در این مقاله از مجله ی دماپویا به بررسی درجهت آشنایی با ژنراتور و کاربرد آن خواهیم پرداخت. در حقیقت ژنراتور را باید به عنوان دستگاهی معرفی نمود که بواسطه ی آن میتوان نیروی الکتریسیته مورد نیاز برای مصارف گوناگون را تامین نمود. اساس کار این سیستم ها به این صورت است که نیروی مکانیکی را به الکتریکی تبدیل می نمایند. لازم به ذکر است حرکت چرخشی و مکانیکی در سیم پیچی های این دستگاه از طریق القای الکترومغناطیسی باعث تولید جریان الکتریسیته می گردد و در نهایت نیز میتواند نیروی مکانیکی مولدهای الکتریکی توربین آبی، توربین بادی، توربین بخار و یا یک موتور احتراق داخلی را تامین بنماید.
گفتنی است که در کارکرد اجزای ژنراتور مولدهای الکترواستاتیکی نقش بسیار مهمی را در این سیستم ایفا می نمایند به نحوی که قبل از کشف رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس در جهت تامین انرژی الکتریسیته مورد استفاده قرار می گرفتند. در واقع ماهیت این دستگاهها به گونه ای بود که توان را در ولتاژ بسیار بالا و جریان الکتریکی پایین تولید می نمودند در واقع اصول کار این نوع مولدها براساس القای الکترواستاتیک و نیز تولید برق بر اثر اصطکاک صورت می گرفت. این نوع مولدها را تریبوالکتریسیته می نامیدند. که امروزه به علت بهره وری اندک و تحمیل هزینه های نگهداری و عایق کاری مورد استفاده قرار نمی گیرند. در ادامه به بررسی و آشنایی بیشتر در رابطه با ژنراتور و کاربرد آن خواهیم پرداخت.
،در بحث بررسی کارکرد اجزای ژنراتور باید بگوییم که این سیستم از یک مولد الکتریکی بوجود آمده که متشکل است از دو قسمت: متحرک که اصطلاحا رتور و بخش ثابت که استاتور نیز تلقی می گردد و به دو شکل صاف و برجسته در مولد الکتریکی ایفای نقش می نمایند البته لازم به ذکر است رده بندی مولدهای الکتریکی براساس توان برق تولیدی و برحسب کیلو وات و یا کیلو وات آمپر صورت می پذیرد. فن آوری ساخت مولد الکتریکی برای اولین بار توسط مایکل فارادی در سال 1832 کشف گردید. او متوجه شد که چناچه دو سرهادی بصورت عمودی نسبت به یک میدان مغناطیس حرکت کنند پتانسیل الکتریکی حاصل می شود. این یافته با عنوان قانون فارادی پایه ساخت ژنراتورها را بنا گذاشت. به عنوان عاملی که در کاربرد ژنراتور به عنوان ایفا کننده نقش اصلی میباشد باید به وجود مولد الکتریکی اشاره نمود. این قطعه ساخته شده در جهان توسط فارادی تولید و آنرا با عنوان صفحه فارادی نام گذاری نمود. این مولد الکتریکی که از یک صفحه مسی در بین دو آهن ربای نعل اسبی ساخته شده بود توانست برای اولین بارمیزان اندکی برق تولید نماید.لازم به ذکر است اولین مولد الکتریکی که بصورت کاربردی برای تولید جریان برق مورد استفاده قرار گرفت دینام نام داشت. که از آن برای تامین برق صنایع به نحو موثری استفاده گردید. دینام نیز بر اساس تابعیت از قانون الکترو مغناطیسی برای تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی مورد استفاده قرار گرفت. برای تولید جریان مستقیم از دینام از وسیله ای بنام کموتانور استفاده شد. با مطالعه تاریخچه ایده پردازی و تولید بسیاری از دستگاههای الکتریکی متوجه خواهیم شد که تولید دینام باعث ایجاد تحول وسیع و شگرفی در خلق و تولید وسایل الکتریکی دیگری چون موتور سنکرون، موتورهای جریان متناوب و موتورهای الکتریکی جریان مستقیم شده است.
لازم به ذکر است به علت جایگزینی استفاده از جریان متناوب به سبب بهره وری بالا در تولید، توزیع و انتقال ؛ بجای استفاده از جریان مستقیم امروزه استفاده از دینامهای بزرگ منسوخ شده است و امروزه برای تبدیل جریان متناوب بصورت مقرون به صرفه به جریان مستقیم از مدارات الکترونیکی و الکترونیک قدرت استفاده می شود.
