ژنراتور القایی چیست و چه کاربردی دارد؟

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه انرژی باد به برق تبدیل می‌شود؟ یا چطور برخی صنایع زمانی که برق قطع شده، همچنان به کار خود ادامه می‌دهند؟ پاسخ این سؤالات به دلیل داشتن دستگاه مهم و کاربردی به نام ژنراتور القایی یا آسنکرون است.

این دستگاه‌های هوشمند که گاهی با نام ژنراتور آسنکرون نیز شناخته می‌شوند، نقش مهمی در تولید برق در صنایع مختلف، از نیروگاه‌های بادی گرفته تا سیستم‌های اضطراری، دارد. اگر قصد خرید دارید؛برای مشاهده قیمت موتور ژنراتور در انواع مختلف کلیک کنید در غیر اینصورت تا آخر این مقاله همراه ما باشید.

ژنراتور آسنکرون چیست؟

ژنراتور آسنکرون، که با نام ژنراتور القایی نیز شناخته می‌شود، نوعی ماشین الکتریکی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.  دستگاهی که بدون نیاز به تحریک خارجی، قادر به تولید برق است.

در این نوع ژنراتور، روتور (بخش متحرک) با سرعتی متفاوت از سرعت میدان مغناطیسی استاتور (بخش ثابت) می‌چرخد. این تفاوت سرعت، که به آن “لغزش” می‌گویند، باعث القای جریان الکتریکی در سیم‌پیچی‌های روتور می‌شود. به همین دلیل است که به این دستگاه، ژنراتور “آسنکرون” یا “غیر همزمان” می‌گویند، زیرا سرعت چرخش روتور با فرکانس ولتاژ تولیدی همزمان نیست.

چگونه یک ژنراتور القایی کار می کند؟

عملکرد ژنراتور القایی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی است. وقتی  روتور را به چرخش در می‌آورید (مثلاً با استفاده از یک توربین بادی یا آبی)، این چرخش در میدان مغناطیسی استاتور باعث ایجاد جریان الکتریکی در سیم‌پیچی‌های روتور می‌شود.

برای شروع کار، ژنراتور القایی نیاز به یک منبع ولتاژ خارجی دارد تا میدان مغناطیسی اولیه را در استاتور ایجاد کند.  پس از راه‌اندازی هم ژنراتور می‌تواند به طور مستقل کار کند.

هنگامی که سرعت روتور از سرعت سنکرون (سرعت میدان مغناطیسی استاتور) بیشتر می‌شود، ژنراتور شروع به تولید توان الکتریکی می‌کند.

ویژگی‌های اصلی ژنراتور آسنکرون یا القایی

ژنراتور القایی ویژگی های زیادی دارد که در ادامه هریک از آنها را برایتان شرح می دهیم.

لغزش (Slip)

لغزش که یکی از مهمترین ویژگی های این دستگاه است به تفاوت بین سرعت چرخش روتور و سرعت میدان مغناطیسی گردان در استاتور اشاره دارد.

وقتی ژنراتور را راه‌اندازی می‌کنید، روتور با سرعتی بیشتر از سرعت سنکرون یعنی همان سرعت میدان مغناطیسی استاتور، می‌چرخد. این اختلاف سرعت، که به صورت درصدی از سرعت سنکرون بیان می‌شود، همان لغزش است.

این لغزش به ژنراتور اجازه می‌دهد تا جریان در روتور القا شود و در نتیجه، توان الکتریکی تولید کند.

عدم نیاز به منبع خارجی مغناطیسی

یکی دیگر از ویژگی‌های جالب ژنراتور القایی که شما را شگفت‌زده خواهد کرد، این است که برای ایجاد میدان مغناطیسی به یک منبع خارجی دائمی نیازی ندارد. برخلاف ژنراتورهای سنکرون که نیاز به یک سیستم تحریک خارجی دارند، ژنراتور القایی می‌تواند از شبکه برق موجود برای تأمین میدان مغناطیسی اولیه استفاده کند.

پس از راه‌اندازی، جریان القایی در روتور، میدان مغناطیسی خود را ایجاد می‌کند که باعث می‌شود ساختار ژنراتور ساده‌تر شود و نیاز به تجهیزات اضافی برای تحریک مغناطیسی از بین برود.

سادگی ساخت و هزینه کمتر

ساختار ژنراتور القایی نسبتاً ساده است و قطعات کمتری نسبت به انواع دیگر ژنراتورها دارد. روتور این نوع ژنراتور معمولاً از نوع قفس سنجابی است که ساخت آن آسان و مقرون به صرفه است.

