ما هو الدينامو

يُطلق مصطلح الدينامو على المولد الكهربائي الذي يستخدم المبدل، من أجل انتاج تيار مباشر ، يُعد الدينامو الأساس الذي اعتمد عليه مجموعة مختلفة من الأجهزة التي تقوم على تحويل الطاقة الكهربائية، حيث أنّ الدينامو كانت بمثابة المولد الكهربائي الذي يوفر الطاقة، مثل مولدات التيار المتردد، والمحرك الكهربائي، والمحول الدوّار.

بالنسبة ليومنا هذا فقد تمّ استبدال الدينامو بالمولد البسيط، في عملية توليد الطاقة، حيث أنّه يعتبر أكثر كفاءة من الدينامو، واقتصاديًا أكثر، وأوفر من ناحية التكلفة.

الدينامو له مجموعة من العيوب، فلا يمكن استخدام المقومات فيه كالأنابيب المفرغة مثلًا المستخدمة في المولد البسيط والتي يكون دورها التحويل إلى التيار المباشر بالتناوب.

ينتج الدينامو طاقة تقاس كمزيج من الجهد والتيار بالواط، وعند شحن بطارية، يجب أن يكون جهد الدينامو أعلى من البطارية حتى يتدفق التيار، تمامًا كما سيتدفق الماء فقط من ضغط أعلى إلى أقل.

يتم وصف التيار أحيانًا لأنه يتدفق عبر سلك وهو عامل مهم بينما في أوقات أخرى يتم استخدام الجهد لأن هذا هو ما “يدفع” الكهرباء عبر السلك وهو ذو صلة أساسية. [1]

من هو مخترع الدينامو؟

هكان سيمنز (Werner von Siemens) رائد أعمال مسؤولًا ومخترعًا بعيد النظر وقد قام بلعب دورًا رئيسيًا في تعزيز تطوير الصناعة الكهربائية،بدءًا من التلغراف ومرورًا بالدينامو.

وفي عام 1877 اكتشف سيمنز مبدأ الدينامو الكهربائي، الذي ربما يكون أهم إنجاز له في مجال الهندسة الكهربائية، وساعد هذا الاكتشاف في تأسيس فكرة إمكانية استخدام الكهرباء كمصدر للطاقة.

قام بتأسيس شركة متخصصة في التلغراف، والتي أخذت اعترافًا عالميًا بمعالجتها الناجحة للمشاريع المعقدة تقنيًا شديدة الخطورة، مثل تخطيط وبناء خط التلغراف الهندو-أوروبي من لندن إلى كلكتا، وهو أهم

منتجات شركة سيمنز

، حيث تم مد كبل عبر المحيط الأطلسي بين أوروبا والولايات المتحدة.

تقديراً لإنجازاته العلمية وفوائدها للمجتمع، تم تكريم فيرنر فون سيمنز من قبل الإمبراطور الألماني فريدريش الثالث في عام 1888. [4]

التطور في اختراع الدينامو

اخترع مايكل فاراداي “الدينامو” أو النماذج المختبرية الأولى للمولدات الكهربائية في عام 1831، وهي تتألف من قرص نحاسي يدور بين أقطاب المغناطيس.

لم يكن هذا “دينامو” بالمعنى التقني لأنه لم يستخدم جهاز تبديل، ومع ذلك أنتج قرص فاراداي جهدًا كهربيًا منخفضًا جدًا بسبب مساره الحالي الفردي عبر المجال المغناطيسي.

وجد فاراداي وآخرون أنّه يمكن إنتاج الفولتية الأعلى والأكثر فائدة عن طريق لف لفات متعددة من الأسلاك في ملف، ويمكن أن تنتج لفات الأسلاك بشكل ملائم أي جهد مرغوب فيه عن طريق تغيير عدد الدورات، لذلك كانت سمة من سمات جميع تصميمات المولدات اللاحقة، مما يتطلب اختراع العاكس لإنتاج التيار المباشر..

ويأتي التطور الزمني في اختراع الدينامو، كالتالي

:

دينامو هيبوليت بيكسي 1832

في عام 1832 قام هيبوليت بيكسي، وهو صانع آلات فرنسي، ببناء أول دينامو بناءً على مبادئ فاراداي، وتستخدم مغناطيسًا دائمًا يتم تدويره بواسطة كرنك.

تم وضع المغناطيس الدوار بحيث يمر أقطابه الشمالية والجنوبية بقطعة من الحديد ملفوفة بالأسلاك، ووجد بيكسي أنّ مغناطيس الغزل ينتج نبضة تيار في السلك في كل مرة يمر فيها قطب بالملف.

ومع ذلك، فإن القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس يسببان تيارات في اتجاهين متعاكسين، لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، فقام بعدها بيكسي باختراع العاكس، وهو اسطوانة معدنية مقسمة على العمود، مع اثنين من ملامسات المعدن النابضة التي ضغطت عليه، ويُعرف هذا الدينامو باسم دينامو التيار المباشر الأول (DC).

دينامو باكينوتي 1860

في حوالي عام 1860، أنشأ أستاذ الفيزياء الإيطالي نسخته الخاصة من الدينامو، حيث استبدل أنطونيو باكينوتي الملف المحوري الدوار ثنائي القطب بملف حلقي متعدد الأقطاب، والذي تم إنشاؤه عن طريق لف حلقة حديدية بلف مستمر، متصل بالمحول في العديد من النقاط المتساوية حول الحلقة ويتم تقسيم العاكس إلى العديد من القطاعات.