لازم به ذکر است به علت جایگزینی استفاده از جریان متناوب به سبب بهره وری بالا در تولید، توزیع و انتقال ؛ بجای استفاده از جریان مستقیم امروزه استفاده از دینامهای بزرگ منسوخ شده است و امروزه برای تبدیل جریان متناوب بصورت مقرون به صرفه به جریان مستقیم از مدارات الکترونیکی و الکترونیک قدرت استفاده می شود.
موتور ژنراتور
اگر بخواهیم در رابطه با ژنراتور اطلاعاتی داشته باشیم بهتراست ابتدا کاربرد ژنراتور را مورد بررسی قراردهیم. به عنوان یک بخش اصلی در این سیستم باید به مولد الکتریکی موجود در آن اشاره نمود که در واقع موتورآن تشکیل می دهد و نقش اصلی آن اصلی آن تامین انرژی بخش مکانیکی است. لازم به ذکر است کارآیی یک موتور در کیفیت ژنراتور از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است چراکه توان مکانیکی مولد الکتریکی به واسطه قدرت موتور تعیین گشته و نیزمشخص کننده توان الکتریکی دستگاه هم میباشد. همچنین موتور که برای چرخش خود به جریان برق نیاز دارد آنرا از منبع تغذیه مولد الکتریکی تامین می نماید. از دیگر کاربرد ژنراتورها میبایست تولید جریانی بین 12 تا 24 ولت جهت مصرف موتور و تامین برق در مواقع ضروری را نام برد.
دینام ژنراتور
به عنوان یک بخش دیگر که به کاربرد ژنراتور کمک مینماید، میبایست به وجود دینام در آن اشاره نمود. در این بخش از سیستم تعدادی قطعه ثابت و نیز متحرک وجود دارند که همگی در درون یک محفظه جای گرفته اند که ارتباط اتوماتیک بین این قطعات منجربه حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی و الکتریکی موجود شده و نیز این اقدام تولید برق را باخود به همراه دارد. این قطعه را در حقیقت میتوان به عنوان قلب ژنراتور نامید که نوع آن می تواند تعیین کننده نوع مولد الکتریکی نیزباشد. بطورمثال برای تولید با توان بالا از نوعی مولد الکتریکی موسوم به القایی استفاده می گردد. به طور کلی در کاربرد ژنراتور، دینام را باید به عنوان بخشی از سیستم دانست که نحوه ی عملکرد دستگاه را تعیین می نماید.
از دیگر اجزای موجود در سیستم ژنراتور ها که در بررسی کاربرد ژنراتور به آن می پردازیم، مولد الکتریکی میباشند که دارای استاتور بوده و دارای بخش ثابت در ژنراتور عمل می کنند. که به عنوان بخش ثابت زنراتور عمل می نماید. در واقع این بخش شامل سیم پیچی ای بوده که روی هسته آهنی قرار میگیرد. روتر نیز بخش دیگری از مولد الکتریکی است که بخش متحرک آنرا تشکیل داده که حرکت آن حول یک میدان مغناطیسی شکل میگیرد. به این صورت که میدان مغناطیسی از طریق آهنربای دائمی و یا در برخی ازمدلها با استفاده از یک محرک کوچک به واسطه ی جریان مستقیم برق ایجاد می گردد. البته روش القاء معمولا در ژنراتور های بزرگ کارایی دارد. باید گفت وظیفه روتر تولید یک میدان مغناطیسی درحال حرکت بر روی استاتور می باشد که این موضوع عامل اصلی اختلاف ولتاژ در بین سیسم پیچی های استاتوراست و از این قابلیت جهت تولید جریان متناوب در دستگاه میتوان بهره برد. لازم به ذکر است این قطعه از دو جنس فلزی و پلاستیکی ساخته شده که بهتر است در هنگام خرید نوع فلزی آن انتخاب شود چراکه این بخش مرتبا در تماس بخشهای مکانیکی بوده که تحرک آنها شاید موجب ساییدگی و شکستگی در محفظه گردد که این موضوع از لحاظ ایمنی و کاربرد ژنراتور اهمیت بالایی را به خود اختصاص داده است.
