کاربرد دیزل ژنراتور در خودرو

 دیزل ژنراتور دستگاهی است که انرژی پیل سوختی را تبدیل به انرژی الکتریکی می کند. دیزل ژنراتور متشکل از یک موتور دیزل و یک آلترناتور می باشد. دیزل ژنراتورها پیل سوخت فسیلی را تبدیل به انرژی مکانیکی می کنند و آلترناتور این انرژی مکانیکی را تبدیل به انرژی الکتریکی می کند.

بیشترین رنج مصرف دیزل ژنراتور از 50 الی 1000 کیلو ولت آمپر می باشد. البته دیزل ژنراتور ها از سایز 5 کیلوولت آمپر تا 5000 کیلوولت آمپر ساخته می شوند. موارد مصرف دیزل ژنراتو رکجاست ؟ کلا تمام مراکز یا واحدهایی که در هنگام قطع برق می شوند، دیزل ژنراتور را نیاز دارند.

دیزل ژنراتورها با یک تابلوی اتوماتیک به صورت خودکار در هنگام قطع برق وارد مدار می شوند. و پس از نرمال شدن برق شبکه مجدد از مدار خارج و دیزل ژنراتور به حالت آماده به کار به صورت خاموش می مانند. دیزل ژنراتور ها در برندهای مختلفی ساخته می شوند. بزرگ ترین سازندگان دیزل ژنراتور کشورهای انگلستان و آمریکا و چین می باشند.

تابلوهای اتوماسیون دیزل ژنراتورها امروزه پیشرفت بسیار زیادی کرده اند که این قابلیت را امکان پذیر می کند که شما بتوانید چند دستگاه دیزل ژنراتور کوچک را سنکرون نموده و به عنوان یک دستگاه دیزل ژنراتور بزرگ استفاده نمایید. دیزل ژنراتورها در مکانهایی که برق شبکه ندارند می تواننند به صورت دایم مورد استفاده قرار گیرند.

مجموعه دیزل ژنراتور
رنج کوچک موتور ژنراتورها می توانند از 1 تا 20 کیلوولت آمپر (KVA) برای منازل، فروشگاه ها، ادارات کوچک و تا (3300KVA/3.3MVA) قابل استفاده برای مجتمع های اداری بزرگ و کارخانه ها برق تولید کنند. ژنراتورها در توانهای مختلف را می توان درون یک اطاقک ایزوله قابل حمل قرار داد. این اتاقک که نقش اصلی آن کاهش صدای ژنراتور می باشد را در اصطلاح «کانوپی سایلنت یا کانتینر سایلنت » گویند.

معمولا تا رنج توان 700 کاوآ را با استفاده از کنوپی و برای بزرگ تر از آن با کانتینر پوشش می دهند. برای دسترسی به توان های بالاتر از طریق موازی سازی دیزل ژنراتورها استفاده می کنند (برای مثال: برای دستیابی به توان 10MVA می توان از موازی سازی 5 دستگاه 2MVA استفاده نمود). بدین منظور می توان از چندین دستگاه ژنراتور استفاده کرد. ژنراتورها در سایزهای بزرگ تر از 5 مگا ولت آمپر معمولا به صورت مجزا به محل نصب حمل شده و در آنجا مونتاژ و تجهیزات فرعی به آن ها اضافه می شود.

کشتی ها و بسیاری از وسائل نقلیه بزرگ زمینی مانند قطارها نیز از دیزل ژنراتور نه فقط برای تأمین برق روشنایی بلکه برای تأمین نیروی محرکه مورد نیاز خود استفاده می کنند. به وسیله نیروی محرکه برقی می توان حرکت یکنواخت و قدرتمندتری علاوه بر استفاده مناسب تر از فضا داشت. محرکه های برقی قبل از جنگ جهانی اول در کشتی ها مورد استفاده قرار گرفتند و در طول جنگ جهانی دوم به تکامل رسیدند.

