ساختمان و اساس کار ژنراتور در دیزل ژنراتور
ساختار ژنراتور در دیزل ژنراتور


ژنراتور ها و موتور الکتریکی


ژنراتور ها و یا موتور الکتریکی گروه از وسایل استفاده شده جهت تبدیل انرژی مكانیكی به انرژی الکتریکی یا برعكس . توسط وسایل الكترومغناطیس هستند . یك ماشینی كه انرژی الکتریکی به مكانیكی تبدیل می كند موتور نام دارد. و ماشینی كه انرژی مكانیكی را به انرژی الکتریکی تبدیل می كند ژنراتور یا آلترناتور یا متناوب كننده یا دینام نامیده می شود .

دو اصل فیزیكی مرتبط با عملكرد موتور و ژنراتور ها وجود دارد. اولین اصل فیزیكی اصل القایی الكترومغناطیسی كشف شده توسط مایكل فارادی دانشمند بریتانیایی است. اگر یك هادی در میان یك میدان مغناطیسی حركت كند یا اگر طول یك حلقه ی القایی ساكنی جهت تغییر استفاده شود. یك جریان ایجاد می شود یا القا می شود در كنتاكنتور بحث این اصل این است كه در مورد واكنش الكترومغناطیسی بحث می كند و این كه این واكنش در ابتدا توسط آندر مری آمپر در سال 1820 كه دانشمند فرانسوی است كشف شد . اگر یك جریان از میان یك كنتاكتور كه در میدان مغناطیسی قرار گرفتند عبور كند . میدان نیروی مكانیكی بر آن وارد می كند .

ساده ترین ماشینی های دینامو الكتریك دیسك دینامیكی است كه توسعه یافته توسط افرادی است كه آن شامل یك صفحه ی مسی پیچیده شده است. كه این پیچش از مركز تالبه وجود دارد و بین قطب های یك آهنربای سمبر اسبی است .

وقتی دیسك می چرخد یك جریان بین مركز دیسك و لبه ی آن توسط عملكرد میدان آهنربا القا می شود كه دیسك یا صفحه میتواند ساخته شود. جهت عمل كردن به عنوان یك موتور توسط بكار بردن یك ولتاژ بین لبه ی دیسك و مركزش كه این به علت چرخش دیسك به دنده بدلیل نیروی تولید شده توسط واكنش مغناطیس است . میدان مغناطیسی آهن ربای دائم به اندازه ی كافی برای كار كردن كافی است . كه حتی به عنوان یك موتور یا دینام كوچك بكار می رود ( كار می كند ). در نتیجه برای ماشین های بزرگتر آهنربای بزرگتری بكار می رود. هم موتور و هم ژنراتور ها دارای دو اصل هستند : قسمتها و میدان كه آهنربای الكترومغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری كه از كنتاكتور حمایت می كند و كار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القا شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است. آرمیچر معموﻸ هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القایی كه دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند است.
موتور AC:

دو نوع اساسی موتور طراحی شده اند برای عمل كردن بر روی جریان متناوب پولی فاز موتور سنكرون و موتور القایی موتور سنكرون اساسآ یك تناوب گر ( آلترناتور ) سه فاز است كه بصورت معكوس كار می كند. آهنربا های میدان روی رتور پیچیده شده اند توسط جریان مستقیم تحریك شده اند و سیم پیچ آرمیچر به سه قسمت تقسیم می شود و با جریان متناوب سه فاز تغذیه می شوند .

تغییر موج های سه فاز جریاندر آرمیچر واكنش متغییر مغناطیس را با قطبهای آهنربا های میدان سبب می شوند. و چرخش میدان با یك سرعت ثابت كه ای سرعت ثابت توسط فركانس جریان در خط قدرت AC تعیین می شود را سبب می گردند سرعت موتور سنكرون در وسایل خاصی سودمند است. همچنین در كاربردهایی كه بار مكانیكی روی موتور خیلی زیاد می شود و نیز موتور سنكرون نمی توانند استفاده شوند. بخاطر اینكه اگر موتور سرعتش كاسته شود تحت بار آن یك مرحله عقب می ماند .

در واقع یك پله كاسته می شود با فركانس جریان و منجر به توقف موتور می شود موتور سنكرون می توانند ساخته شوند برای عملكرد از یك منبع قدرت تك فاز توسط با شکل شدن عناصر مدار مناسب كه یك میدان مغناطیسی چرخش را سبب می شود ساده ترین موتور یالکتریکی نوع قفس سنجابی موتور القایی استفاده شده باید یك تغذیه سه فاز می باشد استاتور یا ارمیچر ساكن از موتور قفس سنجابی شامل سه سیم پیچ ثابت مشابه با آرمیچر موتور سنكرون می باشد .

