آموزش صفر تا صد سیم پیچی، ساختار و عملکرد انواع ژنراتور برق تک فاز و سه فاز بهمراه تشریح عملکرد و عیب یابی ژنراتور به زبان ساده.
آموزش صفر تا صد سیم پیچی، ساختار و عملکرد انواع ژنراتور برق تک فاز و سه فاز بهمراه تشریح عملکرد و عیب یابی ژنراتور به زبان ساده.
این مقاله آموزشی به منظور ارائه اطلاعات مربوط به طرز کار ژنراتور مولد برق AC جمع آوری شده است. اطلاعات موجود در این مقاله آموزشی به منظور افزایش دانش شما و بهبود توانایی های شما در ارتباط با طراحی ،تعداد دور و سیم پیچی ژنراتور ارائه شده است. در این مقاله آموزشی ، اطلاعات مربوط به طرحهای مختلف ژنراتورهای برقی ، دستورالعمل ها، لوازم جانبی مرتبط ، و همچنین اصول ریاضی مرتبط و اصول طراحی ژنراتور را خواهید یافت.
این مقاله شامل پرسش و پاسخ های شما است تا بتوانید درک خود را از مطالب بسنجید. موضوع این مقاله به فراگیر کمک می کند تا امتحانات صدور مجوز از مهندسین انجمن انرژی آمریکا و اروپا را بگذراند. در صورت نیاز به تعمیرات سیم پیچی ژنراتور با ما تماس حاصل فرمایید.
مقدمه: جهت آموزش ژنراتور باید ابتدا با یک سری اصطلاحات آشنا شوید که بصورت صریح و آسان آنها را در چند دقیقه مرور میکنیم:
قانون فارادی؛ وقتی می بینید که چرخش سیم پیچ به طور مداوم شار مغناطیسی را از طریق سیم پیچ قطع کند بنابراین یک ولتاژ تولید می کند. ژنراتورها ، موتورها ، ترانسفورماتورها و سلونوئید ها هر یک از اصل الکترومغناطیس استفاده می کنند. این توانایی ایجاد جریان الکتریکی در یک هادی با حرکت آن در میدان مغناطیسی است. معکوس آن نیز صحیح است: یک میدان مغناطیسی با عبور جریان الکتریکی از یک رسانا تولید می شود.
در اطراف یک آهنربای دائمی نیز میدان مغناطیسی وجود دارد. میدان خطوط مغناطیسی (شار) به دور آهنربای فلزی بشکل منحنی تولید می شوند(شکل زیر). قویترین قسمت میدان مغناطیسی منطقه ای است که خطوط به هم نزدیکتر هستند. روی یک آهنربای دائمی ، دو ناحیه در هر انتهای آهنربا وجود دارد. به این مورد قطب های شمالی و جنوبی آهنربا گفته می شود.
زمین مغناطیسی است و قویترین قسمت میدان مغناطیسی در قطب شمال و جنوب مغناطیسی زمین وجود دارد. یک ژنراتور ساده دارای دو بخش اساسی است: میدان و سیم پیچ. میدان مغناطیسی نامرئی است و سیم پیچ از به یک سیم پیچ تشکیل می شود.
میدان (Field) از آهن ربا و سیم پیچ(Winding) تولید میشود. این دو عنصر ضروری برای الکترومغناطیس هستند. وقتی قسمت چرخش در نزدیکی سیم پیچ قرار می گیرد ، همه عناصر برای الکترومغناطیس موجود هستند. (در واقع ، این میدان می تواند ثابت باشد و سیم پیچی ها به نتیجه مشابه در یک ژنراتور تبدیل شوند).
میدان S N به این شکل معمولاً برای ژنراتورهای کوچک استفاده می شود ، جایی که جریان جاری شده در سیم پیچ کوچک است.) با چرخش سیم پیچ از میدان ثابت ، مقدار جریان تولید شده در سیم پیچ به قدرت میدان مغناطیسی که از سیم پیچ عبور می کند بستگی دارد. با حرکت قطب شمال در نزدیکی سیم پیچ شکل زیر، جریان زیادی از سیم پیچ جریان می یابد.
با چرخش این میدان ،قطب شمال شروع به دور شدن از سیم پیچ می کند. لذا با کاهش قدرت میدان (کاهش قطع میدان توسط سیم پیچ) در سیم پیچی ژنراتور ، جریان کاهش می یابد. هنگامی که هیچ یک از قطبها به سیم پیچ نزدیک نیستند ، جریان سیم پیچ صفر است.
با چرخش این میدان(آهن ربا) ، قطب شمال دور شده و قطب جنوب به سمت سیم پیچ حرکت می کند. جریان در سیم پیچ شروع به افزایش میکند ، اما در جهت مخالف. هنگامی که قطب جنوب مقابل سیم پیچ است ، جریان دوباره قوی است.