دستگاه های تولید برق بر اساس ظرفیت تولید نرمال تا ماکزیمم و بر اساس قدرت تولیدی و به کیلووات طبقه بندی و نامگذاری شده و با توجه به نوع مصرف آن برای تولید برق مستمر یا اضطراری انتخاب می شوند.

دیزل ژنراتور
ترکیبی از موتور دیزل و یک ژنراتور الکتریکی (غالباً آلترناتور) است که برای تبدیل انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. مجموعه دیزل ژنراتورها در مکانهایی بدون اتصال به شبکه توان، مانند مواقعی که نیاز ضروری به فراهم کردن توان و انرژی است و نیز زمانهایی که شبکه وجود ندارد، مورد استفاده قرار می گیرند زمانی که شبکه قطع می شود، درست بخوبی کاربردهای پیچیده تر مانند اوج برش، پشتیبانی شبکه و ارسال به شبکه های توان، انرژی فراهم می شود.

در نظر گرفتن سایز دیزل ژنراتور برای جلوگیری از کم شدن بار یا کمبود توان ضروری است و این عمل به وسیلهٔ الکترونیک مدرن به ویژه بارهای غیرخطی دشوار شده است.

سایزینگ صحیح دیزل ژنراتور تخصص کافی و تجربه فراوانی را لازم دارد تا بر اساس آن سایز دستگاه بهینه انتخاب گردد. معمولا برای این موضوع از ترم افزارهای سایزینگ استفاده می شوند.

اندازه ژنراتور
مجموعه مولد بر اساس بار الکتریکی که برای آن ها درعرضه در نظر گرفته شده، تمام ویژگی های بارهای الکتریکی (kWe, KVA, VAR و محتواهای هارمونیک شامل جریانهای شروعی (عموماً از موتور) و بارهای غیر خطی را شامل می شود. وظیفه مورد انتظار به طور مثال امور اورژانسی، تواندهی پیوسته یا اولیه (پرایم)، بخوبی شرایط محیطی مانند ارتفاع، دما و تنظیم مقررات گازهای گلخانه ای باید مد نظر قرار گیرد. بسیاری از تولیدکنندگان ژنراتورهای بزرگ تر، مجموعه ای از نرم افزار را ارائه خواهند داد که محاسبه های اندازه پیچیده را به سادگی با خواندن شرایط سایت و ویژگی های بار الکتریکی متصل انجام خواهند داد.

ایستگاه های توان - حالت «جزیره» الکتریکی(Iland)
یک یا چند دیزل ژنراتوری که بدون اتصال به شبکه برق عمل می کند در اصطلاح در وضعیت جزیره عمل می کنند که ویژگی های چند ژنراتور موازی که مزایای استفاده از افزونگی و بهره وری بهتر در بارهای جزئی را دارند، فراهم می کند. این پلنت، ژنراتور را به صورت آنلاین قرار می دهد و غیرفعال کردن بستگی به سیستم و زمان معین دارد.

یک نیروگاه جزیره ای در نظر گرفته شده برای منبع توان اصلی، یک اجتماع مجزا (توان اصلی) غالباً دارای حداقل سه ژنراتور دیزل خواهد بود، که از هر دوی آن ها انتظار می رود که بتوانند بار مورد نیاز را حمل کنند. گروه ها تا 20 غیرمعمول نیست. ژنراتورها می توانند از طریق پردازش هم زمان به صورت الکتریکی بهم متصل شوند.

این همزمانی شامل جور کردن ولتاژ، فرکانس و فاز قبل از اتصال ژنراتور به سیستم است. از دست رفتن همزمانی پیش از اتصال می تواند باعث یک اتصال کوتاه جریان بالا یا ساییدگی و پاره گی در ژنراتور یا تابلواش شود. فرایند همزمانسازی می تواند به صورت خودکار به وسیلهٔ یک ماژول سنکرون ساز خودکار انجام گیرد. همزمانساز خودکار ولتاژ، فرکانس و پارامترهای فاز و ولتاژهای باسبار زمانیکه سرعت توسط موتور فرماندار یا ECM (ماژول موتور کنترل) تنظیم می شود را از ژنراتور می خواند.