عصر چرخشی متشكل از یك هسته: در قسمتی كه یك سری از كنتاكتور ها سنگین نظم داده ومنظم شده اند وقرار گرفته اند بصورت یك دایره در اطراف شافت (میله) و موازی با آن برداشتنی هستند كنتاكتور های روتور به شكل قفسه ای استوانه ای و مشابه به ان استفاده می شوند بصورت سنجابی (كار می كنند) جریان سه فاز در سیم پیچ های استاتور جاری می شوند و یك میدان مغناطیسی چرخشی تولید می كند.
این میدان یك جریان در كنتاكتور های نوع قفسه ای القا می كند . واكنش مغناطیسی بین میدان چرخشی و كنتاكتور های حامل جریان روتور روتور را به حركت در می اورند.
اگر روتور دقیقآ با سرعت یكسانی به مانند میدان مغناطیسی بچرخد هیچ جریانی در آن القا نخواهد شد و از این رو روتور با سرعت سنكرون نباید به حركت دراید. در عمل سرعتهای چرخش روتور و میدان در حدود 2 تا 5 درصد با هم تفاوت دارند. این تفاوت سرعت بعنوان لغزش معروف است. موتور با روتور های قفس سنجابی می توانند استفاده شوند روی جریان متناوب تكفاز بوسیله نظم های مختلفی از القا و ظرفیت و بر اساس این دو مورد كه ولتاژ تكفاز را اصلاح می كند و تغییر می دهد و آن را به ولتاژ فاز تبدیل می كند چنین موتور بعنوان موتور فاز شكاف (Spelat Phase) مشخص و معروفند یا موتور تعدیل كننده یا كند از سر (موتور های خازنی) بر اساس نظم و ترتیب آن ها استفاده می شوند.
موتور قفس سنجابی تكفاز گشتاور شروع(راه اندازی) زیادی ندارند. و برای به كار انداختن در حالی كه گشتاور زیاد است موتور خنثی القایی استفاده می شود . یك موتور خنثی القایی ممكن است از نوع فاز شكاف باشد. یا از نوع تعدیل كننده اما یك سوئیچ یا اتو ماتیك یا دستی دارد كه اجازه می دهد جریان بین جاروبك های كموتاتور وقتی موتور شروع به حركت می كند. جاری شود و اتصالات كوتاه همه اجزای كموتاتور بعد از اینكه موتور به یك سرعت تقسیم می شوند . موتور دفع القایی یا خنثی القایی به ای خاطر نامیده شده اند . كه گشتاور راه اندازیشان وابسته است به دفع بین روتور و استاتور و گشتاورشان در زمان راه اندازی وابسته است به القا موتور های سیم پیچی شده ی سری با كموتاتور ها كه بر روی جریان متناوب با جریان مستقیم عمل می كنند. موتور یونیورسال نامیده می شوند. آن ها معمولآ فقط در اندازه های كوچك ساخته می شوند و معمولآ در مصارف خانگی كاربرد دارند.
آلتر ناتور های جریان متناوب(AC)(آلتر ناتور ها) ژنراتوها:

همانطور كه در بالا گفته شد یك ژنراتور ساده بدون كموتاتور تولید خواهد كرد كه یك جریان الکتریکی كه متناوب می شوند.در مسیر همانطور كه آرمیچر می چرخد چنین جریان متناوبی مزیت زیادی دارد . برای انتقال توان الکتریکی و از این رو بشترین ژنراتور های الکتریكی بزرگ از نوع AC هستند.در ساده ترین شكلش یك ژنراتور AC فقط در دو حالت خاص فرق می كند با ژنراتور DC پایانه های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند.
برای حلقه های لغزان جزئی شده جامد روی شافت (میله) ژنراتو بجای كموتاتور و سیم پیچ های میدان توسط یك منبع DC خارجی تغذیه انرژی می شوند. تا اینكه توسط خود ژنراتور این كار انجام می شود. ژنراتور های AC سرعت پایینی با تعداد زیادی در حدود 100 قطب ساخته می شوند. هم برای بهبود بازده شان و هم برای دست یافتن به فركانس دلخواه به آسانی. آلترناتور ها با توربین های سرعت بالا راه اندازی می شوند.
همچنین اغلب ماشین های دو قطبی هستند. فركانس جریان گرفته شده توسط ژنراتو AC مساوی است با نیمی از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرمیچر در هر ثانیه. اغلب مطلوب است در مورد ژنراتور كه واتژ بالایی وجود داشته باشد و آرمیچر های در حال چرخش در چنین كاربرد هایی صرف عمل نمی كنند. بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبكها و حلقه های لغزان و خطر شكستهای مكانیكی كه ممكن است سبب اتصال كوتاه شود .
آلترناتور ها بنا بر این با یك سیم پیچ ساكن كه بدور یك روتور می چرخد . و این روتور شامل تعدادی اهنربای مغناطیسی میدان هستندساخته می شوند اصل عملكرد آنها دقیقآ مشابه عملكرد ژنراتور های AC توصیف شده اند. بجز اینكه میدان مغناطیسی ( نسبت به كنتاكتور های آرمیچر ) به حركت در می ایند. جریان تولید شده توسط آلترناتور های توصیف شده در بالا به یك پیك می رسد و به صفر ختم می شوند و به یك پیك منفی افت می كنند. و دوباره به سمت صفر می آیند. و در چند زمان در واقع چندین بار در هر ثانیه بسته به فركانس كه ماشین طراحی شده چنین جریان را جریان متناوب تكفاز نامیده اند.
همچنین اگر آرمیچر در داخل دو سیم پیچ قرار گیرد. كه این سیم پیچ ها از زاویه ها و گوشه های راست یكدیگر كشیده شده اند و با اتصالات خارجی مجزا تهیه شده اند. دو موج جریان تولید خواهد شد. هر كدام در ماكزیممش خواهد بود وقتی كه دیگری به صفر برسد .چنین جریانی را جریان متناوب سه فاز نامیده اند. اگر سه سیم پیچ ارمیچر با زوایای 120درجه با یكدیگر قرار گیرند جریان به شكل موج سه برابر و كریپل تولید خواهد شد كه به آن جریان متناوب سه فاز گفته می شود.
یك تعداد زیادترین از فاز ها ممكن است با افرایش تعداد سیم پیچها بدست آمده باشند و گرفته شوند در ارمیچر اما در مهندسی برق مدرن جریان متناوب سه فاز بسیا پر كاربرد است و آلترناتور سه فاز ماشینی دیناموالکتریکی است كه بطور كلی برای تولید قدرتالکتریکی (یا توانالکتریکی) بكار می رود. ولتاژ خای بالای 13200 در آلترناتور ها رایج ترند.
ژنراتور الکتریکی

