فرادرساجزای ژنراتور DC — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)
ژنراتورهای DC از آن جهت در صنعت مهم هستند که می‌توان مشخصه‌های کاری آنها را به سادگی کنترل کرد. در آموزش‌های قبلی مجله فرادرس، اصول عملکرد ژنراتورهای DC را توضیح دادیم. در این آموزش، بخش‌های مختلف آنها را شرح می‌دهیم. ژنراتورها از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام نقش خاصی را برای کارکرد مطلوب ایفا می‌کنند.
فیلم آموزشی ژنراتورهای DC و اجزای آنها
شکل 1، یک ژنراتور DC کوچک صنعتی را نشان می‌دهد که برای تعمیر و سرویس باز شده است.
ژنراتور DC دو بخش اصلی دارد: بخش متحرک که «روتور» (Rotor) نامیده می‌شود و از فن، آرمیچر، کموتاتور و شفت تشکیل شده است و یک بخش ایستا یا ثابت که «استاتور» (Stator) نامیده می‌شود و شامل صفحه انتهایی، بدنه و سیم‌پیچ‌ها است.
اصطلاح «آرمیچر» (Armature) در ژنراتور یا موتور، به سیم‌پیچی گفته می‌شود که به دلیل حرکت نسبت به یک میدان مغناطیسی، ولتاژ روی آن القا می‌شود. به همین دلیل، آرمیچر ممکن است استاتور یا روتور باشد. انرژی لازم برای چرخش روتور را می‌توان از یک منبع انرژی مکانیکی مانند توربین بادی یا توربین بخار زمین‌گرمایی تامین کرد. از ولتاژ تولیدی ژنراتور DC می‌توان برای شارژ باتری استفاده کرد. همچنین می‌توان آن را از طریق یک مبدل فرکانس الکترونیک قدرت (PEFC) یا اینورتر به ولتاژ AC تبدیل کرد. در سیستم‌های بزرگ، می‌توان توان جریان متناوب شده آنها را به شبکه نیز تزریق کرد.
روتور
در یک ژنراتور DC، مجموعه روتور شامل شفت و سیم‌پیچ‌های آرمیچر است. این سیم‌پیچ‌ها، توان موتور یا ژنراتور را تامین می‌کنند. در عمل، چند سیم‌پیچ به‌صورت فشرده در شیارهای هسته فرومغناطیس روتور تعبیه می‌شوند. سیم‌پیچ‌های آرمیچر به کموتاتور وصل می‌شوند. کوتاتورها، به‌عنوان سوئیچ‌هایی عمل می‌کنند که به جاروبک‌ها و در نتیجه خروجی متصل هستند.
جاروبک‌ها و کموتاتور
همان‌طور که گفتیم، اغلب ژنراتورها تعدادی سیم‌پیچ در روتور دارند و کموتاتور به‌طور پیوسته سیم‌پیچ‌های مختلف را به خروجی سوئیچ می‌کند. بنابراین، یکی از جاروبک‌ها همواره ولتاژ مثبت دارد و ولتاژ دیگری همواره منفی است. می‌توان گفت که کموتاتور و جاروبک‌ها به‌عنوان یکسو‌کننده مکانیکی عمل می‌کنند.
کموتاتور از قسمت‌هایی تشکیل شده که هر جفت از آنها به انتهای یک سیم‌پیچ وصل شده است. وقتی ولتاژ هر حلقه نزدیک حداکثر مقدار خود می‌رسد، ارتباط آن با خروجی برقرار می‌شود. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که اگر تعداد حلقه‌ها و در نتیجه، کموتاتورها بیشتر باشد، خروجی نرم‌تر از حالتی خواهد بود که فقط یک سیم‌پیچ یا حلقه وجود دارد.
شکل 2 (الف)، نمای نزدیک اتصال انتهای سیم‌پیچ‌های آرمیچر به هر بخش کموتاتور را نشان می‌دهد. یک جاروبک کربنی نیز در این شکل نشان داده شده است. شکل ۲ (ب) جاروبک را نشان می‌دهد که چگونه با کموتاتور در تماس است. جاروبک‌ها روی یک فنر بسیار سخت سوار شده‌اند که ارتباط فیزیکی آنها با کموتاتور را آسان‌تر می‌کند. جاروبک‌های کربنی، معمولاً بر اثر تماس با کموتاتور و جرقه زدن، ساییده و مستعمل می‌شوند. وقتی جاروبک قابل استفاده نباشد، می‌توان فنر را جمع کرد و جاروبک جدید را جایگزین آن کرد.
استاتور
همان‌گونه که گفتیم، استاتور بخش ساکن ژنراتور است. شکل 3، استاتور را به‌تنهایی نشان می‌دهد. روتور درون استاتور که بخش ثابت ماشین است قرار می‌گیرد و سیم‌پیچ‌های میدان در آن، روی یک هسته فولادی سوار می‌شوند. جاروبک را باید به‌صورت دوره‌ای بررسی کرد که بیش از حد ساییده نشده باشد. همین کار را برای کموتاتور نیز باید انجام داد.
لازم به ذکر است که شکل هسته به‌گونه‌ای است که انحنای روتور در آن قرار گیرد و فاصله هوایی آن حداقل باشد. هسته، بدنه، روتور و فاصله هوایی، بخش‌های مدار مغناطیسی استاتور هستند. سیم‌پیچی‌های استاتور به یک منبع ولتاژ خارجی متصل هستند که جریان را در آنها برقرار کرده و یک میدان مغناطیسی قوی در فاصله هوایی و روتور ایجاد می‌کند. از آن‌جایی که آرمیچر با یک منبع انرژی خارجی چرخانده می‌شود، سیم‌پیچ‌های آن از خطوط میدان استاتور عبور کرده و ولتاژ در آنها القا می‌شود.
در آموزش‌های بعدی، انواع ژنراتورهای جریان مستقیم را معرفی خواهیم کرد.
اگر به یادگیری مباحث مشابه این مطلب علاقه‌مند هستید، پیشنهاد می‌کنیم آموزش‌های زیر را نیز مشاهده و مطالعه کنید:
- آموزش ماشین های الکتریکی ۱ (مرور و حل تست کنکور ارشد)
- آموزش شبیه سازی عملکرد انواع ماشین های الکتریکی در سیمولینک متلب
- اصول عملکرد ترانسفورماتور — به زبان ساده
- کنترل سرعت موتورهای DC — از صفر تا صد
- القای الکترومغناطیسی (Electromagnetic Induction) — از صفر تا صد
^^
