یک ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که از یک منبع انرژی مکانیکی تولید انرژی الکتریکی می‌کند. این فرآیند را تولید الکتریسته می‌نامند.

مقدمه

قبل از اینکه ارتباط بین مغناطیس و الکتریسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتیک بهره می‌بردند. ماشین ویمشارت از القای الکتروستاتیک یا تأثیر کردن استفاده می‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تریبوالکتریک برق مالشی برای جدا سازی بارهای الکتریکی با استفاده از اصطکاک بین عایقها استفاده می‌کرد. ژنراتورهای الکتروستاتیک کارآمد نیستند و تنها برای آزمایشات علمی که نیازمند ولتاژهای بالا است، مناسب هستند.

فارادی

در سال 1831–1832م مایکل فارادی کشف کرد که بین دو سر یک هادی الکتریکی که بصورت عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، اختلاف پتانسیلی ایجاد می‌شود. او اولین ژنراتور الکترومغناطیسی را بر اساس این اثر ساخت که از یک صفحه مسی دوار بین قطبهای یک آهنربای نعل اسبی تشکیل شده بود. این وسیله یک جریان مستقیم کوچک را تولید می کرد.

دینامو

دینامو اولین ژنراتور الکتریکی قادر به تولید برق برای صنعت بود و کماکان مهمترین ژنراتور مورد استفاده در قرن بیست و یکم است. دینامو از اصول الکترومغناطیس برای تبدیل چرخش مکانیکی به یک جریان الکتریکی متناوب ، استفاده می‌کند. اولین دینامو بر اساس اصول فارادی در سال 1832 توسط هیپولیت پیکسی که یک سازنده تجهیزات بود، ساخته شد. این وسیله دارای یک آهنربای دائم بود که توسط یک هندل گردانده می‌شد. آهنربای چرخنده بگونه‌ای قرار داده می‌شد که یک تکه آهن که با سیم پوشانده شده بود، از قطبهای شمال و جنوب آن عبور می‌کرد. پیکسی کشف کرد که آهنربای چرخنده ، هر بار که یک قطبش از سیم پیچ عبور می‌کند، تولید یک پالس جریان در سیم می‌کند. به علاوه قطبهای شمال و جنوب آهنربا جریانها را در جهتهای مختلف القا می‌کنند. پیکسی توانست با اضافه کردن یک کموتاتور جریان متناوب تولیدی به این روش را به جریان مستقیم تبدیل کند.

دیناموی گرام

به هر حال هر دوی این طرحها دارای مشکل یکسانی بودند: آنها پرشهای جریانی القا می‌کردند که از هیچ چیز پیروی نمی‌کرد. یک دانشمند ایتالیایی به نام آنتونیو پاسینوتی این مسأله را با جایگزینی سیم پیچ چرخنده توسط یک سیم پیچ حلقه‌ای که او با سیم پیچی یک حلقه آهنی درست کرده بود، حل کرد. این بدان معنی بود که آهنربا همواره از بخشی سیم پیچ عبور می‌کرد که این مسأله موجب یکنواختی جریان خروجی می‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حین طراحی اولین نیروگاه تجاری در پاریس در دهه 1870م ، این طرح را دوباره ابداع کرد. طراحی وی با نام دینامی گرام معروف است. نسخه‌های مختلف و تغییرات زیادی از آن هنگام تا کنون در این طراحی بوجود آمده است، اما ایده اصلی چرخش یک حلقه بی پایان از سیم ، کماکان قلب تمامی دیناموهای پیشرفته باقی ماند.

مفاهیم

دانستن این مطلب مهم است که ژنراتور تولید جریان الکتریکی می‌کنند و نه بار الکتریکی که در سیمهای سیم پیچی‌اش وجود دارد. این تا حدودی شبیه یک پمپ آب است که ایجاد یک جریان آب می‌کند اما خود آب را ایجاد نمی‌کند. ژنراتورهای الکتریکی دیگری هم وجود دارند، اما بر اساس دیگر پدیده‌های الکتریکی نظیر: پیزو الکتریسته و هیدرو دینامیک مغناطیسی ، ساختار یک دینامو شبیه یک موتور الکتریکی است و تمام انواع عمومی دیناموها می‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنین تمامی انواع عمومی موتورهای الکتریکی می‌توانند مانند یک ژنراتور کار کنند.

مباحث مرتبط با عنوان

• الکترومغناطیس
• القای فارادی
• القای مغناطیسی
• تولید الکتریسیته
• جریان الکتریکی
• جریان متناوب
• جریان مستقیم
• دینامو