این سادگی در طراحی و ساخت، نه تنها هزینه‌های اولیه را کاهش می‌دهد، بلکه باعث می‌شود نگهداری و تعمیرات آن نیز آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر باشد. به علاوه، به دلیل نداشتن قطعات پیچیده مانند جاروبک‌ها یا رینگ‌های لغزنده، این ژنراتورها عمر طولانی‌تری دارند و نیاز به تعمیرات کمتری دارند.

قابلیت اتوماتیک در برق‌رسانی

ویژگی دیگری که شما را به استفاده از ژنراتور القایی ترغیب می‌کند، قابلیت اتوماتیک آن در برق‌رسانی است. این ژنراتورها می‌توانند به طور خودکار به شبکه برق متصل شوند و در صورت نیاز، از آن جدا شوند.

وقتی سرعت روتور از سرعت سنکرون بیشتر می‌شود، ژنراتور به طور خودکار شروع به تولید توان می‌کند و به شبکه متصل می‌شود. اگر سرعت کاهش یابد و از سرعت سنکرون کمتر شود، ژنراتور به طور خودکار از شبکه جدا می‌شود.

این ویژگی‌ها در کنار هم، ژنراتور القایی را به یک انتخاب ایده‌آل برای بسیاری از کاربردها، از جمله در صنایع کوچک و متوسط، نیروگاه‌های بادی و سیستم‌های تولید برق پراکنده تبدیل می‌کند.

کاربرد ژنراتور القایی

دستگاه ژنراتور القایی در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد که در ادامه هریک را برایتان شرح می دهیم.

نیروگاه‌های بادی

یکی از مهم‌ترین کاربردهای ژنراتور القایی، استفاده در نیروگاه‌های بادی است. در این نیروگاه‌ها، ژنراتورهای القایی نقشی مهمی در تبدیل انرژی باد به الکتریسیته ایفا می‌کنند.

وقتی باد می‌وزد و پره‌های توربین را به حرکت در می‌آورد، این حرکت به روتور ژنراتور القایی منتقل می‌شود. ویژگی‌های خاص این نوع ژنراتور، مثل توانایی کار در سرعت‌های متغیر و قابلیت اتصال و جدا شدن خودکار از شبکه، باعث شده که برای استفاده در توربین‌های بادی بسیار مناسب باشد.

صنایع کوچک و متوسط

این ژنراتورها به دلیل اینکه ساختار ساده ای دارند و کم هزینه هستند، انتخاب خوبی برای استفاده در صنایع کوچک و متوسط هستند.

برای مثال، در کارگاه‌های تولیدی کوچک، به ویژه در مناطقی که دسترسی به شبکه برق محدود است، ژنراتورهای القایی می‌توانند به عنوان منبع تولید برق مستقل عمل کنند. همچنین، در صنایعی که از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند بیوگاز یا انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند، ژنراتورهای القایی نقش مهمی در تبدیل این انرژی‌ها به الکتریسیته ایفا می کنند.

علاوه بر این موارد معمولا ار این ژنراتورها را در آسیاب‌ها، پمپ‌های آب، و حتی در سیستم‌های تهویه مطبوع بزرگ نیز استفاده می شود که نه تنها به عنوان یک منبع تولید برق، بلکه گاهی به عنوان یک موتور الکتریکی نیز عمل می‌کند.

پیشنهاد ویژه: برای مشاهده قیمت موتورهای دیزلی و خرید با خدمات پس از فروش کلیک کنید.

سیستم‌های اضطراری و پشتیبانی

ژنراتور القایی به دلیل قابلیت راه‌اندازی سریع و اتصال خودکار به شبکه، گزینه خوبی برای تأمین برق در شرایط اضطراری هستند.

مثلا فرض کنید در یک بیمارستان یا مرکز داده، برق ناگهان قطع می‌شود. در چنین شرایطی، ژنراتورهای القایی می‌توانند به سرعت وارد عمل شوند و برق مورد نیاز را تأمین کنند. این ژنراتورها قادرند در عرض چند ثانیه به سرعت مورد نیاز برسند و شروع به تولید برق کنند.

همچنین، در سیستم‌های پشتیبانی که نیاز به منبع برق ثانویه دارند، ژنراتورهای القایی به عنوان یک لایه اضافی امنیت انرژی عمل می کنند.

