مولد التيار الكهربائي هو جهاز مصمم لتحويل أنواع الطاقة غير الكهربائية (الكيميائية والميكانيكية والحرارية) إلى طاقة كهربائية. علاوة على ذلك ، يعتمد تصميمه على استخدام مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.
مبدأ التشغيل وجهاز أبسط المولد
الحث الكهرومغناطيسي هو ظاهرة تم اكتشافها في عام 1831 من قبل الفيزيائي البريطاني مايكل فاراداي (1791-1867) ، الذي اكتشف أنه عندما يمر تدفق مغناطيسي متغير بمرور الوقت عبر دائرة موصلة مغلقة ، ينشأ تيار كهربائي في الأخير. هذا هو المبدأ الذي يكمن وراء أي مولد.
من الناحية العملية ، يتم تنفيذ مبدأ الحث الكهرومغناطيسي على النحو التالي: يحدث تيار كهربائي في إطار مغلق (الدوار) عندما يتقاطع مع مجال مغناطيسي دوار ، يتشكل اعتمادًا على غرض وتصميم المولد بمغناطيس دائم أو لفات إثارة خاصة. عندما يدور الإطار ، يتغير حجم التدفق المغناطيسي. كلما كان الدوران أسرع ، كلما زاد جهد الخرج.
في عام 1827 ، تم اكتشاف هذا التأثير واستخدامه لإنشاء النموذج الأصلي لمولد التيار الكهربائي بواسطة الفيزيائي المجري Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). ومع ذلك ، اعتبرها مشهورة ، لم يسجل العالم براءة اختراعه ، وأعلن إنشاء أول دينامو فقط في عام 1850.
لإزالة التيار الكهربائي ، تم تجهيز الإطار بمجمع تيار ، والذي يحوله إلى حلقة مغلقة ويوفر اتصالًا مستمرًا للإطار الدوار مع عناصر ثابتة للمولد. يتم ضغط الفرش المحملة بنابض على حلقات التجميع وبالتالي يتم توفير التيار الكهربائي إلى محطات الإخراج للمولد.
بالتناوب ، تمر أنصاف الإطار بالتسلسل بالقرب من أقطاب المغناطيس. في هذه الحالة ، يحدث تغير دوري في اتجاه حركة التيار الناشئ - في كل قطب يتحرك التيار في اتجاه واحد.
اعتمادًا على تصميم المجمع ، يمكن للمولد توليد كل من التيار المباشر والمتناوب.
- في مولدات التيار المستمر ، لكل نصف ملف في عقدة المجمع ، هناك حلقات معزولة عن بعضها البعض. نظرًا لحقيقة أن هذه الحلقات النصفية تعمل على تغيير الفرش باستمرار ، فإن التيار لا يغير اتجاهه ، ولكن ببساطة ينبض.
- في المولدات ، ترتبط أطراف الإطار بحلقات انزلاقية ويدور هذا الهيكل بأكمله حول محوره. عند تدوير الإطار ، توفر الفرش ، التي يقع كل منها بالقرب من الحلقة ، موصلًا موثوقًا لأسفل. في هذه الحالة ، لا يحدث الوضع الدوري للفرش.
يسمى الجزء الدوار للمولد الدوار ، ويسمى الجزء الثابت الجزء الثابت.
مبدأ تشغيل مولدات التيار المتناوب والمباشر متطابق. وهي تختلف فيما بينها في تصميم حلقات الانزلاق الموجودة على الدوار الدوار وتكوين اللفات.
في مولدات التيار المتناوب ، غالبًا ما يتم استخدام حل تقني أصلي ، استنادًا إلى حقيقة أن EMF يظهر في الموصل ليس فقط عندما يدور في مجال مغناطيسي ، ولكن أيضًا في الحالة التي يدور فيها المجال المغناطيسي نفسه بالنسبة إلى الموصل الثابت.
يستخدم هذا التأثير على نطاق واسع من قبل المطورين الذين يضعون المغناطيس الكهربائي أو الدائم على الدوار الدوار. في هذه الحالة ، يتم إزالة الجهد من اللف الثابت المثبت ، مما يجعل من الممكن التخلص من التصاميم المعقدة لمجموعات التجميع.
مولدات التيار المتردد
يتم إنتاج عدد كبير من أكثر مولدات التيار المتردد تنوعًا. يمكن تصنيفها حسب المعايير التالية:
- التصميم البناء ؛
- طريقة الإثارة
- عدد المراحل.
من خلال طريقة الإثارة للمستهلك ، يمكن العثور على المجاميع:
- مع إثارة مستقلة - يتم تزويد لف الإثارة بتيار مباشر من مصدر طاقة مستقل ؛
- مع الإثارة الذاتية - يتم توفير تيار مصحح من المولد نفسه إلى ملف الإثارة ؛
- مع إثارة من مغناطيس دائم - بدون لف الإثارة ؛
- مع إثارة من الممرض - مولد DC منخفض الطاقة ، "يجلس" على نفس العمود مع المولد المقدم.
