انواع دیزل ژنراتور

دیزل ژنراتور ماشین بسیار مفیدی است که با سوزاندن سوخت دیزل برق تولید می‌کند. این ماشین با ترکیبی از یک ژنراتور الکتریکی و یک موتور دیزل برای تولید برق استفاده می‌شود. این نوع ژنراتور به‌عنوان منبع مهم انرژی الکتریسیته در مواقعی که منبع اصلی برق قطع می‌شود کاربرد مهمی دارد. در این مقاله تلاش شده تا اطلاعات مفیدی درباره اجزای دیزل ژنراتور، موارد کاربرد و انواع آن و همچنین پاسخ به این سوال که دیزل ژنراتور چگونه کار می کند؟ ارائه شود.

دیزل ژنراتور چیست؟

یک مجموعه ژنراتور که گاهی اوقات «ژنست» نامیده می‌شود، واحدی از تجهیزات است که از یک موتور و یک ژنراتور الکتریکی (آلترناتور) برای تولید انرژی الکتریکی از سوخت ساخته شده است. در این مورد موتور دیزلی با احتراق تراکمی که برای کار با سوخت دیزل ساخته شده، توسط بسیاری از کسب و کارها و سایر سازمان‌ها برای تامین نیروی الکتریکی مورد نیاز آنها در هنگام بریدگی یا خاموشی استفاده می‌شود. هنگام وقفه در برق اصلی، همچنین می‌توانند به‌عنوان منبع برق پیوسته در بسیاری از موارد مانند برق‌رسانی به خانه‌های خارج از شبکه استفاده شوند. انواع مختلفی از ژنراتورها و پیکربندی‌های متفاوتی از آنها وجود دارد، اما همه آنها اساساً یکسان کار می‌کنند و اجزای اصلی یکسانی دارند.

تفاوت دیزل‌ژنراتور با دیگر موتورها

موتور دیزلی مورد استفاده در اصل یک موتور احتراق داخلی است. برخلاف موتورهای بنزینی، موتور دیزل از گرمای تراکم برای احتراق و سوزاندن سوختی که به محفظه تزریق شده استفاده می‌کند.
به طور کلی موتورهای دیزلی بالاترین راندمان حرارتی را نسبت به موتورهای احتراق داخلی دارند که امکان دستیابی به درصد تقریبی از راندمان کارنو را فراهم می‌کند. موتورهای دیزلی می‌توانند از مشتقات بسیاری از نفت خام کار کنند. سوخت‌هایی که یک موتور دیزل ممکن است برای احتراق استفاده کند شامل گاز طبیعی، الکل‌ها، بنزین، گاز چوب و گازوئیل است.

تطبیق پذیری دیزل ژنراتور

این ژنراتور در بسیاری از صنایع مختلف در سراسر جهان استفاده می‌شود. این ژنراتورها اغلب در مکان‌هایی راه‌اندازی می‌شوند که به شبکه برق متصل هستند و در واقع این قابلیت را دارند که به عنوان منبع اصلی برق یا برای سیستم پشتیبان مورد استفاده قرار گیرند. این ژنراتورها همچنین می‌توانند برای جبران نیازهای پیکینگ برق در شبکه مورد استفاده قرار گیرند، زیرا می‌توانند به سرعت روشن و خاموش شوند بدون اینکه تاخیر ایجاد شود.

دیزل ژنراتورهای مورد استفاده در محیط‌های مسکونی می‌توانند از 8 تا 30 کیلو وات متغیر باشند. در حالی که ژنراتورهای مورد استفاده برای تنظیمات تجاری می‌توانند از 8 کیلو وات تا 2000 کیلو وات متغیر باشند. کشتی‌های بزرگ نیز از ژنراتورهای دیزلی برای مقاصد نیروی کمکی استفاده می‌کنند که می‌تواند از چراغ‌ها، فن‌ها و سوئیچ‌ها تا تکمیل نیرو به سیستم پیشرانه باشد.

تولید آلاینده‌ها

سوزاندن گازوئیل یا سوخت‌های دیگر باعث ایجاد گازهای خروجی می‌شود. این سوخت‌ها دی‌اکسید کربن (CO2)، اکسید نیتروژن (NOx) و ذرات معلق تولید می‌کند. ژنراتورها این گازها را در جو منتشر می‌کنند و کیفیت هوا را در مناطق مجاور به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهند. هر لیتر سوخت 0.73 کیلوگرم کربن خالص دارد، 2.6 کیلوگرم دی اکسید کربن در هر لیتر سوخت دیزل آزاد می‌شود.

