ما وظيفة المولد الكهربائي ومكوناته
ما وظيفة المولد الكهربائي؟ وهو من أكثر الأسئلة شيوعاً بين طلاب العلوم وفي الحقيقة هناك العديد من المصطلحات والمفاهيم العلمية التي تكمن وراء الإجابة على هذا السؤال وتاريخ طويل من التجارب والبحث العلمي، في هذه المقالة سوف نشرح كل ما يتعلق بهذا الموضوع، وظيفته وأنواع ومكونات المولد الكهربائي من خلال موقع ايوا مصر.
ما وظيفة المولد الكهربائي
- إجابة سؤال ما وظيفة المولد الكهربائي تتمثل في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، حيث اخترع العالم البريطاني مايكل فاراداي أول مولد كهرومغناطيسي عام 1831 م، كما يمكن للمولدات إنتاج تيار كهربائي مباشر يسمى هذا النوع من المولدات بالدينامو.
- أو يمكن أن ينتج تيارًا كهربائيًا متناوبًا، هذا المكيف هو الأرخص في الإنتاج والأكثر كفاءة.
- كما يمكننا تعريف المولد الكهربائي بأنه جهاز يحول طاقة الدفع، أي الطاقة الميكانيكية، للطاقة الكهربائية لاستخدامها في الدائرة الخارجية.
مصادر الطاقة الميكانيكية لتوليد الكهرباء
- التوربينات البخارية: تنتج هذه التوربينات حركة المولد الكهربائي باستخدام البخار عند الضغط العالي ودرجة الحرارة.
- توربينات الغاز: توفر هذه التوربينات طاقة ميكانيكية بحرق أنواع معينة من الغازات الطبيعية.
- التوربينات المائية: عندما توفر هذه التوربينات الحركة الميكانيكية للمولد من خلال ضغط الماء على السدود العالية أو الشلالات.
- محركات الاحتراق الداخلي: عندما تدفع هذه المحركات المولد بحرق أنواع معينة من الوقود.
مبدأ عمل المولد
- تعمل المولدات الكهربائية على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، حيث يدور ملف موصل مثل ملف نحاسي ملفوف جيدًا على قلب معدني بسرعة بين أقطاب المغناطيس ثم تتواصل المغناطيسية مع الإلكترونات، في موصل لتوليد تيار لتحفيزها، لأن كل هذا يحدث وفقًا لقانون فاراداي للتحريض الكهرومغناطيسي، عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي، فإنه يخلق قوة دافعة كهربائية تولد تيارًا كهربائيًا يتدفق عبر هذا الموصل.
أنواع المولدات
تصنف المولدات إلى أنواع تبعا لجودة التيار المتولد في هذه المولدات، وتصنف إلى:
- مولدات للتيار: تستخدم هذه المولدات لأنها لا تتطلب الكثير من الصيانة، وحجم المولد هو تكون خسائر الأجزاء الميكانيكية الصغيرة نسبيًا أقل نسبيًا من النوع الآخر، وهي صغيرة نسبيًا.
- مولدات التيار المستمر: عندما يتم العثور على مولد التيار المستمر عادةً في تطبيقات خارج الشبكة، فإن هذه المولدات توفر مصدر طاقة سلسًا مباشرة إلى أجهزة التخزين الكهربائية وشبكات طاقة التيار المستمر بدون معدات ثانوية.
مكونات المولد الكهربائي
المولد مطلوب لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، وبسبب تعدد استخدامات وقوة الطاقة الكهربائية، وهذه إجابة على سؤال مقالنا اليوم وهو ما وظيفة المولد الكهربائي حيث أنها جزء أساسي من العديد من الأنظمة من حولنا، فإليك بعض أهم مكونات المولد:
- تقلبات المجال: هذا هو الجهاز الذي ينتج تدفقًا مغناطيسيًا عند تعرضه للجهد، ويتكون من عدد من ملفات الموصلات التي تعمل جميعها معًا عند استقبال الجهد من المصدر، وهي عملية تسمى الإثارة الكهربائية.
- ملفات حديد التسليح: هذا هو المصدر النهائي لجهد المولد، نظرًا لأن ملفات المولد تتكون من ملفات كهربائية، يمكن لكل منها حمل جهد المولد إلى الداخل.
- رأس الرصاص: هو نوع من التوربينات يستخدم لتشغيل مولد التيار، ويمكن أن يكون توربينات غازية أو بخارية أو هيدروليكية أو هوائية.
- الدوار: الدوار هو المكون الرئيسي لمولد الدوار، حيث يتم تشغيله بالحركة بواسطة المحرك الرئيسي، واعتمادًا على التصميم العام للنظام، يمكن أن يكون الدوار هو المحرك أو المجال.
- الجزء الثابت: هذا هو عنصر التصميم للجزء الثابت في النظام، حيث يعمل مع الدوار، ومثل الجزء المتحرك نفسه، يمكن أن يكون الحقل أو المحرك.
- الحلقات غير القابلة للانزلاق: الحلقات غير القابلة للانزلاق هي موصلات كهربائية خاصة تسمح بنقل الطاقة من وإلى الدوار، والحلقة الفريدة غير القابلة للانزلاق عبارة عن موصل دائري متصل بلفافات الدوار، ولكنها معزولة عن العمود.
