ژنراتور برق چیست و چطور کار می کند؟

آیا می‌دانید کاربرد ژنراتور برق چیست؟ در این مقاله قصد داریم ژنراتور برق را برای شما تعریف کنیم و انواع آن را معرفی نمائیم. پس در ادامه همراه ما باشید تا به نتایج خوب و کاملی از این نوشته برسیم.

نخست به سراغ تعریف ژنراتور برق می‌رویم.

ژنراتور برق چیست؟

ژنراتور برق دستگاهی است که نیروی الکتریسیته و برق تولید کرده و از قطع فعالیت‌های روزانه یا اختلال در عملیات کاری پیشگیری می‌کند. ژنراتورها به شکل‌های فیزیکی و الکتریکی برای کاربردهای مختلف در دسترس هستند.

انتخاب بهترین ژنراتور برق مورد نیاز کاری پیچیده بوده و نیاز به عملیات محاسباتی دقیق دارد و می‌بایست توسط کارشناس مربوطه صورت گیرد تا با صرف معقول‌ترین هزینه، بیشترین کارایی عاید مصرف‌کننده گردد. در ادامه به ارائه اطلاعات در مورد ژنراتور می‌پردازیم تا با آشنایی کامل از این محصول بهترین انتخاب را در این زمینه داشته باشید. از اینجا بخوانید کلید برق شهر ژنراتور چیست.

ژنراتور چگونه کار می‌کند؟

ژنراتور برق وسیله‌ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع بیرونی را به انرژی الکتریکی به عنوان خروجی تبدیل می‌کند. باید بدانیم که ژنراتور انرژی الکتریکی تولید نمی‌کند.

در عوض، با استفاده از انرژی مکانیکی عرضه شده و با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم پیچ‌ها در مدار الکتریکی، برق را به عنوان خروجی سیستم تولید می‌کند. این جریان، شارژ الکتریکی جریان الکتریکی عرضه شده توسط ژنراتور است.

مکانیسم ژنراتور را می‌توان با درک کار پمپ آب فهمید که باعث جریان آب می‌شود اما واقعا آبی ایجاد نمی‌کند و فقط آب جریان می‌یابد.

ژنراتورهای برق از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را روتور و قسمت ساکن آن را استاتور می‌گویند. روتورها نیز از نظر ساختمان دو دسته‌اند: ماشین‌های قطب صاف و ماشین‌های قطب برجسته.

این دستگاه‌ها به طور قراردادی بر اساس توان برق بر حسب کیلووات آمپر (KVA یا کاوا) و یا کیلووات (KW) تقسیم بندی می‌شوند. در واقع هم موتور باید توان تولید این نیرو را (که بر حسب اسب بخار نیز عنوان می‌شود) داشته باشد و هم ژنراتور باید بتواند با نیروی محرک‌هایی که موتور تولید می‌کند این خروجی را بدهد.

انواع موتور ژنراتور

انواع موتور ژنراتور از لحاظ سوخت مصرفی:

- موتور ژنراتورهای گازوئیل سوز (Diesel Gensets)

- موتور ژنراتورهای گازسوز (Gas Gensets)

- موتور ژنراتورهای دوگانه سوز (Dual Fuel Gensets)

اجزای اصلی ژنراتور

اجزای اصلی ژنراتور الکتریکی به صورت زیر تقسیم بندی می‌شود:

۱٫ موتور

ژنراتور

سیستم سوخت

تنظیم کننده ولتاژ

سیستم خنک سازی و اگزوز

سیستم روغنکاری

شارژ باطری

پنل کنترل

چارچوب اصلی

۱٫ موتور

این قسمت حیاتی ترین بخش دیزل ژنراتور است و تمام توان مکانیکی که ژنراتور برای حرکت می‌خواهد تامین می‌کند. موتور در دیزل ژنراتور باید بسیار دقیق انتخاب شود.

