ژنراتور چیست ؟
از ابتدا و بسیار ساده میخواهیم یک سیستم مولد برق که شامل ، انواع دیزل ژنراتور ، زنراتور گازسوز و ژنراتور نیروگاهی و حتی توربین های بادی و ابی همچنین موتور برق های خانگی و صنعتی ، همه موارد شامل ۴ قسمت اساسی میشوند .
۱ - موتور یا چرخ طیار که با سوخت فسیلی و یا نیروهای تجدید پذیر و مکانیک عامل به حرکت درآوردن هستند
۲ - ژنراتور ، ،که بحث اصلی این مقاله است چندین و چند مدل دارد ، دور پایین و دور بالا که از ۵۰۰ دور و در موارد بسیار خاص ۵۰ دور هم دارد و از آنسو بالاترین دور ۳۰ هزار دور که متعلق به جا توربوها است ، اما ساختار های دیگری دارد ما ژنراتور های سنکرون و آسنکرون ، و یا ژنراتورهای های های ولتاژ و یا ژنراتورهای سه فاز با برق ۴۰۰ ولت و حتی ژنراتورهای تک فاز با برق ۲۲۰ ولت شهری ، که در ادامه به تفصیل و تفکیک به آنها میپردازیم . تمام تلاش خود را خواهم کرد که یک مقاله سبک ولی در بار تقدیم کنم .
۳ ـ کنترل و فرمان ، همانطور که شما بزرگواران میدانید وقتی سخت افزار و نرمافزار قرار است با هم سازگار شوند و از آن کار بگیریم به یک سیستم عامل نیاز داریم ، در اینجا که بحث ژنراتورهای است ، یک سیستم کنترل و فرمان نیاز است که بتواند موارد حفاظتی و بازدهی و فرکانس و تمام مواردی که مورد نیاز اپراتور برای بهروری بهتر است در تابلو برد کنترل و فرمان و قدرت قرار میگیرد ( در مقاله دیگری این قسمت را که بسیار گسترده است توضیح خواهم داد )
۴ - شاسی ، تمام دیزل ژنراتورها و ژنراتورهای گازسوز و ژنراتورهای نیروگاهی و حتی توربین های بادی و ابی و دریایی به یک شاسی برای سوار شدن ملزومات و قطعات یک سیستم مولد برق به یک شاسی نیاز دارند که تماما بستگی به نوع ساختار آن مولد برق دارد .
مبحث اصلی این مقاله آیتم شماره دو بالا ، یعنی ژنراتور که اصلی ترین جزء یک مولد برق است و شامل انواع بسیاری است مه در بالا سر تیتر ابتدای آن را ذکر کردیم ، میپردازیم .
در ابتدا در مورد ژنراتور به زبان خیلی ساده توضیح دهم:
یک دوچرخه وقتی رکاب میزنی، چرخ آن میچرخد.
اگر یک دینام کوچک به چرخ وصل کنیم ، با چرخیدن چرخی که با نیروی بدنی ما،بورهش درآمده برق تولید میشود. گذشته از نوع و مقدار آن برقی که تولید شده است.
ژنراتور هم دقیقاً با همین اصل کار میکند؛ یعنی حرکت مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
و باید بدانیم که ژنراتور از چه قسمتهایی تشکیل شده است؟
و هر قسمت برای چیست ؟
مهمترین قطعات تشکیل دهنده یک ژنراتور :
روتور (Rotor)
قسمت چرخان ژنراتور است. که شفت مرکزی در مرکز آن است ، و به تناسب کار و نوع تولید سیم پیچی شده است ( در ژنراتور آسنکرون این قسمت سیم پیچی نداشته و از آلیاژ خاصی با خاصیت آهنربایی تشکیل شده است ) باید بدانیم روتور توسط موتور دیزل یا گازسوز و نیروهای طبیعت به چرخش در میآید .
استاتور (Stator)
قسمت ثابت ژنراتور است که سیمپیچهای مسی و آلومینیوم و یا آلیاژی از از هر داخل آن و حول محور مرکزی ( روتور) و پشت بدنه اصلی قرار دارند.
سیمپیچها
یکی از اجزای مهم و حیاتی در ژنراتورهای سیمهای مسی ساخته شدهاند که برق در آنها تولید میشود.
در واقع سیستم تحریک (Exciter) را تشکیل میدهد
میدان مغناطیسی اولیه و لازم برای تولید برق ایجاد میکند. در واقع تحریک بسیار اصل و اساس این سیستم است .
بلبرینگها
باید بدانیم که ژنراتورها در بحث بلبرینگ دو مدل دارند .
تک بلبرینگ که اصولاً برای ژنراتورهای سبک ، بطور مثال تا ۷۵۰ کاوا و در موارد خاص تا ۱۲۵۰ کاوا هم یک سربلبریگ هم هست ، اصولاً یک بلبرینگ در انتهای ژنراتور است که شفت را در مرکز نگهداری میکند ، کیفیت بلبرینگ بسیار مهم است ، پس بهتر است از بهترین مدلهای تولید شده در جهان استفاده کنیم، ژاپن و فرانسه از بهترینهای این صنعت هستند ، بطور کل باعث میشوند روتور به نرمی و با اصطکاک کم در مرکز ژنراتور بچرخد.
