قبل از آموزش سیم پیچی ژنراتور و دینام، باید با ساختار، عملکرد و نقشه های آن آشنا باشید.دراین مقاله، ساختمان ژنراتور تک فاز را بصورت کامل تشریح میکنیم.
قبل از آموزش سیم پیچی ژنراتور و دینام، باید با ساختار، عملکرد و نقشه های آن آشنا باشید.دراین مقاله، ساختمان ژنراتور تک فاز را بصورت کامل تشریح میکنیم.
در حالت کلی ژنراتور به معنای تولید کننده هر چیزی می تواند باشد مانند ژنراتورهای تولید کننده اکسیژن و ازن. در اینجا ما به تشریح ساختار و آموزش سیم پیچی انواع ژنراتورهای کوچک موتور برق مولد برق ac تک فاز (اغلب 50 و 60 هرتز) میپردازیم. و در مقاله بعدی به تشریح، آموزش و عیب یابی ،انواع و ساختار ژنراتور سه فاز خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید... معمولا به ژنراتور های مولد برق dc دینام گفته میشود.
به طور کلی انواع ژنراتور در مبحث تولید برق به دو دسته dc (جریان مستقیم) و ac (جریان متناوب سینوسی) تقسیم میشود. در حالت کلی انواع ژنراتورها در مبحث برق تنوع بسیار زیادی دارند. به غیر از مولدها ،سیگنال ژنراتور و فانکشن ژنراتور که به منبع برق نیاز دارند نیز وجود دارند. سیگنال ژنراتور میتواند انواع فرکانس ها و شکل موج های خروجی را تولید نماید.
ژنراتور موتور برق تک فاز (مولد برق تک فاز) یک ژنراتور الکتریکی جریان متناوب است که یک ولتاژ متناوب ac تولید می کند. از ژنراتورهای موتور برق تک فاز می توان برای تولید برق در سیستم های برق تک فاز استفاده کرد. با این حال ، ژنراتورهای 3 فاز معمولاً برای تأمین برق در سیستم توزیع سه فاز مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین ، ژنراتورهای تک فاز بیشتر در بارهای نسبتاً کوچک مانند مصارف خانگی استفاده می شوند [1].
و به سیستم توزیع سه فاز وصل نمی شوند. به عنوان مثال ، ژنراتورهای قابل حمل (موتور برق-ژنراتور خانگی). ژنراتورهای تک فاز بزرگ نیز در برنامه های خاص مانند تامین نیروی کششی تک فاز برای سیستم های الکتریکی راه آهن استفاده می شود.
طرح اولیه ژنراتور ساده نمونه ای از ژنراتورهای تک فاز با دو قطب است.
نقشه طرح ژنراتور تک فاز: آرمیچر گردان
طراحی آرمیچر ژنراتور اینگونه است که قسمت آرمیچر را روی یک روتور و قسمت میدان مغناطیسی را روی استاتور قرار دهیم. آرمیچر گردان و استاتور ثابت است. طرح کلی سیم پیچی ژنراتور ، [3] این است که یک آرمیچر بصورت حلقه مستطیل شکل برای قطع خطوط مغناطیسی بین قطب های شمالی N و جنوبی S داشته باشید. با قطع خطوط مغناطیسی از طریق چرخش ، جریان الکتریکی تولید می شود.
جریان از طریق دو ذغال لغزان از واحد تولید کننده (آرمیچر) به بار ارسال می شود که هر یک از آنها به یک انتهای آرمیچر متصل می شود. در این طرح دو قطبی ، آرمیچر می چرخد و یک نیم سیکل جریان متناوب تک فاز ac را تولید می کند. برای تولید یک خروجی AC صاف، آرمیچر با سرعت ثابت با تعداد چرخش در ثانیه مشخص چرخانده می شود تا با فرکانس مورد نظر (در واحد هرتز) خروجی AC مطلوب مطابقت داشته باشد.
