ژنراتور مولد برق وسیله ایست جهت تولید برق که نیاز به یک منبع انرژی دیگری جهت چرخش دارد تا بتواند با ایجاد میدان مغناطیسی ، بوسیله القاء ، برق تولید نماید. منبع اولیه میتواند موتور دیزلی ، گازی و بنزینی ، نیروی باد ، توربین بخار یا آب و... باشد. ژنراتور بیشتر به دو صورت ژنراتور تک فاز و ژنراتور سه فاز تولید می شود.
برق خروجی تک فاز معمولا 220 ولت ac و برق خروجی سه فاز ولتاژ 400 ولت متناوب در کاربردهای کوچک و 6300 ولت در کاربردهای بزرگ و نیروگاهی می باشد. در این مقاله ژنراتور سه فاز و مزایای آن را بررسی می کنیم.
ژنراتور سه فاز چیست؟
ژنراتور وسیله‌ای است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع بیرونی را به انرژی الکتریکی بعنوان خروجی تبدیل میکند. این وسیله با استفاده از انرژی مکانیکی عرضه شده و با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیم سیم پیچ‌ها در مدار الکتریکی، برق را به عنوان خروجی سیستم تولید خواهد کرد. این جریان، شارژ الکتریکی جریان الکتریکی عرضه شده توسط ژنراتور است. ژنراتورها انواع مختلفی دارند که بر اساس نوع برق تولیدی به دو مدل تک فاز و سه فاز تبدیل می شوند.
در صنایع بزرگ و کاربردهای بزرگ و صنعتی از ژنراتور سه فاز استفاده می شود. یک ژنراتور سه فاز دست‌کم سه هادی دارد که حامل جریان‌های متناوبی (AC) هستند که این فاز ها با یکدیگر 120 درجه، اختلاف فاز دارند. برق تولیدشده در نیروگاه‌های برق، سه‌فاز است، زیرا با ژنراتور سه‌فاز تولید می شود.ژنراتور سه فاز برای راه‌اندازی دستگاه‌هایی مانند پمپ، الکتروموتور و دستگاه‌هایی که به تغذیه سه فاز نیاز دارند, استفاده میشود.
در ژنراتور سه فاز سیم پیچ ها با فاصله 120 درجه مکانی روی استاتور نصب می‌شوند و برق سه فاز نیز با سه موج سینوسی با فاصله زمانی 120 درجه به ژنراتور القا میشود و این امر باعث ایجاد یک میدان دوار در ژنراتور شده که باعث به حرکت درآمدن آن خواهد شد. در مواردی که برق سه فاز در دسترس نباشد میتوان از اینورتر های مبدل برق استفاده کرد که البته استفاده از این مبدل ها شرایط خاصی دارد.
مزایا ژنراتورسه فاز
از مزایای اصلی برق سه‌فاز نسبت به تکفاز، این است که برق سه‌فاز توان ثابتی را به طور دائمی برای بار الکتریکی (مثلا یک موتور سه‌فاز ) فراهم می کند. به عبارت دیگر، ویژگی جالب برق سه‌فاز این است که حتی توانِ لحظه‌ای آن (Instantaneous Power) هم ثابت است و با زمان تغییر نمی‌کند. این بر خلاف برق تکفاز است، که توان آن با زمان تغییر میکند.
کاربرد ژنراتور سه فاز
برخی از مصرف کننده ها مانند هواکش صنعتی با هر دو نوع برق تک فاز و سه فاز کار میکنند.در چنین شرایطی استفاده از نوع سه فاز اولویت دارد زیرا نویز، لرزش و مصرف برق کمتر و کارایی بالاتری دارند.
- به طور کلی برق منازل مسکونی و واحدهای اداری تک فاز و برق واحدهای تجاری و صنعتی سه فاز است.
- ژنراتور سه فاز بهترین و مقرون به صرفه ترین روش برای انتقال برق است.
- ژنراتورسه فاز عمدتا استفاده صنعتی دارد
- با این حال در منازل مسکونی جهت راه اندازی الکتورموتورهای آسانسور یا پمپ چاه و … مورد استفاده قرار میگیرد.
- برخی از مصرف کننده ها مانند هواکش صنعتی با هر دو نوع برق تک فاز و سه فاز کار میکنند.
ساختار ژنراتور سه فاز
استاتور
استاتور از یک هسته آهنی شیاردار به صورت ثابت ساخته میشود; داخل شیارها سه گروه کلاف به صورتی قرار می‌گیرند که باهم 120 درجه الکتریکی اختلاف فاز داشته باشند. انرژی الکتریکی تولیدی به صورت سه فاز از طریق استاتور به مدارهای خارج منتقل میگردد.
روتور
قسمت گردنده مولد از هسته آهنی شیاردار ساخته میشود و داخل این شیارها سیمهای مسی برای تولید فوران مغناطیسی قرار می‌گیرند.این فوران بوسیله ولتاژ جریان مستقیم تولید میشود. در آلترناتورهای کوچک میتوان انرژی الکتریکی را از قسمت گردنده (روتور) دریافت میگردد. به قسمتی که انرژی الکتریکی تولید میکند، آرمیچر می‌گویند.
پیکربندی ژنراتور سه فاز
در یک ژنراتور سه فاز، 3 سیم پیچ های تک فاز در فاصلهای قرار دارند که یک اختلاف فاز 120 درجه بین ولتاژهای تولید شده در هر سیم پیچ استاتور وجود دارد. 3 فاز مستقل از یکدیگر هستند. ژنراتور سه فاز به دو شکل پیکر بندی می شود که در ادامه این دو روش را توضیح خواهیم داد.