زیرا توان مکانیکی که یک موتور تامین می‌کند، می‌تواند توان الکتریکی خروجی ژنراتور را مشخص کند و به این وسیله قدرت الکتریکی برای استفاده از دیزل ژنراتور بدست می‌آید. در انتخاب موتور دیزل ژنراتور موارد دیگری همانند میزان صدای تولیدی ژنراتور و میزان حجم محفظه سوخت نیز مهم هستند که باید به آن‌ها توجه نمود.

موتورهای دیزلی برای راه اندازی و تولید توان، نیاز به توان الکتریکی دارند. از این رو در اکثر موارد از منبع تغذیه که ولتاژ مستقیمی (DC) در حدود ۱۲ تا ۲۴ ولت را تولید می‌کند، برای راه اندازی موتور استفاده می‌شود. این منبع تغذیه می‌تواند خود موتور الکتریکی یا تعداد باتری باشد که این میزان ولتاژ را تامین می‌کند.

۲٫ ژنراتور

ژنراتور برق قلب تپنده تولید توان الکتریکی دیزل ژنراتور است که انرژی اولیه خود را از موتور گرفته و تولید برق می‌کند. نوع ژنراتور بر حسب نیاز ما تعیین می‌شود. برای مثال برای تولید توان بالا نیاز به ژنراتور القایی داریم. ساختمان ژنراتور اعم ازنوع سیم پیچی روتور و استاتور و جریان تحریک آن، تعیین کننده نحوه عملکرد دیزل ژنراتور است.

۳٫ سیستم سوخت

تانک سوخت معمولا ظرفیت کافی برای حفظ کارکرد ۶ تا ۸ ساعت را بطور متوسط دارد. در مورد واحدهای کوچک موتور ژنراتور، تانک سوخت قسمتی از پایه ژنراتور شده است. برای کاربردهای تجاری، ممکن است لازم باشد تا بطور مستقیم باشد و روی تانک سوخت خارجی نصب شده باشد.

قسمت‌های معمول سیستم سوخت:

- ارتباط لوله از مخزن سوخت به موتور

- عرضه مستقیم سوخت از تانک به موتور و برگشت مستقیم از موتور به تانک

- ارتباط سرریز از تانک سوخت به لوله زهکش

- پمپ سوخت که سوخت را از تانک ذخیره اصلی به تانک روز منتقل می‌کند. پمپ سوخت نوعاً بطور الکتریکی کار می‌کند.

- جداکننده آب و سوخت، آب و ماده خارجی را از سوخت مایع برای پشتیبانی از اجزای دیگر ژنراتور در مقابل خوردگی و آلودگی جدا می‌کند.

- انژکتور سوخت، سوخت مایع را تمیزه کرده و در مورد نیاز سوخت در اتاقک احتراق موتور اسپری می‌شود.

۴٫ رگولاتور ولتاژ

رگولاتور ولتاژ وظیفه تنظیم ولتاژ خروجی ژنراتور را دارد که این کار با عملکرد اجزایی مانند رگولاتور، سیم پیچی تحریک کننده و روتور یکسوکننده انجام می‌پذیرد.

۵٫ سیستم خنک کننده

در دیزل ژنراتورها خنک کردن اجزای ولتاژ بسیار مهم است چرا که داغ شدن زیاد و طولانی مدت آن باعث خراب شدن قطعات می‌شود که به عملکرد دستگاه ضربه می‌زند. در برخی از دیزل ژنراتورها از مایع و در برخی دیگر از گاز هیدروژن برای خنک سازی استفاده می‌شود.

۶٫ سیستمروغن‌کاری

در دیزل ژنراتور اجزای مکانیکی بسیاری وجود دارد که دائما در حال کار و حرکت هستند. لذا برای کارایی بهتر نیاز است که اجزا روغن کاری شوند. معمولا هر ۱۰ ساعت کار با دیزل ژنراتور، باید سطح روغن آن را کنترل کرد و هر ۵۰۰ ساعت روغن باید تعویض شود.