رابطه خروجی AC و چرخش آرمیچر یا روتور
آرمیچر ژنراتور تک فاز در صفر درجه
آرمیچر ژنراتور تک فاز در 90 درجه
آرمیچر ژنراتور تک فاز در 180 درجه
آرمیچر ژنراتور تک فاز در 270 درجه
آرمیچر ژنراتور تک فاز در 360 درجه
رابطه چرخش آرمیچر و خروجی AC ژنراتور یا دینام موتور برق را می توان در این مجموعه تصاویر مشاهده کرد. به دلیل حرکت دورانی آرمیچر در برابر خطوط مستقیم نیروی الکترومغناطیسی، تعداد متغیری از خطوط مغناطیسی حتی با سرعت ثابت قطع می شود. در زاویه صفر ، بازوی مستطیل آرمیچر هیچ خط نیرویی را قطع نمی کند ، و باعث خروجی ولتاژ صفر می شود.
از آنجا که بازوی آرمیچر ژنراتور تک فاز با سرعت ثابت به سمت موقعیت 90 درجه می چرخد ، خطوط بیشتری قطع می شوند. خطوط میدان مغناطیسی حداکثر زمانی قطع می شود که آرمیچر در موقعیت 90 درجه قرار داشته باشد لذا بیشترین جریان را در یک جهت دارا میباشد. با چرخش به سمت موقعیت 180 درجه ، تعداد خطوط نیرو کمتر قطع می شود ، ولتاژ کمتری را نشان می دهد تا اینکه دوباره در موقعیت 180 درجه صفر شود.
ولتاژ دوباره شروع به افزایش می کند زیرا آرمیچر در موقعیت 270 درجه به قطب مخالف می رود. به سمت این موقعیت ، جریان در جهت مخالف تولید می شود و حداکثر ولتاژ را در طرف مقابل نشان می دهد. با کامل شدن چرخش کامل ژنراتور موتور برق ، ولتاژ دوباره کاهش می یابد. در یک دور چرخش ، خروجی AC با یک چرخه کامل تولید می شود که بصورت موج سینوسی تولید شده است.
ژنراتور تک فاز با ایجاد 4 قطب مغناطیسی
قطب های مغناطیسی از آهنربای دائم و یا سیم پیچ حامل جریان dc تشکیل میشوند. بازوهای روتور ژنراتور کوچک بصورت سیم پیچی شده جهت قطع بیشتر میدان(جذب بیشتر انرژی) ساخته میشوند. قطب های بیشتری می توانند به مولد برق تک فاز اضافه شوند تا یک چرخش روتور بتواند بیش از یک چرخه خروجی AC تولید کند. در یک مثال در شکل بالا ، قسمت استاتور دارای 4 قطب است که به طور مساوی از هم فاصله دارند.
یک قطب شمالی مجاور دو قطب جنوبی است. شکل آرمیچر در قسمت روتور نیز تغییر یافته است. روتور ژنراتور کوچک دیگر مستطیل مسطح نیست. بازو آرمیچر 90 درجه خم شده است. این اجازه می دهد تا یک طرف آرمیچر با یک قطب N در تعامل باشد در حالی که طرف دیگر به طور مشابه پیکربندی دو قطبی با یک قطب جنوبی S در تعامل است. جریان هنوز هم از طریق دو مجموعه حلقه بسته روتور و ذغال به همان روشی که در پیکربندی دو قطبی ارائه می شود ، تحویل داده می شود.
تفاوت این است که می توان چرخه خروجی سیگنال AC را بعد از چرخش 180 درجه آرمیچر تکمیل کرد. یعنی با حرکت 180 درجه آرمیچر ، یک سیکل کامل ac در خروجی خواهیم داشت. در یک چرخش کامل ، در خروجی دو سیگنال AC تولید میشود. این باعث افزایش فرکانس خروجی ژنراتور می شود. قطب های بیشتری را می توان برای دستیابی به فرکانس بالاتر خروجی، با همان سرعت چرخش ثابت ژنراتور بسته به کاربرد ژنراتور اضافه کرد.
معمولا انواع ژنراتورها در ایران 4 قطب دارند. حال میدانید، ژنراتورهای دائم کار دیزلی و موتور برق های دائم کار که با نصف سرعت سایر ژنراتورهای معمولی (نصف 1500 دور بر دقیقه) کار میکنند با این تکنیک فرکانس خروجی آنها روی 50 هرتز ثابت میماند.
