دیزل ژنراتور چیست؟
یک دیزل ژنراتور (Diesel Generator) یا به عبارت بهتر، ژنراتور دیزلی، که گاهی موتور برق نیز نامیده میشود، انرژی مکانیکی (حرکتی) را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. در واقع، یک ژنراتور دیزلی ترکیبی از یک موتور دیزلی (برای چرخاندن ژنراتور) و یک آلترناتور یا ژنراتور الکتریکی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده میشود. ژنراتورهای دیزلی اغلب در موارد اضطراری و شرایطی که برق شبکه در دسترس نیست مورد استفاده قرار میگیرند.
اصول عملکرد یک ژنراتور دیزلی بر اساس قانون پایستگی انرژی است؛ یعنی «انرژی نه میتواند ایجاد شود و نه از بین برود، بلکه از نوعی به نوع دیگر تبدیل میشود.» دیزل انرژی شیمیایی دارد و در طول احتراق انرژی شیمیایی آن به انرژی گرما و نیرو تبدیل میشود. این نیرو به عنوان انرژی مکانیکی شناخته شده و آلترناتور را میچرخاند. چرخش آلترناتور نیز موجب تولید برق میشود. احتراق، فرایند آتش گرفتن سوخت در هوای بسیار متراکم است و دمای آن به ۷۵۰ درجه سانتیگراد میرسد.
عملکرد دیزل ژنراتور به طور خلاصه طی چهار مرحله مکش، تراکم، احتراق و تخلیه صورت میگیرد.
مرحله مکش
با باز شدن شیر ورودی، پیستون از مرکز جابهجا شده و هوار به سیلندر کشیده میشود. وقتی هوا به اندازه کافی با فشار وارد شد، شیر مکش در انتهای این مرحله بسته میشود.
مرحله احتراق
در این مرحله، سوخت به هوای متراکم داغ وارد میشود و شروع به سوختن کرده و فشار را حفظ میکند و هنگامی که پیستون به مرکز فوقانی برسد، تأمین سوخت متوقف میشود. تزریق سوخت در انتهای مرحله مکش تا رسیدن به نقطه قطع ادامه مییابد. در این حالت، شیر ورودی و تخلیه بسته میمانند و گازهای داغ و هوای فشرده در سیلندر پخش میشود و سبب حرکت پیستون به سمت پایین میشود تا اینکه به نقطه پایین برسد.
مرحله تخلیه
در این مرحله، پیستون دوباره به سمت بالا حرکت میکند و اجازه میدهد شیرهای تخلیه باز شده و شیر سوخت بسته شوند. گازهای سوختِ محترق شده، به دلیل انبساطی که دارند، فرار میکنند و با حرکت پیستون به بالا، گازهای باقیمانده از طریق دریچه اگزوز به بیرون رانده میشوند. با پایان یافتن این مرحله، شیرهای تخلیه بسته شده و چرخه کامل میشود.
تصویر متحرک زیر، این مراحل را به خوبی نشان میدهد.
ساختار دیزل ژنراتور
بخشهای اصلی دیزل ژنراتور در شکل زیر نشان داده شدهاند.
در ادامه، بخشهای مهم آن را توضیح خواهیم داد.
موتور
موتور (Engine) همانگونه که از نامش پیداست، مانند موتور یک وسیله نقلیه است، با این تفاوت که منبع انرژی الکتریکی بزرگتری دارد و میتواند انرژی الکتریکی بیشتری تولید کند.
آلترناتور
این بخش، انرژی مکانیکی حاصل از چرخش محور را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. آلترناتور یکی از جذابترین بخشهای ژنراتور دیزلی است. فارادی در اوایل دهه ۱۸۳۰ القای الکترومغناطیسی را کشف کرد (یا حداقل، توصیف کرد).
القای الکترومغناطیسی بیان میکند که اگر سیم (یا هر هادی الکتریکی) را در یک میدان مغناطیسی جابهجا کنیم، جریان الکتریکی در سیم «القا میشود». اگر سیم همچنان ثابت باشد و میدان مغناطیسی حرکت کند، باز هم چنین پدیدهای رخ میدهد. حرکت در یک میدان مغناطیسی باعث میشود الکترونها از سیم عبور کنند. اگر سیم از شمال به جنوب حرکت کند، الکترونها از یک طرف جریان مییابند، و اگر از جنوب به شمال برگرد، به طرف دیگر جریان پیدا میکنند.
هرچه میدان قویتر و سیم طولانیتر باشد، میزان جریان القاشده بیشتر میشود. ژنراتورهای مدرن با قرار دادن چندین آهنربای بزرگ و قوی در یک خوشه در اطراف محور چرخشی مرکزی کار میکنند. بخش چرخان ژنراتور، «روتور» نامیده میشود. مولدهای میدان مغناطیسی ممکن است آهنربا یا الکترومغناطیس دائمی باشند، اما باید یک میدان مغناطیسی تولید کنند که چرخش موتور باعث آن میشود. مؤلفه مهم دیگر، «استاتور» آلترناتور است که در اصل به صورت سیمپیچیهای محکم بسته شده است و همه در نزدیکی روتور و اطراف آن وجود دارند. هنگامی که یک نیروی خارجی (مانند موتور دیزل) شافت مرکزی را چرخانده باشد، قطبهای شمال و جنوب میدان مغناطیسی روتور در امتداد سیمپیچیهای استاتور حرکت میکنند. این موضوع باعث میشود جریان الکتریکی زیادی در سیمپیچها القا شود که آن را جریان متناوب مینامیم.