با حرکت قطب جنوب ، جریان سیم پیچ کاهش می یابد و هنگامی که هیچ قطبی نزدیک به سیم پیچ نباشد ، دوباره به صفر می رسد. در حالی که این ژنراتور ساده ،جریان متناوب AC را تولید می کند ، جریان تولید شده خیلی بزرگ نیست زیرا قدرت میدان مغناطیسی خیلی بزرگ نیست. از اصل الکترومغناطیس میدان و موج ممکن است برای تولید میدان مغناطیسی بسیار بزرگتر استفاده شود.
اگر یک هادی در اطراف یک قطعه فلز مانند آهن یا فولاد سیم پیچی شود و جریان از آن رسانا عبور کند ، بسته به تعداد دور یک میدان مغناطیسی در اطراف این مونتاژ تولید می شود. به آن میدان الکترومغناطیسی گفته می شود. قدرت میدان مغناطیسی تولید شده با مقدار جریان عبوری از هادی تعیین می شود. همچنین، هنگامی که یک میدان مغناطیسی قوی تر از سیم پیچ عبور می کند ، جریان بیشتری در سیم پیچ تولید می شود.
در یک ژنراتور ، می توان مقدار جریان تولید شده در سیم پیچی را با کنترل میزان عبور جریان از سیم پیچ تولید کننده میدان مغناطیسی کنترل کرد. ژنراتور سه فاز در اصل سه مولد تک فاز جداگانه در یک محفظه است. جریان در این سه سیم پیچ ژنراتور کاملاً مجزا تولید می شود ، اما یک میدان مغناطیسی دوار(چرخشی) واحد دارد. در داخل ژنراتور ، هیچ اتصال الکتریکی بین سیم پیچی ها به غیر از اتصال نولها در سیم پیچ اصلی وجود ندارد.
میدان مغناطیسی در حال چرخش، روتور است و سیم پیچ هایی که در آن جریان تولید می شود ،استاتور (سیم پیچ ثابت) هستند.
امروزه انواع مختلفی از ژنراتورهای جریان متناوب تولید می شوند. با این حال ، همه آنها عملکرد اصلی مشابهی دارند. در پاراگرافهای زیر نمونه بارزی از رایج ترین آنها ذکر شده است.
چرخش روتور یا آرمیچر ژنراتور
در انواع ژنراتور AC روتور دوار همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است استاتور یک میدان الکترومغناطیسی ثابت را فراهم می کند. روتور ، به عنوان آرمیچر عمل می کند ، در میدان می چرخد ، خطوط نیرو را قطع و ولتاژ خروجی مورد نظر را تولید می کند. ولتاژ خروجی با استفاده از حلقه ها و ذغال ها از روتور گرفته می شود. یک حلقه لغزنده به هر انتهای شفت روتور چرخان وصل شده است.
ذغال ها با حلقه های لغزان بصورت کشویی تماس الکتریکی برقرار می کنند.
حلقه لغزان (Slip Ring) یک هادی است که بصورت یک نوار روی شفت روتور قرار داده شده است. ذغال یا جاروبک (Brushes) ها جهت انتقال برق روی آنها حرکت میکنند. این حلقه های لغزان بوسیله دو عدد سیم به سیم پیچی روتور متصل میگردند. ولتاژ خروجی AC ژنراتور را می توان از حلقه های لغزان از طریق ذغال به مدار خارجی منتقل کرد.
شکل1، ژنراتور روتور دوار
ژنراتورهای آرمیچر دوار با تعداد دور متفاوت معمولاً در مدار هایی که دارای توان کم هستند استفاده می شوند. با وجود آمپر بالا ، جریان بسیار بیشتری از طریق حلقه ها و ذغالها جاری میشود. ساختن حلقه ها و جاروبک ها برای حمل مقادیر زیادی جریان کار دشوار و گران است. بنابراین ، بیشتر ژنراتورهای بزرگ AC تولید کننده میدانهای دوار هستند.
ژنراتور AC در حال چرخش همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است تقریباً پرکاربردترین تولید کننده است. در این نوع ژنراتور جریان مستقیم از یک منبع جداگانه از طریق سیم پیچی های روی روتور با استفاده از حلقه های لغزان و ذغال ها عبور می کند. این یک میدان الکترومغناطیسی در حال چرخش از قطب ثابت (مشابه یک آهنربای مستطیلی دوار) را حفظ می کند.
میدان مغناطیسی در حال چرخش روتور به سمت خارج امتداد یافته و از طریق سیم پیچی آرمیچر تعبیه شده در استاتور اطراف قطع می شود. با چرخش روتور ، ولتاژهای متناوب در سیم پیچ ها ایجاد می شود. زیرا میدان های مغناطیسی یک قطب و سپس دیگری از طریق آنها قطع می شود. از آنجا که توان خروجی از سیم پیچ های ثابت با تعداد دور متفاوت گرفته می شود ، ممکن است خروجی به پایانه های ثابت (کلمپ یا مقره های داخل ژنراتور) وصل شود.