دیزل ژنراتور چگونه کار می کند؟

این ژنراتور انرژی مکانیکی (حرکت) را به برق تبدیل می‌کند و آن را از طریق کابل‌های برق هدایت می‌کند. تصور جریان الکتریسیته از سیم‌ها به همان شکلی که آب در لوله‌ها جریان دارد، می‌تواند مفید باشد. ژنراتور را می‌توان نوعی «پمپ الکتریکی» در نظر گرفت که باعث می‌شود الکتریسیته از طریق سیم‌ها جریان یابد. در واقع الکترون‌هایی را که در سیم‌ها جریان می‌یابند، ایجاد نمی‌کند یا از بین نمی‌برد، همان طور که یک پمپ آب، آب جدید ایجاد نمی‌کند، بلکه فقط باعث می‌شود که به شکل مفیدی حرکت کند.

دیزل ژنراتور بخشی از انرژی شیمیایی موجود در سوخت دیزل را از طریق احتراق به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و سپس این انرژی مکانیکی یک میل لنگ را برای تولید برق می‌چرخاند.

بارهای الکتریکی در سیم‌ها با حرکت آن در یک میدان مغناطیسی القا می‌شود. در یک کاربرد ژنراتور الکتریکی، دو آهنربای پلاریزه میدان مغناطیسی را تولید می‌کنند. سپس یک سیم به دور میل لنگ ژنراتور چندین بار پیچیده می‌شود که بین آهنرباها و در میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد.

هنگامی که موتور دیزل میل لنگ را می‌چرخاند، سیم‌ها در سراسر میدان مغناطیسی حرکت می‌کنند که می‌تواند بارهای الکتریکی را در مدار القا کند. یک قانون کلی این است که یکژنراتور 0.4 لیتر دیزل به ازای هر کیلو وات ساعت تولیدی مصرف می‌کند.

اجزای دیزل ژنراتور

در ادامه با اجزای دیزل ژنراتور بیشتر آشنا می‌شویم:

موتور

این معمولاً یک موتور دیزلی است که دقیقاً مانند آن که در یک وسیله نقلیه بزرگ هر چه منبع انرژی مکانیکی بزرگ‌تر باشد، قدرت الکتریکی بیشتری می‌تواند از «انتهای دیگر» خارج شود، عمل می‌کند.

آلترناتور

این قسمتی است که انرژی مکانیکی (چرخش شفت) را از طریق القا به نیروی الکتریکی تبدیل می‌کند. دینام یکی از جذاب‌ترین بخش‌های یک ژنراتور است. فارادی در اوایل دهه 1830 فرآیند «القای الکترومغناطیسی» را کشف کرد. این اصل بر این باور است که اگر یک سیم (یا هر رسانای الکتریکی) را در یک میدان مغناطیسی حرکت دهید، جریان الکتریکی در سیم «القا» می شود.

اگر سیم ثابت باشد و میدان مغناطیسی حرکت کند، همین امر صادق است. حرکت به سادگی در یک میدان مغناطیسی باعث می‌شود که الکترون‌ها از طریق سیم جریان پیدا کنند. اگر سیم به سمت شمال به جنوب حرکت کند، الکترون‌ها از یک طرف جریان پیدا می‌کنند و اگر به سمت جنوب به شمال برگردد، به سمت دیگر جریان پیدا می‌کنند.

هر چه میدان قوی‌تر و سیم بلندتر باشد، مقدار جریان القایی بیشتر است. دیزل ژنراتورهای مدرن با قرار دادن چندین آهنربای بزرگ و قدرتمند در یک خوشه در اطراف یک محور مرکزی و چرخان کار می‌کنند. به این «روتور» یا «آرماتور» می‌گویند. آهنرباها ممکن است از جمله آهنرباهای دائمی یا الکترومغناطیس به شمار آیند، اما نکته مهم این است که آنها یک میدان مغناطیسی تولید می‌کنند که موتور عامل چرخش آن است.

