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 والجهاز من أبسط المولد
الحث الكهرومغناطيسي هو ظاهرة اكتشفها الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي (1791-1867) في عام 1831 ، الذي اكتشف أنه عندما يمر تدفق مغناطيسي متغير بمرور الوقت عبر دائرة موصلة مغلقة ، يتولد تيار كهربائي في الأخيرة. هذا هو المبدأ الذي يقوم عليه أي مولد.
في الممارسة العملية ، يتم تنفيذ مبدأ الحث الكهرومغناطيسي على النحو التالي: ينشأ تيار كهربائي في إطار مغلق (دوار) عندما يتم عبوره بواسطة مجال مغناطيسي دوار يتكون ، اعتمادًا على الغرض من المولد وتصميمه ، بواسطة مغناطيس دائم أو خاص اللفات الإثارة. عندما تقوم بتدوير الإطار ، يتغير حجم التدفق المغناطيسي. كلما زادت سرعة دورانه ، زاد جهد الخرج.
في عام 1827 ، اكتشف الفيزيائي المجري أنجوس إستفان جيدليك (1800-1895) هذا التأثير واستخدمه لإنشاء نموذج أصلي لمولد التيار الكهربائي. ومع ذلك ، اعتقادًا منه بأنه مشهور ، لم يسجل العالم براءة اختراع لاكتشافه ، وأعلن عن إنشاء أول دينامو فقط في عام 1850.
لتصريف التيار الكهربائي ، تم تجهيز الإطار بمجمع تيار يحوله إلى حلقة مغلقة ويضمن الاتصال المستمر للإطار الدوار بالعناصر الثابتة للمولد. يتم ضغط الفرش المزودة بنابض على حلقات المجمع وبالتالي يتم توفير التيار الكهربائي إلى أطراف خرج المولد.
بالتناوب ، يمر نصفا الإطار على التوالي بالقرب من أقطاب المغناطيس. في هذه الحالة ، يحدث تغيير دوري في اتجاه حركة التيار الناشئ - في كل قطب ، يتحرك التيار في اتجاه واحد.
اعتمادًا على تصميم المجمع ، يمكن للمولد أن ينتج كلاً من التيار المباشر والمتناوب.
- في مولدات التيار المستمر ، يوجد نصف حلقات معزولة عن بعضها البعض لكل نصف ملف في مجموعة المجمع. نظرًا لحقيقة أن هذه الحلقات النصفية تتغير باستمرار بالفرشاة ، فإن التيار لا يغير اتجاهه ، ولكنه ينبض ببساطة.
- في المولدات ، ترتبط أطراف الإطار بحلقات منزلقة ويدور الهيكل بأكمله حول محوره. عندما يدور الإطار ، فإن الفرشاة ، التي تكون كل منها مجاورة بإحكام لحلقة خاصة بها ، توفر موصلًا لأسفل موثوقًا به. في هذه الحالة ، لا يوجد تغيير دوري في موضع الفرشاة.
يسمى الجزء الدوار من المولد الدوار ، ويسمى الجزء الثابت الجزء الثابت.
مبدأ تشغيل مولدات الطاقة AC و DC متطابق. وهي تختلف عن بعضها البعض في تصميم حلقات الانزلاق الموجودة على الدوار الدوار وتكوين اللفات.
في المولدات ، غالبًا ما يتم استخدام حل تقني أصلي ، استنادًا إلى حقيقة أن المجالات الكهرومغناطيسية تحدث في موصل ليس فقط عندما يدور في مجال مغناطيسي ، ولكن أيضًا عندما يدور المجال المغناطيسي نفسه بالنسبة للموصل الثابت.
يستخدم هذا التأثير على نطاق واسع من قبل المطورين الذين يضعون مغناطيسات كهربائية أو دائمة على دوار دوار. في هذه الحالة ، تتم إزالة الجهد من الملف الثابت المثبت ، مما يجعل من الممكن التخلص من التصميمات المعقدة لوحدات تجميع التيار.
مولدات التيار المتردد
- أداء بناء
- طريقة الإثارة
- عدد المراحل.
وفقًا لطريقة الإثارة ، قد يواجه المستهلك وحدات:
- مع الإثارة المستقلة - يتم تشغيل لف الإثارة بواسطة تيار مباشر من مصدر طاقة مستقل ؛
- مع الإثارة الذاتية - يتم توفير تيار مصحح من المولد نفسه لملف الإثارة ؛
- مع الإثارة من المغناطيس الدائم - لا يوجد ملف إثارة ؛
- مع الإثارة من المثير - مولد تيار مستمر منخفض الطاقة ، "جالس" على نفس العمود مع صيانة المولد.