یک ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که از یک منبع انرژی مکانیکی تولید انرژی الکتریکی می‌کند. این فرآیند را تولید الکتریسته می‌نامند. قبل از اینکه ارتباط بین مغناطیس و الکتریسته کشف شود، ژنراتور ها 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. ژنراتور های 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. ژنراتور های 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 موتور ها کار کنند. همچنین تمامی انواع عمومی موتور های الکتریکی می‌توانند مانند یک ژنراتور کار کنند. ژنراتور های الكتریكی اصلاح شده دارای بازده و قابلیت اعتماد بیشتری هستند.

ژنراتور های توربینی در بیش‌ از 100 سال‌ پیش‌ كه‌ برای اولین‌ بار وارد عرصه‌ كاری شدند با هوا خنك‌ میشدند. با این‌ حال‌ همچنان‌ كه‌ خروجی واحد ژنراتور افزایش‌ پیدا كرد نیاز به‌ خنك ‌كنندگی موثر افزایش‌ یافت‌. این‌ نیاز منجر به‌ تكمیل‌ ژنراتور هایی شد كه‌ با هیدروژن‌ و آب‌، خنك‌ میشدند. هدایت‌ حرارتی هیدروژن‌، هفت‌ برابر هوا بوده‌ و با همان‌فشار مطلق‌، چگالی آن‌ یك‌ دهم‌ هواست‌.

پیش‌ از انتخاب‌ نوع‌ سیستم‌ خنك‌ كنندگی مورد استفاده‌ برای ژنراتور ، دوموضوع‌ عمده‌ وجود دارد كه‌ عبارتند از: اندازه‌ مگاولت‌ آمپر ژنراتور و یك‌ سایت‌ هوا با كیفیت‌ خوب‌. با وجود این‌ كه‌ خنك‌ كنندگی با هوا نوعا برای واحدهایكوچكتر استفاده‌ میشود هم‌ اكنون‌ اصلاح‌فن‌آوریهای جدید به‌ هوا این‌ امكان‌ رامیدهد تا برای ژنراتور هایی كه‌ حداكثر30مگاولت‌ آمپر ظرفیت‌ دارند مورد استفاده‌قرار گیرد. ژنراتور های الكتریكی، حجم‌ زیادی ازهوا را مصرف‌ میكنند. در جایی كه‌ كیفیت‌هوا مساله‌ ساز نیست‌ ژنراتور ها با سیستم‌ خنك‌ كنندگی هوای باز كه‌ بازده‌ بالایی از نظر فیلتراسیون‌ و آب‌ بندی محوری تحت‌ فشار دارند بهترین‌ انتخاب‌ و همچنین‌ دارای حداقل‌ هزینه‌ است‌.

سایت نیروگاه‌ قدرت‌ كه‌ دارای ذرات ‌ریز و سولفور قابل‌ ملاحظه‌ هستند باید ژنراتور هایی را كه‌ خنك ‌كنندگی آنها با آب‌ و هوای محبوس‌ انجام‌ میشود مورد بررسی قرار دهند. این‌ ژنراتور ها چنانچه‌ دارای ‌سیستم‌ خنك‌ كنندگی با آب‌ و آب‌ بندیمحوری تحت‌ فشار با فیلترهای هوایجبرانی باشند از نظر فیزیكی بزرگتر هستند.ژنراتور هایی كه‌ خنك‌ كنندگی آنها با آب‌ و هوای محبوس‌ صورت‌ میگیرد از ژنراتور هایی كه‌ خنك‌ كنندگی آنها با هوای باز انجام‌ میشود گران‌تر بوده‌ و بازده‌ كمتری نیزدارند.
با این‌ همه‌ در حالی كه‌ ذرات‌ ریز، یك‌ موضوع‌ قابل‌ بررسی است‌ و وقتی كه ‌مساله‌ای از نظر ذخیره‌سازی هیدروژن‌ در نیروگاه‌ وجود ندارد عموما ژنراتور هایی كه‌ با هیدروژن‌ خنك‌ میشوند انتخاب‌ مناسبی به‌ نظر میرسد. با وجود آن‌ كه‌ این‌ نوع‌ از ژنراتور گرانترین‌ نوع‌ است‌ ولی بالاترین ‌بازده‌ را دارد.
سیستم های خنك‌ كنندگی