شکل موج ac خروجی با تصحیح آرمیچر ژنراتور موتور برق تک فاز با ایجاد 4 سیم پیچ بر روی روتور آن
این آموزش سیم پیچی به ما امکان می دهد ولتاژ خروجی را با تغییر شکل آرمیچر افزایش دهیم. همانطور که در تصویر بالا دیده می شود ، می توانیم حلقه های مستطیلی بیشتری به آرمیچر ژنراتور کوچک اضافه کنیم. حلقه های اضافی در بازوی آرمیچر انواع ژنراتور به صورت سری به هم متصل می شوند. در واقع سیم پیچ های اضافی همان سیم رسانا هستند تا در واقعیت یک سیم پیچ را به شکل مستطیل شکل در ژنراتور موتور برق تشکیل دهند.
در این مثال، 4 سیم پیچ در روتور ژنراتور موتور برق وجود دارد. از آنجایی که اشکال همه سیم پیچی ها یکسان هستند ، مقدار خطوط مغناطیسی یکسانی در همان زمان در تمام سیم پیچ ها قطع میشوند. این کار 4 سیگنال ac در سیم پیچ ها ایجاد می کند. در نتیجه ، همانطور که در موج سینوسی در نمودار نشان داده می شود ، ولتاژ خروجی 4 برابر افزایش می یابد. [4]
دیاگرام میدان گردان در ژنراتور موتور برق دو قطبی
ساختار ژنراتورهای میدان گردان اینگونه است که جای سیم پیچی آرمیچر و استاتور را بگونه ای عوض کنیم تا وظیفه تولید میدان مغناطیسی به روتور محول شود. ساختمان داخلی ژنراتور موتور برق تک فاز میدان دوار در بالا نشان داده شده است. دو قطب مغناطیسی ، N و S وجود دارد که از یک روتور با دو سیم پیچ که به صورت سری به هم متصل شده و به طور مساوی روی استاتور ژنراتور موتور برق قرار دارند.
سیم پیچ های استاتور و روتور ژنراتور موتور برق در جهت معکوس قرار دارند تا جریان در یک جهت جاری شود. زیرا این دو سیم پیچ همیشه با قطب های مخالف در تعامل هستند(روی هم اثر میگذارند). از آنجایی که قطب ها و سیم پیچ ها به طور مساوی قرار گرفته اند و مکان قطب ها با محل سیم پیچ ها مطابقت دارد ، خطوط شار مغناطیسی در هر درجه زاویه روتور ژنراتور کوچک به همان مقدار قطع می شوند.
در نتیجه ولتاژهای ناشی از کلیه سیم پیچها در هر لحظه مقدار یکسانی دارند. ولتاژ هر دو سیم پیچ "هم فاز" با یکدیگر است. بنابراین ، کل ولتاژ خروجی دو برابر ولتاژ هر سیم پیچ ژنراتور کوچک است. در شکل ، در موقعیتی که قطب شماره 1 و سیم پیچ شماره 1 روبروی هم اند ، ژنراتور بالاترین ولتاژ خروجی را در یک جهت تولید می کند. با چرخش 180 درجه روتور ، ولتاژ خروجی به طور متناوب تولید می شود تا بالاترین ولتاژ را در جهت دیگر تولید کند. [3]
فرکانس خروجی AC در این حالت برابر با تعداد چرخش روتور در ثانیه است. [1]
شکل ژنراتور موتور برق تک فاز میدان دوار با چهار قطب
این سیم پیچی همچنین می تواند با اضافه کردن قطب های بیشتر ، فرکانس خروجی را افزایش دهد. در این مثال در شکل بالا ، 4 سیم پیچ داریم که به صورت سری روی استاتور این ژنراتور کوچک وصل شده اند و روتور میدان دارای 4 قطب است. هر دو سیم پیچ و قطب به طور مساوی از هم قرار گرفته اند. هر قطب با همسایگان خود قطب مخالف دارد که در زاویه 90 درجه قرار دارند. هر سیم پیچ نیز بصورت مخالف همسایگان خود پیچیده شده است.