حسب عدد المراحل ، المولدات الكهربائية هي:
- على مرحلة واحدة؛
- ثنائي الطور.
- ثلاث مراحل.
في الممارسة العملية ، المولدات ثلاثية الطور هي الأكثر شيوعًا. هذا يرجع إلى عدد من المزايا المميزة لهذا النوع من الركام:
- الحصول على تأثير اقتصادي في تطوير أنظمة نقل الكهرباء لمسافات طويلة - تقليل استهلاك المواد لأجهزة المحولات وأسلاك الطاقة ؛ يتم تسهيل ذلك من خلال وجود مجال مغناطيسي دائري ؛
- زيادة عمر الخدمة ، مما يضمن توازن النظام ؛
- الاستخدام المتزامن لجهد الخط والمرحلة.
من الناحية الهيكلية ، يحتوي المولد الكهربائي ثلاثي الطور على ثلاث لفات مستقلة موجودة في الجزء الثابت في دائرة مع إزاحة 120 درجة بالنسبة لبعضها البعض. في هذه الحالة ، كل ملف هو مولد أحادي الطور ، قادر على إمداد المستهلك بجهد متناوب. يسمى هذا الملف الفردي "الطور". يمكن ربط ملفات الطور ببعضها البعض بواسطة "دلتا" أو "نجمة".
هناك مخططات أخرى لربط اللفات ، على سبيل المثال ، نظام تسلا المكون من ستة أسلاك أو اتصال سلافيانكا (مزيج من ستة لفات على شكل "نجمة" واحدة و "مثلث" واحد) ، لكنها لم تستخدم على نطاق واسع.
يتم لعب دور الإطار في الأجهزة التي تولد تيارًا متناوبًا بواسطة مغناطيس كهربائي ، والذي ، أثناء الدوران ، يزيح EMF المتناوب المستحث في اللفات بمقدار ثلث دورة بالنسبة لبعضها 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 يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة ، ظهر نوع جديد من المولدات الكهربائية - العاكس.
مولدات الطاقة المتزامنة
يتكون المولد المتزامن هيكليًا من جزأين - دوار متحرك وثابت.
عندما يدور الجزء المتحرك ، وهو مغناطيس كهربائي ذو قلب ولف مثير ، متصل بمصدر طاقة خارجي باستخدام آلية الفرشاة ، يتم تحفيز EMF في لف الجزء الثابت ، والذي يتم تغذيته إلى أطراف خرج المولد. يلغي هذا التصميم الحاجة إلى انزلاق الملامسات ، مما يبسط بشكل كبير تصميم الوحدة. في البداية ، يتم تحفيز التدفق المغناطيسي من محفز طرف ثالث متصل بعمود مشترك ومتصل بالنظام باستخدام أداة توصيل.
في المولدات الكهربائية المتزامنة منخفضة الطاقة ، يتم تشغيل ملف الإثارة بواسطة التيار المعدل. في هذه الحالة ، تتشكل الدائرة الكهربائية بسبب تنشيط المحولات المضمنة في دائرة الحمل. يتم أيضًا تضمين معدل أشباه الموصلات هناك. تشمل الدائرة الكهربائية الرئيسية:
- لف الإثارة
- ضبط مقاومة الريوستات.
السمة الرئيسية للمولد المتزامن هي أن تردد التيار الكهربائي المتولد يتناسب مع سرعة الدوار.
مولدات الطاقة غير المتزامنة
تصميم المولدات غير المتزامنة بسيط ، لكنه في نفس الوقت لديه أسوأ الخصائص التقنية مقارنة بالوحدات المتزامنة - يمكن أن يصل الخطأ في التردد إلى 4 ٪ ، ومن حيث الجهد - ما يصل إلى 10 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، تعد المولدات غير المتزامنة ضرورية لتيار البدء. لذلك ، يوصى بتشغيلها جنبًا إلى جنب مع المثبتات ، وفي بعض الحالات ، على سبيل المثال ، لبدء التشغيل الناعم لمحرك كهربائي ، قد تكون هناك حاجة إلى محول تردد.
مولدات عاكس
المولد الكهربائي العاكس هو مولد غير متزامن تقليدي ، يتم عنده تثبيت مثبت إضافي لمعلمات الإخراج.
إنه يعمل على النحو التالي: يدخل الجهد المتولد عن المولد غير المتزامن إلى العاكس ، حيث يتم تصحيحه أولاً ، ثم تتشكل نبضات تردد معين ودورة عمل من الجهد الثابت الذي تم الحصول عليه. عند إخراج الجهاز ، يتم تحويل هذه النبضات إلى جهد جيبي بخصائص تقنية مثالية تقريبًا.