سیستم سوخت
سوخت ژنراتورهای دیزلی، دیزل یا همان گازوئیل است. بارزترین قسمت این بخش، مخزن است که سوخت لازم را برای حداقل ۶ تا ۸ ساعت کار نگهداری میکند. در واحدهای کوچک و قابل حمل، این مخزن ممکن است در داخل محفظه ژنراتور باشد، یا برای واحدهای بزرگتر، در یک ساختار خارجی جداگانه و دائمی نصب شود. سایر قسمتهای سیستم سوخت شامل لولهکشی برای رساندن سوخت به موتور، پمپ، فیلتر و لوله یا شیر تهویه مخزن سوخت است که از فشار بیش از حد یا خلاء داخل مخزن جلوگیری میکند. همچنین یک اتصال سرریز وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که در صورت پر شدن مخزن، سوخت روی سطح موتور یا آلترناتور پاشیده نمیشود.
رگولاتور ولتاژ
این بخش از ژنراتور دیزلی، نسبتاً پیچیده، اما مهم است. بدون این سیستم، ولتاژ و آمپراژ با تغییر سرعت موتور تغییر میکنند. از آنجایی که امروزه لوازم الکتریکی باید با یک منبع بسیار مطمئن تغذیه شوند، برخی الزامات در خروجی ژنراتور لازم است. توضیح ساختار رگولاتور اندکی پیچده است و در این آموزش نمیگنجد. در اینجا کافی است بدانیم که کار رگولاتور تنظیم ولتاژ خروجی در یک مقدار مناسب و استاندارد است.
سیستم خنککاری
دقیقاً مانند یک وسیله نقلیه، موتور علاوه بر انرژی مکانیکی مقداری زیادی گرمای اتلافی تولید میکند. توانی که در آلترنانور برقرار است نیز از طریق گذر جریان از سیمهایی که دارای مقاومت هستند، گرما تولید خواهد کرد. باز هم مشابه یک خودرو، این گرما با یک مایع خنککننده، غالباً اما نه لزوماً آب، خنک میشود. مایع خنککننده پس از خنککاری از مبدل حرارتی عبور میکند و گرما را به طور معمول در هوا و یا گاهی اوقات درون یک مایع خنککننده ثانویه تخلیه میکند.
سیستم تخلیه
تمام موتورهای احتراق داخلی گازهایی تولید میکنند. این گازها بعضاً سمی هستند و باید دور از خود موتور و افراد اطراف آن باشند. اگزوزها لولههایی هستند که از مسیری عبور داده شده و به هوای خارج هدایت میشوند. معمولاً مقررات مربوط به بهداشت و ایمنی در مورد چگونگی و محل قرارگیری سیستمهای اگزوز وجود دارد و قبل از نصب ژنراتور جدید باید به این موارد دقت کرد.
سیستم روغنکاری
هر موتوری به روغنکاری نیاز دارد که با یک پمپ روغن و مخزن متصل به موتور انجام میشود. در مورد موتور دیزلی ژنراتور نیز این امر صادق است.
سیستم راهاندازی و باتری
باز هم، مشابه یک خودرو، موتور دیزلی برای شروع به کار یک موتور الکتریکی کوچک لازم دارد. این موتور راهانداز الکتریکی، انرژی خود را از یک باتری میگیرد که با یک شارژر جدا یا خروجی خود ژنراتور شارژ میشود.
تابلوی کنترل
تابلوی کنترل جایی است که توسط آن، عملکرد ژنراتور کنترل میشود. کنترلها و خروجیهای متداول تابلوهای کنترل، اغلب شامل اجزای زیر هستند:
- کنترل روش/خاموش (دستی، خودکار یا هردو)
- کلید انتخاب فاز
- کلید فرکانس
- کلید مُدِ موتور
- سوخت موتور
- روغن موتور
- سرعت موتور
- دمای خنککاری
- شارژ باتری
- ولتاژ خروجی ژنراتور
- جریان خروجی ژنراتور
- توان خروجی ژنراتور (بر حسب کیلوولت-آمپر)
- فرکانس توان AC
اتاق و بدنه
ژنراتور دیزلی در یک محفظه ضدآب، قاب سازهای، یا واحد قابل حمل قرار داده میشود. همه این موارد برای نگه داشتن محکم اجزای متصل در کنار هم است. علاوه بر این، بدنه تضمین میکند که اجزای الکتریکی به صورت ایمن زمین شدهاند.
کانوپی
یک دیزل ژنراتور را میتوان در یک پوشش عایق صوتی به نام کانوپی (Canopy) قرار داد که صدای ناشی از آن را به خوبی کاهش میدهد. در این صورت، دیزل ژنراتور را ژنراتور سایلنت یا ساکت میگویند.