طراحی واحدهایی كه‌ با هیدروژن ‌خنك‌ میشوند در مقایسه‌ با ژنراتور هایی كه ‌با هوا خنك‌ میشوند پیچیده‌تر است‌. سیستمهایی كه‌ با هیدروژن‌ خنك‌ میشوند به‌ محفظه‌ای كه‌ در مقابل‌ فشار مقاوم‌ باشد و نیز به‌ آب‌ بندی خاص‌ و یك‌ دستگاه‌ تهویه ‌گازی نیاز دارند. علاوه‌ بر آن‌ سیستمهایی كه‌ با هیدروژن‌ خنك‌ میشوند قبل‌ از آن‌ كه‌ برای تعمیر و نگهداری از سرویس‌ خارج ‌شوند باید با دی اكسید كربن‌ پاكسازی شوند. همچنین‌ قبل‌ از آن‌ كه‌ مجدد از هیدروژن‌ پرشوند و به‌ سرویس‌ بازگردند لازم‌ است‌ با دی اكسید كربن‌ پاكسازی شوند. با وجود آن‌كه‌ ژنراتور هایی كه‌ با هوا خنك‌ میشوند ازنظر فیزیكی بزرگتر از ژنراتور هایی هستند كه‌ با هیدروژن‌ خنك‌ میشوند، با اندازه‌ یكسان ‌دارای هزینه‌ اولیه‌ كمتری هستند. به‌ علاوه ‌تعمیر آنها ساده‌تر و با هزینه‌ كمتر است‌. ژنراتور های بزرگی كه‌ با هوا خنك‌ شده‌ و متعلق‌ به‌ شركت‌ آلستوم‌ هستند عموم مجهز به‌ سیستم‌ خنك‌ كنندگی آب‌ - هوای ‌محبوس‌ (TEWAC) هستند.
در سیستم ‌خنك ‌كنندگی آب‌ - هوا ، ژنراتور به‌ وسیله‌ هوا خنك‌ میشود. هوای گرم‌ پس‌ از آن‌ كه‌در خنك‌ كن‌ های آب‌ - هوا سرد شد مجدد وارد سیكل‌ میشود. در این‌ واحدها هادیهای سیم‌پیچ‌ میدان‌ روتور تو خالی بوده ‌و به‌ صورت‌ محوری خنك‌ میشوند. برخلاف‌ بخش‌ فعال‌ ژنراتور های قدیمی كه‌ باهوا خنك‌ میشوند، سیم‌پیچهای میدان‌جدیدتر در هر ماشین‌ دارای دو بخش ‌خنك ‌كن‌ است‌. در بخش‌ اول‌ جریان‌ هوا از زیر استوانه‌ انتهایی میگذرد و قبل‌ از خروج‌ به‌ داخل‌ هادی تو خالی جریان‌ پیدا میكند. جریان‌ هوای خنك‌ كن‌ برای بخش‌ دوم‌ از طریق‌ یك‌ شیار فرعی كه‌ در زیر سیم‌ پیچ‌ تعبیه‌ شده‌ است‌ صورت‌ میگیرد.

هسته‌ استاتور كه‌ به‌ شكل‌ محوری به‌اتاقهایی تقسیم‌ شده‌ است‌ هوای خنك‌ كننده‌ برای استاتور را فراهم‌ میآورد. این‌ كار با جریان‌ متناوب‌ هوا به‌ داخل‌ و به‌ بیرون‌اتاقكهای تهویه‌ انجام‌ میشود.
تولیدكنندگان‌ با اضافه‌ كردن‌ اتاقكهای تهویه‌ بیشتر نسبت‌ به‌ ماشینهای ژنراتور كوتاهتر قدیمی توانسته‌اند میزان‌ خنك‌ كنندگی ژنراتور را بهینه‌ كنند. طبق‌ گزارش‌ آلستوم‌، بهینه‌ سازی خنك‌ كنندگی واین‌ واقعیت‌ كه‌ هم‌ اكنون‌ خروجیهای بیشتری برای هوای خنك‌ كن‌ روتور وجوددارد توزیع‌ دما در سیم‌پیچ‌ استاتور و هسته‌را یكنواخت‌ كرده‌ است‌.
شكستن‌ مانع‌ 300 كیلوولت‌ آمپری

