ما وظيفة المولد الكهربائي وما هي أنواع ومكونات المولد الكهربائي

ما وظيفة المولد الكهربائي ؟، سؤال من الأسئلة الشائعة بين طلاب مادة العلوم، وفي الحقيقة تختبئ وراء إجابة هذا السؤال الكثير من المصطلحات والمفاهيم العلمية، وتاريخ طويل من التجارب والدراسات العلمية، وفي هذا المقال سنوضح كل شيء متعلق في هذا الموضوع.

ما وظيفة المولد الكهربائي

إن وظيفة المولد الكهربائي هي تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، وقد تم اختراع أول مولد كهرومغناطيسي، في عام 1831 ميلادي من قبل العالم البريطاني مايكل فاراداي، وقد تنتج المولدات تياراً كهربائياً مباشراً، ويطلق على هذا النوع من المولدات بالدينامو، أو قد تنتج تياراً كهربائياً متردداً، وهذا التار المتردد هو الأرخص في التوليد و الأكثر كفاءة، ويمكننا تعريف المولد الكهربائي على أنه جهاز يحول الطاقة المحركة أي الطاقة الميكانيكية، إلى طاقة كهربائية لاستخدامها في دائرة خارجية، وتشمل مصادر الطاقة الميكانيكية لتوليد الكهرباء:[1]

• التوربينات البخارية: حيث توليد هذه التوربينات الحركة للمولد الكهربائي، من خلال البخار المضغوط وبدرجة حررارة عالية.
• التوربينات الغازية: وتعمل هذه التوربينات على توفير الطاقة الميكانيكة، من خلال حرق بعض أنواع الغازات الطبيعية.
• التوربينات المائية: حيث تقوم هذه التوربينات، بوفير الحركة الميكانيكية للمولد الكهربائي، من خلال ضغط المياه عند السدود او الشلالات العالية.
• محركات الاحتراق الداخلي: حيث توفر هذه المحركات الحركة للمولد، من خلال أحتراق بعض أنواع الوقود.

مبدأ عمل المولد الكهربائي

تعمل المولدات الكهربائية على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، حيث يتم تدوير ملف موصل مثل ملف نحاسي ملفوف بإحكام على قلب معدني، بسرعة بين أقطاب مغناطيس، وعندها سوف تتفاعل المغناطيسية مع الإلكترونات في الموصل لتحفيز تدفق التيار الكهربائي بداخله، حيث يحدث هذا كله وفقاً لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، عندما يتحرك موصل داخل مجال مغناطيسي فإنه يتولد قوة دافعة كهربائية تولد تياراً كهربائياً يمر من خلال هذا الموصل.[2]

أنواع المولد الكهربائي

يتم تصنيف المولدات إلى أنواع، حسب نوعية التيار المولد في هذه المولدات، وتصنف إلى:[3]

• مولدات التيار المتردد (بالإنجليزية: AC generators): ويتم أستخدام هذه المولدات لانها، لا تحتاج إلى صيانة كثيرة، حجم المولد صغير نسبياً، الخسائر الميكانيكية أقل نسبياً من النوع الأخر، كما إن قواطع المولدات هذه أصغر نسبياً.
• مولدات التيار المستمر (بالإنجليزية: DC generators): حيث يوجد مولد التيار المستمر عادة في التطبيقات خارج الشبكة، كما وتوفر هذه المولدات إمداداً سلساً للطاقة مباشرة في أجهزة التخزين الكهربائية وشبكات طاقة التيار المستمر بدون معدات ثانوية.

مكونات المولد الكهربائي

إن المولد ضروري لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، ونظراً لتعدد استخدامات الطاقة الكهربائية وقوتها، حيث أنها جزء أساسي من العديد من الأنظمة من حولنا، واليك بعض أهم المكونات الرئيسية للمولدات:[4]

• ملفات المجال (بالإنجليزية: Field): هو الجهاز الذي ينتج تدفقاً مغناطيسياً عند تعرضه للجهد، ويتكون من ملفات متعددة من الموصلات التي تعمل جميعها معاً عند استقبال جهد المصدر، وهي عملية يشار إليها باسم الإثارة الكهربائية.
• ملفات التوليد (بالإنجليزية: Armature): هو المصدر النهائي لجهد خرج المولد، حيث تتكون ملفات التوليد من لفائف الأسلاك الكهربائية، كل منها يمكن أن يحمل الجهد المولد داخلها.
• المحرك الرئيسي(بالإنجليزية: Prime Mover): هو نوع من التوربينات المستخدمة لتشغيل مولد التيار المتردد، ويمكن أن تتكون من توربينات غازية أو بخارية أو هيدروليكية أو هوائية.
• الدوار (بالإنجليزية: Rotor): الدوار هو المكون الدوار الرئيسي للمولد، حيث يتم دفعه إلى الحركة بواسطة المحرك الرئيسي، واعتماداً على التصميم العام للنظام، قد يكون الدوار هو المحرك أو المجال.
• الجزء الثابت (بالإنجليزية: Stator): هو عنصر التصميم الثابت للنظام، حيث يعمل مع الدوار، ومثل الدوار نفسه، يمكن أن يكون إما الحقل أو المحرك.
• حلقات الانزلاق (بالإنجليزية Slip Rings): حلقات الانزلاق هي موصلات كهربائية متخصصة تسهل نقل الطاقة من وإلى الدوار، وحلقة الانزلاق الفردية عبارة عن موصل دائري مرتبط بملفات العضو الدوار، ولكنها معزولة عن العمود.
• محامل العمود (بالإنجليزية: Shaft Bearings): يربط العمود المحرك الرئيسي ببقية أجزاء المولد، حيث يتم وضع سلسلة من المحامل بدقة لهيكلة الحركة النسبية للأجزاء المتحركة للنظام، وهذا يساعد على تقليل الاحتكاك.

وفي الختام نكون قد تعرفنا على وظيفة المولد الكهربائي، وعرفنا أنه جهاز يستخدم لتوليد الكهرباء من الحركة الميكانيكية، كما وتعرفنا على أجزاء المولدات الكهربائية و أنواعها.