۷٫ شارژر باتری

شروع عملکرد ژنراتور باطری محور است. این قسمت علاوه بر شارژ باتری، میزان شارژ را نشان می‌دهد. توان این شارژ با توان خروجی ژنراتور متناسب است.

۸٫ کنترل پنل

این قسمت وظیفه کنترل الکتریکی کل سیستم را دارد. قسمت‌هایی که لازم است کنترل شوند به شرح ذیل است:

- کنترل ژنراتور، شامل کنترل تمامی پارامترهای دخیل در ژنراتور است که شامل ولتاژ، جریان و فرکانس است.

- کنترل موتور، در قسمت کنترل موتور باید پارامترهای سرعت، میزان روشن بودن، فشار روغن، میزان حرارت سیال خنک کننده و غیره اندازه‌گیری شود.

- پنل خاموش و روشن، سیستم روشن و خاموش کردن اتوماتیک که در بعضی از دیزل ژنراتورها وجود دارد.

۹٫ چارچوب/شاسی موتور ژنراتور

دیزل ژنراتور قابل حمل یا ثابت است. در حالت کلی تمامی تجهیزات بالا بر روی سکو یا همان شاسی قرار می‌گیرد.

سیستم دود خروجی ژنراتور

در دیزل ژنراتورها به علت تولید دود سمی خروجی نیاز است که سیستمی برای کنترل این دود و جداسازی این قسمت از سایر قسمت‌ها موجود باشد. به همین منظور این سیستم در قسمت خروجی موتور قرار دارد. دیزل ژنراتورها، بسته به نیاز، دارای تجهیزات جانبی هستند که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- برد کنترل با قابلیت استارت اتوماتیک به هنگام قطع برق شهر

- سیستم پیش‌گرمکن آب (Jacket Water Heater)

- رادیاتور Tropical(مخصوص مناطق گرمسیری)

- باتری و باتری شارژر اتوماتیک

- ضربه‌گیرهای الاستیک بین موتور و شاسی و نیز ژنراتور و شاسی

- کانوپی (اتاقک) صداگیر و عایق ضد آب

انواع مولد

برحسب کاربرد، کارخانجات سازنده چهار نوع را پیشنهاد می‌دهند:

- اضطراری (Standby)

- پایه (Prime)

- دائم (Continuous)

- چندمنظوره

مولد اضطراری (Standby)

این مولد در حالت قطع برق شهری به صورت خودکار اقدام به تامین برق مشترکین می‌کند. یک مدل از ژنراتور بصورت استندبای ممکن است لازم باشد تا چند ساعت در ماه عمل کند، اما مدل‌های دیگری از ژنراتورهای پرایم (Prime) هستند که باید پیوسته کار کنند. زمانی که یک ژنراتور جایگزین راه می‌افتد، ممکن است با شرایط بخصوص عمل کند، مانند ۱۰% بار اضافه (Over Load).

موارد کاربرد، تامین برق اضطراری بیمارستان، کارخانجات، ادارات و غیره بدون اتصال به شبکه است.

مولد پایه (Prime)

معمولا در اماکنی که موقتا به برق نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ مانند اردوگاه‌ها، نمایشگاه‌ها، اکتشاف معادن و کمپ‌ها. این مولد نباید در کاربردهای ساخت نیروگاه استفاده شود.

خروجی با بارهای مختلف در زمان های نامحدود قابل تامین است. این ژنراتورها عموما قادر به تامین پیک تقاضای ۱۰۰% ظرفیت اولیه ekW بوده و با ۱۰% ظرفیت اضافه بار برای مدت زمان محدود نیز در دسترس هستند.

(توان اولیه مطابق با ISO8528و توان اضافی مطابق با BS5514 ،DIN6271 ،ISO3046و AS2789).