استاتور

یکی دیگر از اجزای فرعی مهم دینام «استاتور» است که اساساً مجموعه‌ای از سیم‌پیچ‌های محکم بسته‌بندی شده است که همگی در اطراف روتور بسته می‌شوند. هنگامی که یک نیروی خارجی (مانند یک موتور دیزل) باعث چرخش شفت مرکزی می‌شود، روتور به شکل مداوم قطب‌های شمال و جنوب میدان(های) مغناطیسی خود را در سراسر بسته‌های سیمی که آنها را احاطه کرده است، به حرکت درمی‌آورد. این کار باعث می‌شود جریان الکتریکی زیادی از طریق سیم‌ها به جلو و عقب جریان یابد – چیزی که ما آن را «جریان متناوب» یا «برق AC» می‌نامیم.

سیستم سوخت

سیستم سوخت معمولاً منبع سوخت دیزل ژنراتور برای موتور است. واضح‌ترین قسمت مخزنی است که سوخت کافی برای حداقل 6-8 ساعت کارکرد را در خود نگه می‌دارد. این مخزن ممکن است در داخل محفظه ژنراتور برای واحدهای کوچک‌تر یا قابل حمل باشد یا ممکن است یک ساختار خارجی جداگانه برای واحدهای بزرگ‌تر و دائماً نصب شده‌باشد.

سایر قسمت‌های سیستم سوخت شامل لوله‌کشی برای رساندن سوخت به موتور، پمپ بنزین مشابه آنچه در بیشتر خودروها وجود دارد، فیلتر سوخت و لوله یا دریچه تهویه برای مخزن سوخت است که از فشار بیش از حد یا خلاء داخل آن جلوگیری می‌کند. همچنین یک اتصال سرریز وجود خواهد داشت که اطمینان حاصل می‌کند که اگر مخزن بیش از حد پر شود، سوخت از کانال خارج می‌شود و به سادگی روی سطح موتور یا دینام پاشیده نمی‌شود.

تنظیم کننده ولتاژ

این یک جزء نسبتاً پیچیده‌‌ومهم در دیزل ژنراتور است. بدون آن، ولتاژ و آمپر جریان AC ارائه می‌شود با توجه به سرعت موتور متفاوت خواهد بود. از آنجایی که تجهیزات الکتریکی مدرن به یک منبع تغذیه بسیار ثابت متکی هستند، برای تراز کردن آن به چیزی نیاز است. عملکرد یک تنظیم کننده ولتاژ کاملاً هوشمندانه و خارج از محدوده این مقاله است. فعلاً دانستن اینکه چه کاری انجام می‌دهد، کافی است.

سیستم خنک کننده

درست مانند یک وسیله نقلیه، موتور علاوه بر انرژی مکانیکی، مقدار زیادی گرما تولید می‌کند. نیرویی که در دیزل ژنراتور از طریق دینام جریان پیدا می‌کند نیز از طریق مقاومت الکتریکی خود سیم‌ها گرما تولید می‌کند. دوباره مانند ماشین شما، این گرما توسط یک مایع خنک‌کننده جذب می‌شود و سپس از طریق یک مبدل حرارتی می‌گذرد و گرمای خود را معمولاً به هوا یا گاهی اوقات به یک مایع خنک‌کننده ثانویه می‌ریزد.

سیستم اگزوز

همه موتورهای احتراق داخلی گازهای خروجی از اگزوز تولید می‌کنند. این گازها سمی هستند و باید از خود موتور و افراد مجاور دور شوند. گازهای خروجی معمولاً از طریق لوله‌ها هدایت و به هوای بیرون تخلیه می‌شوند. معمولاً مقررات ایمنی و بهداشتی در مورد نحوه و مکان سیستم‌های اگزوز وجود دارد، بنابراین قبل از نصب دیزل ژنراتور جدید با دقت عمل کنید.

سیستم روانکاری (روغن)

هر موتوری نیاز به روغنکاری دارد و این کار توسط یک پمپ روغن و مخزن متصل به خود موتور انجام می‌شود.

سیستم استارت و باتری

درست مانند یک ماشین یا کامیون، موتور دیزل برای شروع به کار به یک موتور الکتریکی کوچک متکی است. این موتور برقی توسط یک باتری تغذیه شده‌که توسط یک شارژر جداگانه یا خود خروجی ژنراتور شارژ می‌شود.

