تتعدد أنواع مولدات الكهرباء لتناسب مختلف التطبيقات، فهي مفيدة جدًا لكونها توفر الكهرباء للأجهزة الكهربائية خلال فترة انقطاع التيار الكهربائي، كما تتوفر في عدة تكوينات فيزيائية وكهربائية. فهي تحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية وبناءً على الإخراج، تصنف إلى نوعين: متردد ومستمر، نستعرض أدناه مفهوم كل نوع ومبدأ عمله وبنيته.
أنواع مولدات الكهرباء: مولد التيار المستمر
مولد التيار المستمر هو أحد أنواع مولدات الكهرباء وهو جهاز كهربائي يحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء. عندما يخفض الموصل التدفق المغناطيسي، تنشأ قوة دافعة كهربية وفق مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لقوانين فاراداي، تسبب تدفقًا للتيار عند إغلاق دائرة الموصل.
أجزاء مولد التيار المستمر
يتكون مولد التيار المستمر من الأجزاء التالية:
- الجزء الثابت: لتوفير المجالات المغناطيسية التي يدور فيها الملف، يتكون من مغناطيسين لهما قطبان متقابلان يواجهان بعضهما بشكل يناسب منطقة الدوار.
- الدوار: يحتوي شرائح حديدية مشقوقة مع فتحات مكدسة لتشكيل قلب المحرك الأسطواني لتقليل الخسارة الناتجة عن التيار الدوامي.
- اللفات حديد التسليح: تكون على شكل دائرة مغلقة ومتصلة على التوالي بالتوازي لتعزيز مجموع التيار المنتج.
- الهيكل الخارجي: مصنوعة إما من الحديد الزهر أو الفولاذ، يوفر القوة الميكانيكية اللازمة لحمل التدفق المغناطيسي الناتج عبر القطبين.
- الأعمدة: يتم لف هذه اللفات على أعمدة إما متصلة على التوالي أو بالتوازي من خلال اللفات المحرك.
- حذاء القطب: يستخدم لتوزيع التدفق المغناطيسي لمنع ملف المجال من السقوط.
- العاكس: يعمل العاكس مثل المقوم الذي يغير جهد التيار المتردد إلى جهد التيار المستمر داخل ملف عضو الإنتاج. تم تصميمه بقطعة نحاس، وكل قطعة نحاس محمية من الأخرى بمساعدة صفائح الميكا. وهي تقع على رمح الجهاز.
- فرش: لضمان التوصيلات الكهربائية بين المبدل ودائرة الحمل الخارجية.
مبدأ عمل مولد التيار المستمر
يعمل مولد التيار المستمر بحسب قانون فاراداي في الحث الكهرومغناطيسي، فعند وضع موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي متغير، تتحرض قوة دافعة كهربية في الموصل. وفقًا لقاعدة فليمنج لليد اليمنى، يتغير اتجاه التيار المستحث كلما تغير اتجاه حركة الموصل.
هنا يكون العضو الدوار الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة، في حين يتحرك الموصل نحو الأعلى. فعندما يكمل عضو الإنتاج نصف دورة، يعكس اتجاه حركة الموصل إلى الأسفل، بالتالي يكون اتجاه التيار في كل عضو بالتناوب. لكن تعكس توصيلات موصلات عضو الدوار عند حدوث انعكاس للتيار عاكس التيار المنقسم فنحصل على تيار أحادي الاتجاه.
أنواع مولدات الكهرباء: مولد التيار المتردد
مولد التيار هو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، بالتالي فإن مدخلاته هي طاقة ميكانيكية مصدرها التوربينات البخارية وتوربينات الغاز ومحركات الاحتراق. في حين يمون خرجه هو طاقة كهربائية متناوبة على شكل جهد وتيار متناوب.
