دیزل ژنراتور, مقالات
دیزل‌ژنراتور؛ اجزا، اصول کار، مزایا و معایب
آگوست
دیزل‌ژنراتور؛ اجزا، اصول کار، مزایا و معایب آن
در این مقاله قصد داریم در مورد دیزل‌ژنراتور، قطعات و نحوه کار آن صحبت‌کنیم.
فهرست مطالب
1- دیزل‌ژنراتور چیست؟
2- قطعات اصلی دیزل‌ژنراتور
3- اصول کار دیزل‌ژنراتور
4- مزایا و معایب دیزل‌ژنراتور
5- سوالات مرتبط
————————————————–
1- دیزل‌ژنراتور چیست؟
دیزل‌ژنراتور تجهیز بسیار مفیدی‌است که با مصرف سوخت دیزل، برق تولیدمی‌کند.
دیزل‌ژنراتور بی صدا، ترکیبی از یک موتور دیزلی و یک ژنراتور الکتریکی‌است که معمولاً به عنوان منبع تغذیه پشتیبان در کاربردهای صنعتی و مسکونی استفاده‌می‌شود و می توان آن را به روش های مختلف فیزیکی و الکترونیکی پیکربندی کرد. این موتورها معمولاً در مناطق روستایی که به شبکه برق متصل هستند، نصب‌می‌شوند و می‌توانند به عنوان منبع تغذیه اولیه یا پشتیبان مورد استفاده‌قرارگیرند.
علاوه بر این، دیزل‌ژنراتورها را می توان برای جبران نیازهای اوج برق شبکه استفاده‌کرد، چراکه می‌توانند بدون ایجاد تاخیر، به سرعت روشن و خاموش شوند. ژنراتورهای مورد استفاده برای مصارف تجاری بین 8 تا 2000 کیلووات هستند، در حالی که ژنراتورهای مصارف خانگی بین 8 تا 30 کیلووات هستند. آنها همچنین، در کشتی های بزرگ برای تامین نیروی اضافی، که می تواند از روشنایی، فن ها و سوئیچ ها تا تامین نیروی پیشرانه را شامل شود، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دیزل
دیزل‌ژنراتورها به طور متوسط به ازای هر کیلووات ساعت تولید به 0.4 لیتر سوخت نیاز دارند، که در نتیجه نسبت راندمان 25 درصدی را به همراه دارد. از سوی دیگر، کارایی هر دیزل‌ژنراتور به موقعیت و نحوه استفاده از آن بستگی دارد. در اصل، موتور دیزل یک موتور احتراق داخلی‌ست. برخلاف موتورهای بنزینی، موتور دیزل، سوخت پمپ شده به محفظه تزریق را با استفاده از حرارت تراکمی به جای جرقه، مشتعل می‌کند و می‌سوزاند. موتورهای دیزلی، به طور کلی، بالاترین راندمان حرارتی را نسبت به هر موتور احتراق داخلی دارند، به ویژه برای استفاده مداوم و سنگین، که درصدی از راندمان کارنو را امکان پذیرمی‌کند. بسیاری از مشتقات نفت خام را می توان در موتورهای دیزل استفاده‌کرد.
گاز طبیعی، الکل ها، گاز چوب، بنزین و گازوئیل از جمله سوخت‌هایی هستند که موتور دیزل می تواند استفاده کند و بسوزاند. از طرف دیگر، گازهای خروجی، همچنین دی اکسید کربن (CO2)، اکسید نیتروژن (NOx) و ذرات، هنگام سوختن گازوئیل یا سایر سوخت ها تولید می‌شوند. این ژنراتورها، این مواد را در محیط، آزاد می‌کنند و کیفیت هوای مناطق اطراف را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند. هر لیتر بنزین حاوی 0.73 کیلوگرم کربن خالص است، در حالی که سوخت دیزل 2.6 کیلوگرم دی اکسید کربن، آزاد می‌کند.
مشاهده ویدیو این مقاله
————————————————–
2- قطعات اصلی دیزل‌ژنراتور
دیزل‌ژنراتور از قطعات مختلفی تشکیل شده‌است که با هم کار، و در نهایت برق تولید می‌کنند.
