يعد مولد السيارة أحد أهم الوحدات في السيارة. وتتمثل مهمتها في توليد وتزويد الكهرباء لجميع العقد التي تتطلب ذلك الاستهلاك المستمرحاضِر بالإضافة إلى ذلك، فهو يوفر شحنًا للبطارية عند تشغيل السيارة وأثناء تشغيل المحرك.

بعد ذلك، سننظر في ما يتكون المولد الكهربائي في السيارات الحديثة، وما هو مبدأ التشغيل ومدى أهمية الحفاظ عليه في حالة عمل كاملة. وسنلقي نظرة أيضًا على الأنواع المختلفة للأجهزة المستخدمة في السيارات الحديثة.

الوظائف الأساسية للمولد

يتمثل عمل الجهاز في تحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن العمود المرفقي إلى كهرباء. ونتيجة لذلك، يتم توفير الطاقة لجميع الأجهزة التي تحتاج إلى الكهرباء. يتم تخزين الطاقة الكهربائية في بطارية السيارة. في الوضع العاديهو الذي يوفر الطاقة للأنظمة التي تحتاج إلى التيار.

ولكن عند بدء تشغيل السيارة، فإن المبتدئ هو المستهلك الرئيسي للطاقة. يصل التيار إلى مئات الأمبيرات، وينخفض ​​الجهد في الشبكة بشكل حاد. إنه المولد في هذه اللحظة الذي يصبح المصدر الرئيسي للتيار. تنتج البطارية تيارًا غير مستقر لا يمكن توفيره ضغط متواصلفي الشبكة الكهربائية للسيارة.

المولد الحالي هو نوع من شبكة الأمان، لأنه يضمن توليد وتزويد الكهرباء أثناء الزيادات المفاجئة في الطاقة. لا يمكن أن يقتصر هذا على تشغيل المحرك فحسب، بل يمكن أيضًا تشغيل المصابيح الأمامية وتغيير التروس وبدء العمل أيضًا أنظمة إضافية.

وبالإضافة إلى ذلك، يوفر الجهاز تهمة بطارية، وهو أمر مهم أيضًا عمل كاملسيارة.

مبدأ التشغيل

هناك نوعان من المولدات: التيار المباشر والمتناوب. النوع الثاني من المولدات مثبت على معظم السيارات الحديثة. وتتميز بحقيقة أن دائرتها المغناطيسية وموصلها ثابتان. فقط المغناطيس الدائم هو الذي يدور، وعندما يدور يتولد تيار. يحدث هذا بسبب اختراق دائرة الملف بواسطة تدفق مغناطيسي متغير الحجم والاتجاه. ونتيجة لذلك، هناك زيادة منتظمة وانخفاض في الطاقة.

وهكذا، عندما يمر طرف الدائرة المغناطيسية عبر أقطاب المغناطيس، يتشكل تيار متغير الحجم والاتجاه. يتغير أيضًا في الملف. ولهذا السبب يسمى التيار بالتناوب. يسمح تصميم الوحدة بتوليد كمية كافية من الكهرباء حتى مع الدوران البطيء نسبيًا، نظرًا لأنه يحتوي على عدد كبير من الملفات والدوارات، وبدلاً من المغناطيس التقليدي، يتم تركيب مغناطيس كهربائي فيه.

بالنسبة لجميع النماذج، فإن مبدأ تشغيل المولدات هو نفسه تقريبا. فقط بعض مكونات الجهاز يمكن أن تتغير، مما يضمن توليد المزيد من الكهرباء.

كيف يعمل المولد؟

بالنسبة لأولئك الذين يفهمون على الأقل القليل عن مبادئ توليد وتوزيع الكهرباء، كل شيء بسيط للغاية. السيارة بها اثنان الدوائر الكهربائية: ابتدائي وثانوي.

بين الدوائر الأولية والثانوية يوجد منظم الجهد. يقوم بحساب مستوى الجهد في الدائرة الثانوية، وبناءً على ذلك، يقوم بتعيين المعلمات للدائرة الأولية. بدون منظم الجهد، ستكون السيارة قادرة على التحكم في مستوى الجهد وكمية الكهرباء المنتجة.

إذا انخفض الجهد في الشبكة بشكل حاد، يتفاعل المنظم مع مؤشراته، ويزداد التيار في دائرة لف الإثارة. ونتيجة لذلك، هناك زيادة حقل مغناطيسي، يتم توليد المزيد من الكهرباء داخل الجهاز. سيزداد الجهد داخل الآلية حتى يتوقف نموها بواسطة المنظم.