بار می تواند بین ژنراتورهای در حال فعالیت موازی از طریق تقسیم بار سهیم شود. تقسیم بار می تواند با استفاده از کنترل افت سرعت به وسیلهٔ فرکانس در ژنراتور کنترل شود، در حالی که به طور مداوم کنترل سوخت موتور برای تغییر بار تنظیم می شود و از منابع قدرت باقی مانده است.

یک دیزل ژنراتور بار بیشتری می گیرد هنگامی که سوخت تأمینی برای احتراق در سیستم افزایش می یابد و بار رها خواهد شد اگر سوخت تأمینی کاهش یابد.

علاوه بر وظایف شناخته شده مانند تأمین توان پس از قطع شبکه، دیزل ژنراتورها به طور معمول شبکه های قدرت اصلی در سراسر جهان را به دو راه مجزا پشتیبانی می کنند.

انتهای برش(peak lopping)
تعرفه های برق در ساعات اوج مصرف در بسیاری از نواحی افراد را به استفاده از دیزل ها تشویق می سازد تا به زمان تقاضای ماکزیمم غلبه شود. در اروپا عموماً بعدازظهر روزهای زمستان، زمان اوج محسوب می‌شود.هنگامیکه مردم به خانه بازگشته و چراغها روشن است و پخت و پز در حال انجام است، حدود 5:30 تا 7 بعد از ظهر، در حالی که در ایالت متحده آمریکا اغلب در تابستان ها و در مواجهه با بار (سنگینی) شرایط هوایی، زمان اوج رخ می دهد.

شبکه پشتیبانی برق در منطقه صنعتی
دیزل ژنراتورهای آماده به انجام کار اضطراری و نیروگاه های آبی به عنوان عملکرد ثانویه، استفاده گسترده ای برای محافظت از شبکه های ملی مختلف در هر زمان و به دلایل مختلف در آمریکا و انگلستان دارند. به طور مثال در انگلستان تعداد 0٫5 GWe از دیزل ها به طور منظم استفاده می شوند تا از شبکه ملی حمایت کنند که پیک بار آن 60 GW است.

این ها در مجموعه ای با سایزی معادل با 200kw تا 2MW قرار گرفته اند. این حالت همیشه زمانی اتفاق می‌افتد که به عنوان مثال ظرفیت زیادی از نیروگاه حدود 660 مگاوات به طور ناگهانی از دست برود یا یک جهش ناخواسته ناگهانی در میزان توان باعث فرسایش ذخیره شده طبیعی در حال چرخش شود. این مسئله برای هر دو بخش مفید است. دیزل ها برای دلایل دیگری نیز خریداری شده اند، اما باید برای حصول اطمینان به طور کامل آزمایش شود.

شبکه موازی شده، ساده ترین راه جهت انجام این عمل است. این روش عملکردی است که عموماً به وسیلهٔ یک بخش سومی که عملکرد ژنراتور را مدیریت می کند و با اپراتور سیستم ارتباط برقرار می کند، انجام می گیرد.

به این روش شبکه های ملی بریتانیا با توان 2 گیگاوات از نیروگاهی که بالاتر است و به همان سرعت دو دقیقه در برخی موارد به صورت موازی عمل می کند، تماس می گیرد. این مورد بسیار سریع تر نسبت به بار پایه توان است که می تواند 12 ساعت از سرما بگیرد و سریعتر از توربین گازی است که می تواند زمان زیادی را مصرف کند.

