علم و فناوری و توان مکانیکی

دانلود پایان نامه

جزو ماشین های الکتریکی ac هستند که قادرند توان مکانیکی را به توان الکتریکی متناوب تبدیل کنند. در ابتدا لازم است با مفهوم سنکرون بودن ژنراتور آشنا شویم. این نوع از ژنراتور ها به این دلیل سنکرون نامیده می شوند که سرعت گردش قسمت مکانیکی آن برابر سرعت گردش فرکانس یا قسمت الکتریکی آن است.
با گسترش علم و فناوری ژنراتور های سنکرون خود را در صنعت جای دادند به طوریکه در نیروگاه های تولید برق از ژنراتور سنکرون سه فاز برای تولید برق استفاده می شود و از آنها به عنوان قلب تپنده تولید انرژی الکتریکی یاد می شود. بیشتر ژنراتور های سنکرون سه فاز هستند و بحث در مورد این نوع از ژنراتور ها معطوف به نوع سه فاز آن است.
این نوع از ژنراتور ها ساختاری متفاوت با ژنراتور های القایی دارند و این تفاوت در تعداد و نوع تحریک این ژنراتور هاست. در ژنراتور های سنکرون سیم پیچی های رتور، به یک منبع تغذیه DC وصل می شود تا تحریک رتور انجام پذیرد و در قسمتی دیگر از استاتور آن ها جریان متناوب (ac) عبور می کند شاری که .در فاصله هوایی (air gap) بین رتور و استاتور بوجود می آید حاصل از جریان های استاتور و رتور است.
در ژنراتور سنکرون سیم پیچی استاتور به دلیل اینکه ولتاژ اصلی ماشین را تولید می کند به سیم پیچی آرمیچر، و سیم پیچی رتور به دلیل اینکه میدان اصلی مغناطیسی ماشین را تولید می کند به سیم پیچی میدان معروف است.
2-6-1 رتور در ژنراتور سنکرون
رتور ژنراتور سنکرون یک سیستم الکترومغناطیسی است. قطب های موجود در رتور این نوع از ژنراتور ها به دو شکل وجود دارد. قطب برجسته و قطب صاف یا استوانه ای. این نام گذاری از روی نسبت سطح قطب ها به خود رتور آمده است به طوری که در رتور قطب برجسته قطب ها با یک برآمدگی نسبت به رتور دیده می شوند و در رتور قطب صاف رتور و قطب در یک سطح قرار دارند. چون رتور ها در معرض میدان های مغناطیسی متفاوت هستند آن ها را از لایه های نازک می سازند تا تلفات جریان گردابی کاهش یابد.
رتور با قطب برجسته: در آن برجستگی های قطب مشهود است و قطب ها توسط سیم پیچی تحریک یا سیم پیچی میدان تحریک می شوند. واضح است که در این نوع ماشین ها شکاف هوایی غیر یکنواخت است. در زیر قطب ها شکاف هوایی کم و در میان قطب ها شکاف هوایی زیادی حاصل می شود. این نوع از رتور ها معمولا برای ژنراتور هایی با چهار قطب یا بیشتر کاربرد دارد.
از این رتور ها برای ژنراتور هایی که سرعت سنکرون آن ها کم است استفاده می شود.
رتور استوانه ای یا قطب صاف: در این نوع رتور ها شکاف هوایی درون ژنراتور یکنواخت است و رتور به صورت یک استوانه نسبتا کامل ساخته می شود. از این نوع رتور ها برای ژنراتورهایی با دو یا چهار قطب استفاده می شود.
از این رتور ها برای ژنراتور هایی که سرعت سنکرون آن ها زیاد است استفاده می شود مانند نیرو گاه های بخاری.
2-6-2 ساختمان و اساس کار
در مباحث قبل مختصری راجع به ساختمان ژنراتور سنکرون گفته شد. حال به بر رسی دقیق تر اجزا و فرآیند ها می پردازیم.
استاتور ژنراتور سنکرون سه فاز حاوی سیم پیچی سه فازی است که درون شیار های استاتور جاسازی شده و در طول محیط آن پخش و توزیع گردیده اند. استاتور ژنراتور سنکرون سه فاز شبیه ژنراتور القایی سه فاز است. استاتور در ژنراتور بار را تغذیه می کند و جریان آن همواره متناوب است.
شکل روبرو را در نظر بگیرید، فرض می کنیم اگر جریان DC از سیم پیچی تحریک (رتور) بگذرد شاری با توزیع سینوسی در شکاف هوایی ایجاد می کند. حال اگر رتور توسط محرک اولیه مثل موتور دیزل یا توربین یا موتور DC چرخانده شود، یک میدان گردان در شکاف هوایی حاصل می شود. به این میدان لفظ میدان تحریک نیز اطلاق می شود.
این میدان در سیم پیچ های سه فاز آرمیچر (aa’ , bb’, cc’,o) ولتاژ القا می کند و این سه ولتاژ القایی در شکل نشان داده شده است. این ولتاژ ها از نهر دامنه یکسان، اما با هم 120 درجه اختلاف فاز الکتریکی دارند. به این ولتاژ ها نام های ولتاژ القا شده، ولتاژ تولید شده، ولتاژ داخلی، ولتاژ تحریک اطلاق می شود.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   تحلیل انتقادی گفتمان و تاثیرات اجتماعی

