آلترناتور چگونه کار می کند

آلترناتور ها اسب های کاری صنعت تولید برق هستند که می توانند برق AC را در فرکانس مشخصی تولید کنند. آلترناتور را با نام ژنراتور سنکرون نیز می شناسند. در آلترناتور ها الکتریسیته توسط القای الکترومغناطیسی ایجاد می شود.

برای تولید الکتریسیته در سیم پیچ، یا سیم پیچ باید نسبت به میدان مغناطیسی بچرخد یا میدان مغناطیسی باید نسبت به سیم پیچ بچرخد.

 

روتور و آرمیچر دو قطعه اصلی یک آلترناتور هستند. روتور یک شار مغناطیسی دوار ایجاد می کند و سیم پیچ های آرمیچر ثابت هستند. شار مغناطیسی با روتور مرتبط است و جریان الکتریسیته را در سیم پیچ آرمیچر القا می کند. این نوع از روتور که در اینجا می بینید را روتور قطب برجسته می گوییم.

برای اینکه دید بهتری از نحوه کار آن داشته باشید در نظر میگیریم که روتور فقط چهار قطب دارد. 

سیم پیچ های روتور با منبع برق DC تحریک می شود. در اینصورت میدان مغناطیسی تولید شده اطراف آن مثل تصویر زیر خواهد شد.

روتور توسط یک محرک اولیه حرکت داده می شود. این امر باعث می شود که شار روتور نیز همسو با آن و با سرعت یکسان بچرخد. این شار مغناطیسی دوار سیم پیچ های آرمیچر که اطراف روتور ثابت هستند را  قطع می کند. این موضوع یک EMF متناوب را در امتداد سیمپیچ ها ایجاد می کند.

برای این سیستم 4 قطبی وقتی روتور نیم دور میچرخد، EMF القا شده یک سیکل کامل را طی میکند. به راحتی می توان اثبات کرد که فرکانس EMF القایی، سرعت روتور و تعداد قطب ها از رابطه زیر پیروی می کنند. 

همچنین واضح است که فرکانس الکتریسیته ایجاد شده با سرعت چرخشی مکانیکی سنکرون است. برای تولید جریان متناوب سه فاز، دو سیم پیچ آرمیچر دیگر که هر کدام با سیم پیچ اولیه 120 درجه اختلاف فاز دارند به سیم پیچی استاتور اضافه می شود اضافه می شود. عموما یک سر این سیم پیچ ها به صورت ستاره به هم وصل می شوند و برق سه فاز از سر دیگر آن ها گرفته می شود. 

از این معادله معلوم است برای تولید برق با فرکانس 60 هرتز(f=60Hz) ، روتور 4 قطبی (P=4) باید با سرعت 1800 دور بر دقیقه (N=1800rpm) کار کند. چنین سرعتی زیادی یک نیروی گریز از مرکز بزرگی به قطب های روتور وارد می کند که به مرور زمان می تواند باعث خرابی مکانیکی آن شود.

بنابراین موتور های قطب برجسته معمولا 10 تا 20 قطب دارند که در اینصورت برای یک فرکانس ثابت سرعت (RPM) کمتری مورد نیاز است. یا روتور های قطب برجسته زمانی که محرک اولیه می چرخد با سرعت کمتری کار می کنند. (120-400 rpm).

هسته قطب برای انتقال موثر شار مغناطیسی استفاده می شود که از لمینیشن های نسبتا ضخیم فولادی ساخته می شوند. این لمینیشن های عایق شده تلفات انرژی ناشی از تشکیل جریان های گردابی را کاهش می دهد.

 

سیم پیچ های آرمیچر یک سیستم سه فاز و 12 قطب را در شکل زیر می بینید. 

 هسته استاتور نیز برای انتقال شار مغناطیسی استفاده می شود. 

جریان DC تغذیه روتور از طریق یک جفت اسلیپ رینگ منتقل می شود. این جریان DC از یک منبع خارجی یا از یک ژنراتور DC کوچک که روی همان محرک اولیه قرار دارد تامین می شود. این آلترناتور ها را خود محرک می نامند. 

با تغییر بار ولتاژ خروجی ترمینال ژنراتور نیز تغییر می کند. مطلوب است که ولتاژ پایانه را در یک حد مشخص نگه دارید. برای رسیدن به این مطلوب یک رگلاتور ولتاژ اتوماتیک می تواند کمک کند. تنظیم ولتاژ با کنترل جریان میدان به راحتی قابل دسترس خواهد بود. اگر ولتاژ ترمینال کمتر از محدوده مورد نظر باشد AVR (رگلاتور ولتاژ اتوماتیک) جریان میدان را افزایش می دهد. بنابر این میدان قوی تر می شود که موجب افزایش ولتاژ ترمینال می شود.

به همین صورت اگر ولتاژ ترمینال بالا باشد برعکس همین اتفاقات توسط AVR انجام می شود.

 

امیدواریم که در این مطلب دیدگاه خوبی نسبت به آلترناتور و نحوه کار آن به دست آورده باشید. از همراهی شما با مجله تخصصی موتور درایو سپاسگزاریم.