در این مقاله آموزشی قصد داریم اصطلاح ژنراتور یا همان مولد های برقی را به بصورت کامل و ساده روان توضیح دهیم. تا شما کاربر وبلاگ آموزشی مولد های برقی نیک سام بصورت کامل با این مفهموم آشنا شوید، تا انتها همراه ما باشید.
فهرست
به زبان ساده ژنراتور برق یا همان مولد برق دستگاهی، برای تولید الکتریسیته است، که توان مبتنی بر حرکت انرژی پتانسیل و جنبشی یا توان مبتنی بر سوخت انرژی شیمیایی یا همان نیروی موتور را برای استفاده در مدار خارجی به نیروی الکتریکی تبدیل میکند.
تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی به وسیله موتور الکتریکی صورت میگیرد. موتورها و مولدهای الکتریکی از جهات مختلفی دارای شباهتهای زیادی با یکدیگر هستند.
تاریخچه ژنراتور به زبان ساده
تاریخچه ژنراتورها را می توان از طریق کشف القای الکترومغناطیسی توسط مایکل فارادی، دینام ورنر فون زیمنس و موتور القایی نیکولا تسلا دنبال کرد. یک ژنراتور نیروی برق را فراهم می کند و ژنراتورهای الکتریکی مستقر در نیروگاه ها تقریباً تمام توان شبکه های برق امروزی را تأمین می کنند.
زیرمجموعه ای از ژنراتورها موتور ژنراتور (گاهی اوقات ژنراتور یا مجموعه ژنراتور نامیده می شود) است که یک موتور و یک ژنراتور را ترکیب می کند. یک ژنراتور (اغلب و از این به بعد فقط یک ژنراتور نامیده می شود)، برق را مستقل از شبکه تامین می کند. در نتیجه، آنها نقش مهمی در ترکیب قدرت امروزی دارند.
قبل از اینکه رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس کشف شود مولدهای الکترواستاتیکی کشف شدند که از اصول الکترواستاتیک برای تأمین انرژی الکتریکی استفاده میکردند. این مولدها توان را در ولتاژ بسیار بالا و جریان الکتریکی اندک تولید میکردند. این ماشینها از یکی از این دو مکانیسم برای تأمین انرژی الکتریکی استفاده میکردند:
القای الکترواستاتیک و تولید برق بر اثر اصطکاک (تریبوالکتریسیته) به دلیل بهرهوری پایین این مولدها و نیاز آنها برای استفاده از عایق کاری پر هزینه به علت ولتاژ بالا این مولدها هرگز در کاربردهای عملی و برای تولید میزان قابل توجهی از انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار نگرفتند. ماشین ویمس هورست (Wimshurst) و مولدهای وان دی گراف (Van de Graaff) مثالهایی از این مولدها هستند که هنوز مورد استفاده قرار میگیرند.
صفحه فارادی
در سالهای ۱۸۳۱–۱۸۳۲ مایکل فارادی اصول عملکرد مولدهای الکترومغناطیسی را کشف کرد. این اصل بعدها قانون فارادی نام گرفت که بر این نکته دلالت میکند که در دو سر هادی که بهطور عمودی نسبت به یک میدان مغناطیسی حرکت کند پتانسیل الکتریکی ایجاد میشود. او همچنین اولین مولد الکترومغناطیسی را نیز ساخت که به آن صفحه فارادی گفته شد. این مولد یک مولد هم قطب بود که از یک صفحه مسی که بین دو آهنربای نعل اسبی میچرخید تشکیل شده بود. این مولد قادر به ساخت میزان اندکی ولتاژ جریان مستقیم با یک جریان بالا بود.
دینام
دینام اولین مولد الکتریکی بود که میتوانست برق مورد نیاز صنایع را تأمین کند. دینام از اصول الکترومغناطیس برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده میکند و با استفاده از کُموتاتور، جریان مستقیم تولید میکند. در طول مجموعهای از اکتشافات تصادفی، دینام به یک الگو برای اختراع ماشینهایی چون موتور الکتریکی جریان مستقیم، مولد جریان متناوب، موتور سنکرون تبدیل شد.
یک دینام از یک قسمت ثابت که میدان مغناطیسی دائمی تولید میکند و مجموعهای از سیمپیچهای متحرک که داخل میدان میچرخند تشکیل شدهاست. در دینامهای کوچک، میدان مغناطیسی ثابت ممکن است به وسیله چند آهنربای دائمی فراهم شود. در دینامهای بزرگ این میدان به وسیله یک یا چند آهنربای الکتریکی ایجاد میشود.
