المولد الكهربائي في توليد الكهرباء،هو جهاز ميكانيكي يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية بوجود مجال مغناطيسي. ويعمل المولد الكهربائي على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي والذي هو الأساس في توليد التيار الحثي. وقد تطورت صناعة المولدات الكهربائية كثيراً من حيث إنتاج التيار الحثي المقوُم إلى درجة عالية جدًا، ويُوجه المولد الكهربائي التيار الكهربائي للتدفق خلال دائرة كهربائية خارجية، كما أن مصادر المولد الكهربائي عديدة منها ما هو محرك متردد ومنها التوربينات التي تستخدم المحركات البخارية في عملها، أو عن طريق تساقط المياه في التوربينات والتي تعرف بالطاقة المائية، أو بمحركات الاحتراق الداخلية، أو توربينات الرياح[1]، أو مرفق اليد، أو الهواء المضغوط، أو أي مصدر آخر من مصادر الطاقة الميكانيكية. المولدات الكهربائية تغذي جميع الشبكات الكهربائية تقريبًا.
ويتم التحويل عكسيًا من الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الميكانيكية عن طريق المحرك الكهربائي، والمولدات والمحركات الكهربائية لديها العديد من أوجه التشابه، كما أن العديد من المحركات الكهربائية يمكن أن تكون مدفوعة ميكانيكيًا لتوليد الكهرباء، وكثيرًا ما تجعل المحركات المولدات مقبولة عمليًا.
الدينامو هو الاسم اللاتيني للمولّد الكهربائي، ويعني الآن المولّد الذي ينتج تيارا مستمرا باستخدام عاكس التيار.
تاريخ
تم اختراع المولد الكهربائي من قِبَل العالم الإنجليزي مايكل فارادي سنة 1831م.
كيفية عمل المولد الكهربائي
- المباديء الأساسية
لا يَستحدِث المولد طاقة، ولكنه يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، ولذا فإن كل مولد يديره توربين أو محرك ديزل أو أي آلة تنتج طاقة ميكانيكية. فمولد السيارة مثلاً، يدار من المحرك نفسه الذي يدفع السيارة.
ويشير المهندسون عادة إلى الأداة الميكانيكية التي تدير المولد بالمحرك الأساسي. ولكي نحصل على طاقة كهربائية إضافية من المولد يلزم للمحرك الأساسي أن يبذل طاقة ميكانيكية إضافية. فإذا كان المحرك الأساسي توربينًا بخاريًا، على سبيل المثال، يلزم زيادة سريان البخار في التوربين للحصول على كهرباء بكمية أكبر.
آلية عمل المولد الكهربائي
عندما تدور ملف حول مجال مغناطيسي (أو مغناطيس حول ملف) تنتج طاقة كهربائية وهذا ما يعرف بالحث الكهرومغناطيسي وتستخدم في دوران ملف أو المغناطيس طاقة ميكانيكية فمولد الدراجة مثلا يستخدم قوة تدوير العجلة لإنتاج طاقة كهربائية تضيئ مصباح الدراجة. أما في محطات توليد الكهرباء فتستخدم طاقات متجددة كالماء والرياح وغيرهما حيت يتم عمل توربينات كبيرة لتحويل قوة جريان الماء إلى كهرباء.
- آلية العمل
عندما يتم تحريك الجزء الدوار (rotor) عن طريق عمود دوران موصل بالمحرك الأساسي (prim mover) يتولد من ملفات الجزء الدوار مجال كهرومغناطيسي ينتقل إلى ملفات الجزء الثابت (stator) الذي بدوره يستقبل المجال الكهرومغناطيسي ليتحول إلى تيار كهربائي داخل الملفات الموزعة على ثلاثة أوجه بحيث تكون الزاوية بين كل وجه ووجه 120 درجة وبعد ذلك ينتج تيار كهربائي منتظم على شكل موجات جيبية (sinusoidal waves).
مصطلحات
هناك جزأين رئيسيين من أي مولد أو محرك كهربائي، وهو جزء ميكانيكي وجزء كهربائي :
- الجزء الميكانيكي
العضو الثابت : وهو الجزء الثابت في الآلة الكهربائية.
العضو الدوار : وهو الجزء الدوّار في الآلة الكهربائية.
- الجزء الكهربائي
الإطار الحامل : وهو المنتج للطاقة في الآلة الكهربائية، ففي المولد الكهربائي، أو مولد التيار المتناوب، أو المحرك الكهربائي، تقوم ملفات الإطار الحامل بتوليد الطاقة الكهربائية، والإطار الحامل أما أن يكون مُركب على العضو الثابت أو على العضو الدوار في الجزء الميكانيكي.
ملفات المجال : وهو المنتج للمجال المغناطيسي في الآلة الكهربائية، ويمكننا إنتاج مجال مغناطيسي للمولد الكهرباء أو لمولد التيار المتناوب عن طريق أي مغناطيسي دائم، وتوضع ملفات المجال أما على العضو الثابت أو على العضو الدوّار في الجزء الميكانيكي.
ولأن كمية نقل الطاقة الكهربائية إلى دائرة ملفات المجال أقل بكثير من كيمة نقلها إلى دائرة الإطار الحامل، فإن مولدات التيار المتردد دائمًا ما تكون ملفات المجال فيه على الجزء الثابت، والإطار الحامل على الجزء المتحرك. فقط كمية بسيطة من تيار ملفات المجال ينقل إلى الجزء المتحرك للبدء بتحريكه باستخدام حلقات الانزلاق، أما مكائن التيار المستمر فتتطلب وجود مبادل كهربائي على محور الجزء المتحرك، وذلك لتحويل التيار المتردد الناتج من الإطار الحامل إلى تيار مستمر، ولهذا فإن الإطار الحامل يكون على الجزء المتحرك.
التقسيم من حيث العمل
تنقسم المولدات الكهربية من حيث العمل إلى نوعين أساسيين:- 1- مولد كهربائي أساسي وهو الذي تعتمد عليه الشبكة اعتماد كلى في الإمداد بالطاقة الكهربية.
2- مولد كهربائي احتياطي وهو الذي يتم الاعتماد عليه كمصدر بديل للتيار الكهربائى عند انقطاع المصدر الأساسي.
مقالات ذات صلة
المصادر
- نافيد قوادرازي (يونيو 2013) "مراجعة على تطوير مولدات تورينات الرياح في جميع أنحاء العالم" المجلة الدولية للديناميكا والتحكم (سبرينغر) 192–202, doi:10.1007/s40435-013-0016-y