انجام‌ اصلاحات‌، طی چند سال‌ اخیر برروی طراحی ژنراتور هایی كه‌ با هوا خنك‌ میشوند سبب‌ شده‌ است‌ كه‌ واحدهای تولید شود كه‌ تا چند سال‌ گذشته‌ فقط با ژنراتور هایی كه‌ با هیدروژن‌ خنك‌ میشوند امكان‌پذیر بود. در طول‌ چهار دهه‌ گذشته‌ظرفیت‌ ژنراتور هایی كه‌ با هوا خنك‌ میشوند از 90 مگاولت‌ آمپر به‌ بیش‌ از 300مگاولت‌ آمپر افزایش‌ یافته‌ است‌.
یكی از تولیدكنندگان‌ (آلستوم‌) خروجی ژنراتور هایی كه‌ با هوا خنك‌ میشوند را تا33 درصد افزایش‌ داده‌ است‌. این‌ كار باافزایش‌ قطر روتور و طول‌ فعال‌ آن‌ به‌ میزان‌10 درصد اجرا شده‌ است‌. افزایش‌ خطی ژنراتور نیز حجم‌ Slot (یكی از شیارهای نگهدارنده‌ رسانا در سطح‌ روتور یا استاتوریك‌ ماشین‌ گردنده‌ الكتریكی) را بزرگتر كرده‌و در نتیجه‌ سیم‌پیچهای بیشتری قابل‌ اضافه‌كردن‌ بود. متاسفانه‌ وقتی قطر روتور افزایش‌ داده‌میشود اتلاف‌ سیم‌پیچ‌ نیز افزایش‌ مییابد. بخش‌ قابل‌ توجهی از اتلاف‌ سیم‌ پیچیناشی از اصطكاك‌ سطح‌ است‌.
ژنراتور ها دیگری كه‌ توسط آلستوم ‌تكمیل‌ شده‌ یك‌ ماشین‌ 50 هرتز 500 مگاولت‌ آمپری است‌. این‌ ماشین‌ یك ‌پیشرفت‌ عمده‌ در فن‌ آوری ژنراتور هایی كه‌با هوا خنك‌ میشوند بوده‌ و خنك‌ كنندگیآن‌ به‌ شكل‌ معكوس‌ امكان‌پذیر شد. در خنك‌ كنندگی معكوس‌ ، فنها در بالا دست‌ كولر قرار میگیرند و به‌ این‌ ترتیب‌ بخش‌ فعال‌ ژنراتور به‌ طور مستقیم‌ و بدون ‌هیچ‌گونه‌ پیش‌ گرمایشی از هوایی كه‌ ازكولرها میآید بهره‌مند میشود. هوایی كه‌ به‌طور مستقیم‌ از فنها تامین‌ شده‌ است‌همچنان‌ كه‌ از درون‌ فن‌ عبور میكند ، پیش ‌گرم‌ میشود.
هوا در پایین‌ دست‌ كولرها در ابتدا ازیك‌ ناحیه‌ مخلوط عبور میكند كه‌ توزیع ‌همگنی از هوای سرد را به‌ ورودی ژنراتورمیرساند. حتی اگر یك‌ كولر، خارج‌ ازسرویس‌ باشد این‌ نوع‌ از خنك‌ كنندگی به‌ژنراتور این‌ امكان‌ را میدهد كه‌ با 75 درصداز خروجی اسمی خود كار كند.
محفظه‌ ژنراتور 500 مگاولت‌ آمپرآلستوم‌ كه‌ با هوا خنك‌ میشود كاملاجوشكاری شده‌ و دارای یاتاقانهایی است‌ كه‌بر روی محفظه‌ای نصب‌ شده‌ و از یك‌سیستم‌ خنك‌كننده‌ بسته استفاده‌ میكند.ابتكار طراحی عمده‌ دیگر آن‌ است‌ كه‌ژنراتور با راه‌ آهن‌ قابل‌ حمل‌ونقل‌ است‌.
بررسی اصلاحات‌

