دیزل ژنراتور چگونه برق تولید میکند؟

ژنراتورها وسایل بسیار مفیدی هستند که انرژی الکتریکی لازم را در زمان قطع برق تامین می کنند و از وقفه در فعالیت های روزمره و اختلال در کارمان جلوگیری می کنند. ژنراتورها در انواع پیکربندی های الکتریکی و فیزیکی برای استفاده در کاربردهای مختلف موجود هستند. در ادامه به بررسی عملکرد ژنراتور، معرفی اجزای اصلی ژنراتور و نحوه عملکرد ژنراتور به عنوان منبع ثانویه تولید برق در اماکن مسکونی و صنعتی خواهیم پرداخت.

ژنراتور چگونه کار می کند؟

ژنراتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی مکانیکی دریافتی از یک منبع خارجی را به انرژی الکتریکی به عنوان خروجی تبدیل می کند.

بگذارید گفته شود که یک ژنراتور برق “تولید” نمی کند. در عوض، از انرژی مکانیکی جذب شده برای انتقال بارهای الکتریکی در رگ ها از طریق یک مدار خارجی استفاده می کند. این جریان بارهای الکتریکی خروجی جریان الکتریکی ارائه شده توسط ژنراتور را تغییر می دهد. اگر ژنراتور را با پمپ آب مقایسه کنیم که جریان آب ایجاد می کند اما خود آب تولید نمی کند، می توانیم این مکانیسم را بهتر درک کنیم.

ژنراتورهای امروزی بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فارادی در سال های 1831-1832 کار می کنند. فارادی کشف کرد که با حرکت یک رسانای الکتریکی، مانند یک سیم باردار، در میدان مغناطیسی، می‌توان جریانی از بارهای الکتریکی بالا را القا کرد. این حرکت باعث ایجاد اختلاف ولتاژ در دو سر سیم یا هادی می شود. که بیشتر باعث جاری شدن بار الکتریکی و در نهایت تولید جریان الکتریکی می شود.

اجزای اصلی ژنراتور

به طور کلی، اجزای اصلی یک ژنراتور برق به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

موتور

جایگزین

مخزن سوخت

تنظیم کننده ولتاژ

سیستم خنک کننده و اگزوز

سیستم سادگی

شارژر باطری

صفحه کنترل

ساختار/الگوی کلی

در زیر توضیحی در مورد اجزای اصلی ژنراتور ارائه شده است.

1. موتور

موتور منبع تغذیه مستقیم ژنراتور است. اندازه ژنراتور به طور مستقیم با حداکثر توان خروجی ارائه شده توسط ژنراتور متناسب است. هنگام بررسی ژنراتور، باید چندین فاکتور را به درستی بررسی کنید. برای دستیابی به عملکرد بهینه موتور و نگهداری مناسب، حتما با سازنده موتور مشورت کنید.

الف) نوع سوخت مصرفی – یک ژنراتور الکتریکی با سوخت های مختلفی از جمله گازوئیل، بنزین، پروپان (گاز یا آب) یا گاز طبیعی کار می کند. موتورهای کوچکتر معمولاً از بنزین استفاده می کنند، در حالی که سوخت رایج برای موتورهای بزرگتر دیزل، بنزین، پروپان، پروپان یا گاز طبیعی است. برخی از موتورهای خاص از گاز و گازوئیل همزمان در حالت دوگانه سوز استفاده می کنند.

ب) موتور سوپاپ سقفی (OHV) در مقابل. موتور بدون سوپاپ – موتورهای OHV با موتورهای دیگر متفاوت هستند. در این نوع موتورها سوپاپ های اگزوز و ورودی در سرسیلندر موتور قرار دارند نه در بدنه موتور. موتورهای OHV نسبت به سایر موتورها مزایای زیادی دارند:

طراحی فشرده

مکانیزم کار ساده تر

سلامتی طولانی تر

استفاده از آن در عمل آسان است

سر و صدای کمی در محل کار تولید می کند

انتشار دود کمتر

اگرچه موتورهای OHV گرانتر از موتورهای دیگر هستند.

v) چدن (CIS) در موتور – CIS در موتور به عنوان یک آستر عمل می کند. باعث کاهش ساییدگی و افزایش طول عمر موتور می شود. اکثر ماشین های OHV مجهز به CIS هستند، اما لازم است از وجود این قطعه در موتور اطمینان حاصل شود. CIS خیلی گران نیست، اما نقش مهمی در طول عمر موتور دارد، به خصوص اگر برای مدت طولانی از موتور استفاده کنید.

2. ژنراتور

دینام یا دینام بخشی از ژنراتور است که خروجی الکتریکی را از ورودی مکانیکی به دست آمده از موتور تولید می کند. دینام از قطعات ثابت و متحرک تشکیل شده است که در داخل یک محفظه قرار دارند. این اجزا با هم کار می کنند تا حرکت نسبی بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد کنند که در نهایت منجر به تولید الکتریسیته می شود.

الف) استاتور- یک جزء ثابت است. استاتور از گروهی از هادی های الکتریکی در داخل سیم پیچ های روی یک هسته آهنی تشکیل شده است.