این ساختار ژنراتور اجازه می دهد تا خطوط نیروی مغناطیسی در 4 قطب توسط 4 سیم پیچ با همان مقدار در یک زمان معین قطع شوند. در هر 90 درجه چرخش ، پلاریته ولتاژ خروجی معکوس می شود. بنابراین ، 4 سیکل AC(سینوسی کامل) خروجی در یک چرخش توسط ژنراتور تولید میشود. از آنجا که 4 سیم پیچ به صورت سری سیم پیچی شده اند و خروجی آنها "همان فاز" است ، ولتاژ خروجی AC این ژنراتور تک فاز 4 برابر ولتاژ تولید شده توسط هر سیم پیچ جداگانه خواهد بود. [3]
مزیت طراحی ژنراتور موتور برق میدان دوار این است که اگر قطب ها آهنربای دائمی باشند ، دیگر نیازی به استفاده از حلقه لغزان و ذغال یا جاروبک برای انتقال برق از ژنراتور نیست. زیرا سیم پیچ ها ثابت هستند و می توانند مستقیماً از ژنراتور به سمت بار خروجی سیم کشی شوند.
ژنراتورهای تک فاز مانند موتور برق که مردم با آنها آشنا هستند معمولاً کوچک هستند. در صورت قطع منبع تغذیه اصلی(برق شهر) و نیاز به تأمین برق موقتی(اضطراری) در اماکن و ساختمان ، این وظیفه به ژنراتورهای اضطراری محول میگردد. [5] کاربرد دیگر ژنراتور تک فاز در فناوری توربین بادی کوچک است. اگرچه اکثر توربین های بادی از ژنراتورهای سه فاز استفاده می کنند ، اما ژنراتورهای تک فاز در برخی از مدل های کوچک توربین بادی با توان خروجی دارای 55 کیلو وات یافت می شوند.
ژنراتور های تک فاز در توربین های بادی محور عمودیVAWT) )و توربین های بادی محور افقیHAWT) ) در دسترس هستند. [6] [7]
پست های برق
هیدرو توربین درون مجرای آب با ژنراتور تک فاز در نیروگاه برق شهری سنت لوئیس در سال 1902
تاریخچه ژنراتور: در همان روزهای اولیه تولید برق ، ژنراتورهای موجود در نیروگاه ها جریان برق تک فاز AC یا جریان مستقیم DC تولید می نمودند. شکل و ساختار ژنراتور در صنعت برق در سال 1895 هنگامی که ژنراتورهای چند فاز بصورت کارآمدتر با موفقیت در نیروگاه تولید برق آدامز که اولین نیروگاه در مقیاس بزرگ سه فاز در مقیاس بزرگ بود اجرا شد، تغییر یافت. نیروگاه های جدیدتر شروع به پذیرش سیستم چند فاز کردند.
در دهه 1900 ، بسیاری از راه آهن ها شروع به استفاده از برق سه فاز در خطوط خود کردند. در طی آن زمان ، سیستم AC تک فاز برای شبکه های قدرت ریلی آنها در کنار سیستم جریان مستقیم استفاده می شده است. ژنراتورهای قدیمی برای این شبکه های ریلی تک فاز مولدهای برق تک فاز بودند. [9] حتی با وجود موتورهای سه فاز جدید که به برخی قطارهای مدرن اضافه شده اند ، سیستم انتقال قدرت تک فاز برای شبکه های ریلی هنوز دوام دارد و امروزه در بسیاری از راه آهن ها در حال استفاده است. [10]
با این وجود ، بسیاری از نیروگاه های برق راه آهن با استفاده از ژنراتورهای سه فاز برق خود را تولید و جهت انتقال تبدیل به یک فاز میکنند. [11]
هیدرو ژنراتور تک فاز
چرخ پلتون (Pelton) در سمت چپ متصل به ژنراتور تک فاز در سمت راست در ایستگاه برق آبی Walchensee.
در طرح اولیه نیروگاه برق آبی ، ژنراتورهای تک فاز نقش مهمی در اثبات مزایای جریان متناوب بازی کردند. در سال 1891 ، ژنراتور تک فاز 3000 ولت و 133 هرتز 100 اسب بخار در نیروگاه تولید برق آمیس نصب شد که با تسمه به چرخ آب Pelton وصل شده بود. این برق از طریق کابل های 4.2 کیلومتری (2.6 مایل) انتقال یافت تا یک موتور با توان یکسان را در کارخانه آسیاب تغذیه کند.
