أنواع المولدات الكهربائية ومبادئ عملها

المولد الكهربائي عبارة عن آلة أو تركيب مصمم لتحويل الطاقة غير الكهربائية إلى طاقة كهربائية: الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ، طاقة كيميائية إلى طاقة كهربائية ، طاقة حرارية إلى طاقة كهربائية ، إلخ. اليوم ، عندما نستخدم كلمة "مولد" ، فإننا نعني المحول الميكانيكي الطاقة في الطاقة الكهربائية.

يمكن أن يكون مولد محمول يعمل بالديزل أو البنزين ، أو مولد للطاقة النووية ، أو مولد سيارات ، أو مولد محلي الصنع من محرك كهربائي غير متزامن ، أو مولد منخفض السرعة لتوربينات الرياح منخفضة الطاقة. في نهاية المقال ، سننظر كمثال على المولدين الأكثر شيوعًا ، ولكن أولاً ، دعونا نتحدث عن مبادئ عملهم.

بطريقة أو بأخرى ، من وجهة نظر مادية ، مبدأ تشغيل كل من المولدات الميكانيكية هو واحد ونفس الشيء: ظاهرة الحث الكهرومغناطيسيعندما ، عندما تعبر الخطوط المجال المغناطيسي للموصل ، يحدث التعريفي EMF في هذا الموصل. يمكن أن تكون مصادر القوة المؤدية إلى الحركة المتبادلة للموصل والمجال المغناطيسي عبارة عن عمليات مختلفة ، ولكن نتيجة لذلك ، يجب دائمًا الحصول على emf والتيار من المولد لتشغيل الحمولة.

مبدأ تشغيل المولد الكهربائي - قانون فاراداي

تم اكتشاف مبدأ المولد الكهربائي في عام 1831 من قبل عالم الفيزياء الإنجليزي مايكل فاراداي. في وقت لاحق ، كان يسمى هذا المبدأ قانون فاراداي. يكمن في حقيقة أنه عندما يعبر الموصل بشكل عمودي إلى المجال المغناطيسي ، يحدث فرق محتمل في نهايات هذا الموصل.

تم بناء المولد الأول من قبل فاراداي نفسه وفقًا للمبدأ الذي اكتشفه ، وكان "قرص فاراداي" - مولد أحادي القطب تم فيه تدوير القرص النحاسي بين أقطاب مغناطيس على شكل حدوة حصان. أنتجت الجهاز الحالي كبير مع الجهد طفيف.

تبين فيما بعد أن الموصلات المعزولة الفردية في المولدات أكثر كفاءة من الناحية العملية من قرص موصل صلب. وفي المولدات الحديثة ، يتم الآن استخدام لفائف الأسلاك الثابتة (في أبسط الحالات ، لفائف الأسلاك).

مولد التيار البديل

الغالبية العظمى من المولدات الحديثة هي مولدات متزامنة. لديهم مرساة متعرجة على الجزء الثابت ، والتي يتم تحويل الطاقة الكهربائية المولدة منها. توجد لف الإثارة على الدوار ، حيث يتم توفير تيار ثابت من خلال زوج من حلقات الاتصال من أجل الحصول على مجال مغناطيسي دوار من دوار دوار.

بسبب ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، عندما يدور الدوار من محرك أقراص خارجي (على سبيل المثال ، من محرك احتراق داخلي) ، فإن التدفق المغناطيسي يتقاطع مع كل مرحلة من مراحل لفيفة الجزء الثابت ، وبالتالي يستحث emf فيها.

غالبًا ما تكون هناك ثلاث مراحل ، يتم تهجيرها جسديًا في المرساة بالنسبة لبعضها البعض بمقدار 120 درجة ، لذلك يتم الحصول على تيار الجيبية ثلاثي المراحل. يمكن توصيل المراحل بنمط "نجمة" أو "مثلث" للحصول عليه الجهد الكهربائي القياسي.