سیستم عایق‌بندی الکتریکی دستگاههای فشار قوی در تداوم عمر آنها نقش حیاتی دارد. بگونه‌ای که وجود نوع عیب یا نقصی در آن، انهدام دستگاه مربوطه را به همراه خواهد داشت . طراحی و ساخت یک سیستم عایق‌بندی بی‌عیب و نقص تنها پس از کسب اطلاع دقیق از نحوه توزیع کمیتهای میدان الکتریکی میسر می‌شود. هدف از این تحقیق و سریع جهت محاسبه کمیتهای مذکور در فضای داخلی ترانسفورماتورهای فشار قوی بوده است . ترانسفورماتورها از جمله پیچیده‌ترین دستگاههای فشار قوی از نظر توزیع میدان الکتریکی هستند و محاسبه کمیتهای میدان الکتریکی آنها با روشهای تحلیلی امکان‌پذیر نیست . لذا طی بحث کوتاهی در فصل اول روش عددی اجزاء مرزی برای این منظور انتخاب می‌شود. بطور خلاصه علت این انتخاب لزوم انجام محاسبات در سه بعد و وجود لایه‌های باریک از جنس هادی و عایق در فضای مورد محاسبه است . در ادامه فصل اول اجزاء خاصی انتخاب شده‌اند که مدلسازی سطوح مرزی متنوع موجود در داخل مخزن ترانسفورماترها بوسیله آنها براحتی میسر می‌شود. چون لازمه کاربرد روش اجزاء مرزی داشتن معادلات کمیتهای میدان الکتریکی ناشی از اجزاء بکار رفته می‌باشد، در فصل دوم چنین معادلاتی برای تعدادی از اجزاء انتخاب شده اقتباس می‌شوند. با طرح یک روش جدید در فصل سوم، سرعت محاسبه معادلات بدست آمده در فصل دوم به میزان چشم‌گیری افزایش می‌یابد و دقت بالای این روش با حل یک مسئله نمونه در انتهای فصل مزبور به نمایش گذاشته می‌شود. در فصل چهارم برای جزء مرزی باقیمانده معادلات بصورت تحلیلی اقتباس می‌شوند و درستی آنها با تحلیل یک مسئله نمونه ودیگر نشان داده می‌شوند. تحلیلی بودن معادلات اخیر در افزایش سرعت و دقت محاسبات نقش بسزائی داشته و همراه با روش طرح شده در فصل سوم، برنامه کامپیوتری تدوین شده را از هر گونه تمهیدات اضافی برای تحلیل لایه‌های باریک بی‌نیاز می‌سازند. این قابلیت برنامه مزبور در فصل پنجم با تحلیل یک مسئله نمونه به نمایش گذاشته شده است . بالاخره پس از کسب اطمینان کامل از درستی معادلات و برنامه کامپیوتری تدوین شده، در انتهای فصل پنجم مدلی از ترانسفورماتورهای قدرت مورد تحلیل قرار گرفته، کمیتهای میدان الکتریکی آن محاسبه می‌شوند.

هدف ازاهداف پروژه حاضر بررسی رفتار ژنراتور آسنکرون (القایی) سه فاز بود. در سالهای اخیر کاربرد ژنراتور القایی در تولید برق میکروهیدرو و بادی مورد توجه زیادی قرار گرفته است . چرا که سادگی نگهداری و کاهش منابع انرژی سنتی و توانایی ژنراتورهای القایی برای تبدیل توان مکانیکی در فاصله وسیعی از سرعت روتور موجب شده تا به فکر جایگزینی انرژی باد بجای سوختهای فسیلی بیافتند. انبوه پژوهشها و مقالات منتشره پیرامون این نوع ژنراتور نشانگر توانایی آن در رفع مشکلات حاضر می‌باشد. پس از بررسی سوابق تاریخی و مباحث مربوطه از ژنراتور القایی، ابزار لازم یعنی مدل ریاضی ماشین برای بررسی رفتار گذرا و ماندگار بدست آمده است . سپس با طرح مسئله مهم راه‌اندازی که شامل پدیده تحریک خودی است با سه تعبیر مختلف این پدیده مورد بررسی قرار گرفته و نکات عملی لازم برای شروع ولتاژسازی و ایجاد تحریک خودی توضیح داده شده است . با معلوم شدن خطوط اساسی بررسی و اصلاح مدل ریاضی قبلی با دخالت دادن اشباع مغناطیسی، رفتار گذرای ولتاژسازی با دو روش جریان و شار به کمک کامپیوتر شبیه‌سازی گردید و نتایج این دو روش با نتایج عملی یک ژنراتور القایی کوچک 1/5 کیلووات مقایسه شد. مقدار خطا در محدوده قابل قبولی قرار داشته و نتایج تقریبا بر هم منطبق بودند. از آنجاییکه سرعت ، بار، توان خروجی و فرکانس ژنراتور القایی به شدت به یکدیگر وابسته هستند، این امر تجزیه و تحلیل ماندگار را مشکل می‌سازد. بنابراین در بررسی ماندگار، با ارائه متدی جدید برای محاسبه فرکانس تولیدی و راکتانس مغناطیس‌کننده نشان داده شد که روشهای پیشنهادی سریعتر و راحت‌تر می‌باشند. با کمک روش پیشنهادی، عملکرد ژنراتور و محدودیتهای کاری آن مورد بررسی قرار گرفت و نتایج جالب و منسجمی برای کارکرد ژنراتور القایی سه فاز بدست آمد. در آخر رفتارگذاری ژنراتور القایی ایزوله به هنگام وقوع اتصال کوتاه در ترمینالهای آن و همچنین اثر مهم شتاب روتور بر روی پسماند مغناطیسی و تحریک خودی که غالبا با آزمایشات عملی بررسی می‌شود، به کمک کامپیوتر شبیه‌سازی و بررسی شد. در پایان پیشنهاداتی برای انجام پژوهش به منظور بهبود دقت محاسبات ، تعیین محدودیت‌های کاری در شبکه بعمل آمده است .