2-7- ژنراتورهای القایی یا آسنکرون
یکی از حالت‌های عملکردی ماشین‌های الکتریکی القایی (آسنکرون)، حالت ژنراتوری است، بدین معنی که در شرایط خاص کاری، می‌تواند انرژی مکانیکی دریافتی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. به‌عبارت‌دیگر ژنراتور القایی یا ژنراتور آسنکرون نوعی ژنراتور الکتریکی جریان متناوب است که می‌توان با به‌کارگیری اصول موتورهای القایی از آن در تولید برق نیز استفاده کرد. یک موتور القایی معمولی نیز بدون نیاز به هیچ‌گونه اصلاحات یا تغییراتی در ساختمان داخلی آن می‌تواند به یک ژنراتور القایی تبدیل شود؛ برای این عمل نیاز است تا یک گرداننده خارجی به‌صورت مکانیکی روتور موتور القایی را با سرعتی بیش از سرعت سنکرون به حرکت درآورد که در این حالت لغزش ماشین منفی شده و موتور القایی به‌عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند. ژنراتورهای القایی به این دلیل که تقریباً به هیچ تنظیمی نیاز نداشته و کنترل نسبتاً ساده‌ای دارند، به‌طورمعمول در نیروگاه‌های بادی، نیروگاه‌های آبی کوچک و یا سیستم‌های بازیابی گرما و کاهش فشار گاز بالا به فشار پایین به کار گرفته می‌شوند. ژنراتورهای القایی برای تأمین توان باید همواره به یک سیستم قدرت متصل باشند و این توانایی را ندارند تا به‌صورت بلک استارت در یک سیستم فاقد توان (قطع‌شده) راه‌اندازی شده و شبکه را برق‌دار کنند.
با توجه به اینکه در کشور ما نیز جایگاه‌های فراوان جهت احداث نیروگاه‌های بادی کوچک وجود دارد و فعالیت‌هایی نیز درزمینه شناسایی، طراحی و اجرای آن‌ها در جریان است، ضروری است مسائل فنی و اقتصادی استفاده از این ژنراتورها موردبررسی قرار گیرد.
ژنراتور القایی، یک موتور القایی از نوع روتور قفس سنجابی است که با یک محرک اولیه در مافوق سرعت سنکرون گردانده و برای تولید نیروی برق استفاده می‌شود و ساختار و مشخصه‌های آن عیناً مثل روتور القایی است.
ساختارهای روتور و یاتاقان‌های آن برای تحمل سرعت فرار توربین طراحی شده است.

شکل2-7- مدار معادل یک ژنراتور القایی