هذا يعني أنّ جزءًا من الملف كان يمر باستمرار بالمغناطيس، مما يعمل على تنعيم التيار، قام باكينوتي حل مشكلة التصميمات السابقة التي يتكون فيها التيار الكهربائي الناتج من سلسلة من “المسامير” أو نبضات التيار مفصولة بلا شيء على الإطلاق، مما أدى إلى انخفاض متوسط إنتاج الطاقة.

دينامو ويتستون 1867

في نفس الفترة الزمنية تقريبًا أعلن كل من الدكتور فيرنر سيمنز، وهو المخترع الألماني، مع تشارلز ويتستون وهو عالم إنجليزي بشكل مستقل عن أول تصاميم عملية للدينامو.

تحديدًا في 17 يناير 1867، أعلن لأكاديمية برلين عن آلة دينامو إلكتريك التي تستخدم محركًا كهرومغناطيسيًا يعمل بالطاقة الذاتية.

في نفس اليوم الذي تم فيه الإعلان عن هذا الاختراع للجمعية الملكية، قرأ تشارلز ويتستون ورقة تصف تصميمًا مشابهًا مع الاختلاف الذي كان في تصميم شركة سيمنز متسلسلاً مع الدوار، ولكن في تصميم ويتستون كان بالتوازي.

يؤدي استخدام المغناطيسات الكهربائية بدلاً من المغناطيسات الدائمة إلى زيادة إنتاج الطاقة للدينامو بشكل كبير وتمكين توليد الطاقة العالية لأول مرة، وأدى هذا الاختراع مباشرة إلى أول استخدامات صناعية رئيسية للكهرباء.

دينامو جرام رينج 1871

يعتبر جرام مهندس كهربائي بلجيكي أعاد ابتكار تصميم دينامو باكينوتي في عام 1871 عند تصميم أول محطات طاقة تجارية، والتي كانت تعمل في باريس في سبعينيات القرن التاسع عشر.

كان لتصميم جرام مسار أفضل للتدفق المغناطيسي، عن طريق ملء المساحة التي يشغلها المجال المغناطيسي بنوى حديدية ثقيلة وتقليل فجوات الهواء بين الأجزاء الثابتة والدوارة.

كان دينامو جرام أول آلة تولد كميات تجارية من الطاقة للصناعة، وقد تم إجراء مزيد من التحسينات عليه، لكن المفهوم الأساسي للحلقة اللانهائية للغزل لا يزال في قلب جميع الدينامو الحديثة.

دينامو سيمنز 1877

قام المخترع الأمريكي

إيرنست فيرنر فون سيمنز

في عام 1876 بتجميع أول دينامو له باستخدام آلة الجري التي تجرها الخيول لتشغيلها حصل على براءة اختراع أمريكية رقم 189997 ، في تحسين في الآلات المغناطيسية الكهربائية تحديدًا في تاريخ 24 أبريل 1877.

بدأت الفرشاة بتصميم جرام الأساسي حيث كان السلك الموجود على جوانب الحلقة الداخلية وداخلها خارج المنطقة الفعالة للحقل وتم الاحتفاظ بالكثير من الحرارة.

لتحسين هذا التصميم، قام بتشكيل الحلقة الحلقية مثل القرص بدلاً من الشكل الأسطواني لمُحرك جرام، تم وضع المغناطيسات الكهربائية الميدانية على جوانب قرص المحرك بدلاً من المحيط.

وكان هناك أربعة مغناطيسات كهربائية، اثنان منها بأحذية القطب الشمالي، واثنان بأحذية القطب الجنوبي. [2]

الفرق بين الدينامو والمولد الكهربائي

تعمل الدينامو والمولدات على تحويل الدوران الميكانيكي إلى طاقة كهربائية، ويكمن الفرق بين المصطلحين في التالي

:

الدينامو

، هو جهاز يقوم بصنع الطاقة الكهربائية باستخدام تيار مباشر عن طريق الطاقة الكهرومغناطيسية، ويُعرف أيضًا باسم المولد، ولكن مصطلح المولد يدل عادةً إلى “المولد” الذي ينتج طاقة التيار المتردد.
المولد الكهربائي

، عادة ما يستخدم هذا المصطلح لوصف المولد الذي ينتج طاقة التيار المتردد باستخدام الكهرومغناطيسية.

المولدات والدينامو والبطاريات هي الأدوات الثلاث اللازمة لإنشاء أو تخزين كميات كبيرة من الكهرباء للاستخدام البشري، وربما تم اكتشاف البطاريات منذ عام 248 قبل الميلاد.

إنهم ببساطة يستخدمون التفاعل الكيميائي لإنتاج الكهرباء وتخزينها، وقام العلماء بتجربة البطارية لاختراع المصباح المتوهج المبكر والمحركات الكهربائية والقطارات والاختبارات العلمية.

ومع ذلك، لم تكن البطاريات موثوقة أو فعالة من حيث التكلفة لأي استخدام كهربائي منتظم ، فقد كان الدينامو هو الذي غير الكهرباء جذريًا من الفضول إلى تقنية مربحة وموثوقة. [3]