پیکربندی ستاره یا Y
- در یک اتصال ستاره یا Y، یک قسمت سیمی از هر سیم پیچ برای تشکیل یک نول متصل می شود.
- انتهای مخالف هر سیم پیچ، که با عنوان انتهای پایانی شناخته می شود، به ترمینال خط متصل می شود.
- این یک ولتاژ خطی بزرگتر از ولتاژ در هر سیم پیچ ایجاد می کند.
پیکربندی دلتا
- در یک پیکربندی دلتا، انتهای مبدا یک فاز به انتهای پایانی فاز مجاور متصل می شود.
- این یک ولتاژ خطی برابر با ولتاژ فاز تولید میکند.تاسیسات برقی و ژنراتورهای تجاری،توان سه فاز تولید میکنند.
تبدیل ژنراتور سه فاز
یک ژنراتور سه‌فاز را می توان با تغییر اتصال بین سیم پیچ های استاتور آن در داخل یا خارج از سر ژنراتور، به یک ژنراتور تکفاز تبدیل کرد. به عنوان مثال، در مورد ژنراتور 3 فاز، شما 6 پوشش سیم دارید. ژنراتورهای بزرگتر معمولا 12 پوشش از شش کویل دارند و تمام سیمها از ژنراتور بیرون می آیند و باعث می شود که ژنراتور را بتوان به طرق مختلف به صورت زیر تبدیل کرد:
- اتصال کویل ها بصورت سری، ژنراتور را به یک ژنراتور تک فاز تبدیل خواهد کرد.
- با اتصال کویل های مخالف بصورت سری، می توانید ولتاژ خروجی را دو برابر کنید.
- اتصال موازی، شار جریان را دو برابر می کند.
تفاوت ژنراتور سه فاز و تک فاز چیست؟
سیستم‌های سه‌فاز، نسبت به سیستم‌های تکفاز، مزایای اقتصادی و عملکردی فراوانی دارند. برای مثال، در یک توان خروجی مشابه، ژنراتورهای سه‌فاز ارزان‌تر از ژنراتورهای تکفاز هستند، توان تولیدی آنها یکنواخت است و ارتعاش و نویز کمتری دارند. در مدار سه فاز، سه منبع توان AC وجود دارد و کاربرد آن در صنعت بسیار زیاد است. تفاوت اصلی ژنراتورسه فاز نسبت به تک فاز این است که توان ثابتی را به طور دائمی برای مصرف‌کننده فراهم میکند.
به عبارت دیگر حتی توان لحظه‌ای آن (Instantaneous Power) هم ثابت است.و با زمان تغییر نمی‌کند.این بر خلاف برق تک فاز است،که توان آن با زمان تغییر میکند. در نتیجه نویز و لرزش در موتورهای سه فاز نسبت به موتورهای تک فاز به طور محسوسی کمتر است. تفاوت دوم در مقرون به صرفه بودن آن است. همانطور که پیش‌تر اشاره شد این نوع برق در خطوط انتقال مورد استفاده قرار میگیرد. براساس فرمول‌های ریاضی و قوانین الکتریکی که در اینجا قصد وارد شدن به آنها را نداریم, ولتاژ بالاتر در خطوط انتقال باعث کاهش اتلاف انرژی میشود. به همین دلیل ولتاژ برق در خطوط انتقال به 20 هزار ولت و بعضا تا 500 هزار ولت می‌رسد که این ولتاژ بالا فقط با ژنراتور سه فاز میواند تأمین شود.
برای انتقال مقدار مشخصی از بار الکتریکی از طریق کابلهای انتقال برق اگر بخواهیم از ژنراتورتک فاز استفاده کنیم به 6 رشته سیم (3 خط که هر خط یک زوج سیم دارند)مورد نیاز است.در این حالت سه رشته از سیمها فاز 220 ولت هستند و 3 سیم دیگر نول.اما در ژنراتور سه فاز در حالت تئوری به 4 سیم نیاز است (3 رشته برای هر یک از فازها و یک رشته برای نول) اما در خطوط ولتاژ بالا تحت شرایط خاصی میتوان از 3 رشته سیم نیز استفاده کرد.در نتیجه برای انتقال مقدار مشخصی بار الکتریکی در سیستم سه فاز،50درصد در مصرف آلومینیوم مورد نیاز برای کابلهای خطوط انتقال صرفه‌جویی میشود.
نکات مهم در انتخاب ژنراتور
نکات مهم در انتخاب ژنراتور به شرح زیر است:
ظرفیت برق تولیدی
ابتدا برق مورد نیاز اتاق سرور را محاسبه میکنیم.با در نظر گرفتن درصدی بالاتر دستگاه مورد نیاز انتخاب میگردد.
نوع برق خروجی
سه فاز یا تک فاز مورد نیاز می باشد.
نوع سوخت
بر اساس سوخت در دسترس و هزینه آن ژنراتور با سوخت مورد نظر را انتخاب می نماییم.
تابلو ATS
تابلو ATS برای سوییچ اتوماتیک بین برق شهر و ژنراتور به کار می رود.
شرکت سازنده
شرکتهای سازنده این دستگاه را با کیفیت های متفاوتی تولید میکنند;در انتخاب مولد برق اتاق سرور و دیتا سنتر از مارک های معتبر استفاده می کنیم.
لینک های مرتبط :