این نیروگاه اولین تولید کننده برق متناوب برای کاربردهای صنعتی بود و نشان دهنده بازده در سیستم انتقال برق قدرت AC بود. این مورد برای نیروگاه های بسیار بزرگتر مانند نیروگاه ادوارد دین آدامز در آبشار نیاگارا ، نیویورک در سال 1895 بسیار کوچک بود. [12] با این حال ، نیروگاه های برق آبی بزرگتر با استفاده از ژنراتورهای سه فاز برای بهره وری بیشتر ساخته شدند.
نمونه ای از استفاده ژنراتور تک فاز در یک مورد خاص در سال 1902 در نیروگاه برق شهرداری سنت لوئیس اجرا شد. یک مولد تک فاز 20 کیلو وات به طور مستقیم به چرخ آب Pelton متصل شده بود تا توان کافی را برای بارهای سبک تولید کند. این یک طراحی اولیه از ژنراتور برق آبی برای جذب انرژی از جریان آب در خط لوله آب عمومی بود. انرژی محرک آب در این حالت بوسیله گرانش ایجاد نشده است.
اما آب توسط موتور بخار بزرگ در ایستگاه پمپاژ برای تأمین آب برای مشتریان پمپ می شود. تصمیم به پمپاژ آب توسط یک موتور بزرگتر و پس از آن مقداری از انرژی از جریان آب گرفته تا یک ژنراتور کوچکتر با استفاده از چرخ آب ، برق تولید کند. در آن زمان ، موتورهای بخار برای سیستم 20 کیلووات کارآمد نبودند. بنابراین ، آنها یک پمپ آب بخار نصب کردند تا از انرژی کافی برای حفظ فشار آب برای مشتری و برای چرخاندن همزمان یک ژنراتور کوچک برخوردار باشند. [13]
امروزه عمده ترین کاربرد تولید برق تک فاز ، تأمین برق شبکه ریلی برای راه آهن است. بسیاری از شبکه های انتقال برق برای راه آهن به ویژه در آلمان به تولید و انتقال برق تک فاز متکی هستند که امروزه هنوز مورد استفاده قرار می گیرند. یک ایستگاه برق آبی Walchensee در بایرن است. این ایستگاه آب را از دریاچه والچین بالا می برد تا هشت توربین را هدایت کند که ژنراتورها را به حرکت در آورد.
چهار مورد از این ژنراتورهای سه فاز برای تامین برق شبکه هستند. چهار ژنراتور تک فاز به توربین های Pelton متصل شده اند که دارای ظرفیت 52 مگاوات برای تأمین برق راه آهن 15 کیلوولت آلمان هستند. [14] ژنراتورهای برق تک فاز هیدروالکتریک مشابه نیز از دیگر واریانس سیستم الکتریسیته راه آهن در ایالات متحده استفاده می شوند.
یک نیروگاه در سد ایمن بندر پنسیلوانیا تولید برق را برای خدمات عمومی و هم برای راه آهن امتراک فراهم می کند. دو منبع از 14 توربین آن به دو ژنراتور تک فاز متصل شده است تا سیستم قدرت ریلی 25 هرتز Amtrak را تأمین کند. این دو توربین از نوع کپلان با 5 تیغه با 42500 اسب بخار هستند. [15]
بهترین مارک ژنراتور برق به ترتیب عبارت از: استامفورد انگلستان، مکالته ایتالیا، لوری سومر فرانسه، لینز ایتالیا، استمفورد پاور چین.
ادامه: محاسبات سیم پیچی ژنراتور
جهت استعلام لیست قیمت و خرید انواع ژنراتور برق تک فاز با واحد فروش ما تماس حاصل فرمایید.
جهت استعلام قیمت انواع دینام موتور برق تک فاز 220 ولت با واحد فروش ما تماس حاصل فرمایید.
شرکت آسان ژنراتور فعال در زمینه دیزل ژنراتور(تعمیرات، آموزش، خرید، فروش و قطعات) و برق صنعتی(تابلو برق و اتوماسیون) 99/4/6
Ckvhj,v j; thc