در حالی كه‌ بیش‌ از 20 سال‌ از كار اغلب‌ نیروگاههای قدرت‌ ایالات ‌متحده‌ میگذرد متخصصان‌ نیروگاههای تولید برق‌ در جست‌و جوی راههایی بوده‌اند تا قابلیت‌ اعتماد ودر دسترس‌ بودن‌ ژنراتور های قدیمی رابهبود بخشند. غیر از جایگزینی ژنراتور ها،برخی از ژنراتور های قدیمیتر را معمولا میتوان‌ با سیم‌ پیچی مجدد استاتورها ونوكردن‌ exciter (ژنراتور كمكی كوچكی كه‌جریان‌ میدانی لازم‌ را برای ژنراتوری باجریان‌ متناوب‌ فراهم‌ میكند) اصلاح‌ كرد. دبلیوجی مور مدیر مهندسی كویل‌برق‌ ملی در كلمبوس‌ اوهایو میگوید كه‌ درهنگام‌ اصلاح‌ و بازسازی ژنراتور های الكتریكی، یكی از اولین‌ مراحل‌، آن‌ است‌ كه‌شرایط فورجینگ‌ روتور ارزیابی شود.
در غیر از مواردی كه‌ مسائل‌ جدی بروز كندجایگزین‌ كردن‌ روتور، لازم‌ نیست‌. هرگونه‌ تركی كه‌ در سوراخها پیدا شود عموما از فركانس‌ پایین‌ و ناشی از تنشهای چرخشی در اثنای شروع‌ بكار و توقف‌ واحد است‌.
با این‌ همه‌ چنین‌ تركهایی را نباید نادیده‌گرفت‌ چرا كه‌ میتوانند منجر به‌ گسیختگیكاتاستروفیك‌ روتور شوند. به‌ گفته‌ قبل‌ از بازگرداندن‌ یك‌ روتور قدیمیتر به‌سرویس‌ باید سوراخها به‌ طور كامل‌ بازرسیشوند تا شرایط كیفی آنها برای كاركرددرازمدت‌ تایید شود. علاوه‌ بر بازرسی چشمی سوراخ‌،آزمایشهای مغناطیسی و ماورای بنفش ‌UT نیز باید اجرا شود. هرگونه‌ مسأله‌سطحی را میتوان‌ با سنگ‌ زدن‌ سوراخ‌،اصلاح‌ كرد. با این‌ حال‌، تركهای عمیق‌تر بایدبا سوراخ‌ كردن‌ برداشته‌ شوند.
محلهای دندانه‌ دار روتور میتواند درشعاعهای ماهیچه‌ای بالای دندانه‌، ایجادترك‌ كند. این‌ سوراخها را میتوان‌ با بازرسی چشمی، آزمایش‌ با جریان‌ گردابی (آزمایش‌غیر تخریبی كه‌ در آن‌ تغییر امپدانس‌ یك‌كویل‌ آزمایش‌ كه‌ به‌ نزدیك‌ نمونه‌ هادی آورده‌ شده‌ است‌ جریانهای گردابی ایجادشده‌ به‌ وسیله‌ كویل‌ را از خود نشان‌ میدهد و در نتیجه‌ برخی از خواص‌ یا معایب‌ نمونه‌را آشكار میكند)، نافذ رنگی (مایعی دارایرنگ‌ كه‌ برای تشخیص‌ تركها یا سایر معایب‌سطحی مواد غیر مغناطیسی بكار میرود) ویا با آزمایش‌ ذرات‌ مغناطیسی مرطوب‌،آشكار كرد. با این‌ همه‌ میگوید:
هیچ‌ گزارشی از وقفه‌ اجباری ناشی از تركهایدندانه‌دار ، ثبت‌ نشده‌ است ‌. تركهای كوچك ‌را میتوان‌ با بزرگ‌ كردن‌ شعاع‌ ماهیچه ‌، برداشت‌ به‌ طور ی كه‌ در عین‌ حال‌ تركهایبزرگتر نیاز به‌ برداشتن‌ بالای دندانه‌ها و سپس‌ بازسازی یك‌ حلقه‌ حایل‌ طولانی تر دارند.
هنگامی كه‌ رطوبت‌، وجود داشته‌ باشد حلقه‌های حایل‌ غیر مغناطیسی از جنس‌5Cr 18Mn نسبت‌ به‌ تنش‌ ترك‌ خوردگی تاثیر پذیرند و در اثنای هر گونه‌ اصلاح‌ ژنراتور باید تعویض‌ شوند. معمولا این‌ نوع‌ حلقه‌ها با حلقه‌هایی از جنس‌18 Cr 18Mn تعویض‌ میشوند. طبق‌گزارش‌ G.E. فولاد ضد زنگ‌ غیر مغناطیسی18-18 نسبت‌ به‌ تنش‌ ترك‌ خوردگی مقاوم‌است‌.
ترك‌ خوردگی شیار فنری شبه‌ بست ‌ (نوعی فنر كه‌ به‌ عنوان‌ بست‌ استفاده ‌میشود ) به‌ وسیله‌ نیرو های متناوب‌ حلقه‌ حایل‌ مخروطی در حال‌ كشش‌ بالای دندانه‌ها ایجاد میشود. با این‌ وجود میگوید: این‌ تركها به‌ سادگی بایك‌ آزمایش‌ نفوذ پذیری فلورسنت‌ مغناطیسی مرطوب‌، آشكار میشوند. مشابه‌ترك‌ خوردگی دندانه‌ روتور، تركهای درون‌شیار فنر شبه‌ بست‌ را میتوان‌ با بزرگ‌ كردن‌شعاع‌، اصلاح‌ كرد.
سیم‌ پیچها و عایق‌ بندی