حسب عدد المراحل ، المولدات الكهربائية هي:
- على مرحلة واحدة؛
- مرحلتين
- ثلاث مراحل.
في الممارسة العملية ، يتم العثور على مولدات ثلاثية المراحل في أغلب الأحيان. ويرجع ذلك إلى عدد من المزايا المميزة لهذا النوع من المجاميع:
- الحصول على تأثير اقتصادي في تطوير أنظمة نقل الطاقة لمسافات طويلة - تقليل استهلاك المواد لأجهزة المحولات وأسلاك الطاقة ؛ هذا يساهم في وجود مجال مغناطيسي دائري.
- زيادة الموارد التشغيلية ، مما يضمن توازن النظام ؛
- الاستخدام المتزامن للجهد الخطي والطور.
من الناحية الهيكلية ، يحتوي المولد الكهربائي ثلاثي الطور على ثلاث لفات مستقلة تقع في الجزء الثابت حول المحيط مع إزاحة 120 درجة بالنسبة لبعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كل لف هو مولد أحادي الطور ، قادر على توفير جهد متناوب للمستهلك R. يسمى هذا اللف المفرد "الطور". يمكن ربط اللفات الطورية بـ "مثلث" أو "نجم".
هناك مخططات أخرى لتوصيل اللفات ، على سبيل المثال ، نظام Tesla بستة أسلاك أو اتصال Slavyanka (مزيج من ستة لفات على شكل "نجمة" واحدة و "مثلث" واحد) ، ولكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع.
يتم لعب دور الإطار في الأجهزة التي تولد تيارًا متناوبًا بواسطة مغناطيس كهربائي ، والذي يعمل على تدوير متغيرات EMF المستحثة في اللفات بمقدار ثلث دورة نسبة إلى بعضها البعض.
من بين العديد من المولدات ، هناك نوعان رئيسيان من تصميمهما: متزامن وغير متزامن. في الآونة الأخيرة ، نظرًا للعدد الكبير من الأجهزة الإلكترونية المعقدة التي تتحكم فيها المعالجات الدقيقة ، ظهر نوع جديد من المولدات الكهربائية - العاكس.
مولدات الطاقة المتزامنة
يتكون المولد المتزامن من جزأين - دوار متحرك وثابت ثابت.
عندما يدور الدوار ، وهو مغناطيس كهربائي مع قلب ولف إثارة ، متصلاً بمصدر طاقة خارجي باستخدام آلية فرشاة ، يتم تحفيز EMF في لف الجزء الثابت ، الذي يتم تغذيته إلى أطراف خرج المولد. يلغي هذا التصميم الحاجة إلى انزلاق جهات الاتصال ، مما يبسط إلى حد كبير تصميم الوحدة. في البداية ، يكون التدفق المغناطيسي متحمسًا من المثير من جهة خارجية مثبت على عمود مشترك ومتصل بالنظام باستخدام أداة التوصيل.
في المولدات المتزامنة منخفضة الطاقة ، يتم لف الحقل بواسطة تيار مصحح. في هذه الحالة ، يتم تشكيل الدائرة الكهربائية بسبب تنشيط المحولات المدرجة في دائرة الحمل. يتم تضمين مقوم أشباه الموصلات أيضًا. تشمل الدائرة الكهربائية الرئيسية:
- لف المجال
- ضبط الريوستات.
السمة الرئيسية للمولد المتزامن هي أن تردد التيار الكهربائي المتولد يتناسب مع سرعة الدوار.
مولدات الطاقة غير المتزامنة
يختلف المولد غير المتزامن عن المولد المتزامن في غياب اتصال جامد بين سرعات الدوار و emf المستحث. يسمى الفرق بين هذه المعلمات "زلة". توجد فجوة هوائية بين العضو الدوار والجزء الثابت للمولد غير المتزامن. في نفس الوقت ، يؤثر عزم الكبح الذي يحدث عند توصيل الحمل ويمنع دوران الدوار على تردد EMF الناتج. لذلك ، يتم توليد الكهرباء في المولدات غير المتزامنة بسرعة الدوار المتزايدة.
تصميم المولدات غير المتزامنة بسيط ، ولكن له أسوأ الخصائص التقنية مقارنة بالوحدات المتزامنة - يمكن أن يصل الخطأ في التردد إلى 4 ٪ ، وفي الجهد حتى 10 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، تعد المولدات غير المتزامنة ضرورية لتيار التدفق. لذلك ، يوصى بتشغيلها مع المثبتات ، وفي بعض الحالات ، على سبيل المثال ، من أجل بدء سلس للمحرك الكهربائي ، قد تكون هناك حاجة إلى محول التردد.
مولدات العاكس
مولد العاكس هو مولد غير متزامن تقليدي ، يتم عنده تثبيت مثبت إضافي لمعلمات الإخراج.