امروزه به ندرت میتوان مولدهای دینامی بزرگی را دید که برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند و این به دلیل عدم استفاده از جریان مستقیم است. امروزه استفاده از جریان متناوب به علت بهرهوری بالا در حین تولید، توزیع و انتقال به شدت گسترش یافته و برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم نیز معمولاً از مدارات الکترونیکی و الکترونیک قدرت استفاده میشود. اما پیش از کشف اصول جریان متناوب تولید انرژی الکتریکی تقریباً فقط با استفاده از تعداد زیادی مولد دینامی ممکن بود. امروزه مولدهای دینامی تنها به عنوان ابزاری نمادین برای نشان دادن تاریخ تولید برق مورد استفاده قرار میگیرند.
توابع و کاربردهای ژنراتور چیست به زبان ساده
برق مایه حیات جامعه معاصر است. تقریباً هر کسب و کار و خانه ای برای عملکرد قابل اعتماد به منبع برق ثابت نیاز دارد. به هر حال، الکتریسیته چیزی است که ما برای روشن کردن چراغها، تجهیزات کامپیوتری و الکترونیک و همچنین سیستمهای HVAC خود استفاده میکنیم. با این حال، انرژی الکتریکی کالایی است که اغلب بدیهی تلقی می شود، زیرا شبکه های عظیم برق، برق را به راحتی در دسترس قرار می دهند.
با این حال، منبع تغذیه شهری به دلیل عوامل متعددی از جمله:
- آب و هوای نامساعد
- خرابی کامپیوتر
- خطای انسانی
همچنین درک این نکته مهم است که برخی از کسب و کارها، مانند تجهیزات معدن یا توسعه های جدید جامعه، باید خارج از حوزه شبکه برق فعالیت کنند. چنین مشکلاتی مزیت عملکردی اولیه یک ژنراتور، که تامین برق اولیه یا پشتیبان است را روشن می کند.
مزایای ژنراتورها
ژنراتورها نقش مهمی برای بسیاری از خانه ها و مشاغل، از جمله بیمارستان ها، امکانات پزشکی، مراکز کامپیوتری و داده ها و سایت های ساخت و ساز ایفا می کنند. برخی از مزایای رایج عبارتند از:
- در صورت قطع برق شبکه برق پشتیبان تامین کنید
- برای مشاغل، ژنراتورها سرمایه گذاری مناسبی هستند و از شرکت در برابر قطعی برق و خاموشی محافظت می کنند که در غیر این صورت خسارات مالی قابل توجهی، خطرات امنیتی و در مورد بیمارستان ها و امکانات پزشکی، تلفات جانی را به همراه خواهد داشت.
- برق را برای ابزارها و تجهیزات در سایتهای دوردست که زیرساختهای شبکه در دسترس نیست، فراهم کنید
- بهبود ایمنی در خانه ها و مشاغل با حفظ عملکرد سیستم های HVAC
- علاوه بر شبکه برق شهری می تواند به صورت مستقل یا متصل به ساختمان ها باشد
- صرفه جویی ایجاد کنید که به دلیل دوام بسیار زیاد، در طول زمان از قیمت خرید آن فراتر می رود
- در زمان اوج تقاضا و قیمت ها، با تغییر به برق ژنراتور پشتیبان، پس انداز ایجاد کنید
قطعات ژنراتور
ژنراتورها دارای چند بخش ضروری هستند که به تبدیل بنزین، انرژی خورشیدی یا سوخت دیزل به برق قابل استفاده برای ساختمان های تجاری، مسکونی، صنعتی و شهری کمک می کند. در حالی که ژنراتورها به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارند، درک اجزای اصلی در مواردی که به قطعات جایگزین خاصی نیاز است یا نیاز به تعمیر و نگهداری کلی است، مهم است.
- دینام – قطعه ای که انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می کند
- شارژر باتری – باتری و سیستم شارژ مورد نیاز برای راه اندازی ژنراتور
- کنترل پنل – سوئیچ ها و دکمه هایی که عملکرد ژنراتور را کنترل می کنند
- موتور – جزء اصلی ژنراتور. معمولاً با سوخت دیزل یا گاز طبیعی تغذیه می شود
- سیستم سوخت – مخازن ذخیره سازی و شیلنگ هایی که گاز یا سوخت دیزل را به موتور هدایت می کنند
- تنظیم کننده ولتاژ – میزان ولتاژ تولید شده توسط سیستم را کنترل می کند و جریان A/C را به جریان D/C تبدیل می کند.
