ژنراتور تک

آلترناتور یا ژنراتور چیست؟

ژنراتور یا آلترناتور به قطعه ای الکترونیکی گفته می شود که با انرژی مکانیکی به دست آمده از موتور می تواند برق تولید کند. ژنراتور که به آن آلترناتور یا سیم پیچ نیز گفته می شود، جزء قطعه های اصلی در دیزل ژنراتورها می باشد که در فرآیند کوپله کردن و مونتاژ کردن به موتور، به دستگاه خروجی برق تبدیل می شود. معمولا ژنراتور با هر انرژی مکانیکی به دست آمده مانند موتورهای احتراقی، توربین های گازی، آبی، بادی، بخار و غیره در یک مدار خارجی می تواند آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

تقسیم بندی آلترناتورها بر اساس معیارهای متفاوتی انجام می شود که در ادامه ذکر شده است:

• دسته بندی اول بر حسب تعداد فاز است که ژنراتور تک یا الترناتور به دو دسته تکفاز و سه فاز تقسیم می شود. بسته به نوع ورودی و خروجی، عمدتا ژنراتور های تک فاز در ولتاژهای خروجی 120 و 240 ولت (برق تکفاز) و ژنراتورهای 3 فاز در ولتاژهای خروجی 380 و 400 ولت (برق سه فاز) برق تولید می کنند.
• دسته بندی دوم بر حسب نوع سیستم داخلی است که یا بدون سیم پیچی (ذغالی یا جاروبک دار) و یا با سیم پیچی (براشلس) می باشد.

انواع ژنراتور تک

در ادامه به شرح انواع ژنراتور تک می پردازیم:

ژنراتور ذغالی یا جاروبکی

ساختار آن به گونه ای است که نیاز به ولتاژ تحریک خارجی دارد. این تحریک خارجی می تواند باتری یا یک منبع تغذیه باشد.

اجزا ژنراتور ذغالی یا جاروبکی

1. FAN (قطعه خنک کننده)
2. SOURCE POWER TO AVR (خروجی استاتور به AVR)
3. AVR (رگولاتور تنظیم ولتاژ)
4. STATOR (قطعه ثابت موتور)
5. ROTOR (قطعه متحرک موتور)
6. SUPPLY (ورودی ولتاژ تحریک)
7. EXCITER (محرک یا تحریک کننده)
8. RECTIFIER (مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب)
9. PMG (سنسور دور شفت)

در ژنراتور ها معمولا 4 روش تحریک برای راه اندازی ژنراتورهای ذغالی وجود دارد که روش بالا نمونه شنت یا خود تحریک می باشد. در بین چهار روش تحریک عادی ژنراتورها، از یک رگولاتور ولتاژ اتوماتیک یا همان (AVR) استفاده می شود. در واقع رگولاتور، ولتاژ اتوماتیک را برای تامین کردن خروجی DC یا برای جریان مستقیم به جهت تحریک کردن استاتور استفاده می کند.

معمولا ژنراتورهای ذغالی از لحاظ کوپلینگ به ژنراتورهای دو سر بلبرینگ (TWOBEARINGS) یا شفت دار تقسیم می شوند. این ژنراتورها در زمان کوپل شدن با موتورها هزینه های زیادی به همراه خواهند داشت زیرا در زمان نصب با موتور نیازمند واسطه کوپله نیز هستند.

ژنراتور براشلس

ژنراتور براشلس (بدون جاروبک) یا آهنربا دائم به ژنراتوری اطلاق می شود که با بهره گیری از مغناطیس دائم که به روتور متصل است جهت تحریک می شود و در این نوع از ژنراتورها نیازی به ذغال نداریم.

ژنراتورهای براشلس از لحاظ نوع کوپلینگ به دو نوع تقسیم می شوند:

• تک سر بلبرینگ (صفحه ای): به ژنراتوری گفته می شود که مستقیم (بدون واسطه) به موتور کوپله می شود.
• دو سر بلبرینگ (شافت دار): به ژنراتوری گفته می شود که در زمان کوپله با موتور به واسطه کوپلینگ نیاز دارد.

مقایسه ژنراتور های ذغالی و براشلس

• قیمت: معمولا ژنراتورهای براشلس به دلیل وجود سیم پیچ در آنها، گران تر از ژنراتورهای ذغالی می باشند.
• طول عمر: ژنراتورهای ذغالی به نسبت ژنراتورهای براشلس عمر کمتری دارند.
• ابعاد: ژنراتورهای براشلس از نظر ابعاد کوچک تر از ژنراتورهای ذغالی می باشند.

اجزای اصلی ژنراتور

ژنراتورها از یک قسمت چرخان و متحرک به اسم روتور و از یک قسمت ثابت به اسم استاتور تشکیل شده اند.

