‌کنند. ژنراتورهای القایی غالبا در توربین‌های باد و برخی سازه‌های آبی میکرو استفاده می‌شوند. نسبت به ژنراتورهای نوع دیگر، ساده‌تر هستند. این ژنراتورها نیرومند بوده و نیاز به شانه و جابه‌جا گر ندارند.

ژنراتورهای القایی خودالقا کننده نیستند، این به معنی این است که نیاز به یک منبع خارجی برای تولید شار دوار مغناطیسی است و به توان مورد استفاده برای این کار، جریان باز فعال (Reactive) گفته می‌شود. منبع خارجی می‌تواند از شبکه الکتریکی یا از خود ژنراتور تأمین شود. شار مغناطیسی دوار استاتور، باعث القای جریان در روتور و تولید میدان مغناطیسی می‌شود.

اگر روتور با سرعتی کمتر از نرخ شار دوار بچرخد، ماشین مانند یک موتور القایی کار می‌کند. در صورتی‌ که موتور تندتر بچرخد، مانند ژنراتور کار می‌کند و در فرکانس سنکرون، توان تولید می‌کند. مشکل رایج این ژنراتورهای القایی در توربین باد، دنده است. معمولاً موتورهای القایی برای کار کردن در سرعت‌های بیشتر از ۱۵۰۰ دور بر دقیقه برای همگام شدن، نیاز به دنده ‌دارند.

جایگزین های مغناطیس دائم

جایگزین‌های مغناطیس دائم (PMA) از یک مجموعه آهن‌رباهای الکتریکی و یک مجموعه آهن‌رباهای دائم تشکیل شده است. معمولا آهن‌رباهای دائم بر روی روتور و آهن‌رباهای الکتریکی بر روی استاتور سوار می‌شوند. موتورهای آهن‌ربایی دائم و تکنولوژی ژنراتور در چند سال اخیر پیشرفت بسیار زیادی کرده است و آهن‌رباهای زمینی کمیابی ساخته شده‌اند. معمولا کویل ها در سه فاز استاندارد Why یا Delta سیم پیچی می‌شوند.

جایگزین‌های مغناطیس دائم می‌توانند بسیار پربازده و در محدوده بین ۶۰-۹۵ درصد باشد. ژنراتور برخلاف موتور نیاز به کنترل سه فازی ندارد. به‌ راحتی می‌توان توان آنها را یکسو کرده و بانک باتری را شارژ کرد.

موتور Brushed DC

موتورهای Brushed DC معمولا برای ساخت توربین‌های بادی خانگی استفاده می‌شوند. در موتور Brushed DC، آهن‌رباهای الکتریکی روی روتور با توان ورودی جابجاگر (Commutator) می‌چرخند. این عمل باعث ایجاد توان خروجی یکسو شده می‌شود. یک موتور Brushed DC می‎‌تواند راندمان خوبی تا ۷۰۰% داشته باشد.

مزایایی بسیاری در استفاده از موتور Brushed DC وجود دارد. یکی از این مزایا، عدم نیاز به دنده و شارژ باتری حتی در باد کم است. همچنین این موتورها به راحتی یافت می‌شوند.

از شما سپاسگزاریم که تا انتهای این مقاله همراه ما بودید. حتما برای خرید تجهیزات برق صنعتی می‌توانید از طریق قسمت تماس با ما با کارشناسان الکتروشایلی در ارتباط باشید.