ما هو المولد الكهربائي؟ إن المولد الكهربي هو آلة تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية (الحركية) إلى طاقة كهربية، لكن كيف يعمل المولد الكهربائي أصلًا وما هي فكرة العمل ومكونات هذه الآلة التي تعد العنصر الرئيسي في أغلب محطات توليد الطاقة الكهربائية، وللمولد الكهربي تاريخ يرتبط بتاريخ الكهرباء أو بالأخص تاريخ التيار المتردد وعلى يد عدد من العلماء أبرزهم فاراداي وهانز أورستد.
ما هو التيار المتردد
هو تيار كهربي متغير الشدة والاتجاه، إذ يبدأ من الصفر ويزداد ليصل للحد الأقصى، ثم ينخفض مجددًا إلى الصفر ثم إلى الحد الأقصى في الاتجاه المعاكس، ويكرر التيار هذه العملية 50 أو 60 مرة في الثانية (وبهذا يمكن القول إن التردد = 50 هيرتز
شاهد أيضًا: شرح الكونتاكتور وأنواعه واستخداماته ?What is Contactor
لاحظ: تختلف شكل موجة التيار المتردد، وفيما يلي عدة أنواع لها:
- الموجة المثلثية
- الموجة المربعة
- الموجة الجيبية
- الموجة النبضية
فكرة عمل المولد الكهربائي
لنفهم كيف يعمل المولد الكهربائي، فيمكن النظر إلى شكل مبسط له، مثل موصل عادي يتحرك بين مغناطيس على شكل حدوة الفرس، وفيما يلي أهم النقاط حول مبدأ عمل المولد الكهربائي:
- ينص قانون فاراداي على أنه عندما يتحرك موصل خلال مجال مغناطيسي يتولد في ذلك الموصل جهد معين.
- كلما دار العضو الدوار (الموصل) خلال المجال المغناطيسي، يتم إنتاج جهد، وبالتالي يتم مرور تيار بالموصل.
- يتم توصيل حلقات انزلاق بالعضو الدوار لتدور معه.
- يتم تركيب فرش كربونية أمام حلقات الانزلاق وملامسة لها، وذلك لتوصيل التيار الكهربي من العضو الدوار إلى الحمل الثابت.
رسم شكل موجة التيار المتردد للمولد الكهربائي
يُنتج المولد الكهربي تيار متردد متغير الشدة والاتجاه، ولكن ينبغي معرفة طبيعة هذا التيار أو الجهد الناتج عنه إن صح التعبير، وذلك لفهم كيفية تغير قيمته بمرور الزمن، وهذا ما نعنيه برسم شكل موجة التيار أو الجهد الناتجة عن المولد بعدما عرفنا ما هو المولد الكهربائي، وفيما يلي خمس حالات نستنتج منها شكل الموجة.
الحالة الأولى:
- في الوضع الابتدائي عند صفر درجة، يكون العضو الدوار عمودي على للمجال المغناطيسي.
- لا يحدث قطع لأي خط من خطوط الفيض.
- لا يتولد جهد.
الحالة الثانية:
- يبدأ العضو الدوار بالتحرك من صفر إلى 90 درجة.
- يحدث قطع لخطوط الفيض.
- يتولد جهد ويزداد حتى يصل إلى أقصى قيمة في الاتجاه الموجب.
الحالة الثالثة:
- بعد ذلك، يستمر العضو الدوار في الدوران من 90 درجة إلى 180 درجة
- يقل قطع الموصل لخطوط الفيض
- يقل الجهد المتولد حتى يصل إلى الصفر
الحالة الرابعة:
- بعد ذلك، يستمر العضو الدوار في الدوران من 180 درجة إلى 270 درجة.
- يزداد قطع الموصل لخطوط الفيض مرة أخرى لكن في الاتجاه المضاد.
- يزداد الجهد المتولد حتى يصل إلى أقصى قيمة لكن في الاتجاه السالب عند 270 درجة.
الحالة الخامسة:
- بعد ذلك، يستمر العضو الدوار في الدوران من 270 درجة إلى 360 درجة
- يقل قطع الموصل لخطوط الفيض مرة أخرى
- يقل الجهد المتولد من أقصى قيمة سالبة حتى يصل إلى الصفر
تستمر العملية السابقة في التكرار طالما أن العضو الدوار يدور
ما هو مبدأ عمل المولد الكهربائي
يعمل المولد الكهربي على مبدأ “الحث الكهرومغناطيسي“، ويمكن توضيح نظرية العمل بشكل مبسط فيما يلي:
- إذا قطع موصل ما مجال مغناطيسي فإنه سيتولد قوة دافعة كهربية (جهد)، وبالتالي يمر تيار كهربي في الموصل إذا قمنا بإغلاق الدائرة الخاصة بالموصل ووصلّنا به حِمل.
- وتكون هذه القوة الدافعة الكهربية عند قيمتها العظمى عندما تكون حركة الموصل عمودية على اتجاه المجال وزاوية القطع 90 درجة.
لاحظ: تحدث نفس النتيجة سواء كان الموصل هو المتحرك والمجال المغناطيسي ثابت، أو الموصل ثابت والمجال المغناطيسي متحرك.
العوامل التي تتوقف عليها القوة الدافعة الكهربية:
- طول الموصل.
- شدة المجال المغناطيسي (كثافة الفيض B).
- سرعة حركة الموصل واتجاه الحركة.
مصادر حصول المولدات على الطاقة المحركة اللازمة لإدارتها:
- طاقة الوضع عن طريق مساقط المياه.
- الطاقة الحرارية عن طريق حرق بعض أنواع الوقود (الفحم – البترول – الغاز الطبيعي).
- الطاقة النووية.
- طاقة الرياح.
شاهد أيضًا: ما هو تيار القصر في الدوائر الكهربية Short Circuit؟
بهذا نكون قد انتهينا من مقالنا الأول والذي تناولنا فيه إجابة سؤال ما هو المولد الكهربائي ، ويمكن اعتبار ذلك المقال هو البداية التي نعرف من خلالها المولد الكهربي وأهميته، وسنتناول نحن موقع ملم الهندسي فيما بعد أنواع المولدات وخصائصها بشكل أدق وأعم، وأخيرًا هل لديك إجابة واضحة عن ما هو المولد الكهربائي؟