کنترل پنل

پانل کنترل جایی است که دیزل ژنراتور با آن کار می‌کند. کنترل‌ها و خروجی‌های معمولی که در اکثر پانل‌های کنترل وجود دارد عبارتند از:

• کنترل‌های شروع/ خاموش (دستی، خودکار یا هر دو)
• کلید انتخاب فاز
• سوئیچ فرکانس
• سوئیچ حالت موتور
• سوخت موتور
• روغن موتور
• سرعت موتور
• دمای مایع خنک کننده
• شارژ باتری
• ولتاژ خروجی ژنراتور
• جریان خروجی ژنراتور (امپراژ)
• خروجی ژنراتور برحسب کیلو ولت آمپر
• فرکانس برق AC

قاب

مجموعه دیزل ژنراتور در یک محفظه مقاوم در برابر آب و هوا، یک قاب ساختاری باز یا یک واحد قابل حمل قرار خواهد گرفت. همه این عملکردها اجزای سازنده را در کنار هم و محکم نگه می‌دارند و همچنین تضمین می‌کنند که تمام اجزای الکتریکی به طور ایمن به زمین متصل شوند.

سایبان

این ژنراتور همچنین می‌تواند در یک سایبان با آکوستیک پوشش داده‌شود که به طور چشمگیری سطح دسی‌بل را کاهش می‌دهد. با این کار صدای موتور می‌تواند بسیار کاهش پیدا کند. ژنراتوری با سایبان صوتی که سایر عناصر را نیز پوشش می‌دهد، اغلب به‌عنوان دیزل ژنراتور بی صدا شناخته می‌شود.

انواع دیزل ژنراتور

موتور دیزل دینام را می‌چرخاند و جریان الکتریکی AC ایجاد می‌کند. این کار برای تغذیه تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. آنها می‌توانند برای تامین طیف وسیعی از مکان‌ها مانند مدارس، بیمارستان‌ها، کارخانه‌ها و خانه‌ها استفاده شوند. همچنین می‌توان از آنها به‌عنوان منبع اصلی برق و یا در صورت قطع برق استفاده کرد.

دیزل ژنراتور بر اساس موارد کاربرد رتبه‌بندی‌های مختلفی دارند و چهار رتبه بندی اصلی وجود دارد. حالت آماده‌به کار اضطراری (ESP) و توان زمان محدود (LTP) برای موارد آماده به کار، برق مستمر (COP) و توان رتبه اول (PRP) زمانی که به‌عنوان منبع اصلی برق استفاده می‌شود.

آماده به کار

دیزل ژنراتورها وقتی به‌عنوان «آماده‌به کار» استفاده می‌شوند، معمولا چیزی به نام سوئیچ انتقال دارند که یک دستگاه مکانیکی است که همزمان با منبع تغذیه، اتصال ژنراتور به بار را متوقف می‌کند. هنگامی که برق اصلی وجود دارد، اتصال یک ژنراتور در همان زمان باید با کنترل‌های خاصی انجام شود تا آنها را به صورت موازی اجرا کنند.

بدون این سیستم کنترل، آسیب جدی به ژنراتور می‌تواند منجر به آتش‌سوزی شود. هنگامی که منبع تغذیه قطع می‌شود، اتصال یک ژنراتور بدون جدا کردن آن از شبکه منجر به تغذیه مجدد شبکه می‌شود.

منبع اصلی برق

هنگامی که دیزل ژنراتور به عنوان «منبع اصلی برق» استفاده می‌شود (مثلاً هنگامی که منبع تغذیه وجود ندارد، یا شبکه برق آنقدر ضعیف است که نمی‌توان از آن استفاده کرد) به آن «حالت جزیره‌ای» می‌گویند. در جاهایی که نیازهای بزرگ‌تر برای توان وجود دارد، چندین واحد کوچک‌تر را می‌توان با استفاده از فرآیندی به نام همزمان‌سازی به طور موازی به یکدیگر متصل کرد.