سوختی که برای دیزل ژنراتور استفاده می شود سوختی که در آزمایش ها تست شده است. سیستم مشابه ای که در فرانسه عمل می کندEJP، تعرفه های به خصوص ماکزیمم شبکه، در حداقل 5 گیگاوات مجموعه دیزل ژنراتور تجهیز می شود تا در دسترس باشد.

کار اولیه دیزل ها توان دادن به شبکه است. در طی عملکرد نرمال در هم زمان سازی با شبکه نیروگاهی برق با پنج درصد افت سرعت کنترل اداره شده اند. این به این معنی است که تمام سرعت بار 100٪ است و هیچ سرعت باری 105٪ نیست و این نیازمند عملکرد پایدار شبکه است بدون جستجو و فقدان نیروگاه های برق. عموماً تغییرات سرعت، کمترین است. تنظیمات خروجی توان با افزایش کم خیز منحنی به وسیلهٔ افزایش فشار فنر بر روی یک گاورنر سانتریفوژ ایجاد شده است. عموماً این یک نیاز پایه سیستم برای همه نیروگاه ها است زیرا نیروگاه های جدیدی و قدیمی در پاسخ به تغییرات لحظه ای در فرکانس بدون وابستگی به ارتباطات خارجی، بایستی سازگار باشند.

قیمت تبدیل انرژی
مصرف سوخت، مهم ترین بخش نیروگاه های دیزلی است و قیمت تمام شده برای کاربردهای توان، در حالی که قیمت اصلی الویت اساسی برای پشتیبانی ژنراتور است، باید در نظر گرفته شود. مصارف خاص متفاوت هستند اما یک پلنت دیزل جدید بین 0.25 تا0.28 لیتر از سوخت هر کیلووات ساعت را در ترمینال های ژنراتور مصرف خواهد کرد.

به هرحال موتورهای دیزل می توانند بر روی تنوع وسیعی از سوخت ها عمل کنند و به پیکربندی بستگی دارد از طریق سوخت دیزل eponymous که عموماً از نفت خام به دست می آید، معمول هستند. موتورها می توانند با تمام طیف عصاره سوخت تجمیع شده کار کنند از گاز طبیعی، الکل، گازوئیل، گاز چوب تا روغن های سوخت از روغن دیزل تا سوخت های رسوبی. بدین ترتیب با معرفی به عنوان هوای مصرفی و با استفاده از مقدار کمی سوخت فسیلی برای احتراق معرفی می شوند. تبدیل به 100٪ سوخت فسیلی می تواند بلافاصله انجام گیرد.

انواع مولدها
بر حسب کاربرد، کارخانجات سازنده مولدها چهار نوع را پیشنهاد می دهند:

• اضطراری.
• پایه.
• دائم.
• چند منظوره.

ژنراتور باید توان مورد نیاز پیش بینی شده معتبر را بدون آسیب فراهم کند این امر با دادن یک یا چند رتبه به ژنراتور به دست می آید.

مولد اضطراری (Standby)
در حالت قطع برق شهری به صورت خودکار اقدام به تأمین برق مشترکین می کند. یک مدل از ژنراتور به صورت استندبای ژنراتور ممکن است لازم باشد تا فقط چند ساعت در ماه عمل کند اما مدل های دیگری از ژنراتورهای پرایم هستند که باید به صورت پیوسته عمل کنند. زمانی که یک ژنراتور جایگزین راه می افتد، ممکن است با شرایطی به خصوص عمل کند مانند 10٪ بار اضافه که در طی زمان فعالیت می تواند منظور شود.

ژنراتوری با مدل یکسان می تواند مرتبه بالاتری را برای سرویس جایگزین راه اندازی کند که آن برای امور پیوسته است. شرکت های سازنده بر طبق توافق جهانی برای هر ژنراتور رتبه ای قائل می شوند.

این رتبه بندی های استاندارد تعریف می شود تا اجازه انتخاب صحیح را بدهد و مقایسه خوبی بین سازنده ها صورت گیرد تا از عملکرد نادرست ماشین جلوگیری کند و راهنمای طراحان باشد.