مكونات مولد التيار المتردد
يتكون من الأجزاء التالية:
- المجال: يتكون من ملفات من الموصلات تستقبل الجهد من المصدر وتعطي تدفقًا مغناطيسيًا. ثم يقطع التدفق المغناطيسي في المجال عضو الإنتاج لينتج جهد هو جهد مولد التيار المتردد.
- المحرك: هو الجزء الذي ينتج الجهد يتكون ملفات من الأسلاك كبيرة بحيث تحمل تيار الحمل الكامل للمولد.
- المحرك الرئيسي: هو المكون المستخدم لقيادة مولد التيار المتردد قد يكون إما محرك ديزل، أو توربين بخاري، أو محرك.
- الدوار: يُعرف المكون الدوار للمولد يقوده المحرك الرئيسي للمولد.
- الجزء الثابت: يتكون قلبه على تصفيح من سبائك الصلب أو الحديد المغناطيسي لتقليل خسائر التيار الدوامي.
- حلقات الانزلاق: هي توصيلات كهربائية تستخدم لنقل الطاقة ذهابًا وإيابًا من الدوار لمولد التيار المتردد، مصممة لتوصيل تدفق التيار من جهاز ثابت إلى جهاز دوار.
مبدأ عمل مولد التيار المتردد
تعمل بحسب مبدأ قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي الذي ينص: “أن القوة الدافعة الكهربائية EMF أو الجهد تتولد في موصل يحمل تيارًا ويقطع مجالًا مغناطيسيًا موحدًا”. نستطيع تحقيق ذلك من خلال تدوير ملف موصل في مجال مغناطيسي ثابت أو تدوير المجال المغناطيسي الذي يحتوي على الموصل الثابت. لكن الأفضل إبقاء الملف ثابتًا نظراً لسهولة سحب تيار متردد مستحث من ملف عضو ثابت بدلاً من سحبه من ملف دوار.
فعندما يدور الجزء الدوار بين قطبي المغناطيس على محور عمودي على المجال المغناطيسي، تتغير وصلة تدفق عضو الإنتاج بشكل مستمر. بالتالي يتدفق تيار كهربائي عبر الجلفانومتر وحلقات الانزلاق والفرش. هنا يتأرجح الجلفانومتر بين القيم الإيجابية والسلبية، مما يدل على وجود تيار متردد يتدفق عبر الجلفانومتر.
يعتمد المجال المغناطيسي المتولد على عدد لفات ملف العضو الدوار، وقوة المجال المغناطيسي، وسرعة المجال الدوار.
تعرف على أجزاء المحرك الميكانيكي في السيارات
مميزات مولدات التيار المتردد عن مولدات التيار المستمر
إمكانية رفع مولدات التيار المتردد بسهولة وتنحيتها من خلال المحولات.
حجم رابط النقل في مولدات التيار المتردد أرق بسبب ميزة الترقية.
خسائر مولدات التيار المتردد أقل منها في نظيراتها التيار المستمر.
حجم مولد التيار المتردد أصغر من نظيره المستمر.
مفهوم التردد والمولدات التزامنية
يحتوي الهيكل الدوار لمولد الكهرباء على قطبين، أحدهما للتدفق المغناطيسي الموجه إلى الخارج والآخر للتدفق الموجه إلى الداخل. بالتالي يحدث موجة جيبية كاملة في ملف الجزء الثابت لكل دورة في الجزء المتحرك، يقاس بالهرتز (دورات في الثانية)، ويساوي سرعة الدوار في الثانية.
بالتالي إذا أردنا إمدادات الكهرباء عند 60 هرتز، يجب أن تكون سرعة المحرك الرئيسي والدوار 60 دورة في الثانية، أو 3600 دورة في الدقيقة، هذا يناسب كل من التوربينات البخارية والغازية.
فبالنسبة للتوربينات الكبيرة تكون هذه السرعة كبيرة لأسباب تتعلق بالإجهاد الميكانيكي، حيث إذ تصميم دوار المولد بأربعة أقطاب متباعدة على فترات تبلغ 90 درجة.