این دسته بندی (Rating) برای تمامی مدل‌های ژنراتور قابل استفاده نیست. کاربردهای عمومی آن که فقط ژنراتور مرجع توان بوده و برای ارتباط راه دور با معادن، سایت‌های ساختمانی، زمین برگزاری نمایشگاه و فستیوال و غیره است.

مولد دائم (Continuous)

مولد دائم برای امور نیروگاهی یا برق سراسری مورد استفاده قرار می‌گیرد و قابلیت فراهم سازی توان پیوسته برای یک بار ثابت تا ظرفیت نامی خروجی برای زمان‌های نامحدود را دارد. امکان جانشین شدن اضافه بار برای این رتبه در دسترس نیست. برای انتخاب دسته صحیح با توزیع کننده‌های مجاز مشورت فرمایید (مطابق با ISO8528 ،BS5514 ،DIN6271 ،ISO3046 ،AS2789)

این رتبه بندی برای تمامی مدل‌های ژنراتورها قابل استفاده نیست. کاربردهای عمومی برای ژنراتورهایی که بار یکسان پیوسته را تامین می‌کنند یا به صورت موازی با فیدر توان اصلی و دائم شبکه برای ماکزیمم سطح مجاز ۸۷۶۰ ساعت در سال. همچنین ممکن است برای پشتیبانی / پیک شبکه (حتی از طریق اعمال برای ۲۰۰ ساعت در سال) مورد استفاده قرار گیرد.

کوپله دیزل ژنراتور

کار اتصال موتور دیزل و ژنراتور به هم و نصب آن بر روی شاسی فلزی و قراردادن یک تابلو و کنترل را در کنار آن اصطلاحا کوپله کردن (Coupling) گویند.

ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون

در ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ روتور اعمال می‌گردد تا یک میدان مغناطیسی روتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده می‌شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید. این میدان مغناطیسی، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می‌کند.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ‌ها بسیار مورد استفاده است، یکی سیم‌پیچ‌های میدان و دیگری سیم‌پیچ‌های آرمیچر.

سیم پیچ های میدان

سیم‌پیچ‌های میدان به سیم‌پیچ‌هایی گفته می‌شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می‌نماید. سیم‌پیچ‌های آرمیچر به سیم‌پیچ‌هایی اتلاق می‌شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می‌شود. برای ماشین‌های سنکرون، سیم‌پیچ‌های میدان در روتور است.

رتورژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است. قطب‌های مغناطیسی در روتور می‌تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد. قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح روتور است.

از طرف دیگر، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح روتور است. یک روتور غیر برجسته یا صاف معمولا برای موارد ۲ یا ۴ قطبی بکار می‌روند.

در حالی که روتورهای برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در روتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در روتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون روتور می‌چرخد، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ‌های میدانش دارد. برای انجام این کار دو روش موجود است:

تهیه توان DCاز یک منبع بیرونی به روتور با رینگ‌های لغزان و جاروبک

فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DCکه مستقیما روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می‌شود.

در یک ماشین، دو عبارت بسیار استفاده شده برای توصیف سیم‌پیچ‌ها، عبارات "سیم‌پیچ‌های میدان" و "سیم‌پیچ‌های آرمیچر" هستند.

سیم‌پیچ‌های میدان، که همچنین به عنوان سیم‌پیچ‌های میدانی شناخته می‌شوند، مسئول تولید میدان مغناطیسی اصلی در ماشین هستند. این در حالی است که سیم‌پیچ‌های آرمیچر، سیم‌پیچ‌هایی هستند که ولتاژ اصلی در آن‌ها القاء می‌شود. در ماشین‌های سنکرون، سیم‌پیچ‌های میدان در روتور قرار دارند.

روتورژنراتور سنکرون

روتورژنراتور سنکرون اساساً یک آهنربای الکتریکی بزرگ است که شامل قطب‌های مغناطیسی می‌شود، که ممکن است از نوع برجسته یا غیر برجسته باشند. در قطب برجسته، قطب مغناطیسی خارج شده از سطح روتور قرار دارد، در حالی که در قطب غیر برجسته، قطب مغناطیسی سطح با سطح روتور هم‌تراز است. روتورهای غیر برجسته معمولاً برای ماشین‌های با ۲ یا ۴ قطب استفاده می‌شوند، در حالی که روتورهای برجسته برای قطب‌های بیشتر مناسب هستند.