محرك المولد
في البيئة المحلية ، يتم تشغيل دوار المولد بواسطة محركات الاحتراق الداخلي (ICEs) التي تعمل بالوقود مثل البنزين أو الديزل. في الوقت نفسه ، تبلغ مدة خدمة مولدات البنزين المزودة بمحركات احتراق داخلي ثنائية الأشواط حوالي 500 ساعة في السنة (لا تزيد عن 4 ساعات في اليوم) ؛ يصل محرك ICE رباعي الأشواط إلى 5000 ساعة في السنة.
يُنصح باستخدام مولدات البنزين في حالات انقطاع التيار الكهربائي لفترة قصيرة و / أو الخروج إلى الريف.
مولدات الديزل أقوى وأكثر متانة من مولدات البنزين. من بينها هناك نماذج مع تبريد الهواء والسائل. يوصى باستخدام الوحدات المبردة بالهواء في الأماكن التي غالبًا ما تنقطع فيها الكهرباء لفترة طويلة.
من السهل للغاية استخدام مثل هذه الأجهزة المنزلية - تحتاج إلى صب الوقود في الخزان ، وتشغيل المفتاح لبدء تشغيل المحرك وتوصيل الحمولة. يتم تزويد لوحة التحكم الخاصة بهم بجميع الملصقات والرموز الضرورية والبديهية.
مولدات طاقة الديزل المبردة بالسائل هي أجهزة من فئة مختلفة تمامًا. إنها قادرة على العمل لأيام وليال وتستخدم بشكل رئيسي في الشركات كمصادر للطاقة الاحتياطية.
المولدات الصناعية ، المصممة لتوليد التيار المتردد وتزويده للمستهلكين لمسافات طويلة باستخدام خطوط طاقة عالية الجهد (PTL) ، تعمل عن طريق تنشيط التوربينات الهيدروليكية أو البخارية. في مثل هذه الوحدات ، يتم توصيل آلية الدوار مباشرة بعجلة التوربين.
تتميز مولدات الطاقة التوربينية بطاقة عالية (تصل إلى 100000 كيلو وات) وقادرة على توليد تيار متناوب بجهد يصل إلى 16 كيلو فولت. في هذه الحالة ، يمكن أن يصل طول وقطر الدوار إلى 6.5 و 15 مترًا ، على التوالي ، وسرعة دوران الأخير في حدود 1500 ... 3000 دورة في الدقيقة. يتم تثبيت هذه الوحدات في غرف منفصلة على قواعد خرسانية معدة خصيصًا.
خيارات وقدرات المولدات المنزلية
لسهولة الاستخدام ، يزود المصنعون منتجاتهم بعدد من الخيارات المفيدة ، من بينها:
- جهاز لبدء التشغيل التلقائي للوحدة في حالة انقطاع التيار الكهربائي ؛
- وجود RCD مدمج يفصل الجهاز عن التيار الكهربائي في حالة انهيار العزل وظهور تيار تسرب ؛
- التحكم في المعلمات وعرضها على الشاشة ؛
- حماية من زيادة الحمولة.
عندما يتم توصيل حمولة بمولد كهربائي ، تكون قيمته أقل من القيمة المقدرة ، ستبدأ الوحدة في "التهام" جزء من الوقود السائل دون جدوى ، ولا تستخدم قدراتها بالكامل.
لن يكون من الضروري أن يكون لديك غلاف خاص لقمع الضوضاء ، وخزان وقود كبير ، وغطاء يحمي الوحدة من تأثيرات درجات الحرارة المنخفضة ، وما إلى ذلك.
ميزات التثبيت
يجب أن يهتم المالك المحتمل لمولد التيار المتردد قبل الشراء بإعداد مكان لتركيبه. بغض النظر عن مكان تركيب هذه الوحدة ، في الداخل أو في الهواء الطلق ، فإنها ستحتاج إلى منصة مسطحة وصلبة. سيؤدي تثبيت مولد كهربائي على أرض غير مستوية إلى زيادة الاهتزاز ، مما يؤدي إلى تسريع تآكل الأجزاء ويمكن أن يتسبب في فشل جهاز باهظ الثمن.
عند تركيب المولد في الداخل ، من المهم توفير تهوية للعادم. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء تشغيل الوحدة ، يوصى بترك باب الغرفة مفتوحًا ، الأمر الذي سيتطلب بدوره تركيب شبكة في المدخل تمنع الغرباء ، والأهم من الأطفال ، من الوصول إلى منطقة الخطر.
قم بتوصيل المولد بالتيار الكهربائي بما يتفق بدقة مع المتطلبات المنصوص عليها في تعليمات التشغيل. في هذه الحالة ، يجب توصيل الكبل الكهربائي بعد الآلة التمهيدية وعداد الكهرباء.
