ما الأداة التي تنتج تياراً كهربائياً
الأداة التي تنتج تياراً كهربائياً من خلال دوران ملف فلزي بين قطبي مغناطيس
المولد الكهربائي
هو الأداة التي تنتج تيار كهربائي من خلال دوران ملف فلزي بين قطبي مغناطيس، وهو جهاز لا ينتج التيار الكهربي بل يحول الطاقة الميكانيكية أو طاقة الحركة التي يتم الحصول عليها من دوران الملف بين أقطاب المغناطيس إلى فرق الجهد الكهربائي، المعروف أيضًا باسم الجهد.
واليوم يتم استخدام المولدات الكهربية في عدد كبير من التطبيقات.
ويتم منح المولدات طاقتها الحركية من الوقود (مثل الغاز الطبيعي) أو من تدفق الطاقة الأولية (مثل الطاقة الكهرومائية أو الرياح) وبعض المولدات الأكثر استخدامًا تعمل بالديزل كوقود لها. [1]
يستعمل المولد الكهربائي في السدود لإنتاج الكهرباء
يستعمل المولد الكهربائي في السدود لإنتاج الكهرباء، حيث يعتمد عمل سدود إنتاج الكهرباء بشكل رئيسي على آلية واحدة ،وهي استخدام الطاقة الكهرومائية الناتجة عن تدفق الماء بقوة عبر فتحات السد لإنتاج طاقة حركية كبيرة لتدوير ملف بين أقطاب مغناطيس فتتولد طاقة كهربائية.
حيث يتم استخدام طاقة الماء لجعل قطعة تشبه المروحة تسمى التوربينات الهيدروليكية تدور، والتوربينات الهيدروليكية تحول طاقة المياه المتدفقة إلى طاقة ميكانيكية (طاقة حركة)، فتقوم التوربينات بعد دورانها بتشغيل عمود معدني في مولد كهربائي، وهو المحرك الذي ينتج الكهرباء.
والنظرية وراء عمل السدود هي بناء سد على نهر كبير به انخفاض كبير في الارتفاع، ويخزن السد الكثير من المياه خلفه في الخزان، وبالقرب من قاع جدار السد يوجد مدخل المياه، فتسبب الجاذبية في سقوطه من خلال فتحة تنظم تدفق الماء داخل السد.
وفي نهاية الفتحة يوجد دافع توربيني يتم تشغيله بواسطة الماء المتحرك، ويرتفع عمود التوربين إلى المولد الذي ينتج الطاقة.
بعد ذلك يتم توصيل خطوط الكهرباء بالمولد الذي ينقل الكهرباء إلى محطت توزيع الكهرباء بعد ذلك .
ولأن الطلب على الكهرباء ليس ثابتًا حيث يزداد الطلب على الكهرباء في أوقات معينة خلال اليوم (مثل فترات المساء) أو خلال فصول السنة الحارة وتسمى تلك الفترات بفترات الذروة بينما يقل في ساعات أخرى.
أيضًا لأن الكهرباء الناتجة من السد لا يمكن تخزينها، فيتم إنشاء بحيرات خلف السدود لاستخدامها فيما يعرف بالتخزين بالضخ.
التخزين بالضخ هو طريقة للاحتفاظ بالمياه لاستخدامها عند زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية في فترة الذروة عن طريق ضخ المياه التي تتدفق بالفعل من خلال التوربينات لتخزينها في حوض أعلى محطة الطاقة وذلك في الوقت الذي يكون فيه الطلب الطاقة منخفضًا ، كما هو الحال خلال منتصف في الليل.
ثم تفتح البوابات ويسمح للماء المخزن بالتدفق مرة أخرى عبر مولدات
التوربينات
في الأوقات التي يكون فيها الطلب مرتفعًا لتشغيل التوربينات بسرعة أكبر أو تشغيل عددأكبر من التوربينات وتوليد مزيد من الطاقة الكهربائية. [2]
اختراع الدينامو
ويعمل المولد الكهربائي الحديث على مبدأ
الحث الكهرومغناطيسي
الذي اكتشفه مايكل فاراداي في 1831-1832، حيث اكتشف فاراداي أنه يمكن تحفيز التدفق للشحنات الكهربائية عن طريق تحريك موصل كهربائي، مثل سلك يحتوي على شحنات كهربائية في مجال مغناطيسي.