روش کار ژنراتور به زبان ساده
برای درک مکانیک ژنراتور برق، فقط باید نگاهی گسترده به خواص انرژی که بر جهان اطراف ما حاکم است بیندازیم. هر چیزی که حرکت می کند، می درخشد یا زمزمه می کند، چه ارگانیک یا ساخته دست بشر، این کار را با تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر انجام می دهد. بدن انسان غذا و مواد مغذی را به انرژی فیزیکی تبدیل می کند. رادیو جریان های الکتریکی را به انرژی صوتی تبدیل می کند. حتی عرضه گسترده برقی که در دسترس عموم است از منابع دیگر تولید می شود. به عنوان مثال، سد هوور نیروی گرانشی آب (نیروی آبی) را به نیروی الکتریکی برای کل لاس وگاس و مناطق اطراف آن تبدیل می کند. ژنراتورهای گازی و دیزلی بر اساس یک اصل ساده کار می کنند . آنها انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
ژنراتورها بسیار شبیه به خودروها کار می کنند
نحوه عملکرد یک ژنراتور بسیار شبیه به یک خودرو است و اجزای مکانیکی تقریباً به همان روش کار می کنند. مانند ماشین روزمره شما، یک ژنراتور از یک باتری سنگین و شارژ کننده برای راه اندازی و حفظ سطح اولیه انرژی خود استفاده می کند. ژنراتور همچنین مجهز به مخزن سوخت است که موتور آن را با منابع مورد نیاز برای تولید نیروی مکانیکی تامین می کند. حتی بسیاری از ژنراتورها با همان سوخت های مورد استفاده در خودروها کار می کنند، اگرچه گزینه های بیشتری نیز وجود دارد. انواع کوچکتر خانگی اغلب با بنزین کار می کنند، اما ژنراتورهای صنعتی بزرگتر معمولاً موتورهای دیزلی یا موتورهای گاز طبیعی دارند. صرف نظر از نوع سوخت آن، موتور به طور هماهنگ با دینام کار می کند. این دینام هادی های الکتریکی را در خود جای داده است که به انرژی مکانیکی موتور واکنش نشان داده و آن را به نیروی الکتریکی مفید تبدیل می کند.
آشنایی با خروجی های برق، گاز و دیزل ژنراتور
توان الکتریکی خروجی یک ژنراتور بر حسب کیلووات اندازه گیری می شود. این اصطلاح دیگری است که آشناست، اما تلاش میکند هر معنای مشخصی را به اکثر مردم منتقل کند.
پس دقیقا کیلووات چیست؟ برای درک واضح این مفهوم، باید اندازه گیری را ساده کنیم:
کاهش حتی بیشتر از این:
به عبارت ساده، آمپر اندازه گیری بار الکتریکی و اهم اندازه گیری مقاومت است. ژول مقدار کاری است که برای عبور یک بار از سطح خاصی از مقاومت لازم است. برای مفهومسازی این اندازهگیری انرژی، تصور پیچ و مهرههای کوچکی که در تلاش برای عبور از یک میدان مغناطیسی هستند، ممکن است مفید باشد. در یک ژنراتور، انرژی مکانیکی وارد شده به دینام باعث واکنش الکترومغناطیسی می شود و در نتیجه جریان متناوب (AC) ایجاد می شود که به صورت الکتریسیته آزاد می شود. به همین دلیل است که دوشاخه های لوازم الکترونیکی خانگی به عنوان آداپتورهای متناوب نامیده می شوند.
همانطور که ممکن است استنباط کرده باشید، هر چه بارهای (آمپر) بیشتری که بتوانند از میدان مقاومت (یک اهم) در ثانیه عبور کنند، یک ژنراتور قدرتمندتر خواهد بود. به همین دلیل است که ژنراتورهای صنعتی بسیار بزرگ هستند، آنها اجازه می دهند تا تعداد زیادی کیلووات تولید شود تا انرژی لازم برای ساختمان های بزرگ یا ماشین آلات سنگین تامین شود. ضروری است که افرادی که برای یک ژنراتور خرید می کنند، خواه یک منبع تغذیه پشتیبان باشد یا منبع تغذیه اولیه، مطمئن شوند که محصولی را انتخاب می کنند که به اندازه کافی بزرگ باشد تا نیازهای انرژی فردی آنها را برآورده کند.
در ژنراتور چه تبدیل انرژی صورت می گیرد
همانطور که می دانیم، ژنراتور دستگاهی برای تولید الکتریسیته است، که توان مبتنی بر حرکت انرژی جنبشی یا همان نیروی موتور را به نیروی الکتریکی تبدیل میکند.
