ژنراتورها

ژنراتورها دستگاه هایی هستند که سایر اشکال انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در سال ۱۸۳۲، بیکسی فرانسوی ژنراتور را اختراع کرد.

یک ژنراتور از یک روتور و یک استاتور تشکیل شده است. روتور در حفره مرکزی استاتور قرار دارد. روتور دارای قطب‌های مغناطیسی روی روتور است تا یک میدان مغناطیسی تولید کند. هنگامی که محرک اصلی، روتور را به چرخش در می‌آورد، انرژی مکانیکی منتقل می‌شود. قطب‌های مغناطیسی روتور با سرعت بالا به همراه روتور می‌چرخند و باعث می‌شوند میدان مغناطیسی با سیم‌پیچ استاتور تعامل داشته باشد. این تعامل باعث می‌شود میدان مغناطیسی از هادی‌های سیم‌پیچ استاتور عبور کند و یک نیروی محرکه القایی ایجاد کند و در نتیجه انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. ژنراتورها به ژنراتورهای DC و ژنراتورهای AC تقسیم می‌شوند که به طور گسترده در تولیدات صنعتی و کشاورزی، دفاع ملی، علم و فناوری و زندگی روزمره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پارامترهای ساختاری

ژنراتورها معمولاً از استاتور، روتور، درپوش‌های انتهایی و یاتاقان‌ها تشکیل شده‌اند.

استاتور از یک هسته استاتور، سیم‌پیچ‌ها، یک قاب و سایر قطعات ساختاری که این قطعات را ثابت می‌کنند، تشکیل شده است.

روتور از سیم‌پیچ هسته روتور (یا قطب مغناطیسی، چوک مغناطیسی)، حلقه محافظ، حلقه مرکزی، حلقه لغزشی، فن و شفت روتور و سایر اجزا تشکیل شده است.

استاتور و روتور ژنراتور توسط یاتاقان‌ها و درپوش‌های انتهایی به هم متصل و مونتاژ می‌شوند، به طوری که روتور می‌تواند در استاتور بچرخد و حرکت قطع خطوط مغناطیسی نیرو را انجام دهد و در نتیجه پتانسیل الکتریکی القایی تولید شود که از طریق ترمینال‌ها به بیرون هدایت شده و به مدار متصل می‌شود و سپس جریان الکتریکی تولید می‌شود.

ویژگی‌های عملکردی

عملکرد ژنراتور سنکرون عمدتاً با ویژگی‌های عملکرد در حالت بی‌باری و بار مشخص می‌شود. این ویژگی‌ها، مبانی مهمی برای انتخاب ژنراتور توسط کاربران هستند.

مشخصات حالت بدون بار:وقتی ژنراتور بدون بار کار می‌کند، جریان آرمیچر صفر است، وضعیتی که به عنوان عملکرد مدار باز شناخته می‌شود. در این زمان، سیم‌پیچ سه فاز استاتور موتور فقط نیروی محرکه الکتریکی بی‌بار E0 (تقارن سه فاز) القا شده توسط جریان تحریک If را دارد و بزرگی آن با افزایش If افزایش می‌یابد. با این حال، این دو متناسب نیستند زیرا هسته مدار مغناطیسی موتور اشباع شده است. منحنی که رابطه بین نیروی محرکه الکتریکی بی‌بار E0 و جریان تحریک If را نشان می‌دهد، مشخصه بی‌باری ژنراتور سنکرون نامیده می‌شود.

واکنش آرمیچر:وقتی یک ژنراتور به یک بار متقارن متصل می‌شود، جریان سه فاز در سیم‌پیچ آرمیچر، میدان مغناطیسی دوار دیگری تولید می‌کند که میدان واکنش آرمیچر نامیده می‌شود. سرعت آن برابر با سرعت روتور است و این دو به صورت همزمان می‌چرخند.