وتخلق هذه الحركة فرقًا في الجهد بين طرفي السلك أو الموصل الكهربائي، مما يؤدي بدوره إلى تدفق الشحنات الكهربائية ، وبالتالي توليد تيار كهربائي.
وقد مر اكتشاف فارادي بعدة كانت بدايتها في عام 1821م عندما لاحظ الفيزيائي والكيميائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد ظاهرة الكهرومغناطيسية عند وضع سلك كهربائي بالقرب من بوصلة.
وبناء على الأبحاث السابقة قام
مايكل فاراداي
ببناء جهازين لإنتاج ما أسماه بالدوران الكهرومغناطيسي،وقد شكلت تلك التأجهزة والتجارب أساس التكنولوجيا الكهرومغناطيسية الحديثة.
وكانت التجربة الهامة الأولى لفارادي عام 1821 م، وفيها يتحرك سلك معلق عموديًا في مدار دائري حول مغناطيس.
وفي عام 1831 وباستخدام “حلقة الحث” ، حقق مايكل فاراداي أحد أعظم اكتشافاته وهو “الحث الكهرومغناطيسي”.
وفيها تم “الحث” أو توليد الكهرباء في سلك عن طريق التأثير الكهرومغناطيسي للتيار في سلك آخر، وكانت حلقة الحث هي أول محول كهربائي.
والشكل التالي يوضح النموذج الأولي لفارادي.
وفي نفس العام اكتشف مايكل فاراداي مبدأ تشغيل المولدات الكهرومغناطيسية، حيث خلق المغناطيس على شكل حدوة حصان حقلاً مغناطيسيًا عبر القرص المعدني كما في الصورة التالية:
فعندما تم تدوير القرص عن طريق المقبض، تسبب هذا في حدوث تيار كهربائي شعاعيًا للخارج من المركز باتجاه الحافة، ويتدفق التيار من خلال ملامس الزنبرك المنزلق إلى الدائرة الخارجي ثم يعود إلى مركز القرص عبر المحور.
وقد أحدث اكتشاف فاراداي ثورة كبيرة حيث جميع الطاقة الكهربائية تقريبًا يتم إنتاجها باستخدام هذا المبدأ، بصرف النظر عن الوقود المستخدم لتوليد الطاقة الحركية. [3]
مكونات المولد الكهربائي
تتكون المولدات الكهربائية الحديثة من عدة أجزاء، هي:
-
محرك
: وهوالذي يحول مصدر الوقود إلى طاقة قابلة للاستخدام ويسمح له بالتحرك أو أداء وظيفته الميكانيكية، ومن أمثلته المحركات التوربينية في السدود. -
نظام الوقود:
يرتبط نظام الوقود في المولد الكهربي بالمحرك لأنه يعمل على تشغيله. -
منظم ضغط كهربي:
هذا الجزء من المولدات الحديثة يضمن أن المولد ينتج الكهرباء بجهد ثابت، وبدونه سترى تقلبات هائلة في التيار تعتمد على مدى سرعة عمل المحرك. -
نظام التشحيم:
نظرًا لأن المولد يشتمل على أجزاء متحركة في محركه، فإنه يتطلب تزييتًا لضمان المتانة والعمليات السلسة لفترة طويلة من الزمن. -
نظام تبريد:
يعمل نظام التبريد للمساعدة في منع ارتفاع درجة حرارة المولد نتيجة الطاقة الحركية الكبيرة والكهرباء الناتجة، حيث يوجد سائل تبريد في المولد يقوم بمقاومة كل الطاقة الحرارية الإضافية التي ينتجها المحرك والمولد.
معظم المولدات الكهربية الكبيرة، تحتاج لأنظمة عادم لتجميع الغازات الساخنة الناتجة عن احتراق الوقود وتوجيهها خارج المولد
الفرق بين الدينامو والمولد الكهربائي
عادة ما يطلق البعض على المولد الكهربائي اسم الدينامو، لكن اليوم توجد فروقات بين الدينامو والمولد الكهربائي.
ويتمثل الاختلاف الرئيسي بين المولد والدينامو في أن المولد الكهربي يولد التيار متردد، من ناحية أخرى، يسمى الجهاز الذي يولد التيار المستمر باسم دينامو وكلاهما يساعد في توفير الكهرباء الكافية لجميع الأجهزة الكهربائية المتصلة بهما.
وقد صاغ مايكل فاراداي كلمة دينامو في عام 1831 م، بينما اخترع
هيبوليت بيكسي
من فرنسا أول دينامو في عام 1832.