آیا دیزل ژنراتورها نیاز به نگهداری دارند؟

این ژنراتورها نیاز به تعمیر و نگهداری منظم و دقیق در فواصل زمانی معین دارند. این بستگی به سازنده دارد، اما مهم‌ترین موردی که معمولاً باید سرویس شود موتور است. موتورها معمولاً بعد از 250 یا 500 ساعت نیاز به سرویس دارند، اما فاصله سرویس توسط سازنده موتور تعیین می‌شود. اگر این را به خودرویی ربط دهید که با سرعت 50 یا 80 کیلومتر در ساعت و با سرعت 500 ساعت رانندگی می‌کند، مسافتی معادل 25000 مایل یا 40000 کیلومتر است!

معمولاً در یک سرویس معمولی، یک بررسی کامل انجام می‌دهید. فیلتر هوا، فیلتر روغن و فیلتر سوخت را تعویض می‌کنید، روغن و برخی از تسمه‌ها مانند تسمه فن رادیاتور و تسمه دینام را تعویض می‌کنید. نگهداری از ژنراتور بخش مهمی از این اطمینان است که برق را در مواقعی که به آن نیاز دارید به شما می‌رساند.

مزایای دیزل ژنراتورها

این ژنراتورها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بادوام و همچنین کارآمد باشند. مزایا می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• ساخت محکم‌تر با فلزات قوی‌تر، موتورهای بزرگ‌تر و اجزای خنک کننده
• هزینه‌های تعمیر و نگهداری کمتر به دلیل عدم وجود شمع برای احتراق جرقه
• خروجی صدای کمتر و نگهداری کلی کمتر در مقایسه با ژنراتورهای گاز طبیعی
• طول عمر کلی و طول عمر بیشتر
• مصرف سوخت کارآمد
• فواصل سرویس و نگهداری طولانی‌تر در مقایسه با ژنراتورهای گاز طبیعی

حالت‌های کار ژنراتورها کدامند؟

این ژنراتور بسته‌به کاربرد مورد نیاز برای تامین برق، دارای طیف وسیعی از حالت‌های عملکردی است. این حالت‌های عملیاتی را می‌توان به طور کلی تعریف کرد، اما می‌توان سناریوهایی را نیز داشت که ترکیبی از این حالت‌ها هستند.

دیزل ژنراتور در حالت جزیره‌ای یا مستقل

ژنراتور در حالت جزیره‌ای یا مستقل به سیستمی اطلاق می‌شود که ژنراتورها تنها منبع انرژی هستند و برق اصلی در دسترس نیست. در این مثال ژنراتور اغلب تنها منبع برق است و ممکن است برای شارژ منابع انرژی جایگزین مانند باتری‌ها، به منظور کاهش زمان کلی کار و مصرف سوخت استفاده شود.

دیزل ژنراتور در حالت آماده‌به کار

حالت آماده‌به کار این ژنراتور به‌عنوان پشتیبان منبع تغذیه کار می‌کند. هنگامی که برق از کار می افتد، ژنراتور شروع به کار می‌کند و یک پانل انتقال خودکار (ATS) منبع تغذیه بار را از شبکه به ژنراتور تغییر می‌دهد. این حالت معمولاً شامل یک دوره کوتاه بدون برق است، مگر اینکه پشتیبان‌گیری کوتاه مدت در دسترس باشد مانند یک سیستم UPS.

دیزل ژنراتور موازی با برق

این ژنراتور موازی با شبکه اصلی می‌تواند برای تامین برق اضافی در زمانی که منبع ورودی از شبکه برای پاسخگویی به تقاضای بار کافی نیست استفاده شود. همچنین می‌توان از آن برای صادرات برق به شبکه اصلی برای پشتیبانی از شبکه استفاده کرد. ژنراتورها در این حالت اغلب برای آماده‌به کار حتی در صورت قطع برق نیز استفاده می‌شوند.

نتیجه‌گیری

دیزل ژنراتور همان طور که اشاره شد نوعی ژنراتور است که سوخت آن دیزل است. این ژنراتورها انرژی شیمیایی دیزل را با روش احتراق تبدیل به انرژی مکانیکی می‌کنند و در مرحله بعدی این انرژی مکانیکی با چرخاندن میل ‌لنگ به الکتریسیته تبدیل می‌شود. انواع دیزل ژنراتور در مکان‌ها و صنایع مختلف برای ایجاد اطمینان از تامین مستمر الکتریسیته کاربردهای وسیعی دارد.