ب) روتور/آرماتور یکی از وسایل متحرکی است که میدان مغناطیسی دوار را به یکی از سه روش ایجاد می کند:

استفاده از القایی – این نوع دینام به عنوان دینام بدون جاروبک شناخته می شود و اغلب در ژنراتورهای بزرگ استفاده می شود.

استفاده از آهنرباهای دائمی – اغلب در واحدهای دینام کوچک استفاده می شود.

کاربرد درایو – درایو یک منبع جریان مستقیم کوچک (DC) است که از طریق مجموعه ای از حلقه های لغزش برس رسانا در روتور برق تولید می کند.

روتور یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که در اطراف استاتور حرکت می کند که باعث ایجاد اختلاف ولتاژ بین سیم پیچ های استاتور می شود. این مشکل باعث می شود که جریان متناوب (AC) از ژنراتور جریان یابد.

3. مخزن سوخت

به طور کلی، مخزن سوخت ظرفیت کافی برای کارکردن ژنراتور را به مدت 6 تا 8 ساعت (به طور متوسط) دارد. اگر واحدهای ژنراتور کوچکتری دارید، مخزن سوخت بخشی از پایه ژنراتور می شود یا در بدنه ژنراتور قرار می گیرد. برای کاربردهای تجاری، باید یک مخزن سوخت خارجی جدید نصب کنید. تمامی این نوع تاسیسات باید به تایید سازمان شهرسازی برسد.

ویژگی های رایج سیستم های سوخت رسانی عبارتند از:

اتصال لوله از مخزن سوخت به موتور – لوله تامین سوخت، سوخت داخل باک را به موتور متصل می کند و لوله برگشت سوخت را از موتور به باک برمی گرداند.

لوله مخزن سوخت – یک لوله هواکش در مخزن سوخت تعبیه شده است تا از افزایش تدریجی فشار یا ایجاد خلاء هنگام پر کردن یا تخلیه باک جلوگیری کند.

سر کوچک مخزن سوخت را به شلنگ تخلیه وصل کنید – این اتصال هنگام پر کردن باک با سوخت بسیار مفید است، زیرا از ورود مایع به ژنراتور جلوگیری می کند.

لوله سوخت – این لوله سوخت را از مخزن اصلی به مخزن روزانه حمل می کند. پمپ بنزین معمولاً با برق کار می کند.

جداکننده آب از فیلتر سوخت/روغن – این دستگاه آب و عوامل خارجی را از سوخت جدا می کند و از پوسیدگی و آلودگی سایر اجزای ژنراتور جلوگیری می کند.

انژکتور سوخت – این سوخت مایع را تجزیه می کند و مقدار مناسب سوخت را به محفظه احتراق موتور تزریق می کند.

4. تنظیم کننده ولتاژ

همانطور که از نام آن پیداست، تنظیم کننده ولتاژ وظیفه تنظیم ولتاژ خروجی ژنراتور را بر عهده دارد. در زیر مکانیسم این قطعه در مقابل هر یک از اجزایی که در فرآیند مدار تنظیم ولتاژ نقش دارند را شرح خواهیم داد.

رگولاتور ولتاژ: تبدیل ولتاژ AC به جریان DC – یک تنظیم کننده ولتاژ بخش کوچکی از خروجی ولتاژ AC ژنراتور را می گیرد و آن را به جریان DC تبدیل می کند. سپس یک تنظیم کننده ولتاژ این جریان DC را به مجموعه ای از سیم پیچ های استاتور ثانویه که به عنوان سیم پیچ های محرک شناخته می شوند، تامین می کند.

سیم پیچ های درایو: تبدیل جریان DC به جریان متناوب – سیم پیچ های درایو اکنون همان عملکرد سیم پیچ های استاتور اولیه را انجام می دهند و مقدار کمی جریان AC تولید می کنند. سیم پیچ های درایو به قطعاتی به نام یکسو کننده های دوار متصل می شوند.

یکسو کننده: تبدیل جریان AC به جریان DC – این بخش جریان AC تولید شده توسط سیم پیچ درایو را اصلاح می کند و آن را به جریان DC تبدیل می کند. این جریان مستقیم به روتور/آرمیچر می رسد و باعث می شود که میدان الکترومغناطیسی متفاوت از میدان مغناطیسی روتور ایجاد کنند.

روتور/آرمیچر: تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC – روتور/آرمیچر اکنون ولتاژ AC بزرگتری را روی سیم پیچ های استاتور تولید می کند که به نوبه خود باعث می شود ژنراتور ولتاژ خروجی AC بیشتری تولید کند.

این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که ژنراتور ولتاژ خروجی برابر ظرفیت عملیاتی کامل خود را تولید کند. با افزایش خروجی ژنراتور، تنظیم کننده ولتاژ جریان مستقیم کمتری تولید می کند. هنگامی که ژنراتور به ظرفیت کامل عملیاتی می رسد، تنظیم کننده ولتاژ متعادل است و تنها خروجی ژنراتور را در سطح عملیاتی کامل حفظ می کند.