يعمل على النحو التالي: يذهب الجهد الناتج عن مولد غير متزامن إلى العاكس ، حيث يتم تصحيحه أولاً ، ثم تتشكل نبضات تردد معين ودورة عمل من جهد DC الناتج. عند إخراج الجهاز ، يتم تحويل هذه النبضات إلى جهد جيبي مع خصائص تقنية مثالية تقريبًا.
محرك المولد
في الظروف المحلية ، يتم تشغيل دوار المولد بواسطة محركات الاحتراق الداخلي (ICE) التي تعمل على الوقود مثل البنزين أو وقود الديزل. في الوقت نفسه ، يبلغ العمر التشغيلي لمولدات البنزين المجهزة بمعدات ICE للدفع والسحب حوالي 500 ساعة في السنة (لا تزيد عن 4 ساعات في اليوم) ؛ ICE رباعي الأشواط يصل إلى 5000 ساعة في السنة.
يُنصح باستخدام المولدات الكهربائية التي تعمل بالبنزين في حالات انقطاع التيار الكهربائي و / أو الخروج إلى الريف.
تتميز المولدات التي تعمل بوقود الديزل بطاقة عالية وبنزين أكثر متانة. من بينها هناك نماذج مع تبريد الهواء والسائل. يوصى باستخدام وحدات تبريد الهواء في الأماكن التي يتم فيها إيقاف تشغيل الكهرباء لفترة طويلة.
يعد استخدام هذه الأجهزة المنزلية أمرًا بسيطًا للغاية - تحتاج إلى ملء الوقود في الخزان ، وتحويل المفتاح لبدء تشغيل المحرك وتوصيل الحمل. تم تجهيز لوحة التحكم الخاصة بهم بكل النقوش والرموز الضرورية والبديهية.
مولدات الديزل المبردة بالسائل هي أجهزة في فئة مختلفة تمامًا. وهم قادرون على العمل لأيام ويستخدمون بشكل رئيسي في الشركات كمصادر طاقة احتياطية.
مولدات صناعية مصممة لتوليد تيار متناوب وتزويده للمستهلكين لمسافات طويلة باستخدام خطوط الطاقة عالية الجهد (خطوط النقل) التي تعمل عن طريق تنشيط التوربينات الهيدروليكية أو البخارية. في هذه الوحدات ، يتم توصيل آلية الدوار مباشرة بعجلة التوربين.
تتميز مولدات التوربينات بقدرة عالية (تصل إلى 100،000 كيلو وات) وقادرة على توليد تيار متناوب بجهد يصل إلى 16 كيلو فولت. يمكن أن يصل طول وقطر الدوار إلى 6.5 و 15 مترًا على التوالي ، وسرعة دوران الأخير في حدود 1500 ... 3000 دورة في الدقيقة.قم بتركيب هذه الوحدات في غرف منفصلة على ركائز خرسانية معدة خصيصًا.
خيارات وقدرات المولدات الكهربائية المنزلية
لسهولة الاستخدام ، يزود المصنعون منتجاتهم بعدد من الخيارات المفيدة ، من بينها:
- جهاز لبدء التشغيل التلقائي للوحدة أثناء انقطاع التيار الكهربائي ؛
- وجود RCD مدمج ، وفصل الجهاز من التيار الكهربائي أثناء انهيار العزل وظهور تيار التسرب ؛
- التحكم في المعلمات وعرضها على الشاشة ؛
- حماية من زيادة الحمولة.
عندما يتم توصيل الحمل بمولد كهربائي ، ستكون قيمته أقل من المقدر ، ستبدأ الوحدة في "تناول" جزء من الوقود السائل مقابل لا شيء ، دون الاستفادة الكاملة من قدراته.
لن يكون من غير الضروري أن يكون في مجموعة التوصيل غلاف خاص للإسكات ، وخزان وقود متزايد ، وغلاف يحمي الوحدة من التعرض لدرجة حرارة منخفضة ، وما إلى ذلك.
ميزات التثبيت
يجب أن يهتم المالك المحتمل لمولد التيار بإعداد موقع التثبيت قبل الشراء. بغض النظر عن المكان الذي سيتم فيه تركيب هذه الوحدة ، في الداخل أو في الهواء الطلق ، فسوف تتطلب منصة مسطحة وصلبة. سيؤدي تركيب مولد كهربائي على موقع غير مستو إلى زيادة الاهتزاز ، مما سيسرع من تآكل الأجزاء ويمكن أن يؤدي إلى فشل جهاز باهظ الثمن.
عند تثبيت المولد في غرفة ، من المهم توفير وجود تهوية العادم. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء تشغيل الوحدة ، يوصى بترك باب الغرفة مفتوحًا ، والذي سيتطلب بدوره تركيب شبكة في المدخل تمنع الأجانب ، والأهم من ذلك ، الأطفال من الوصول إلى منطقة الخطر.
يتم توصيل المولد الكهربائي بالتيار الكهربائي وفقًا للشروط المنصوص عليها في تعليمات التشغيل بدقة. في هذه الحالة ، يجب توصيل الكبل الكهربائي بعد الآلة التمهيدية والعدادات الكهربائية.