در ژنراتورهای تک بلبرینگ سر دیگر بطور مستقیم به فرایویل موتور متصل میشود ، که اصطلاح به اینگونه اتصال موتور و ژنراتور مولاه مستقیم میگویند .
اما ژنراتور های دو سر بلبرینگ ، مانند اسمش از دو بلبرینگ در ابتدا و انتهای ژنراتور قرار دارند و سفت از آنها عبور میکند و مقداری از شفت بیرون میماند که از آنجا به موتور متصل خواهد شد و کوتاه غیر مستقیم نام میگیرد .
این نوع مولاه باید از دقت بسیار بالایی برخوردار باشد و در یک راستا با دقت بسیار بسیار بالا باشد .
بدنه و قاب :
در واقع این قسمت بیرونی و شکل ژنراتور را تشکیل میدهد .
از همه قطعات محافظت میکند که در مقیاس جهانی یک استاندارد که با IP نشان داده میشود دارد ، IP میزان حفاظت در مقابل آب و رطوبت و کرد و خاک
را نشان میدهد ، مانند ، IP 25. . در نهایت این قسمت که بدنه ژنراتور را تشکیل میدهد و تمام قطعات را در خود جای میدهد استحکام ژنراتور را فراهم میسازد.
بسیار عالی تا اینجا با ژنراتور و قطعات ان تا حدودی آشنا شدیم
و اما سوال مهم آن است که ،
برق چگونه تولید میشود؟
تولید برق در یک ژنراتور
سه مرحله ساده دارد:
موتور دیزل با گازسوز و یا نیروی آب و باد توسط یک سیستم مکانیکی، روتور را میچرخاند همانطور که یک دوچرخه با رکاب زدن عامل به چرخش درآمدن دینام شد. و برق تولید کرد .
نکته دوم و مهم آنکه فقط چرخش در ژنراتور برق تولید نمیکند بلکه روتور یک میدان مغناطیسی ایجاد میکند.
این میدان از کنار سیمپیچهای استاتور عبور میکند و در آنها ولتاژ و جریان برق تولید میشود. که در اصطلاح شوک اولیه است و این شوک مقدار کمی الکتریسیته را به ژنراتور تزریق میکند و چرخش با دور ثابت عامل بدست آمدن برق مورد نیاز ما خواهد شد.
اگر دور دور بالا یا پایین بشود میزان فرکانس در برق تولیدی کم و زیاد میشود و این مسئله در تولید برق برای مصرف کنندها بسیار حیاتی است .
بطور ساده یک نگاه کلی در روند تولید برق داشته باشیم :
سوخت نیاز است تا موتور حرکت دربیاید
→ حال که حرکت موتور را داریم → با اتصالی موتور و ژنراتور عامل چرخش روتور میشویم
→ میدان مغناطیسی توسط AVR یا همان شوک یا تزریق اولیه
→ عامل تولید برق میشود .
این روند کلی در تمام ژنراتورهای است.
یک مثال ساده هم خدمتتان عرض کنم .
در زمان دبیرستان همه ما بیاد داریم که در کارگاه فیزیک
اگر یک آهنربا را داخل یک سیمپیچ حرکت بدهی، در سیمپیچ برق تولید میشود. این آزمایش دوران دبیرستان را بیاد میآوریم
ژنراتور همین کار را انجام میدهد، با این تفاوت که به جای حرکت دادن آهنربا با دست، موتور دیزل با بنزینی ، گازسوز و یا نیروهای طبیعی آن را با سرعت زیاد و مورد نیاز میچرخاند. و اصلی ترین کار ما این است که میزان چرخش ثابت بماند و کم و زیاد نشود ، همانطور که گفته شد عامل کم و زیاد شدن فرکانس میشود و ما فرکانس ۵۰ هرتز مورد نیازمان است .
ما باید بدانیم،
�چرا ژنراتور *فرکانس ۵۰ هرتز تولید میکند؟
�چرا بیشتر ژنراتورها سهفاز هستند؟
�تفاوت ژنراتور سنکرون و آسنکرون* چیست؟
این موضوعات برای کسی که با دیزلژنراتور سروکار دارد بسیار کاربردی هستند.. مثلاً روی کشتی هستیم و برق مورد نیاز تجهیزات داخل کشتی باید تامین شود ، در اینجا است که فرکانس تغییر میکند و ۶۰ هرتز میشود . ولی در برق شهری و صنعتی میزان فرکانس باید ۵۰ هرتز باشد ، این یک استاندارد است ،
نکته مهم : در بعضی کشورها بعضی از استانداردها برای مصرف کنندهای برق متفاوت است .
در آمریکا برق ۱۱۰ ولت استاندارد آن کشور است با فرکانس ۵۰ هرتز
اما در ایران و بسیار دیگر از کشورهای جهان برق شهری ۲۲۰ ولت با فرکانس ۵۰ هرتز میباشد.