سیم‌ پیچهای مسی روتور، عمرنامحدودی دارند ولی وقتی كه‌ یك‌ روتورتحت‌ تاثیر گرمای بیش‌ از حد قرار گیرد،مس‌، نرم‌ میشود. اگر مس‌ بیش‌ از حد نرم‌شده‌ باشد، آزمایش‌، سختی آن‌ را تعیین‌خواهد كرد. >مور< میگوید: بازرسی چشمیباید هرگونه‌ اعوجاج‌ اضافی را مشخص‌ كند. ترك‌ خوردگی درپیچهای مسی روتور درروتورهایی كه‌ روی حلقه‌های حایل‌ آن‌محور كوتاهی نصب‌ شده‌ باشد عادی است‌. این‌ ترك‌ خوردگیها را میتوان‌ با یك‌ آزمایش‌نافذ رنگی بررسی كرد. سیم‌ پیچهای مسیباز پخت‌ شده‌ با مقاومت‌ كم‌ كه‌ در واحدهای ‌قدیمی نصب‌ شده‌اند باید با نوعی مس‌ بامقاومت‌ بیشتر جابه‌جا شوند. طبق‌ گفته‌>مور< این‌ ماده‌ (مس‌ با مقاومت‌ بیشتر)نسبت‌ به‌ تغییر شكل‌، مقاوم‌ است‌. متاسفانه‌یك‌ سیم‌ پیچ‌ باز پیچیده‌ شده‌ جدید مسی ازمسهای قدیمی كه‌ مجددا استفاده‌ شده‌ باشدگرانتر است‌. اصلاحاتی كه‌ در عایق‌ بندی و صفحات‌لغزش‌ از جنس‌ ماده‌ای با ضریب‌ اصطكاك‌ كم‌ انجام‌ شده‌ است‌ اعوجاج‌ سیم‌پیچهایروتور را به‌ حداقل‌ رسانده‌ و كاركردژنراتور ها را اصلاح‌ كرده‌ است‌ برخلاف‌سیم‌پیچهای روتوری كه‌ به‌ صورت‌ اقتصادیمجددا پیچیده‌ شده‌ باشند عموما با سیم‌پیچهای استاتور جایگزین‌ میشوند. باپیشرفتهایی كه‌ هم‌ اكنون‌ در سیستمهایعایق‌ بندی انجام‌ شده‌، عایق‌بندی كمتریمورد نیاز است‌. كاربرد ژنراتور های الكتریكی دراثردرجه‌ حرارت‌ حداكثر مجاز رساناهای مسیدر سیم‌ پیچهای استاتور و نیز دراثر انتقال‌حرارت‌ در درون‌ عایق‌بندی، محدود شده‌است‌. با این‌ وجود كاركرد ژنراتور در درجه‌ حرارتهای بالاتر برای مس‌های هادی درهنگامی امكان‌پذیر است‌ كه‌ كلاس‌ حرارتیبالاتری برای ماده‌ عایق‌ بندی، استفاده‌ شده‌باشد. واضح‌ است‌ كه‌ با كاركرد ژنراتور دردرجه‌ حرارتهای بالاتر، خروجی ژنراتور افزایش‌ پیدا میكند. هم‌ اكنون‌ برای كاركردژنراتور در درجه‌ حرارتهای بالاتر، موادجدیدی وجود دارد. به‌ دلیل‌ این‌ كه‌عایق‌بندی جدید، مقاومت‌ حرارتی كمتریدارد انتقال‌ حرارت‌ میله‌های استاتور، بهبودپیدا كرده‌ و خروجی ژنراتور افزایش‌ مییابد. با وجود آن‌ كه‌ برای ژنراتور های بزرگترهنوز هم‌ روش‌ خنك‌ كنندگی به‌ وسیله‌هیدروژن‌ مورد استفاده‌ قرار میگیرداصلاحات‌ اخیر در سیستمهای خنك‌ كنندگیبا هوا و همچنین‌ عایق‌ بندی به‌ روش‌ خنك‌ كنندگی با هوا اجازه‌ داده‌ است‌ تا باسیستمهای خنك‌ كنندگی به‌ وسیله‌ هیدروژن‌برای ژنراتور هایی كه‌ حداكثر ظرفیت‌ آنها500 مگاولت‌آمپر است‌ رقابت‌ كنند. طبق‌نظر سازندگان‌، استفاده‌ از ژنراتور هایی كه‌ باهوا خنك‌ میشوند و ظرفیتشان‌ بیش‌ از50مگاولت‌ آمپر باشد موضوعی است‌ كه‌فقط زمان‌، آن‌ را حل‌ خواهد كرد.
موتور شدن ژنراتور در اثر برگشت وات (حفاظت توربین بخار)

ژنراتور ها باید انرژی الکتریکی به شبکه بدهند و هیچگاه از شبکه انرژی نگیرند . از این جهت در گذشته (در حدود 30 سال پیش) ژنراتور ها را با یک رلۀ واتمتری مجهز می کردند ، بطوریکه این رلۀ واتمتری در موقع برعکس شدن جهت انرژی ، عمل کرده و ژنراتور را از مدار قطع می کرد .
این قطع کردن ژنراتور در موقع برگشت وات لازم نیست ، زیرا برگشت وات ضرری به ژنراتور وارد نمی کند ، بلکه پس از قدری پاندولی و نوسانی شدن ، ژنراتور مجددا حالت عادی خود را باز می یابد و به کار خود ادامه می دهد . از این جهت امروزه رلۀ برگشت وات جهت قطع ژنراتور در موقع تغییر جهت دادن انرژی الکتریکی به کار برده نمی شود ، بلکه برای حفاظت توربین از آن استفاده می شود .
در لوله های بخار رسان توربین بخار ممکن است دو اشکال پیش آید :