مولد پایه (Prime)
معمولاً در اماکنی که موقتاً به برق نیاز دارند به کار می آیند. مانند اردوگاه ها، نمایشگاه ها، اکتشاف معادن و کمپ ها نباید در کاربردهای ساخت توان استفاده شود. خروجی موجود با بار متفاوت برای یک زمان نامحدود است. عموماً پیک تقاضای100٪ رتبه اولیه ekW را با 10٪ ظرفیت بار اضافی برای استفاده در موقعیت های ضروری برای ماکزیمم یک ساعت در 12 ساعت را داراست. 10٪ ظرفیت اضافه بار برای زمان محدودی در دسترس است. (معادل با توان اولیه و مطابق با ISO8528و توان اضافی مطابق با ISO3046 AS2789, DIN6271, and BS5514) این رتبه برای تمامی مدل های ژنراتور قابل استفاده نیست.

کاربردهای نوعی جایی که ژنراتور تنها مرجع توان باشد برای ارتباط راه دور با معادن، سایت های ساختمانی، زمین برگزاری نمایشگاه و فستیوال و غیره است.

مولد دائم (Continuous)
برای امور نیروگاهی یا برق سراسری هستند. قابل کاربرد در فراهم کردن توان پیوسته برای یک بار ثابت تا رتبه کامل خروجی برای زمانهای نامحدود است. هیچ قابلیت جانشین شدن اضافه باری برای این رتبه در دسترس نیست. 

این رتبه بندی قابل اجرا بر روی تمامی ژنراتورها نیست. کاربردهای نوعی- این ژنراتور بار یکسان پیوسته را راه اندازی می کند یا به موازات توان مصرفی پیوسته و اصلی برای ماکزیمم سطح مجاز 8760 ساعت در سال واقع می شوند. همچنین ممکن است برای برش پیک / پشتیبانی شبکه حتی از طریق اعمال برای 200 ساعت در سال اتفاق بیفتد.

مولد چند منظوره
توصیه می شود برای کاربردهای با رویکرد اقتصادی از این نوع مولدها استفاده نشود. مثلاً لزومی ندارد یک مولد دائم دارای تابلوی کنترل وصل خودکار در زمان قطع برق شهر باشد. به هر حال، معمولاً یک فرض معمول این است که اگر یک مولد در حالت اضطراری 1000 کیلووات باشد، در حالت پایه و دائم به 850 و 800 کیلو وات اکتفا شود. معمولاً نحوه باردهی مولد در دفترچه مشخصات مولدها وجود دارد.

خرابی های موتور
دیزل ژنراتور می تواند از مسائلی سوء مانند رسوبات داخلی (غالباً به رسوب در سوراخها و ستون باز می شود) و تجمع کربن آسیب ببیند.

به صورت ایده ال موتورهای دیزل باید در حداقل 25 تا 30٪ بار ماکزیمم بار خود راه اندازی شوند. دوره های کوتاه مدت بار کم در حال اجرا هستند و این اجازه را می دهد تا مجموعه با بار کامل یا نزدیک به بار کامل بر یک مبنای منظم آماده شود.

رسوبات داخلی و تجمع کربن به این دلیل است که دوره های طولانی با بار کم مورد استفاده قرار گرفته است.

راه اندازی یک موتور با بار کم سبب فشارهای استوانه ای کم می شود و در نتیجه رینگ پیستون به صورت ضعیفی بسته می شود زیرا بستگی به فشار گاز نیرو در برابر فیلم روغن بر روی سوراخها برای شکل دهی مهر و موم دارد. فشار سیلندری کم سبب احتراق ضعیف، فشار کم حاصل از احتراق کم و دما می شود.