مزیت در ساخت این نوع ژنراتور این است که مقدار بیشتری از جریان را می توان کنترل و هدایت کرد زیرا هیچ کنتاکت کشویی وجود ندارد و کل مدار خروجی بطور مداوم عایق بندی می شود.
شکل2، ژنراتور میدان دوار
حلقه ها و ذغالهای ژنراتور لغزان برای تأمین میدان DC کافی است. زیرا سطح جریان در مدار آرماتور بسیار کوچکتر است.
مطالعه بیشتر: ژنراتور تک فاز چیست
بیشتر انرژی الکتریکی تولیدی توسط نیروگاه ها به دلایل زیر به صورت سه فاز تولید و توزیع می شود.
ژنراتور سه فاز AC برای تولید برق سه فاز AC با ایجاد سیم پیچی های بیشتر در استاتور در اطراف روتور طراحی شده است. سه سیم پیچ به طور مساوی با فاصله 120 درجه در داخل استاتور فاصله دارند. تعداد دور سیم پیچ های آرمیچر به گونه ای طراحی و سیم پیچی شده اند که ژنراتور دارای سه ولتاژ خروجی جداگانه است که با هم 120 درجه اختلاف فاز دارند.
شکل 3 یک مولد AC سه فاز و دو قطبی ساده را نشان می دهد. هر یک از سه سیم پیچ ، موج سینوسی ولتاژ AC تولید می کند ، همانطور که در شکل 4a و 4b نشان داده شده است. شکل موج ولتاژ (فاز) B در یک سوم سیگنال A شروع می شود، و شکل موج C در دو سوم سیگنال A آغاز می شود. این رابطه به دلیل محل قرار گرفتن سیم پیچ ها در استاتور ایجاد می شود.
هنگامی که ولتاژ در فاز A به اوج مثبت خود رسیده و در حال بازگشت به صفر است ، ولتاژ در فاز B مقدار منفی دارد و شروع به بازگشت به صفر است. ولتاژ در فاز C از صفر عبور کرده و در آن یک ولتاژ منفی القا شده است. در طی چرخه ولتاژ سه فاز شکل b، ولتاژ کلی ناشی از آن هرگز صفر نیست.
شکل 3، ساختار ژنراتور سه فاز ساده
شکل4، شکل موج یا ولتاژ خروجی ژنراتور سه فاز
تعداد دور ژنراتورهای مورد استفاده در تولید برق را می توان در سه طبقه بندی اصلی بر اساس محیط خنک کننده طراحی و سیم پیچی کرد: هوا ، هیدروژن یا مایع خنک کننده. اینکه سیم پیچ روتور ژنراتور به خوبی خنک می شود ، تأثیر قابل توجهی در اندازه کلی یک ژنراتور سنکرون دارد. خنک شدن سیم پیچ روتور به چندین عامل بستگی دارد: محیط خنک کننده (هوا ، هیدروژن ، آب)، ضخامت عایق و تلفات الکتریکی کلی (12R + تلفات).
همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است ، قابلیت حذف نسبی حرارت از هیدروژن نسبت به هوا با افزایش فشار هیدروژن و حتی با استفاده از خنک کننده آب بهبود می یابد.
شکل 5، قابلیت حذف گرمای ژنراتور با استفاده از مواد متفاوت
خنک کننده هیدروژن متعارف را می توان در ژنراتورهای زیر 300 MVA استفاده کرد ، در حالی که خنک کننده مستقیم سیم پیچی های آرمیچر در ژنراتورهای بالاتر از 250 MVA اعمال می شود. این بخش در بهینه سازی طراحی حاصل می شود. در حالی که امکان استفاده از خنک کننده آب در ژنراتورهایی با رده پایین تر از 250 MVA وجود دارد ، سود / هزینه آن نیز مهم است.
خنک کننده آب باعث پیچیدگی تولید می شود ، همچنین نیاز به خنک کننده آب کمکی و منبع دی یونیزه کننده ، به علاوه لوله کشی ، کنترل و محافظت از آن نیاز دارد. در رده بندی بالاتر ، هزینه این پیچیدگی با مزیت تولید یک ژنراتور با اندازه قابل ملاحظه ای کوچکتر از یک ژنراتور با خنک کننده معمولی جبران می شود. مروری بر هر یک از طبقه بندی های اصلی طراحی ژنراتور در بخش زیر ارائه شده است.
مطالعه بیشتر: ژنراتور سه فاز چیست
ادامه دارد....
منبع بصورت فایل PDF:
شرکت آسان ژنراتور فعال در زمینه دیزل ژنراتور و برق صنعتی. نوشته 1400/3/16
sdl \d]d Ckvhj,v