سیستم سوخت رسانی ژنراتور
در بررسی کارکرد اجزای ژنراتور میتوان مخزن ها را به عنوان یک نمونه ی دیگر از قطعات اصلی در روند سوخت رسانی و محرکه ی اصلی این سیستم به شمار آورد. لازم به ذکر است که در هر ژنراتور بسته به نوع کارایی نوع مخزن نیز متفاوت خواهد بود که معمولا گنجایش برای تولید 8 ساعت برق را دارد. در طراحی مولدهای الکتریکی کوچک، از بخش پایه بعنوان مخزن و برای مصارف صنعتی از مخازن کمکی بصورت خارجی استفاده شده است. اما بخش مهم دیگراین سیستم که تحت عنوان سوخت رسانی فعالیت مینماید: شامل لوله های ارتباطی برای انتقال سوخت ازمخزن به موتور، از مخزن به تانک و از تانک به بخش زهکشی می باشد. پمپ موجود در بخش سوخت رسانی نیز وظیفه انتقال سوخت از تانک اصلی به تانک ذخیره را برعهده دارد. این بخش دارای سیستم فیلتر است که وظیفه آن جدا کردن مواد خارجی از سوخت می باشد. این موضوع در حفاظت موتور از آسیبهای احتمالی نقش موثری را ایفا می نماید. آخرین بخش سوخت رسانی که کاربرد آجزای ژنراتور را به عهده دارد، انژکتور سوخت بوده که سوخت را بصورت تصفیه شده در اتاقک احتراق اسپری می نماید.
رگولاتور ولتاژ ژنراتور
بخش دیگری که تحت عنوان کارکرد اجزای ژنراتور به بررسی آن می پردازیم رگولاتور ولتاژ میباشد که در واقع نوعی وسیله الکتریکی کوچک بوده با دارا بوده جهت نظارت بر روی خروجی برق نصب می گردد. این وسیله ی الکتریکی کوچک قادر است به صورت خوکار جریان ولتاژ برق در خروجی را در حالتی استاندارد مورد نظارت قرار می دهد به گونه ای که امروزه به طور معمول در کاربرد ژنراتور نقش مهمی را ایفا می نمایند و در مواردی از قبیل: حفظ ولتاژ ثابت خروجی درکلیه ی دیزل ژنراتورهای مدرن قرار داه شده اند. به طور کلی باید گفت وجود این قطعه درسیستم به میزانی دارای اهمیت است که در صورت عدم وجود آن کل عملکرد سیستم دچار اخلال می گردد.
سیستم خنک کاری و اگزوز ژنراتور
کاربرد اجزای ژنراتور بواسطه ی نوع و نحوه ی عملکردی که دارند معین می گردد. بخش خنک کننده به عنوان یک قسمت دیگر از اجزای این سیستم بوده که بواسطه انجام کار مکانیکی در داخل ژنراتوربه طور قابل توجهی ایجاد گرما می نماید البته افزایش دمای داخل دستگاه می تواند خسارت هایی از قبیل آتش سوزی را هم به همراه داشته باشد. این بخش فعالیت خود را برای کاربرد ژنراتور بوسیله ی خنک سازی توسط آب و یا گاز هیدروژن انجام می دهد. در دیزل های کوچک برای خنک سازی از آب و برای ظرفیتهای بسیار بالا یعنی بیش از2250 کیلو وات از گاز هیدروژن استفاده می گردد و از آنجاکه هیدروژن در جذب گرما نسبت به سایر مواد عملکرد بهتری دارد پس در نتیجه برای انتخاب در الویت قرار می گیرد. همچنین به منظور جلوگیری از ایجاد خسارت لازم است سطح مایع خنک کننده بصورت روزانه مورد بررسی قراربگیرد چرا که پمپ آب بعد از حدود 600 و فیلتر هوا بعد از 2400 ساعت الزاما باید بررسی و سرویس قرار بگیرند. به همین منظور جهت افزایش میزان راندمان بخش خنک کاری نباید مولد الکتریکی در فضای محدود و بسته قرار بگیرد از این رو برای ایجاد فضای تهویه مناسب رعایت فضای باز سه فوتی درجهات ژنراتور امری ضروری تلقی می گردد. از این جهت در ژنراتور دیزل از اگزوز برای کنترل دود حاصل از کار موتور استفاده شده است.
