ژنراتور و نحوه عملکرد آن

ژنراتور الکتریکی (electric generator) به منظور تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی به کاربرده می شود. حرکت جریان الکتریکی(که به وسیله الکترون ها انجام می شود) در یک مدار خارجی به وسیله ژنراتور تحریک می کند. در حقیقت ژنراتور خود به خود هیچ گونه انرژی خلق نمی کند اما با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم پیچ های مدار الکتریکی انرژی الکتریکی را به عنوان خروجی سیستم عرضه می کند. از نظر عملکرد شبیه پمپ اب می باشد، پمپ آب باعث تحریک جریان آب به سمت خاصی می شود اما خود به خود آبی تولید نمی کند. منابع انرژی مکانیکی برای ژنراتور اعم از: توربین گاز (gas turbine)، توربین بخار (steam turbine)، هوای فشرده، دستگیره دستی، موتورهای رفت و برگشتی و یا آبی که بر روی توربین ها و چرخ آبی می ریزد، می باشند. عکس این قضیه نیز اتفاق می افتد یعنی می توان انرژی الکتریکی را با استفاده از موتورهای الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل کرد. موتورهای الکتریکی و ژنراتورها شباهات های زیادی به همدیگر دارند.

Related image

ژنراتورهای مدرنی که امروزه استفاه می شوند براساس القای مغناطیسی فارادی  که در قرن ۱۸ کشف شد، کار می کنند.

Related image

نمونه ای از کاربرد قانون فارادی

 

اجزای اصلی ژنراتور:

  • موتور
  • سیستم سوخت
  • تنظیم کننده ولتاژ
  • دستگاه تولید برق متناوب(آلترناتیو)
  • سیستم خنک کننده و اگزوز
  • شارژ باطری
  • سیستم روان کننده و روغن کاری
  • پنل کنترل
  • چارچوب اصلی

Image result for ‫اجزای اصلی ژنراتور تولید برق‬‎

دینام

ژنراتور الکتریکی که با استفاه از کموتاتور جریان مستقیم تولید می کند دینام نام دارد. برای تولید برق صنعتی و پایه ای دینام ها اولین ژنراتورهای الکتریکی بودند و بسیاری از دستگاهای تبدیل برق قدرت نظیر موتورهای الکتریکی (electric motor)، مبدل دوار(rotaty convertor) و آلترناتیوهای جریان متناوب براساس دینام ها ساخته شدند. به خاطر کارایی بالا، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه بودن در تولید برق دینام های ساده در مقیاس بزرگ غالب اند. یکی از عیب های مهم دینام ها استفاده از کموتاتور مکانیکی می باشد.

Image result for dynamo motor diagram

آلترناتور

دینامی که کموتاتور نداشته باشد آلترناتور (alternator) نامیده می شود که یک ژنراتور سنکرون تک قید می باشد. آلترناتورها جریان متناوبی تولید می کنند که فرکانس آن براساس تعداد قطب های مغناطیسی و سرعت چرخش رتور می باشد.

فرکانس تولیدی در خودروها به وسیله آلترناتورها با سرعت موتور تغییر می کند و توسط یک یکسوساز به DC تبدیل می شود. برای تغذیه شبکه برق از آلترناتورهایی استفاده می شود که در سرعت هایی نزدیک به فرکانس مشخصی کار می کنند و دستگاهای AC که سرعت و عملکرد خود را در یک فرکانس مشخص تنظیم می کنند مناسب اند. موتورهای سنکرون نیاز به شبکه ای با فرکانس ثابت دارند در حالیکه لامپ های فلورسنت یا لامپ های رشته ای نیازی به فرکانس ثابت ندارند.

Image result for alternator

در صورتی که آلترناتورها به یک شبکه بزرگ وصل شود در فرکانس و سرعتی که منطبق با آن شبکه باشد کار می کند در واقع با شبکه جدید به صورت دینامیکی تعامل پیدا می کند. آلترناتورها در صورتی که هیچ توان خارجی اعمال نشود با یک سرعت ثابت چرخش خواهند کرد و به عنوان یک موتور سنکرون متصل به فرکانس شبکه هدایت می شوند و این کار تا قبل از اینکه آلترناتورها به  سرعت و فاز  درست برسند ضروری می باشد. زیرا در صورت عدم تطبیق فاز، امکان آسیب جدی به رتور و دیگر تجهیزات وجود دارد چون دینامی که به عنوان سنکرون عمل می کند در صورت جهش ناگهانی در تراز فاز باعث جذب انرژی زیادی از شبکه می گردد.

ژنراتور القایی

ژنراتور القایی (induction generator) یا ژنراتور آسنکرون از اصول موتور القایی برای تولید برق استفاده می کند ژنراتور القایی یک ژنراتور الکتریکی AC می باشد. ژنراتورهای القایی در نیروگاههای آبی کوچک، کاهش فشار گاز پرفشار و توربین بادی کاربرد دارند. سرعت ژنراتورهای القایی به خاطر چرخش مکانیکی رتور از آسنکرون بیش تر است و لغزش هم دارد. لازم به ذکر است که از آسنکرون های AC بدون هیچ گونه تغییرات داخلی به عنوان ژنراتور استفاده کرد.

Image result for induction generator structure

تحریک ژنراتور

در یک ژنراتور یا موتور الکتریکی به جای آهن ربای دائمی از سیم پیچ های میدان استفاده می شود. برای انجام کار با دستگاه نیاز به جریان در داخل سیم پیچ ها میدان می باشد در صورت عدم وجود جریان در داخل سیم پیچ های میدان، رتور ژنراتور بدون انرژی الکتریکی می چرخد اما این اتفاق برای رتور یک موتور نمی افتد و رتور موتور نمی چرخد.

self induction

بعضی از ژنراتورهای کوچک خود تحریک هستند یکی سیم پیچ های میدان توسط جریان تولید شده توسط خود ژنراتور تحریک می شوند. نحوه اتصال سیم پیچ های میدان با سیم پیچ های آرمیچر موازی یا سری می باشد با چرخش ژنراتور، مغناطیس پسماند در هسته آهنی، میدان مغناطیسی کوچکی برای تولید جریان کوچکی در آرمیچر ایجاد می گردد و با برقرار شدن جریان در سیم پیچ، میدان مغناطیسی بزرگتری شکل می گیرد که باعث می شود جریان بزرگتری در آرمیچر تولید شود و این جریان خودکار تا اشباع شدن میدان مغناطیسی در هسته و توان خروجی ثابت در ژنراتور ادامه می یابد.

بسیاری از ژنراتورهای بزرگ نیروگاهی ژنراتوهای کوچک جداگانه ای برای تحریک سیم پیچ میدان ژنراتور استفاده می کنند.

پست های مشابه

مکانیزم پیوند های تلفیقی
تولید برق از حرکت دوچرخه
مکانیزم مکانیکی چرخ رنجیر
مکانیزم مکانیکی حرکتی

یک نظر ارسال کنید

error: Content is protected !!