- محامل العمود: يربط العمود المحرك الرئيسي ببقية المولد، مع سلسلة من المحامل الموضوعة بدقة لبناء الحركة النسبية للأجزاء المتحركة من النظام ، مما يساعد على تقليل الاحتكاك.
مبدأ عمل المولد
- بعد من تعرفنا على ما وظيفة المولد الكهربائي يجب أن نعي جيداً مبدأ عمل المولد الكهربائي، حيث تعمل المولدات على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، حيث يدور ملف موصل مثل ملف نحاسي، ملفوف جيدًا على قلب معدني، بين أقطاب المغناطيس والمغناطيسية ثم يتواصل مع الموصل الإلكتروني المحفز تدفق الكهرباء فيه، يحدث هذا وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي، عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي، فإنه يخلق قوة دافعة كهربائية تولد تيارًا كهربائيًا يتدفق عبر الموصل.
تطور المولدات الكهربائية عبر التاريخ
- اكتشف العالم فاراداي في الفترة 1831 م 1832 م أن حركة الموصل الكهربائي العمودي في مجال مغناطيسي تخلق فرق جهد بين طرفي الموصل، وهذا ما يسمى بالمبدأ، للحث الكهرومغناطيسي.
- والنموذج الأول لتوليد الكهرباء يسمى قرص فاراداي، وهو ينتج تيارًا كهربائيًا مستمرًا بجهد وقوة قليلة مرتفع نسبيًا، وفي عام 1832 م ، تم بناء أول نموذج للمولد الكهربائي على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه العالم فاراداي.
- أنتج Hippolyte Pixie الفرنسي آلة ذات هيكل ثابت يحتوي على مجال مغناطيسي قوي ، بداخله معدن تم تدوير الملف بواسطة ذراع دوار، ويتم إنتاج المجال المغناطيسي في كل دوران كامل للملف ويتم عكس خطاف التيار الخاص بهما حيث تتغير أقطاب المغناطيس أثناء دوران الملف في مجاله، مما ينتج عنه تيار كهربائي متناوب، كل نصف دورة لمنع انعكاس التيار، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي مستمر.
- تم تطوير نموذج جديد للمولد الكهربائي بعد عام 1854 م، على عكس النموذج الأول باستخدام مجال مغناطيسي دائم، لأنه تم استخدام مغناطيسين متعارضين لإنتاج مجال مغناطيسي حول الجزء الدوار من المولد، لذلك قام العالم الإيطالي أنطونيو بسينوتي بتطوير تصميمان سابقان للمولد الكهربائي زيادة التيارات الكهربائية عند الاستبدال.
- الملف المستخدم عبارة عن ملف حلقي ينظم التيار، وقد استخدم هذا النموذج مع بداية إنشاء محطات الطاقة في السبعينيات.
مراحل المولد الكهربائي
ما وظيفة المولد الكهربائي، يعمل المولد الكهربائي على مبدأ الحث الكهربائي الذي اكتشفه العالم فاراداي خلال تجاربه، حيث وجد أن حركة موصل كهربي مثل سلك نحاسي في مجال مغناطيسي تسبب في حدوث تيار كهربائي.
- وعاء: هو الفرق بين طرفي السلك الموصل الذي يحفز الإلكترونات في السلك النحاسي ويجعلها تتدفق مكونًا تيارًا كهربائيًا.
- بعد ذلك تم تطوير المولدات لاحتواء ملف من الأسلاك النحاسية يتم إدخاله في مجال مغناطيسي كبير لتوليد التيار الكهربائي بكثافة أكبر.
- حيث يعتمد حجم التيار المتولد على قوة المجال المغناطيسي في المولد، طول الملف الكهربائي الموصّل وسرعة دوران الملف داخل المجال المغناطيسي
مبدأ العمل لمولد التيار المباشر
- تدور الملف المعدني داخل المجال المغناطيسي لتوليد تيار كهربائي، ويتم استخدام قطعة إضافية تسمى المبدل في مولد التيار المباشر، وتتمثل وظيفتها في عكس التيار المتولد بعد كل نصف الملف.
- المولد الثابت: في هذا النوع من المولد، يكون مصدر المجال المغناطيسي ثابتًا في مكانه، والملف هو الجزء المتحرك في المولد.
- مبدأ عمل المولد: لا يختلف مبدأ عمل المولد عن مبدأ العمل لمولد التيار المباشر، باستثناء أن المولد لا يحتوي على قطعة عاكس لأن التيار الكهربائي المتولد يمر داخل المجال المغناطيسي دون عكس الاتجاه، مما أدى إلى وجود تيار التغييرات في القيمة صعودا وهبوطا.
في الختام درسنا وظيفة المولد الكهربائي وعرفنا أنه جهاز يستخدم لتوليد الكهرباء من الحركة الميكانيكية، وكذلك أجزاء وأنواع المولدات الكهربائية، كما استطعنا أن نجيب على سؤال المقال وهو ما وظيفة المولد الكهربائي.