باطری ژنراتور
نمونه ای دیگر از بخش هایی که تحت عنوان کاربرد اجزای ژنراتور به بررسی آن پرداخته ایم باطری موجود در این سیستم است که استارت کارمولد الکتریکی بواسطه ی آن صورت میگیرد بنابراین ضروری است که باطری همواره شارژ گردد. که البته این کار باید با دقت بالا و متناسب با ولتاژ ژنراتور انجام شود. در این خصوص لازم به ذکر است پایین بودن عقربه ولتاژ نشان کامل بودن شارژ و بالا بودن نیزبه معنای پایین بودن عمرباتری تلقی می گردد. گفتنی است به منظور کاربرد ژنراتور شارژرهای این باطری معمولا از جنس فولاد ساخته شده تا مقاومت بالایی در برابر زنگ زدگی و نیز خوردگی داشته باشند و نیز میزان شارژ باطری با ولتاژ خروجی دستگاه در ارتباط مستقیم قرار بگیرد.
کنترل پنل ژنراتور
در رابطه با این بخش از سیستم ژنراتور باید بگوییم شامل ولتاژ، جریان و نیز فرکانس بوده وهمچنین کنترل بخش موتور از قبیل کنترل میزان سرعت، فشار روغن، میزان حرارت از این طریق مدیریت می شود چراکه کلید راه اندازی و خاموش کردن مولد الکتریکی نیز در این پنل قرارگرفته است. البته کاربرد ژنراتور به این گونه است که در برخی از موتورها با امکان برنامه ریزی زمانی، عمل خاموش و یا روشن شدن مولد الکتریکی را می توان بصورت اتوماتیک از قبل برنامه ریزی نمود و این موضوع از طریق کنترل موتور سوئیچ نیز مدیریت می شود.
بدنه ژنراتور
بدنه یا شاسی را در واقع محلی از این سیستم تلقی می نمایند که کلیه اجزای مولد الکتریکی بر روی آن مونتاژ شده باشد. بنابراین جهت کاربرد ژنراتور این بخش باید از مقاومت بالایی برخوردار باشد. لازم به ذکر است به واسطه نگهداری قطعات و حفاظت از دستگاه بیشتر از جنس فولاد ساخته می شود و شاسی به عنوان چارچوب در تعیین میزان وزن مولد الکتریکی موثر می باشد. از این لحاظ در مولدهای الکتریکی بزرگ از چرخ برای حرکت شاسی استفاده و در مولدهای الکتریکی بزرگ صنعتی نیز شاسی به عنوان بخش از خودرو حمل ژنراتور در نظر گرفته می شود.
سیستم روغن کاری ژنراتور
از آنجاکه به واسطه وجود قطعات مکانیکی که مرتبا درحال حرکت درمولد الکتریکی میباشند الزاما باید این قطعات توسط سیستم گردش روغن محافظت شوند. از این جهت برای کاربرد ژنراتور سطح روغن باید هرده ساعت توسط اپراتور مورد بررسی قرار بگیرد. معمولا بسته به مدل ژنراتور روغن مصرفی بعد از 520 ساعت استفاده تعویض می گردد که این اقدام می تواند در حد قابل ملاحظه ای باعث افزایش عمر قطعات شده و از مواردی است که در سرویسهای دوره ای باید به آن توجه ویژه ای نمود.
ژنراتورها که به عنوان یک بخش دیگر از کاربرد های ژنراتوراند که دراین سیستم فعالیت دارند، به لحاظ سوخت مصرفی درسه دسته گازوئیلی، گازی و دوگانه سوز (بنزینی – گازوئیلی) تقسیم بندی می شوند. مدل های گازوئیلی در توانهای متنوع از 2/7 الی 550 تولید و عرضه می گردند. این مولدهای الکتریکی عموما در مدلهای سه، چهار و شش سیلندر، مدل گازی نیز در توان 14.5 تا 1750 کیلووات یا از 18 تا 2187 کاوا با فرکانس 50 هرتزعرضه می گردند. در نوع دوگانه سوز میتوان از بنزین به عنوان سوخت استفاده نمود. البته میزان برق تولیدی در نوع گازوئیلی بیشتر از نوع بنزینی بوده و همچنین به سبب تفاوت قیمت بنزین با گازوئیل استفاده از آن بصورت صنعتی و نیمه صنعتی مقرون به صرفه نخواهد بود. بنابراین بیشترین زمینه استفاده از این نوع دستگاه در مصارف کوچک و خانگی میباشد.