با این حال، رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها هنگام اعمال ولتاژ DC مشکلاتی را برای سیم‌پیچ‌های میدان ماشین سنکرون ایجاد می‌کنند. آنها نیاز به نگهداری بیشتری دارند، زیرا جاروبک‌ها به طور مرتب باید برای جلوگیری از ساییدگی چک شوند. همچنین، افت ولتاژ در جاروبک‌ها ممکن است باعث تلفات قابل توجهی در توان همراه با جریان‌های میدان شود.

به علت این مشکلات، رینگ‌های لغزان به‌طور گسترده در ماشین‌های سنکرون کوچکتر استفاده می‌شوند، زیرا هیچ روش اقتصادی‌تری برای اعمال جریان میدان موجود نیست.

در موتورها و ژنراتورهای بزرگ‌تر، از محرک‌های بدون جاروبک استفاده می‌شود تا جریان میدان DCرا به ماشین منتقل کنند. محرک بدون جاروبک، یک ژنراتور ACکوچک است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی روتور نصب شده است.

خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می‌شود که بطور مستقیم به مدار میدان DCاصلی اعمال می‌گردد.

کنترل جریان میدان DC

با کنترل جریان میدان DCکه از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می‌شود) به دست می‌آید، می‌توان جریان میدان را روی ماشین اصلی به طور دقیق و بدون نیاز به رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها تنظیم کرد. به دلیل عدم وجود اتصال مکانیکی بین روتور و استاتور، محرک پیلوت نسبت به رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها، به نگهداری کمتری نیاز دارد.

برای اطمینان از اینکه ژنراتور به طور کامل مستقل از منابع تحریک خارجی عمل کند، معمولاً یک محرک پیلوت کوچک در سیستم در نظر گرفته می‌شود. این محرک پیلوت، یک ژنراتور ACکوچک است که دارای مگنت‌های دائمی است و روی شفت روتور نصب می‌شود و یک سیم‌پیچ روی استاتور دارد.

این محرک انرژی لازم را برای مدار میدان محرک ایجاد می‌کند که به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می‌کند. با نصب یک محرک پیلوت روی شفت ژنراتور، دیگر نیازی به تامین توان الکتریکی خارجی برای کارکرد ژنراتور وجود ندارد.

بسیاری از ژنراتورهای سنکرون که دارای محرک‌های بدون جاروبک هستند، همچنین دارای رینگ‌های لغزان و جاروبک‌ها هستند. بنابراین، یک منبع اضافی جریان میدان DCدر صورت اضطراری در دسترس است.

استاتور ژنراتورهای سنکرون

استاتور ژنراتورهای سنکرون معمولاً در دو لایه ساخته می‌شوند: یک لایه خود سیم‌پیچ توزیع شده و گام‌های کوچک دارد تا مولفه‌های هارمونیک ولتاژها و جریان‌های خروجی را کاهش دهد.

با توجه به اینکه روتور با سرعت میدان مغناطیسی می‌چرخد، توان الکتریکی با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز تولید می‌شود. ژنراتور باید با سرعت ثابتی بچرخد تا توان مطلوب تولید شود؛ برای مثال، برای تولید توان با فرکانس ۶۰ هرتز در یک ماشین دو قطب، روتور باید با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه چرخد، و برای تولید توان با فرکانس ۵۰ هرتز در یک ماشین ۴ قطب، روتور باید با سرعت ۱۵۰۰ دور در دقیقه چرخد.