1. روتور

به قطعه ای دوار یا متحرک گفته می شود که در درون ساختار ژنراتور، نیروی مکانیکی دوار خروجی موتور را دریافت کرده و با چرخش خودحول محور مشخص و محور آرمیچر باعث ایجاد میدان مغناطیسی شده که این میدان باعث القای نیروی الکترومغناطیس در سیم پیچی آلترناتور می شود.

آرمیچر: منظور از آرمیچر، آهن ربای دائم کار در مدل های براشلس و نمونه تحریک پذیر در مدل های ذعالی می باشد.

کموتاتور: وسیله ای فلزی که از جنس برنج یا مس بوده و ذغال های جاروبک بر روی آن قرار دارند. وظیفه آن انتقال ولتاژ تحریک به سیم پیچی درونی روتور است. هر کدام از صفحات موازی کوموتاتور به کلاف سیم پیچ مقابل خود متصل بوده و با آرایش و قطب بندی آهن ربای الکترومغناطیس القایی رابطه داشته که در نهایت با طرح متوالی قطب های N و S درون ساختار سیم پیچ موجب القای الکترومغناطیس در ساختار استاتور می شود.

جاروبک: به قطعات کربنی یا اصطلاحا ذغالی گفته می شود که حامل ولتاژ تحریک بوده و با اتصال خود به سطح کوموتاتور، مدار را کامل می کنند.

جارو نگهدار: وسیله ای است که موجب اتصال صحیح قطعات ذغال جاروبک به سطح کوموتاتور می شود و محافظت از آن را بر عهده دارد.

2. استاتور

به قسمت ثابت ژنراتور، استاتور گفته می شود که از چند لایه فلزی به شکل یک استوانه تو خالی ساخته شده است. استاتور دارای مش بندی و کلاف سیم مسی لاکی بوده که با محاسبات دقیق، ولتاژ تحریک درون روتور را به ولتاژ خروجی مورد نظر تبدیل می کند.در حالت کلی وظیفه استاتور تامین ولتاژ خروجی استاندارد بوده که در ژنراتورهای کوچک ولتاژ خروجی مستقیم یا متناوب به وسیله قطعه رکتیفایر صورت می پذیرد.

کلاف: به رشته های تنیده شده، سیم مسی گفته می شود.

رکتیفایر: به قطعه ای گفته می شود که ولتاژ خروجی متناوب را به ولتاژ مستقیم یا بالعکس تبدیل می کند.

روتور با چرخش خود که نیروی دورانی خود را از یک منبع خارجی به دست آورده است، درون فضای خالی استاتور که به فضای هوایی معروف است، باعث القای جریان الکترومغناطیسی تحریک به سیم پیچ استاتور می شود.

3. یاتاقان بندی

بهترین جزء در یاتاقان بندی، بلبرینگ می باشد که در مرکز درب های ژنراتور قرار می گیرد.

بلبرینگ: به قطعه ای گفته می شود که موجب تراز بندی روتور در ساختار استاتور شده، نیروهای شعاعی و محوری را تحمل کرده و موجب می شود قطعات دوار و ثابت در کنار یکدیگر به صورت استاندارد قرار گیرند.

4. رگولاتور ولتاژ (AVR)

رگولاتور ولتاژ یا همان AVR (Automatic Voltage Regulator) به قطعه ای گفته می شود که در واقع خروجی ولتاژ ژنراتور را بررسی می کند.

وظایف رگولاتور ولتاژ یا همان AVR

• بررسی خروجی خطاها
• سیستم حفاظتی خروجی
• تنظیم ولتاژ
• نوسان ولتاژ در خود ساختار ژنراتور
• تنظیم ولتاژ در خروجی

6. پوسته: پوسته یا کیسینگ به قطعه ای گفته می شود که ضمن در کنار یکدیگر قرار دادن قطعات درونی ژنراتور موجب حفاظت فیزیکی این قطعات در مقابل عوامل مخرب مانند ضربه، گرد و غبار، نور آفتاب و رطوبت می شود.
7. پروانه خنک کن: به قطعه ای گفته می شود که با چرخش خود که به شفت اصلی متصل است باعث گردش جریان هوا درون ساختار ژنراتور شده و میزان انتقال حرارت را بالا برده و موجب خنک شدن ساختار درونی ژنراتور می شود.

تاریخچه ژنراتور

ژنراتور به عنوان اولین مولد مغناطیسی توسط مایکل فارادی دانشمند انگلیسی در سال 1831 اختراع شد. مدتی بعد ژنراتورهای پیشرفته تری که تقریبا تمامی برق مصرفی را تولید می کردند، توسط لرد کلوین و سباستین فرانتی تولید شدند که قابلیت تولید فرکانس هایی بین 100 تا 300 هرتز را داشتند.