برنامه های کاربردی ژنراتور
برخی از کاربردهای رایج و حیاتی برای ژنراتورها عبارتند از:
- تامین برق اضافی در زمان های تقاضای بالا
- برق را در مناطقی که شبکه برق وجود ندارد تامین کنید
- از برق ثابت برای محیط های بحرانی مانند بیمارستان ها، آزمایشگاه ها و امکانات پزشکی اطمینان حاصل کنید
- تهیه پشتیبان و برق تکمیلی برای مراکز داده و ارائه دهندگان میزبانی اینترنت
- تامین برق ضروری برای سایت های ساختمانی واقع در مترو و مناطق روستایی
- تامین انرژی ضروری برای عملیات دریایی
- برق سیار را برای کارگاه های بزرگ یا مناطق روستایی که نیاز به برق موقت دارند تامین کنید
- تامین برق تکمیلی برای سیستم های مخابراتی
- تامین برق بحرانی در مناطق بحرانی پس از طوفان
برای اطلاعات بیشتر، از برخی صنایعی که برای تولید برق رسانی کنیم، و همچنین برخی از کاربردهای روزمره ژنراتورها را ببینید.
انواع ژنراتورهای برق
ژنراتورها معمولاً بر اساس نوع سوخت و قابلیت حمل طبقه بندی می شوند، اگرچه می توان آنها را در بسیاری از متغیرهای دیگر دسته بندی کرد. سه نوع اصلی ژنراتورها عبارتند از:
- دیزل ژنراتورها
با استفاده از سوخت دیزل، عملکرد و قدرت بسیار کارآمد و قابل اعتماد کار می کنند. معمولاً ژنراتورهایی با اندازه متوسط و بزرگ که می توان از آنها برای تامین برق ساختمان ها و تجهیزات بزرگ استفاده کرد - ژنراتورهای گاز طبیعی
با استفاده از گاز طبیعی کار می کنند. برای عملیات های کوچک که در آن نیروی اضافی مورد نیاز است عالی است. - ژنراتورهای قابل حمل و متحرک
ژنراتورهایی که روی تریلرها و/یا دارای چرخ هستند و به راحتی میتوانند از یک مکان به مکان دیگر منتقل شوند. معمولاً با استفاده از بنزین یا گاز طبیعی کار می کنند اما می توانند با گازوئیل کار کنند.
تعمیر و نگهداری ژنراتور
تعمیر و نگهداری پیشگیرانه شامل بررسی قطعات فرسوده و عملکرد صحیح قبل از اینکه ژنراتور دچار مشکل شود، می باشد. این می تواند شامل مواردی مانند اطمینان از پاک بودن شیلنگ های سوخت از زباله، عدم پیچ خوردگی و تامین مقدار صحیح سوخت به موتور ژنراتور باشد. همچنین ممکن است شامل روغن کاری قطعات متحرک در ژنراتور و اطمینان از محکم بودن تمام اتصالات الکتریکی و عدم خوردگی یا آسیب دیدن قطعات الکتریکی باشد.
بازرسی و تعمیرات ژنراتور
هنگامی که یک ژنراتور دچار مشکل می شود یا هیچ برقی را تامین نمی کند، زمان آن رسیده است که آن را بررسی و تعمیر کنید. موارد متداولی که نیاز به تعویض و تعمیر دارند عبارتند از: شیلنگ سوخت، موتور، پنل کنترل، تنظیم کننده ولتاژ و باتری و سیستم شارژ باتری. خبر خوب این است که تمام اجزای یک ژنراتور را می توان تعمیر یا تعویض کرد تا بتوان برق مکمل یا پشتیبان قابل اعتماد را بازیابی کرد. بیشتر بدانیم از خدمات تعمیر و نگهداری ژنراتور و دیزل ژنراتور…
کلام پایانی
ژنراتور الکتریکی که دارای یک دینام برای تولید انرژی الکتریکی است با ترکیب یک موتور دیزل، می باشد. موتور دیزلی با احتراق تراکمی معمولاً برای کارکردن با سوخت دیزل طراحی میشود، دستگاه های دیزل ژنراتور معمولا در مکانهایی که اتصال به شبکه برق مقدور نمی باشد بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، و یا در مکان هایی به عنوان منبع تغذیه اضطراری در صورت از کار افتادن شبکه و همچنین برای کاربردهای پیچیده تر مانند برداشتن پیک، پشتیبانی از شبکه و صادرات به شبکه برق استفاده می شوند. اندازه دیزل ژنراتور برای به حداقل رساندن کمبود بار یا برق بسیار مهم است.