ولتاژ القایی در استاتور به شار در ماشین، فرکانس یا سرعت چرخش و ساختمان ماشین بستگی دارد. ولتاژ تولیدی داخلی مستقیماً متناسب با شار و سرعت است، اما خود شار به جریان جاری در مدار میدان روتور بستگی دارد. ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست و چندین فاکتور باعث اختلاف بین این دو می‌شوند، اعم از:

- اعوجاج موجود در میدان مغناطیسی به دلیل جریان جاری در استاتور، که به آن عکس العمل آرمیچر می‌گویند.

- القایی خودبه‌خود بوبین‌های آرمیچر.

- مقاومت بوبین‌های آرمیچر.

- تأثیر شکل قطب‌های برجسته روتور.

درباره اینکه برای ماینر از چه ژنراتوری استفاده کنیم؟ استفاده از ژنراتورهای گازی برای ماینرها به دلیل قیمت کمتر و دسترسی آسان‌تر به سوخت آنها مزیت دارد. ژنراتورهای ماینینگ ارز دیجیتال همچنین باید به صورت پایدار به مدت طولانی فعال باقی بمانند و بنابراین مصرف سوخت گازوئیلی باعث ایجاد مشکل می‌شود و رسیدگی به سوخت آنها مسأله‌ای پرمخاطره خواهد بود که بهتر است از ژنراتورهای گازسوز استفاده شود.

از نظر عمر و دوام، این دو نوع دستگاه تفاوت زیادی ندارند، اما از نظر اقتصادی، سرویس ژنراتور گازوئیلی به صرفه‌تر است. اما اگر بخواهیم از نظر استهلاک و عمر مفید آنها را مقایسه کنیم، باید بگوییم که ژنراتورهای دیزلی عمر طولانی‌تری دارند و همچنین استهلاک کمتری دارند.

مقایسه ژنراتورهای گازسوز و دیزل برای ماینرها

مزایای ژنراتورهای گازی:

- سوخت پاکی که موجب حفظ محیط زیست می‌شود.

- دسترسی آسانتر به سوخت نسبت به دیزل.

- هزینه کمتر سوخت و بهره‌وری بالاتر از سوخت.

- عدم نیاز به ذخیره‌سازی سوخت به دلیل فراهمی آن در شبکه گازی.

- عدم وجود بوی نامطبوع نسبت به سایر سوخت‌ها.

معایب ژنراتورهای گازی:

- در صورت وقوع بلایای طبیعی، دسترسی به گاز ممکن است کاهش یابد.

- در صورت وقوع انفجار در خطوط لوله، احتمال وقوع خطر جدی وجود دارد.

- استفاده از گاز طبیعی منبعی غیرقابل تجدید است.

- هزینه بالای خود دستگاه.

مولدهای AC یا آلترناتورها:

مولدهای AC یا آلترناتورها مانند مولدهای DCبر اساس اصل القای الکترومغناطیسی عمل می‌کنند و شامل یک سیم‌پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند. اما تفاوت مهمی بین آن‌ها وجود دارد. در مولدهای DC، آرمیچر چرخش می‌کند و سیستم میدان ثابت است، اما در آلترناتورها آرمیچر ساکن است و میدان مغناطیسی درونی چرخشی است.

آلترناتور

آلترناتور یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور است که جریان الکتریکی متناوب تولید می‌کند. این نوع جریان الکتریکی برای انتقال توان الکتریکی بسیار مؤثر است و به همین دلیل بیشتر ژنراتورهای الکتریکی بزرگ از نوع AC هستند. در دو شرایط خاص، ژنراتور AC با ژنراتور DCتفاوت دارد.

پایانه‌های سیم‌پیچ آرمیچر به بیرون می‌آیند. برای حلقه‌های لغزان، جامد، که به جای کموتاتور و سیم‌پیچ‌های میدان، انرژی از یک منبع DC خارجی تامین می‌شود، روی شفت (میله) ژنراتور نصب می‌شوند، تا این کار به وسیلهٔ خود ژنراتور انجام شود.