( (( این توضیحات لازم بود هر چند از مبحث اصلی دوران نمیکند ، بلکه انواع ژنراتور و نوع تولید برق را برای ما تعریف میکند )))
انواع ژنراتورهای ::
ژنراتورها را میتوان از چند دیدگاه مختلف دستهبندی کرد، اما مهمترین تقسیمبندی از نظر نوع تولید برق و ساختمان آنهاست.
در نگاه کلی :
ژنراتور سنکرون (Synchronous Generator)
این رایجترین نوع ژنراتور در نیروگاهها و دیزلژنراتورها است.
ویژگیها:
فرکانس و ولتاژ دقیق و پایدار تولید میکند.
برای تولید برق سهفاز بسیار مناسب است.
تقریباً تمام دیزلژنراتورهای صنعتی از این نوع هستند.
مزیت: کیفیت برق بالا و کنترل مناسب ولتاژ.
این نوع ژنراتور خود به انواع زیادی تقسیم میشوند مانند :
میزان ولتاژ تولید ژنراتور که شامل این موارد است .
۱ ـ های ولتاژ ۶.۵ کیلوولت
۲ ـ های ولتاژ ۱۰.۵ کیلوولت
۳ ـ برق معمولی سه فاز ۴۰۰ ولت
۴ ـ برق تک فاز ۲۲۰ ولت تقسیم میشوند که هر کدام برای مصارف خاص خواهند بود. هر چند این تقسیمات نیز بسیار کلی است .
با از نظر میزان چرخش روتور تقسیم بندی میگردند.
دور چرخش استاندارد امروز جهان برای انواع دیزل ژنراتور و ژنراتورهای گازسوز و گاها برای ژنراتورهای نیروگاهی مقیاس کوچک ۱۵۰۰ دور در دقیقه است .
اما ژنراتورهای دور پایین که شامل ۱۰۰۰ دور و ۷۵۰ دور و ۵۰۰ دور میباشد.
باید بدانیم که در بعضی موارد دور پایین تر هم داریم ، بطور مثال در کشتی های بزرگ که دور موتور ۱۰ الی ۵۰ دور در دقیقه است و در واقع همین موتور سیستم طیار نیز میباشد و ژنراتورهای به آن متصل میگردد.
در بعضی موارد دور این نوع موتورهای توسط گیربکس تغییر میکند و یا ژنراتورهای برای این نوع تولید بطور خاص تولید میگردد .
در نظر داشته باشیم میزان چرخش روتور داخل استاتور نیز باید یک استانداردی را رعایت کنید و این امر بسیار مهم و حیاتی است .
دومین نوع ژنراتور در دسته بندی کلی
۲. ژنراتو
ر آسنکرون هستند (Asynchronous یا Induction Generator)
ساختمان آن شبیه موتور القایی است.
ویژگیها:
ساختمان سادهتر و قیمت کمتر.
برای کار معمولاً به شبکه برق یا بانک خازنی نیاز دارد.
در برخی توربینهای بادی و نیروگاههای کوچک استفاده میشود.
مزیت: استحکام بالا و نگهداری آسان.
۳. ژنراتور آهنربای دائم ، سومین نوع در تقسیمات ملی جای داردن (Permanent Magnet Generator)
در این نوع، به جای سیمپیچ تحریک از آهنربای دائمی استفاده میشود.
ویژگیها:
راندمان بالا.
اندازه کوچکتر.
نیاز کمتر به سیستم تحریک.
کاربرد:
توربینهای بادی
موتور سیکلت
برخی ژنراتورهای قابل حمل
۴. ژنراتور جریان مستقیم (DC Generator)
این نوع برق مستقیم (DC) تولید میکند.
ویژگیها:
امروزه کمتر استفاده میشود.
بیشتر در تجهیزات قدیمی یا کاربردهای خاص دیده میشود.
دستهبندی بر اساس محرک
ژنراتورها از نظر نوع موتوری که آنها را میچرخاند نیز تقسیم میشوند:
دیزلژنراتور (موتور دیزل)
گازژنراتور (موتور گازسوز)
توربوژنراتور (توربین بخار)
هیدروژنراتور (توربین آبی)
بادی (توربین باد)
کدام نوع از همه مهمتر است؟
اگر در زمینه دیزلژنراتور فعالیت میکنی، بیشترین آشنایی را باید با ژنراتور سنکرون داشته باشی، چون تقریباً تمام برندهای معروف مانند Stamford، Leroy-Somer، Mecc Alte، Marathon، Linz و Sincro از نوع سنکرون هستند.
از اینجا به بعد میتوانیم وارد مباحث تخصصیتر شویم؛ مثلاً درباره ساختمان داخلی ژنراتور سنکرون، اجزای روتور و استاتور، سیستم تحریک (Excitation)، AVR و نحوه تنظیم ولتاژ، که برای کار عملی و تعمیرات بسیار کاربردی هستند
این مقاله ادامه دارد
امیدواریم گروه مهندسی برق ، صنعت ، دیزل در راستای اهداف خود در صنعت دیزل ژنراتور و ژنراتورهای گازسوز. و نیروگاهی برای آشنایی مصرف کنندگان عزیز در زمینه مولدهای برق گام خوبی برداشته باشد و این مقاله ها مفید فایده باشد