برخی از مهمترین اجزای دیزل‌ژنراتور به شرح زیراست:
موتور احتراق داخلی:
موتور، مهمترین بخش یک مجموعه دیزلژنراتوراست، زیرا انرژی مکانیکی که بعداً به نیروی الکتریکی تبدیل می‌شود را، فراهم می‌کند. توان خروجی این ژنراتورها متناسب با حجم موتور‌است. هرچه موتور قدرتمندتر باشد، برق بیشتری تولید می‌کند.
دینام:
دینام یکی دیگر از اجزای حیاتی دیزلژنراتوراست. عملکرد آن به نحوی است که ورودی مکانیکی موتور (چرخش شفت) را از طریق القا به خروجی الکتریکی تبدیل می‌کند. در واقع، دینام از یک روتور ساخته شده‌است که با تولید میدان مغناطیسی، برق متناوب ایجاد می‌کند.
از این رو، روتور به عنوان جزء اصلی دینام در نظر گرفته می‌شود. در اوایل دهه 1830، فارادی، مکانیسم “القای الکترومغناطیسی” را کشف کرد (یا حداقل توصیف کرد). طبق این اصل، هنگامی که یک سیم (یا هر رسانای الکتریکی) در یک میدان مغناطیسی حرکت داده شود، جریان الکتریکی در سیم القا می‌شود. همچنین، این امر در صورتیکه، سیم ثابت باشد و میدان مغناطیسی حرکت کند، نیز صادق‌است. در این حالت، الکترون ها به سادگی با عبور از یک میدان مغناطیسی در سراسر سیم، جریان می‌یابند. اگر سیم به سمت شمال به جنوب حرکت کند، الکترون ها در یک جهت و اگر سیم به سمت جنوب به شمال حرکت کند، در جهت دیگر جریان می‌یابند.
دیزل
هرچه میدان قوی تر و سیم طولانی تر باشد، جریان بیشتری القا می‌شود. در ژنراتورهای مدرن، چندین آهنربای عظیم و قدرتمند در یک خوشه در اطراف یک محور چرخان مرکزی قرار گرفته اند، که به آن روتور یا آرمیچر گفته می‌شود. آهنرباها می‌توانند دائمی یا الکترومغناطیسی باشند، اما نکته ضروری این‌است که آنها باید میدان مغناطیسی، که باعث چرخش موتور می‌شود را، ایجاد کنند.
استاتور، یکی دیگر از اجزای فرعی و مهم دینام است. این قطعه، عملاً مجموعه‌ای از سیم‌پیچ‌های محکم بسته‌بندی شده‌است که همگی در اطراف روتور قرار گرفته‌اند. هنگامی که یک نیروی خارجی (مانند یک موتور دیزل) شفت مرکزی را می چرخاند، روتور به طور مداوم قطب های شمال و جنوب میدان(های) مغناطیسی خود را در میان دسته های سیمی که آنها را احاطه کرده‌است، منتقل می‌کند. این عمل باعث می‌شود که مقدار زیادی جریان الکتریکی از طریق کابل ها به سمت عقب و جلو گردش کند، که ما از آن به عنوان جریان متناوب یا برق اصلی «AC» یاد می‌کنیم.
سیستم سوخت:
سیستم سوخت، سوخت را در ژنراتور ذخیره و توزیع می‌کند. مهمترین عامل در به کار انداختن موتور، سوخت آن‌است. در این پروسه، انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی منتقل می‌شود، که در نهایت توسط موتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
قابل مشاهده ترین جزء سیستم سوخت، مخزن آن‌است که سوخت کافی برای کارکردن حداقل 6-8 ساعت را در خود نگه می‌دارد. برای ژنراتورهای کوچکتر و قابل حمل، این مخزنممکن‌است در داخل محفظه ژنراتور ساخته شود، و برای ژنراتورهای بزرگتر و دائمی نیز یک ساختار خارجی مجزا نصب می‌شود. سایر اجزای سیستم سوخت، شامل لوله، برای رساندن سوخت به موتور، پمپ سوخت، مشابه آنچه در اکثر خودروها وجود دارد، فیلتر سوخت و سوپاپ تهویه مخزن سوخت، برای جلوگیری از فشار بیش از حد یا خلاء،است. همچنین یک اتصال سرریز نیز وجود دارد که در صورت پر شدن مخزن، از پاشیده شدن سوخت بر روی سطح موتور یا دینام جلوگیری می‌کند.