يتناسب تواتر EMF f الجيبية مع سرعة الدوار: f = np / 60 ، حيث - p هو عدد أزواج الإيجابيات المغناطيسية للدوار ، n هو عدد الثورات في الدوار في الدقيقة. عادة ، تبلغ السرعة القصوى للدوران 3000 دورة في الدقيقة. إذا قمت بتوصيل مقوم ثلاثي الأطوار باللفات الثابتة للمولد المتزامن ، فستحصل على مولد تيار مباشر (وهذا ، بالمناسبة ، تعمل جميع مولدات السيارات).

مولد متزامن بثلاث ماكينات

بالطبع ، للمولد المتزامن الكلاسيكي ناقص خطير واحد - على الدوار توجد حلقات تلامس وفرش مجاور لها. فرش شرارة وتآكل بسبب الاحتكاك والتآكل الكهربائي. في جو متفجر هذا غير مسموح به. لذلك ، في الطيران ومولدات الديزل ، تعد المولدات المتزامنة غير التلامسية ، وخاصة المولدات ذات ثلاث ماكينات ، أكثر شيوعًا.

ثلاث آلات لديها ثلاث آلات في السكن واحد: المثير قبل ، المثير والمولد على رمح مشترك. المثير المسبق هو مولد متزامن ، وهو متحمس من مغناطيس دائم على العمود ، ويتم توفير الجهد الذي يولده في لف الجزء الثابت من المثير.

يعمل الجزء الثابت للعامل الممرض على اللف على الدوار المتصل بمقوم ثلاثي الأطوار مثبت عليه ، والذي يتم من خلاله تغذية اللف المثير الرئيسي للمولد. مولد يولد الحالية في الجزء الثابت.

مولدات الغاز والديزل والبنزين المحمولة

اليوم شائع جدا في الأسر مولدات الديزل والغاز والبنزينالتي تستخدم ICE كمحرك احتراق داخلي - محرك احتراق داخلي ينقل الدوران الميكانيكي إلى دوار المولد.

مولدات الوقود السائل لديها خزانات وقود ، لمولدات الغاز - من الضروري توفير الوقود عبر خط الأنابيب ، بحيث يتم بعد ذلك إدخال الغاز في المكربن ​​، حيث سيتحول إلى جزء لا يتجزأ من خليط الوقود.

في جميع الحالات ، يتم حرق خليط الوقود في نظام المكبس ، مما يؤدي إلى تدوير العمود المرفقي. هذا يشبه محرك السيارة. العمود المرفقي يدور الدوار من مولد متزامن تماس (المولد).

الأفضل مولدات العاكس من محطات توليد الطاقة المنزلية لديهم بطارية مدمجة للتعويض عن الاختلافات ونظام التحويل المزدوج ، في مثل هذه الأجهزة يكون الجهد المتناوب أكثر استقرارًا.

مولدات السيارات

مثال آخر على المولد - أكثر أنواع المولدات شيوعًا في العالم - مولد السيارة. يحتوي هذا المولد تقليديا على لف الإثارة مع حلقات انزلاق على الدوار ولف ثابت من ثلاث مراحل متعرج مع المعدل.

يبقي منظم إلكتروني مدمج الجهد ضمن النطاق المقبول لبطارية السيارة. مولد السيارة هو مولد عالي السرعة ، يمكن أن تصل سرعته إلى 9000 في الدقيقة.

على الرغم من أنه يتم الحصول على التيار في البداية بالتناوب (تقاطع أطراف العمود بالتناوب وفي قطبية مختلفة المراحل الثلاث للجزء الثابت المتعرج مع التدفقات المغناطيسية) ، يتم تصحيحها بواسطة الثنائيات وتتحول إلى نقطة ثابتة مناسبة لشحن البطارية.

تصاميم غير عادية للمولدات الكهربائية:

مولدات الطاقة المجانية

روبرت ألكساندر محرك مولد فائق الكفاءة

مولد ماركس (مولد جهد النبض)

بلتيير المولدات الحرارية

المولدات النانوية للأجهزة الإلكترونية المصغرة