احتراق ناقص سبب شکل گیری دوده و پس ماند سوخت نسوخته می شود که مسیر رینگ های پیستون را بسته و می چسباند و سبب کاهش شدید در کارایی مهر و موم کردن می شود و فشار کم ابتدایی را تشدید می کند. رسوب ها زمانی ایجاد می شوند که گازهای گرم احتراقی به صورت ضعیفی می وزند و رینگ پیستون را مسدود می کنند و سبب نیاز به روغن کاری بر روی دیواره های استوانه ای به دلیل «سوخت ناگهانی» می شوند و دوده هایی لعاب مانند ایجاد می کنند که سوراخ روان می شود.

کربن سخت از احتراق ضعیف شکل می گیرد و بسیار خراشنده و ساینده است، سپس سبب افزایش مصرف سوخت می شود (دود آبی)، انتظار می رود که انسداد پیستون و فشار حفظ شود.

سپس سوخت محترق نشده از عقب رینگ پیستون نشت می کند و روغن کاری سرایت می کند. سوختن ناقص باعث می شود که تزریق کننده ها به وسیلهٔ دوده مسدود شوند و باعث وخامت بیشتر در احتراق و دودهای سیاه رنگ می شود. مشکلی که با شکل گیری اسیدها در روغن موتور افزایش یافته است، به وسیلهٔ آب غلیظ شده و احتراق به وسیلهٔ محصولاتی است که باید به صورت نرمال در دمای بالاتر جوش آیند. این ساخت اسیدی (جوهری) در روغن-کاری باعث کندی می شود اما بی نهایت فرسایش مخرب برای سطح یاتاقان دارد.

چرخه تنزل به این معناست که موتور بزودی به طور تغییرناپذیری آسیب می بیند و ممکن است هرگز شروع به کار نکند و زمان طولانی تری قادر نخواهد بود که به تمام توان زمانی که نیازمند است، دست یابد.

استفاده تحت بار زیر حد مجاز به ناچار نه تنها باعث دود سفید از سوخت نسوخته می شود بلکه با گذشت زمانهای بیشتر، با دود آبی روغن کاری سوخته نشتی از رینگ های پیستون قدیمی آسیب دیده همراه خواهد شد و دود سیاه نیز حاصل از خرابی تزریق کننده هاست. این آلودگی برای و مجاور بودن ها مناسب نیست.

ایجاد رسوبات یا کربن اتفاق افتاده است. این مسئله می تواند با سلب موتور و دوباره نفوذ کردن در سوراخهای سیلندر، لغو کردن ها، تمیز کردن و دکک کردن اتاقکهای احتراق، نازلهای تزریق کننده سوخت و سوپاپ ها قابل درمان است. اگر در مراحل اولیه شناسایی شود، راه اندازی موتور در ماکزیمم بار خود برای افزایش فشار داخلی و دما اجازه می دهد که رینگ های پیستون به زحمت رسوب کنند و اجازه می دهد تا تجمع تدریجی کربن سوخته شود.

به هرحال اگر این رسوبات پیشروی کند تا مرحله ای است که رینگ های پیستون داخل شیارهایشان را تصرف کنند. این عمل هیچ تأثیری نخواهد داشت. از این وضعیت می توان با انتخاب دقیق مجموعه ژنراتور مطابق با دستورالعمل چاپ شده سازندگان جلوگیری کرد.

برای مجموعه ژنراتورهایی که کاربرد اضطراری دارند، استفاده از بار پشتیبانی شده برای انجام آزمایش می تواند غیر عملی باشد. برای انجام آزمایش می توان از یک بانک بار موقت یا دائم استفاده کرد. گاهی اوقات تابلو را می توان به گونه ای طراحی کرد تا به مجموعه ای برای تغذیه توان از شبکه برای انجام آزمایش بار اجازه دهد.

بهترین راه حل استفاده از لود بانک می باشد تا حداقل یک بار در سال دستگاه با توان 100٪به مدت 1 ساعت استفاده سود تا رسوبات ناشی از احتراق ناقص سوخته و از موتور خارج شوند.