هنگام اضافه کردن بار به ژنراتور، ولتاژ خروجی آن اندکی کاهش می یابد. این مشکل باعث می شود رگولاتور ولتاژ خاموش شود و سیکل فوق شروع شود. این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که خروجی ژنراتور پر شود و به توان عملیاتی اولیه آن افزایش یابد.

5. سیستم اگزوز و خنک کننده

سیستم خنک کننده

استفاده مداوم از ژنراتور بسیاری از اجزای آن را گرم می کند. برای حذف گرمای تولید شده در حین کار، وجود سیستم تهویه و خنک کننده ضروری است.

گاهی اوقات از آب شیرین/سرد به عنوان خنک کننده ژنراتور استفاده می شود، اما می توان گفت که این موارد به برخی شرایط خاص محدود می شود، مانند ژنراتورهای کوچک در کاربردهای شهری یا تاسیسات بسیار بزرگ بالای 2250 کیلو وات. هیدروژن گاهی اوقات به عنوان خنک کننده برای سیم پیچ های استاتور ژنراتورهای بزرگ استفاده می شود زیرا راندمان جذب حرارت آن بیشتر از خنک کننده های دیگر است. هیدروژن گرما را از ژنراتور می گیرد و آن را از طریق یک مبدل حرارتی به یک جریان خنک کننده ثانویه تبدیل می کند که در آن از آب غیر معدنی به عنوان خنک کننده استفاده می شود.

به همین دلیل است که برج های خنک کننده بزرگ در کنار ژنراتورهای بزرگ و نیروگاه های کوچک قرار می گیرند. برای سایر کاربردهای رایج، اعم از مسکونی یا صنعتی، رادیاتورها و فن های استاندارد روی ژنراتور نصب می شوند و به عنوان سیستم خنک کننده اولیه عمل می کنند.

سطح خنک کننده ژنراتور باید روزانه بررسی شود. سیستم خنک کننده و لوله آب سرد باید بعد از 600 ساعت کار تخلیه و مبدل حرارتی بعد از 2400 ساعت ژنراتور تمیز شود. ژنراتور در یک منطقه باز و تهویه شده با دسترسی کافی به هوای تازه قرار می گیرد. طبق دستورالعمل‌های کد ملی برق (NEC)، ژنراتورها باید حداقل 3 فوت فاصله در هر طرف ایجاد کنند تا امکان دسترسی به جریان هوای خنک‌کننده فراهم شود.

سیستم دود

اگزوز ژنراتور، مانند تمام اگزوزهای موتورهای دیزلی یا بنزینی، حاوی مواد شیمیایی بسیار سمی است که باید به درستی با آنها کار کرد. بنابراین برای حذف گاز اگزوز باید یک سیستم اگزوز مناسب ایجاد کرد. با توجه به اینکه استنشاق مونوکسید کربن هنوز هم یکی از علل اصلی مرگ و میر در مناطق سیل زده است و بسیاری از مردم تا زمانی که حادثه ای رخ ندهد به آن فکر نمی کنند، این واقعیت بسیار مهم است.

لوله های اگزوز معمولا از چدن، فرفورژه و فولاد ساخته می شوند. این قطعه باید جداگانه نصب شود تا به موتور ژنراتور نرسد. لوله های اگزوز معمولا با اتصالات انعطاف پذیر به موتور متصل می شوند تا لرزش را به حداقل برسانند و از آسیب به سیستم اگزوز ژنراتور جلوگیری کنند.

انتهای دودکش در بیرون قرار می گیرد و از درها، پنجره ها و سایر خروجی های خانه یا ساختمان خارج می شود. باید مطمئن شوید که سیستم اگزوز ژنراتور به هیچ تجهیزات دیگری متصل نیست. همچنین اگر می خواهید با مشورت مسئولان مربوطه مجوز ژنراتور را دریافت کنید، مراقب باشید. در غیر این صورت ممکن است با جریمه یا عواقب دیگری روبرو شوید.

6. سیستم روغن کاری

از آنجایی که موتورها دارای قطعات متحرک هستند، برای حفظ عملکرد خوب و طولانی مدت نیاز به روغن کاری دارند. موتور توسط روغن ذخیره شده در لوله روغن کاری می شود. پس از 8 ساعت کارکرد موتور باید سطح روغن مخزن روغن کاری را بررسی کنید. همچنین باید از وجود نشتی و تعویض روغن در مخزن روغن کاری پس از 500 ساعت کارکرد موتور آگاه باشید.

7. شارژر

عملکرد راه اندازی ژنراتور توسط باتری انجام می شود. یک ژنراتور شارژر باتری با تامین مقدار صحیح “ولتاژ شناور” باتری را شارژ می کند. اگر ولتاژ شناور کم باشد، باتری بدون شارژ باقی می ماند. اگر مقدار ولتاژ شناور بیش از حد بالا باشد، عمر باتری را کاهش می دهد. شارژرهای باتری اغلب از فولاد ضد زنگ برای جلوگیری از زنگ زدگی ساخته می شوند.

مطالعه از منبع: https://baudouin.ir/