ژنراتورهای ACسرعت پایینی دارند و با تعداد زیادی قطب، حدود ۱۰۰ قطب، ساخته می‌شوند، هم برای بهبود بازهٔ فرکانس و هم برای دستیابی به فرکانس دلخواه به آسانی. آلترناتورها با توربین‌های سرعت بالا راه‌اندازی می‌شوند. فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC معادل با نصف تعداد قطب‌ها و تعداد چرخش آرمیچر در هر ثانیه است.

به دلیل احتمال وقوع جرقه بین جاروبک‌ها و حلقه‌های لغزان و همچنین خطر شکست مکانیکی، ممکن است اتصال کوتاه ایجاد شود. آلترناتورها با یک سیم‌پیچ ساکن که به دور یک روتور می‌چرخد، ساخته می‌شوند. این روتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان است. اصل عملکرد آنها نیز دقیقاً مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده‌اند.

ژنراتور با ولتاژ بالا، بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده، بطور مستقیم به شبکه قدرت متصل می‌شود. این طرح از استفاده از کابل به عنوان سیم‌پیچ استاتور به عنوان یک ایدهٔ جدید استفاده می‌کند. ژنراتور ولتاژ بالا برای هر کاربرد در نیروگاه‌های حرارتی و آبی مناسب است.

راندمان بالا، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، تلفات کمتر، تاثیرات محیطی کمتر (با توجه به مواد بکار رفته) از مزایای این نوع ژنراتور است. ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی، در ولتاژ بالا و جریان پایین عمل می‌کند.

حداکثر ولتاژ خروجی این ژنراتور با استفاده از تکنولوژی کابل محدود می‌شود، که در حال حاضر با توجه به تکنولوژی بالای ساخت کابل‌ها، می‌توان ولتاژ آن را تا سطح ۴۰۰ کیلوولت طراحی کرد. هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا به صورت دوار است، در حالی که در ژنراتورهای معمولی، این هادی مثلثی است.

به دلیل میدان الکتریکی یکنواخت‌تر در ژنراتورهای ولتاژ بالا، ابعاد سیم‌پیچ براساس ولتاژ سیستم و قدرت حداکثر ژنراتور تعیین می‌شود. در این نوع ژنراتورها، لایه خارجی کابل در تمام طول کابل به زمین متصل می‌شود که باعث می‌شود میدان الکتریکی در طول کابل محدود شود و دیگر نیازی به کنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم‌پیچ نباشد.

وجود تخلیه جزیی در هیچ ناحیه‌ای از سیم‌پیچ، ایمنی افراد بهره‌بردار یا تعمیرکار را افزایش می‌دهد. سربندی‌ها و اتصالات معمولاً در فضای خالی در دسترس در محل انجام می‌شود، بنابراین مکان این اتصالات در هر نیروگاه ممکن است متفاوت باشد.

اما این اتصالات خارج از هسته استاتور هستند. برای مثال، اتصالات و سربندی‌ها ممکن است زیر ژنراتور یا خارج از قاب استاتور انجام شود. به این ترتیب، این اتصالات و سربندی‌ها، مشکلات ناشی از ارتعاشات و لرزش‌های ماشین‌های معمولی را ندارند.

در طرح کنونی ژنراتورهای ولتاژ بالا دو نوع سیستم خنک کنندگی وجود دارد. روتور و سیم‌پیچ‌های انتهایی توسط هوا خنک می‌شوند، در حالی که استاتور توسط آب خنک می‌شود. سیستم خنک کنندگی آب شامل لوله‌های XLPE قرار گرفته در هسته استاتور می‌شود. آب از این لوله‌ها جریان می‌یابد و هسته استاتور را خنک نگه می‌دارد.

مقایسه جریان اتصال کوتاه در نیروگاه‌های مجهز به ژنراتورهای ولتاژ بالا با نیروگاه‌های مجهز به ژنراتورهای معمولی نشان می‌دهد که چون در نیروگاه‌های با ژنراتورهای ولتاژ بالا راکتانس ترانسفورماتور حذف می‌شود، جریان‌های خطا کوچکتر هستند.