از نظر نوع استفاده ژنراتور ها برای انجام امور متفاوتی تولید و عرضه می شوند لیکن از لحاظ کاربرد به چهار صورت اضطراری، پایه، دائم و چند منظوره تولید می گردند.
از دیگر کاربرد ژنراتورباید به نوع اظطراری آن در منازل و یا اماکن عمومی در زمان قطعی برق اشاره نمود که به سرعت و در کوتاه ترین زمان برق مورد نیاز را تامین می نماید. این مولد الکتریکی از کاربردی ترین ها در فعالیتهایی هستند که جریان کار در آنها مستقیما به وجود جریان برق بستگی دارد. به طور مثال از این نوع سیستم ها در مراکز درمانی جهت حفظ سلامتی و جان بیماران به نحو موثری استفاده می گردد. در اماکنی که به برق بصورت موقت نیاز است از مولد الکتریکی پایه استفاده می شود نظیر نمایشگاهها، اردوگاههای، کمپها و غیره و جهت تامین برق دائمی مورد نیاز نیز میبایست ازمدل دائمی بهره برد. لازم به ذکر است کاربرد ژنراتور تحت عنوان این مدل بیشتر در نیروگاههای تولید برق به منظور تولید یک جریان ثابت و پایدار میباشد.
از لحاظ محل استفاده مولد الکتریکی، به سه دسته خانگی، صنعتی و نیمه صنعتی طبقه بندی می شود که به عنوان یکی از پرکاربرد ترین ها نوع خانگی را باید نام برد که در مواقع قطع برق در منزل میتوان از آن استفاده نمود چراکه از قابلیت تولید برق 8-2کیلوواتی برخوردار میباشند و به عنوان دیگر کاربرد ژنراتور میتوان به تامین برق معادن، شهرکها و کارخانه ها اشاره کرد که از توان تولید 1200- 15 کیلووات برق یرخوردارند. علاوه بر این ها جهت تامین برق مورد نیاز در مصارفی نظیر جوشکاری، چکش کاری برقی ازنوع نیمه صنعتی با توان تولید 15-7 کیلووات برق استفاده می شود.
طریقه محاسبه توان ژنراتور
برای استفاده کاربردی از مولد الکتریکی آگاهی از توان مولد برق برای کاربر امری ضروری است. بر روی دستگاه ژنراتور معمولا پلاکی فلزی نصب می گردد که اطلاعات در مورد توان در آن درج شده است. در بسیاری از موارد نیاز است این واحدها به واحدهای کاربردی در هر منطقه جغرافیایی تبدیل شوند. بطور مثال می توان از فرمولهای ساده زیر برای تبدیل استفاده نمود
آمپر تک فاز = 4/4 × کیلو وات ******** آمپر سه فاز = 1/8 × کیلو وات
کیلو وات = 0/736 × اسب بخار ******** کیلو وات = 0/8 × کاوا
سرویس و نگهداری ژنراتور
برای جهت حفظ کاربرد ژنراتور لازم است سرویسهایی بصورت روزانه، هفتگی،ماهیانه و سالانه انجام گیرد. بطور مثال مواردی چون بررسی و بازديد و کنترل سيستم خنک کننده سيم پيچ دستگاه، بررسی و بازديد و اطمينان از بازبودن دمپر جلوی رادياتور ديزل و بررسی و بازديد از ديزل به هنگام کار و اطمينان از عدم وجود صدا و لرزش غير عادی و غیره از موارد بازدید روزانه هستند. بررسی و کنترل و بازديد از عدم نشتی روغن از قسمتها و قطعات مختلف موتور ديزل، بازديد و بررسی پمپ روغن موتور ديزل دستگاه و اطمينان از صحت عملکرد آن و تميز نمودن کليه سطوح ديزل بوسيله بلور يا هوای صنعتی، پارچه تنظيف ، برس موئی و اطمينان از عدم وجود هر گونه آلودگي از مواردی هستند که باید بصورت ماهیانه مدنظر کاربر قرار گیرند. در بررسی کاربرد اجزای ژنراتور، کنترل و بازديد از وضعيت روانکاری ياتاقانها، گريسکاری مجدد، بازديد از اتصالات الکتريکی جعبه اتصال کابلهای قدرت ديزل و اطمينان از محکم بودن آنها تعویض برخی قطعات مصرفی امری مهم و به نوعی از دستورالعملهای سرویس ماهیانه و سالانه ژنراتور می باشند.
