شكلت الكهرباء منذ اختراعها عصب الحياة في كثيرٍ من النواحي وخاصةً في السنوات الأخيرة لدرجةٍ جعلت من انقطاعها ولو للحظات أمرًا بالغ الخطورة في كثيرٍ من المجالات الحيوية كالمشافي مثلًا، ما جعل المولد الكهربائي باختلاف أحجامه وإمكانياته حاجةً أساسيّةً ليكون مصدرًا بديلًا لتأمين الطاقة.

ما هو المولد الكهربائي

المولد الكهربائي هو آلةٌ تعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقةٍ كهربائيةٍ، وتعتمد على عملية التحريض الكهرومغناطيسي فعندما يتحرك موصلٌ ضمن حقلٍ مغناطيسيٍّ تتحرض فيه قوةٌ كهربائيةٌ، ومن ناحيةٍ أخرى إذا دار مغناطيس داخل وشيعة يتحرض جهدٌ دوريٌ متناوب AC بين قطبيه.1

مبدأ عمل المولد الكهربائي

محطة تحلية المياه

لا بد أن نعلم أن المولد الكهربائي عمليًّا لا يصنع الطاقة الكهربائية بنفسه بل يستخدم الطاقة الميكانيكية المُقدّمة له لإجبار الشحنات الكهربائية الموجودة في أسلاك ملفاته على الحركة من خلال دائرةٍ كهربائيةٍ خارجيةٍ حيث يُشكل تدفق تلك الشحنات التيار الكهربائي الذي يُنتجه المولّد.

تعمل الأنواع الحديثة من المولد الكهربائي على مبدأ التحريض الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه العالم فاراداي عام 1831 عندما لاحظ إمكانية تحريض تدفق الشحنات الكهربائية من خلال تحريك موصلٍ كهربائي (كالسلك الذي يحتوي على الشحنات الكهربائية) في حقلٍ مغناطيسيٍّ.

تخلق هذه الحركة اختلافًا في الجهد بين نهايتي السلك أو الموصل الكهربائي مما يؤدي بدوره إلى تدفّق الشحنات الكهربائية فيتولّد التيار الكهربائي.2

مراحل عمل المولد الكهربائي

محطة تحلية المياه

المولد الكهربائي في الأساس عبارةٌ عن ملفاتٍ من الموصلات الكهربائية عادةً تكون مصنوعةً من النحاس وملفوفةً بإحكامٍ على قلبٍ معدنيٍّ ومُثبتة لتدور داخل حيزٍ من المغانط الكبيرة.

  1. تحريض التيار الكهربائي

    يتحرك الموصل الكهربائي ضمن حقلٍ مغناطيسيٍّ لتؤثر هذه المغنطة على الإلكترونات الموجودة في الموصل ليتحرّض تيارٌ كهربائيٌّ فيه.

  2. دوران المُحرِّض

    يُدعى ملف الموصل والقلب المُثبّت عليه بالمُحرّض، الذي يُوصل مع محور مصدر الطاقة الميكانيكية (المحرك) وبالتالي يدور بسرعةٍ مُتزايدةٍ من خلال الحقل المغناطيسي.

  3. رفع الجهد الناشئ على ملفات الحقل.

    في اللحظة التي يبدأ فيها المُحرض بالدوران ينشأ حقلٌ مغناطيسيٌ ضعيفٌ في طرفي القطب المعدني، وحالما يدور المحرّض يبدأ برفع الجهد الذي يتشكّل جزءٌ منه على ملفات الحقل من خلال منظّم المولد.

  4. خلق المزيد من الجهد ونشوء تيارًا إضافيًا.

    يُؤدي هذا الجهد إلى إنشاء تيار ملفٍ أقوى ويرفع من قوة الحقل المغناطيسي، حيث يُنتج الحقل المُوسّع المزيد من الجهد (الفولت) في المُحرّض. وهذا بدوره يخلق تيارًا إضافيًّا في ملفات الحقل مع جهد محرض أعلى.

  5. الأقطاب ودورها في تدفق التيار الكهربائي.

    في هذا الوقت تعتمد إشارات الأقطاب على اتجاه تدفق التيار في ملف الحقل وستُعطي الإشارات المعاكسة تيارًا يتدفق في الاتجاه المعاكس.

أنواع المولد الكهربائي

يوجد نوعان أساسيّان من المولدات بحسب التيار الذي يُنتجه المولد الكهربائي وهما:

  • مولد التيار المتناوب AC.
  • مولد التيار المستمر DC.

مولد التيار المتناوب AC

يُعتبر من أهم وسائل إنتاج الطاقة الكهربائية في مجالاتٍ عديدةٍ لأن معظم المستهلكين يستخدمون التيار المتناوب، حيث يعتمد على مبدأ التحريض الكهرومغناطيسي وينقسم إلى نوعين:

  • المولد الكهربائي التحريضي: الذي لا يتطلب أي تحريض لتيارٍ مستمرٍ بشكلٍ منفصلٍ أو التحكم بالمنظّم أو بالتردد، وتُستخدم هذه الفكرة عندما تدور ملفات الموصل في الحقل المغناطيسي لينشأ تيار وجهد، وتدور هذه المولدات بسرعةٍ ثابتةٍ لتنقل جهدًا متناوبًا مستقرًا حتى وإن لم يكن هناك حمل.
  • المولدات المتزامنة: هي مولداتٌ كبيرة الحجم وتُستخدم بشكلٍ أساسيٍّ في محطات توليد الطاقة والتي قد تكون مولدات الحقل الدوار أو مولدات المحرّض الدوار. ففي مولدات المحرّض الدوار يكون المحرض على الجزء الدوار والحقل على الجزء الثابت حيث يُؤخذ تيار المحرض عن طريق حلقاتٍ منزلقةٍ وفُرشاة (فحمات)، إلا أن استخدام مثل هذا النوع من المولدات قليل نتيجةً للضياعات الكبيرة. بينما تُستخدم مولدات الحقل الدوار بشكلٍ واسعٍ نتيجةً لقدرتها على توليد طاقةً كبيرةً وعدم استخدام الحلقات المنزلقة والفرشاة (الفحمات).

يمكن أن يعطي المولد الكهربائي المتناوب ثلاثة فازاتٍ.

مولد التيار المستمر DC

تُستخدم في المجالات التي لا تعتمد على الشبكة الكهربائية، حيث تُشكّل مصدر طاقةٍ مباشر تُقدمها إلى أجهزة تخزين الكهرباء وشبكات التيار المستمر. تُنقل الطاقة المُخزنة إلى الأحمال عن طريق محولات AC-DC

يوجد ثلاثة أنواعٍ من المولد الكهربائي للتيار المستمر DC:

  • مولدات DC ذات المغناطيس الدائم.
  • مولدات DC ذات التهييج المنفصل.
  • مولدات DC ذاتية التهييج.3

المراجع