یکی اینکه در اثر ترکیدن و یا سوراخ شدن لولۀ بخار ، عمل رساندن بخار به توربین قطع گردد . در این صورت اگر این ژنراتور بطور موازی با ژنراتور های دیگر بسته شده باشد ، از شبکه انرژی الکتریکیمی گیرد و به صورت موتور به گردش خود ادامه می دهد و توربین را با دور سنکرون می گرداند .
در حالت دوم ممکن است دریچۀ بخار بسته شده ولی به دلیل جذب نبودن سوپاپ خروجی ، بخار صد در صد قطع نگردیده باشد و مقداری بخار به داخل توربین نشت کند بطوریکه حجم بخاری که وارد توربین می شود بیشتر از مقداری باشد که برای گرداندن توربین بدون بار لازم است . در صورتیکه در این حالت ژنراتور از شبکه قطع گردد ، توربین سرعت گرفته و دور آن آنقدر زیاد می شود که به اصطلاح سبب از جا کندن توربین و خورد شدن یاطاقانهای آن می شود .

تنها وسیله ای که در این دو حالت از توربین حفاظت می کند ، رلۀ برگشت وات است . رلۀ برگشت وات معمولاً یک رلۀ اندوکسیونی است که دارای دو حوزۀ عمود بر هم با اختلاف فاز 90 درجه و یک صفحۀ آلومینیومی است .
معرفی نرم افزار MICAA برای بررسی وضعیت سیم پیچها در موتور ها و ژنراتور ها

سیستم MICAA یكی از ابزارهای مهم نگهداری غیر مستقیم است كه به استفاده كنندگان كمك می كند تا خطر وقوع عیب در سیم پیچی های روتور و استاتور و ورقه های هسته موتور ها و ژنراتور های بزرگ را تشخیص دهند . استفاده گسترده از MICAA توسط استفاده كنندگان و صنایع سراسر دنیا باعث شده كه از وقوع خطا در ماشینهای در حال كار جلوگیری شده ، مراقبت از سیم پیچها در نیروگاه بهبود یافته و هزینه ها كاهش یابد . سیستم MICAA كه ابداعی توسط IRIS با همكاری EPRI می باشد، حاصل صرف میلیونها دلار برای انجام تحقیقات صنعتی و تجارب بهره برداری از نیروگاهها است .

برخی از ویژگیهای MICAA به شرح زیر می باشد :
از تعمیرات و از سرویس خارج كردن های غیرضروری اجتناب می شود زیرا MICAA قادر است با دقت كامل مشكلات ماشین را تشخیص و طبقه بندی كند. MICAA آزمایشات زائد و پر هزینه را با دسته بندی آزمایشات و بررسی اینكه كدام روش با توجه به وضعیت سیم پیچی یك ماشین خاص مناسب تر خواهد بود ، حذف می كند.
هنگامی كه از MICAA بعنوان قسمتی از یك برنامه نگهداری جامع و غیرمستقیم استفاده می شود می توان وضعیت نامناسب موتور ها و ژنراتور ها را تشخیص داده و پیش از اینكه دچار حادثه شوند نسبت به تعمیر آنها اقدام نمود .
هزینه ها محدود شده و امكانات نیروگاه را می توان تنها به تجهیزاتی كه نیاز به رسیدگی دارند معطوف نمود. افراد كم تجربه تر می توانند بیشتر اطلاعات مناسب برای فرایند تشخیص را جمع آوری كرده و افراد مجرب فرصت می یابند كه تنها بر روی ماشینهایی كه وجود مشكل در آنها تشخیص داده شده متمركز شوند.
بانك اطلاعاتی MICAA بطور دائم نگهداری شده و با ایجاد كلمه رمز ورود، میتوان از دسترسی افراد غیر مجاز به آن جلوگیری نمود و بدین ترتیب قابلیت اطمینان آنرا بالا برد.
قابلیت ذخیره دائمی داده ها در MICAA ، دسترسی به سابقه كامل بهره برداری هریك از اجزاء روتور ،استاتور و هسته را فراهم می كند. هنگامی كه یك جزء از یك ماشین به ماشین دیگر انتقال می یابد، سابقه بهره برداری ، آزمایش و تشخیص نقص آن نیز به سهولت به پرونده اطلاعاتی ماشین جدید فرستاده می شود .
بانك اطلاعاتی جامع MICAA دارای قابلیت های گرافیكی برای رسم نتایج آزمایش برای هر ماشین است .
ویژگی Tech Help سیصد صفحه ای شامل صدها نمودار و عكس ، حتی افراد نا آشنا با ماشین های دوار را با توضیح مكانیزم خطا در استاتور و روتور آموزش داده و آنها را قادر می سازد تا آزمایشات و بررسی های كارشناسانه بر روی ماشین ها انجام دهند.
MICAA می تواند بر روی هر نوع كامپیوتر شخصی كه از سیستم عامل ویندوز استفاده می كند، اجرا شود.
MICAA با یك یا چند استفاده كننده می تواند كار كند. هم با محیط LAN و هم با محیط WAN سازگار است .