سیستم روان کننده (روغن):
این قطعه، تضمین می‌کند که اجزای مختلف دیزل‌ژنراتور به خوبی کار می‌کنند. از این رو، برای جلوگیری از هر گونه مشکلی، بسیار مهم‌است که به طور مداوم بر روی سیستم روانکاری ژنراتور نظارت داشته باشید. از آنجایی که یک ژنراتور دارای قطعات چرخان زیادی است، داشتن یک سیستم روانکاری خوب که نه تنها از قطعات متحرک در برابر اصطکاک محافظت می‌کند، بلکه آنها را نیزخنک نگه می‌دارد، بسیار مهم‌است.
تنظیم کننده ولتاژ:
تنظیم کننده ولتاژ یک جزء پیچیده، اما ضروری‌است. بدون تنظیم کننده ولتاژ، جریان AC تولید شده، بسته به سرعت موتور از نظر ولتاژ و آمپر، متفاوت خواهد بود. از آنجایی که تجهیزات الکتریکی مدرن به منبع تغذیه بسیار پایدار نیاز دارند، باید کاری برای متعادل کردن آن انجام شود. عملکرد یک تنظیم کننده ولتاژ بسیار پیچیده است و در این مقاله به جزئیات آن پرداخته نمی‌شود.
سیستم خنک کننده:
موتور علاوه بر انرژی مکانیکی، تلفات حرارتی زیادی، درست مانند یک خودرو، ایجاد می‌کند.
به این صورت که:
مقاومت الکتریکی سیم ها، زمانی که برق از دینام عبور می‌کند، گرما ایجاد می‌کند. این گرما توسط یک سیال خنک کننده، معمولاً اما نه همیشه آب، جذب می‌شود، و سپس از طریق یک مبدل حرارتی عبور می‌کند و گرمای خود را در هوا یا گاهی اوقات در یک سیال خنک کننده ثانویه، تخلیه می‌کند.
سیستم اگزوز یا خروجی:
تمام موتورهای احتراق داخلی، گازهای خروجی تولید می‌کنند که درواقع، سمی هستند و باید از موتور و انسان دور نگه داشته شوند. گازهای خروجی معمولاً از طریق لوله ها حمل، و در جو منتشر می‌شوند. قبل از نصب ژنراتور جدید، استانداردهای بهداشت و ایمنی محلی خود را بررسی کنید تا ببینید سیستم های اگزوز چگونه و کجا باید قرارگیرند.
سیستم استارت و باتری:
موتور دیزل، مانند موتور خودرو یا کامیون، توسط یک موتور الکتریکی کوچک راه اندازی می‌شود. این موتور الکتریکی توسط یک باتری، یا یک شارژر جداگانه یا خروجی ژنراتور، شارژ می‌شود.
کنترل پنل:
کنترل‌پنل دکمه Start/Stop و همچنین نشانگرهای پارامترهای مختلف را در خود جای می‌دهد که در زیر فهرست شده‌است:
- کنترل های شروع/خاموش کردن
- سوئیچ‌انتخاب فاز
- سوئیچ فرکانس
- سوئیچ حالت موتور
- سرعت موتور
- سوخت موتور
- دمای مایع خنک کننده
- روغن موتور
- شارژ باتری
- ولتاژ خروجی ژنراتور
- جریان خروجی ژنراتور
- خروجی ژنراتور بر حسب kVA
- فرکانس برق AC
توجه به این ویژگی ها، هنگام کار با ژنراتور برای اطمینان از عملکرد صحیح آن بسیار مهم‌است.
محفظه/قاب:
دیزل‌ژنراتور می بایست در یک قاب باز، یا محفظه ضد آب و یا یک واحد قابل حمل، جای گیرد. همه این توابع با هم کار می‌کنند تا قطعات را متصل و ایمن نگه دارند. این قطعه، تضمین می‌کند که تمام اجزای الکتریکی به درستی به زمین متصل شده اند.
مشاهده ویدیوی معرفی قطعات دیزل‌ژنراتور
————————————————–
3- اصول کار دیزل‌ژنراتور
اصول کار یک دیزل‌ژنراتور بر اساس قانون ترمودینامیک تبدیل انرژی‌است. این قانون می گوید که انرژی را نمی توان ایجاد یا از بین برد، بلکه فقط می توان از شکلی به شکل دیگر تغییرداد. برای تولید برق AC (جریان متناوب)، دیزل‌ژنراتورها باید یک سری مراحل را طی کنند.
