فكرة عمل المولد الكهربائي
توفر المولدات الكهربائية الطاقة عند انقطاع التيار الكهربائي مما يفيد في عدم تعطيل الأعمال اليومية والتجارية والصناعية وغيرها، وتتوفر تلك المولدات بأكثر من تركيب كهربائي وفيزيائي بحيث تغطي مجالًا واسعًا من التطبيقات المختلفة، في مقالنا التالي سنلقي نظرة على فكرة عمل المولد الكهربائي عمومًا ومكوناته الرئيسية وأهم ميزاته.
فكرة عمل المولد الكهربائي
المولد الكهربائي جهاز يعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية المُدخلة إليه والناتجة عن مصدر خارجي إلى خرج على شكل طاقة كهربائية، وهنا يجب الانتباه جيدًا إلى أنّ المولد لا يخلق أي طاقة كهربائية وإنّما يعمل على استخدام الطاقة الميكانيكية المؤمنة له في إجبار الإلكترونات الحرة الموجودة في أسلاك ملفاته على التحرك وتوليد التيار الكهربائي، ولتبسيط ذلك أكثر يمكن تشبيه المولد بمضخة الماء حيث تعمل المضخة على دفق الماء لكنها لا تخلقه من داخلها.
يعتمد المولد في عمله على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه العالم الفيزيائي مايكل فاراداي في العام 1831-1832، والذي وجد أنّه يمكن تحفيز الشحنات الكهربائية على التحرك من خلال تحريك موصل كهربائي ضمن مجال مغناطيسي، حيث تولد حركة هذه الشحنات فرق جهد كهربائي بين طرفي الموصل، الأمر الذي يؤدي إلى توليد تيار كهربائي، في المولد يتم تدوير قلب نحاسي مكون من مجموعة من الأسلاك النحاسية المعزولة عن بعضها، يسمى الجزء المتحرك، يُدور بين طرفي مغناطيس كهربائي يسمى الجزء الثابت، الأمر الذي يخلق حقلًا مغناطيسيًا يتولد على أثره التيار الكهربائي.
تجربة فاراداي
بعد أن مضت 10 سنين على اختراع فاراداي المحرك الكهربائي، عاود أبحاثه مجددًا ليكتشف مبدأ الحث الكهرومغناطيسي في شهر آب من العام 1831م، وبعد عدة شهور أجرى تجاربه على المولد ليكتشف العلاقة بين المغناطيسية والحركة.
عمل فارادي على توصيل أدواته بالجلفانومتر، وهي أداة تتحسس مرور التيار الكهربائي، ليلاحظ أنّه عند مرور المغناطيس بين اللفات النحاسية الثابتة تحرك مؤشر الجلفانومتر ليشير إلى تدفق التيار، فعندما يتحرك المغناطيس تتقاطع خطوط القوى المغناطيسية مع السلك بشكل متكرر، الأمر الذي يؤثر على حركة الإلكترونات في السلك ويتولد تيار كهربائي، وإذا تم تبديل الجلفانومتر مع مصباح كهربائي فإنّه سيضيء.
تُنتج معظم الطاقة الكهربائية باستخدام مبادئ فاراداي ، بغض النظر عما إذا كان المصدر الرئيسي لهذه اطاقة هو النفط أو الغاز الطبيعي أو الفحم أو الطاقة النووية أو المائية أو الريحية، تُستخدم كل تلك الأنواع لتشغيل مولد يولد التيار.
المكونات الرئيسية للمولد الكهربائي
تُصنف المكونات الرئيسية التي تخدم فكرة عمل المولد الكهربائي وفق ما يلي:
- المولد: يشمل هذا القسم كل الأجزاء الثابتة والمتحركة التي تعمل معًا لخلق المجال الكهرومغناطيسي وتدفق الإلكترونات، وبالتالي توليد الكهرباء.
- نظام الوقود: يتكون هذا القسم من مضخة وخزان وأنبوب توصيل للوقود بين المحرك والخزان وأنبوب أرجاع ومرشح للتخلص من أي ملوثات في الوقود، بالإضافة إلى حاقن لحقن الوقود في غرفة الاحتراق.
- محرك: يُستخدم هذا المحرك لتدوير القسم المتحرك من المولد (القلب النحاسي)، وتحدد قوة هذا المحرك كمية الطاقة الكهربائية التي سينتجها المولد.
- منظم جهد كهربائي: يُستخدم للتحكم بالجهد الكهربائي المتولد، بالإضافة إلى استخدامه في بعض الأحيان لتقويم التيار وتحويله إلى مستمر.
- نظام تبريد وعادم: ترتفع درجة حرارة المولدات أثناء عملها لذا تحتاح إلى نظام تبريد لتبريدها، ويُستخدم العادم للتخلص من الأبخرة الناتجة أثناء التشغيل.
- نظام تشحيم: تحتاج بعض أجزاء المولد لتزييت بشكل دائم لضمان عمل المولد بشكل سلس وحمايتها من التآكل، كما يجب الانتباه إلى مستويات الزيت ضمن الخزان بشكل دائم.
- شاحن بطارية: تُستخدم البطاريات لتوفير الطاقة للمولد، لذا تحتاج لشحن دائم للتأكد من أنّها جاهزة للعمل عند الضرورة وذلك عن طريق إمدادها بجهد كهربائي منخفض.
- لوحة التحكم: تفيد هذه اللوحة في التحكم بكافة أقسام المولد، كما وتستطيع اللوحات الحديثة إيقاف وتشغيل المولد بشكل تلقائي.
- الإطار الخارجي: هو الهيكل الذي يجمع جميع المكونات كلٌ في مكانها.
مميزات المولدات الكهربائية
تتمتع المولدات الكهربائية ببعض المميزات، منها:
- استطاعة الخرج: تتميز المولدات الكهربائية بنطاق واسع من الاستطاعات التي يمكنها تغطية كافة متطلبات الطاقة المنخفضة منها والعالية.
- نوع الوقود: تتعدد خيارات الوقود المستخدمة في تشغيل المولدات، من الديزل إلى البنزين والغاز الطبيعي والغاز المسال وما إلى ذلك.
- قابلية النقل: تتوفر العديد من المولدات في السوق تمون مزودة بعجلات أو مقابض بحيث يمكن نقلها من مكان إلى آخر بكل سهولة.
- الضجيج: تحتوي بعض أنواع المولدات على تقنيات لتقليل الضجيج، والتي تساعد في إبقاء المولد قريبًا دون التأثر بضجيج تشغيله.