ژنراتور القایی یک نوع ژنراتور الکتریکی است که در نظرگاه مکانیکی و الکتریکی، شبیه به موتور القایی عمل می‌کند. این ژنراتورها، زمانی که شافت آن‌ها با فرکانس سنکرون موتور القایی با سرعت بالاتری چرخش می‌کند، توان الکتریکی تولید می‌کنند. ژنراتورهای القایی عمدتا در توربین‌های بادی و برخی سازه‌های آبی میکرو به کار می‌روند و نسبت به سایر نوع ژنراتورها، ساده‌تر هستند. این ژنراتورها پرقدرت بوده و به شانه و جابه‌جاگر نیاز ندارند.

ژنراتورهای القایی خودالقا کننده نیستند، به این معنا که برای تولید شار دوار مغناطیسی نیاز به یک منبع خارجی دارند و توان مورد استفاده برای این کار، جریان باز فعال نامیده می‌شود. منبع خارجی می‌تواند از شبکه الکتریکی یا خود ژنراتور تأمین شود. شار مغناطیسی دوار استاتور، باعث القای جریان در روتور و تولید میدان مغناطیسی می‌شود.

در صورتی که سرعت ژنراتور القایی کمتر از سرعت شار دوار باشد، ماشین مانند یک موتور القایی عمل می‌کند. اما اگر سرعت بالاتری داشته باشد، همچون یک ژنراتور عمل می‌کند و در فرکانس سنکرون، توان الکتریکی تولید می‌شود. یکی از مشکلات رایج این ژنراتورهای القایی در توربین‌های بادی، وجود دنده است. به‌طور معمول، برای عملکرد در سرعت‌های بالاتر از ۱۵۰۰ دور در دقیقه، نیاز به دنده وجود دارد.

مغناطیس دائم (PMA)

جایگزین‌های مغناطیس دائم (PMA) از یک مجموعه آهن‌رباهای الکتریکی و یک مجموعه آهن‌رباهای دائم تشکیل شده است. معمولا آهن‌رباهای دائم بر روی روتور و آهن‌رباهای الکتریکی بر روی استاتور سوار می‌شوند. موتورهای آهن‌ربایی دائم و تکنولوژی ژنراتور در چند سال اخیر پیشرفت بسیار زیادی کرده است و آهن‌رباهای زمینی کمیابی ساخته‌اند. معمولا کویل‌ها در سه فاز استاندارد Yا Deltaسیم‌پیچی می‌شوند.

جایگزین‌های مغناطیس دائم می‌توانند بسیار پربازده و در محدوده بین ۶۰-۹۵ درصد باشند. ژنراتور برخلاف موتور نیاز به کنترل سه فازی ندارد. به‌راحتی می‌توان توان آنها را یکسو کرده و بانک باتری را شارژ کرد.

موتورهای Brushed DCمعمولا برای ساخت توربین‌های بادی خانگی استفاده می‌شوند. در موتور Brushed DC، آهن‌رباهای الکتریکی روی روتور با توان ورودی جابجاگر (Commutator) می‌چرخند. این عمل باعث ایجاد توان خروجی یکسو شده می‌شود. یک موتور Brushed DC می‌تواند راندمان خوبی تا ۷۰۰ درصد داشته باشد.

مزایایی بسیاری در استفاده از موتور Brushed DC وجود دارد. یکی از این مزایا، عدم نیاز به دنده و شارژ باتری حتی در باد کم است. همچنین این موتورها به راحتی یافت می‌شوند.

از شما سپاسگزاریم که تا انتهای این مقاله همراه ما بودید. حتماً برای خرید تجهیزات برق صنعتی می‌توانید از طریق قسمت تماس با ما با کارشناسان الکتروشایلی در ارتباط باشید.