هنگامی که دیزل‌ژنراتور شروع به کار می‌کند، چهار فرآیند احتراق را طی می‌کند که عبارتند از:
ورود هوا (مکش)، فشرده سازی، احتراق و خروج هوا.
از این رو، انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل‌می‌شود. این انرژی مکانیکی برای چرخاندن میل لنگ استفاده‌می‌شود. اکنون، شفت چرخان برای چرخاندن روتور دینام مورد استفاده قرار می‌گیرد. روتور و استاتور دو بخش مهم دینام هستند که برق تولید می‌کنند.
روتور، یک جزء استوانه ای‌است که از آرایش ثابتی از سیم های مسی رسانا تشکیل شده‌است. این قطعه توسط آهنربا احاطه شده‌است و در داخل استاتور می‌چرخد. حرکت آهنرباها در سراسر سیم کشی، چیزی‌است که بارهای الکتریکی را در مدار تولیدمی‌کند.
دیزل
هنگام چرخش روتور، برق تولید می‌شود. آهنرباهای احاطه کننده روتور، دقیقاً به گونه ای قرار می‌گیرند که هنگام عبور از سیم کشی مسی استاتور، میدان مغناطیسی ایجادکنند. میدان مغناطیسی، معمولاً توسط دو آهنربای پلاریزه در ژنراتور الکتریکی تولیدمی‌شود. این میدان مغناطیسی ولتاژی تولید می‌کند که توسط استاتور گرفته‌می‌شود. سپس رگولاتور ولتاژ، برق را در حالی که ولتاژ دریافتی را مدیریت می‌کند، به محل مورد نظر می‌رساند.
برق AC تولید شده توسط دینام، با کمک یکسو کننده در دیزل‌ژنراتور به برق DC تبدیل‌می‌شود. توجه داشته باشید که میدان الکترومغناطیسی در روتور، توسط سیستم تحریک ایجاد‌می‌شود. توان الکتریکی تولید شده در استاتور متناسب با قدرت میدان مغناطیسی تشکیل شده،است. جریان مستقیم (DC) برای تولید میدان الکترومغناطیسی استفاده‌می‌شود و بر اساس اندازه ژنراتور می تواند از 50 تا 9000 آمپر یا بیشتر، متغیر باشد.
————————————————–
4- مزایا و معایب دیزل‌ژنراتور
معایب نسخه های قبلی، مانند سر و صدای زیاد و هزینه های تعمیر و نگهداری، توسط موتورهای دیزلی مدرن برطرف شده‌است. به طوریکه، در مقایسه با موتورهای گازی با اندازه مساوی، اکنون ساکت تر هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند.
مزایا
مزایای اصلی دیزل‌ژنراتورها به شرح زیراست:
– تعمیر و نگهداری نسبتاً کم: این به این دلیل است که موتور ژنراتور برای راه اندازی به قطعات کمتری نیازدارد، بنابراین نیازی به تعویض شمع یا تعمیر کاربراتورها به همان اندازه که در موتورهای گازی انجام می دهید،ندارد.
– دوام: موتورهای دیزلی در محیط کار بسیار بادوام هستند، بنابراین می‌توانند در برابر پارگی و سایش در محیط های مختلف مقاومت‌کنند.
– ذخیره سازی ایمن: گازوئیل، در حالی که هنوز قابل اشتعال است، نسبت به سایر سوخت ها، مانند بنزین، احتمال اشتعال کمتری‌دارد.
– توان خروجی: دیزل‌ژنراتورها نسبت به انواع دیگر ژنراتورها می‌توانند بارهایی با توان بالاتر را تحمل کنند و برای مدت طولانی تری کار کنند.
– توانایی و نیرو: قوی تر و قابل اطمینان‌تر هستند.
– سوخت در دسترس: دیزل‌ژنراتورهای قابل حمل اغلب در پشت خودروهای دیزلی حمل می‌شوند.
بنابراین، وقتی بیرون از منزل، و در حال انجام کار هستید، نیازی به حمل دو نوع سوخت جداگانه نخواهیدداشت.