فالجهد المستحث في ملف الجزء الثابت، والذي يمتد بزاوية مماثلة تبلغ 90 درجة، يتكون من موجتين جيبيتين كاملتين لكل دورة، فسرعة الدوار المطلوبة لتردد 60 هرتز هي 1800 دورة في الدقيقة.
أما بالنسبة للسرعات المنخفضة كما في معظم التوربينات المائية، يستخدم عدد أكبر من أزواج الأقطاب، حيث تساوي القيم المحتملة لسرعة الدوار 120 f/p، باعتبار: f التردد وp عدد الأقطاب وتقاس بالدورات في الدقيقة.
ما هو الفرق بين شبكات ال 2G 3G 4G 5G
المولدات المتزامنة
تولد المولدات بمختلف أنواعها تيارًا مترددًا، بحيث يعكس القطبية عند تردد ثابت قد يكون 50 أو 60 دورة، أو انعكاسات مزدوجة في الثانية.
الجدير بالذكر أنه باعتبار وجود عدة مولدات متصلة بشبكة طاقة، من الضروري أن تعمل على نفس التردد للتوليد المتزامن، هذا ما يطلق عليه مسمى المولدات المتزامنة.
نختار التيار المتردد لشبكات الطاقة لكونه يتغير بشكل مستمر مع مرور الزمن مما يسمح باستخدام المحولات. التي تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية مهما كان الجهد والتيار المتولد إلى جهد عالي وتيار منخفض للنقل لمسافات طويلة. ثم تحويلها إلى جهد منخفض يناسب الاستهلاك الفردي بما فيها الاستهلاك المنزلي قد يكون 120 أو 240 فولت.
يتم اختيار التيار المتردد في المولدات المتزامنة على شكل موجة جيبية، لأنه الشكل المتكرر الوحيد الذي يسمح بإضافة أو طرح موجتين نازحين من بعضهما في الوقت المناسب.
أنواع مولد الكهرباء حسب الاستخدام
يوجد أربع أنواع من مولدات الكهرباء حسب الاستخدام:
المولدات الاحتياطية المنزلية
تعمل بمختلف أنواع الوقود: البروبان، البنزين، أو الغاز الطبيعي. تجري عملية تشخيص ذاتي وتخبرك عند الحاجة للصيانة، وتتراوح استطاعتها بين 5000 حتى 20000 واط.
المولدات المحمولة
تعمل بالبنزين، تستطيع استخدامها في أي مكان تريد داخل منزلك أو خارجه، شرط ألا يكون مكان مغلق. تنتج بسرعة مستويات مميتة من أول أكسيد الكربون. تتراوح استطاعتها بين 3000 حتى 8500 واط.
المولدات العاكسة
تعد أهدأ الأنواع نظراً لكونها تتحرك لأعلى ولأسفل بما يلائم الطلب، فلا تشغل بكامل طاقتها. تأتي مع نظام عادم متطور يقلل الانبعاثات، تتراوح استطاعتها بين 1500 حتى 7600 واط.
محطات الطاقة المحمولة
تشغل من خلال بطارية تشحن عبر توصيل محطة الطاقة بمأخذ كهربائي أو بلوحة شمسية مضمنة. مفيدة في حالات الحاجة الكبيرة للكهرباء التخييم. خالية من الضوضاء بشكل كامل لكونها دون محرك، و لا تنتج انبعاثات وقود أو أول أكسيد الكربون، لذا فهي مناسبة للاستخدام المنزلي. تتراوح استطاعتها بين 1200 حتى 1500 واط.
في الختام، الجدير بالذكر أنّ كل أنواع مولدات الكهرباء مفيدة في حالات الطوارئ لكونها تمد الأجهزة الإلكترونية بالكهرباء عند انقطاعها، تطبق بحسب أنواع المواقف.
تابعونا على الفيسبوك ∇ إنستقرام
تابعونا على التليجرام