تفاوت ژنراتور سنکرون و آسنکرون

تفاوت  بین ژنراتور سنکرون و آسنکرون در نحوه عملکرد و ساختار آنهاست. در ژنراتور سنکرون، سرعت چرخش روتور دقیقاً با فرکانس ولتاژ تولیدی هماهنگ است. به عبارت دیگر، روتور و میدان مغناطیسی با هم همزمان می‌چرخند.

اما در ژنراتور آسنکرون، همانطور که قبلاً توضیح داده شد، سرعت روتور با سرعت میدان مغناطیسی متفاوت است.

ژنراتورهای سنکرون معمولاً نیاز به یک سیستم تحریک خارجی دارند، در حالی که ژنراتورهای آسنکرون می‌توانند از شبکه برق موجود برای تأمین میدان مغناطیسی خود استفاده کنند. از این رو ژنراتورهای آسنکرون برای استفاده در توربین‌های بادی بسیار مناسب هستند.

ژنراتور القایی چگونه کار می کند؟

عملکرد ژنراتور القایی را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:

1. ابتدا، یک منبع خارجی معمولاً شبکه برق، میدان مغناطیسی اولیه را در استاتور ایجاد می‌کند.
2. روتور توسط یک نیروی مکانیکی خارجی مثل باد یا آب به چرخش در می‌آید.
3. وقتی سرعت روتور از سرعت سنکرون بیشتر می‌شود، جریان در سیم‌پیچی‌های روتور القا می‌شود.
4. این جریان القایی در روتور، میدان مغناطیسی خود را ایجاد می‌کند که با میدان مغناطیسی استاتور تعامل دارد.
5. تعامل این دو میدان مغناطیسی باعث تولید گشتاور الکترومغناطیسی می‌شود که روتور را می‌چرخاند و انرژی الکتریکی تولید می‌کند.
6. با افزایش سرعت روتور، توان خروجی ژنراتور نیز افزایش می‌یابد.

این فرآیند به طور مداوم ادامه می‌یابد و ژنراتور به تولید برق ادامه می‌دهد تا زمانی که نیروی مکانیکی چرخاننده روتور قطع شود یا سرعت آن به زیر سرعت سنکرون کاهش یابد.

جمع‌بندی

ژنراتور القایی که گاهی با نام ژنراتور آسنکرون نیز شناخته می‌شوند، نقش مهمی در تولید برق در صنایع مختلف دارد. ویژگی‌های منحصر به فرد این ژنراتور، از جمله عدم نیاز به منبع خارجی مغناطیسی دائمی، ساختار ساده، هزینه کمتر و قابلیت اتوماتیک در برق‌رسانی، آن را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده در صنایع مختلف تبدیل کرده است.

پارسیان دیزل

سؤالات متداول

• آیا ژنراتور القایی می‌تواند به تنهایی و بدون اتصال به شبکه برق کار کند؟
  ژنراتور القایی معمولاً برای شروع کار نیاز به یک منبع ولتاژ خارجی دارد تا میدان مغناطیسی اولیه را در استاتور ایجاد کند. اما پس از راه‌اندازی، در صورتی که یک منبع خازنی برای تأمین توان راکتیو مورد نیاز فراهم شود، می‌تواند به صورت مستقل کار کند. این حالت را خودتحریکی می‌نامند. البته، عملکرد ژنراتور در این حالت ممکن است از نظر پایداری ولتاژ و فرکانس، به اندازه حالت اتصال به شبکه مطلوب نباشد.
• چرا ژنراتور القایی بیشتر در توربین‌های بادی استفاده می‌شوند؟
  زیرا این ژنراتور  می‌تواند در سرعت‌های متغیر کار کند، که با ماهیت متغیر باد سازگار است. ساختار ساده و مقاوم آنها نیز باعث می‌شود نگهداری آسان‌تری داشته باشند، که در توربین‌های بادی که اغلب در مکان‌های دور از دسترس نصب می‌شوند، بسیار مهم است.
• آیا ژنراتور القایی می‌تواند به عنوان موتور نیز عمل کند؟
  اگر سرعت چرخش روتور کمتر از سرعت سنکرون باشد، دستگاه به عنوان موتور عمل می‌کند و انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می‌کند. اگر سرعت بیشتر از سرعت سنکرون باشد، به عنوان ژنراتور عمل کرده و انرژی مکانیکی را به الکتریکی تبدیل می‌کند.