معایب
از سوی دیگر، دیزل‌ژنراتورها دارای معایبی، به ویژه از نظر زیست محیطی هستند.
– یک لیتر سوخت به طور متوسط 2.7 کیلوگرم CO2 تولید می‌کند.
-دیزل‌ژنراتورها به طور قابل توجهی بیش از سایر منابع انرژی، محیط را آلوده می‌کنند که نه تنها مونوکسید کربن، بلکه ذرات معلق و اکسیدهای نیتروژن را نیز در جو منتشر می‌کند.
– دیزل‌ژنراتورها منجر به آلودگی صوتی می‌شوند.
– در مقایسه با سایر منابع انرژی،ممکن‌است هزینه اولیه بالایی داشته باشند، همچنین سرویس و نگهداری پرهزینه ای دارند. تعویض منظم روغن مهمترین نیاز در سرویس مداوم موتور دیزل است. دیزل‌ژنراتورهایی که به خوبی نگهداری می‌شوند، می‌توانند برای مدت طولانی دوام بیاورند. در غیر این صورت، به زودی از کار می‌افتند.
– راه اندازی ژنراتور در زمستان ممکن‌است دشوار باشد که برای غلبه بر این مشکل می توان از شمع های گرمکن و سایر اجزای گرمایشی برای گرم کردن موتور، استفاده‌کرد. با این حال، هزینه هایی در این مورد نیز وجوددارد.
– دیزل‌ژنراتورها می‌توانند گازهای مضر و سنگین تولیدکنند.
– حمل و نقل آنها دشواراست.
– دیزل‌ژنراتورها (قابل حمل) اغلب همراه با باتری‌ها، برای ذخیره انرژی استفاده‌می‌شوند، علیرغم اینکه این ترکیب دارای اشکالات قابل توجهی‌است.
برای بسیاری از کاربردها، باتری‌ها خیلی سنگین در نظر گرفته می‌شوند، که سریع تخلیه می‌شوند و زمان زیادی برای شارژ شدن نیازدارند. همچنین، به خوبی می دانیم که باتری‌ها عمر مفید کوتاهی دارند، که باعث اسیدی شدن اتمسفر می‌شوند و تولید آنها، منابع طبیعی ارزشمندی مانند کبالت و نیکل را کاهش‌می‌دهد.
دیزل
معایب اصلی دیزل‌ژنراتورها به شرح زیراست:
– با توجه به قوانین مربوط به انتشار گازهای گلخانه ای، قیمت گازوئیل همچنان به رشد خود ادامه خواهدداد.
– برای ادامه کار ژنراتورها، تعمیر و نگهداری منظم مورد نیازاست.
– تزریق سوخت و سایر قطعات به دلیل عدم پایایی، بیشتر مستعد خرابی‌هستند.
– قیمت قطعات یدکی بالااست و موتورهای دیزلی از قطعات بزرگ و سنگینی تشکیل شده اند که تعمیر آنهاممکن‌است پرهزینه‌باشد.
– آلودگی صوتی یک مشکل جدی‌ست. از آنجایی که موتورهای دیزلی ممکن‌است تا حدودی پر سر و صدا باشند، اغلب دور از محل کار قراردارند.
– دیزل‌ژنراتورها بسیار سنگین و حجیم هستند، بطوریکه نمی توان آنها را متحرک و فشرده‌نامید.
– برای جلوگیری از خوردگی باید آنها را خشک نگه‌داشت.
————————————————–
5- سوالات مرتبط
1) چه نوع موتوری در دیزل‌ژنراتورها استفاده‌می‌شود؟
ژنراتور برق و موتور دیزل برای تولید برق توسط دیزل‌ژنراتور استفاده‌می‌شوند. در بیشتر موارد، دیزل‌ژنراتورها از سوخت مایع یا گاز طبیعی به عنوان سوخت اولیه خود استفاده می‌کنند. اساساً یک دیزل‌ژنراتور با فشرده سازی هوا و سوزاندن سوخت کارمی‌کند.
2) دیزل‌ژنراتورها AC هستند یا DC ؟
با چرخاندن دینام، موتور دیزل یک جریان الکتریکی AC ایجاد می‌کند و تجهیزات الکتریکی از این طریق تغذیه می‌شوند.
————————————————–
مرجع