میدان راکتیو آرمیچر و میدان تحریک روتور ژنراتورهای سنکرون را می‌توان به صورت تقریبی به صورت سینوسی توزیع کرد. اختلاف فاز مکانی آنها به اختلاف فاز زمانی بین نیروی محرکه الکتریکی بی‌بار E0 و جریان آرمیچر I بستگی دارد. علاوه بر این، میدان واکنش آرمیچر نیز به شرایط بار مربوط می‌شود. هنگامی که بار ژنراتور القایی است، میدان واکنش آرمیچر اثر مغناطیس‌زدایی دارد و منجر به کاهش ولتاژ ژنراتور می‌شود. برعکس، هنگامی که بار خازنی است، میدان واکنش آرمیچر اثر مغناطیس‌زدایی دارد که ولتاژ خروجی ژنراتور را افزایش می‌دهد.

ویژگی‌های عملکرد بار:این عمدتاً به ویژگی‌های خارجی و ویژگی‌های تنظیم اشاره دارد. ویژگی خارجی رابطه بین ولتاژ ترمینال ژنراتور U و جریان بار I را با توجه به سرعت نامی ثابت، جریان تحریک و ضریب توان بار توصیف می‌کند. ویژگی تنظیم رابطه بین جریان تحریک If و جریان بار I را با توجه به سرعت نامی ثابت، ولتاژ ترمینال و ضریب توان بار توصیف می‌کند.

نرخ تغییر ولتاژ ژنراتورهای سنکرون تقریباً 20 تا 40 درصد است. بارهای صنعتی و خانگی معمولی به ولتاژ نسبتاً ثابتی نیاز دارند. بنابراین، جریان تحریک باید متناسب با افزایش جریان بار تنظیم شود. اگرچه روند تغییر مشخصه تنظیم برعکس مشخصه خارجی است، اما برای بارهای القایی و صرفاً مقاومتی افزایش می‌یابد، در حالی که برای بارهای خازنی عموماً کاهش می‌یابد.

اصل کار

دیزل ژنراتور

یک موتور دیزل، ژنراتوری را به حرکت در می‌آورد و انرژی سوخت دیزل را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. درون سیلندر یک موتور دیزل، هوای تمیز که توسط فیلتر هوا فیلتر شده است، کاملاً با سوخت دیزل اتمیزه شده با فشار بالا که توسط انژکتور سوخت تزریق می‌شود، مخلوط می‌شود. با حرکت پیستون به سمت بالا و فشرده شدن مخلوط، حجم آن کاهش می‌یابد و دما به سرعت افزایش می‌یابد تا به نقطه احتراق سوخت دیزل برسد. این امر سوخت دیزل را مشتعل می‌کند و باعث احتراق شدید مخلوط می‌شود. سپس انبساط سریع گازها، پیستون را به سمت پایین هل می‌دهد، فرآیندی که به عنوان "کار" شناخته می‌شود.

ژنراتور بنزینی

یک موتور بنزینی، یک ژنراتور را به حرکت در می‌آورد و انرژی شیمیایی بنزین را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. درون سیلندر یک موتور بنزینی، مخلوط سوخت و هوا به سرعت احتراق می‌یابد و در نتیجه انبساط سریع حجم رخ می‌دهد که پیستون را به سمت پایین هل می‌دهد و کار انجام می‌دهد.

در هر دو ژنراتور دیزلی و بنزینی، هر سیلندر به ترتیب و با ترتیب خاصی کار می‌کند. نیروی وارد شده بر پیستون توسط شاتون به نیروی چرخشی تبدیل می‌شود که میل لنگ را به حرکت در می‌آورد. یک ژنراتور AC سنکرون بدون جاروبک، که به صورت هم محور با میل لنگ موتور قدرت نصب شده است، به چرخش موتور اجازه می‌دهد تا روتور ژنراتور را به حرکت درآورد. بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی، ژنراتور سپس یک نیروی محرکه الکتریکی القایی تولید می‌کند و جریان را از طریق یک مدار بار بسته تولید می‌کند.