عندما يتم تسوية المستوى الحالي في الشبكة بأكملها، يعطي المنظم مرة أخرى إشارة لزيادة الجهد في المولد المستوى المطلوب. وبالتالي فإن تشغيل المولد يعتمد بشكل مباشر على كمية الكهرباء التي تستهلكها جميع أنظمة السيارة. ويتحكم منظم الجهد في كمية الطاقة المولدة.

مهم! تشغيل المولد لا يعتمد على سرعة المحرك. في حالة حدوث أعطال في الشبكة الكهربائية للسيارة، فهذا يرجع إما إلى مشاكل في المولد نفسه، أو إلى خلل في منظم الجهد، ولكن ليس إلى مشاكل في تشغيل المحرك. يتيح لك تصميم المولد توليد الكمية المطلوبة من الكهرباء حتى بسرعات الوحدة المنخفضة.

يمكنك أدناه مشاهدة مقطع فيديو يحتوي على شرح يسهل الوصول إليه حول تشغيل المولد:

كيف يتم تشغيل المولد

يقوم مولد الجهد الموجود في السيارة بوظيفة تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يتم إنتاج الطاقة الميكانيكية من محرك السيارة. تم تصميم المولد بحيث تنقل بكرة العمود المرفقي الحركة إلى بكرة المولد. يوجد بينهما حزام تثبيت يضمن هذا النقل.

جميع السيارات الحديثة مجهزة بأحزمة بولي V التي تتمتع بمرونة جيدة وتسمح بتركيب بكرات ذات قطر صغير على المولدات. بماذا قطر أصغرمن هذه الوحدة، كلما زادت الطاقة التي يمكن أن تولدها الوحدة. توفر هذه العلاقة نسب التروس العالية التي تميز المولدات عالية السرعة.

من هذا يمكننا أن نستنتج أن استخدام المواد والتقنيات الجديدة في إنتاج مولدات التيار المباشر والمتناوب يجعل من الممكن زيادة إنتاجيتها. وهذا مهم جدًا للسيارات عالية التقنية مع زيادة استهلاكها للطاقة.

جهاز المولد

لم يتغير تصميم المولد كثيرًا منذ اختراع أول الآليات الكهربائية للتيار المباشر والمتناوب، المستخدمة لإنتاج الكهرباء في السيارات. هذه الوحدة لديها الجهاز التالي:

• إطار؛
• غطاءين مزودين بفتحات للتهوية. يتم ربط أغطية الألمنيوم بثلاثة أو أربعة مسامير.
• دوار يدور في محملين ويتم تشغيله بواسطة بكرة ؛
• يتم توفير التيار إلى ملف المغناطيس الكهربائي بواسطة حلقتين نحاسيتين وفرش من الجرافيت ؛
• وهي بدورها متصلة بمنظم التتابع الذي يوفر التحكم في مستوى توليد الكهرباء داخل الوحدة. اعتمادًا على التعديل، يمكن دمج المرحل في السكن أو وضعه خارجه.

الجميع الأجهزة الحديثةمزودة بمراوح تبريد تمنع ارتفاع درجة حرارة الجهاز. يتم توصيل المولدات مباشرة بالجزء الأمامي من المحرك باستخدام أقواس خاصة.

يتكون الجزء الثابت للمولد من قلب، ولف، وفتحة إسفينية، وأخدود ورصاص للتوصيل بالمقومات. يتكون الدوار من نظام القطب. وتقع هذه المكونات في السكن، ويعتبر تشغيلها وتفاعلها هو الأساس لتوليد الكهرباء داخل الجهاز.

تحتوي مجموعة الفرشاة على الفرش، أو اتصالات منزلقة. يمكن أن تكون بوليجرافيت أو إلكتروجرافيت. تقوم وحدات الفرشاة بنقل التيار المباشر إلى عضو الإنتاج الدوار، الذي يعمل بمثابة مغناطيس دائم. لكن هذه الفرش نفسها هي الحلقة الضعيفة في هذا التصميم، لأنها تتطلب صيانة مستمرة وتنظيف واستبدال الأجزاء البالية.

جهاز مولد فرش السيارات

يعد نوع الجهاز بدون فرش هو الأكثر شيوعًا اليوم، لأنه الأكثر موثوقية ولا يحتاج إلى صيانة مستمرة. مثل أي جهاز آخر، فهو يتكون من عنصرين:

على عكس آليات الفرشاة، يتم هنا استخدام التنظيم المركب لجهد الخرج. يتم تحقيق ذلك بسبب حقيقة أن محاور اللفات يتم إزاحتها بمقدار 90 درجة. نتيجة لذلك، مع زيادة الحمل، يتحول المجال المغناطيسي للدوار نحو اللف الرئيسي، ويزداد المجال المغناطيسي المتولد فيه. الجهد، بدوره، يستقر.

هذه الآلية لديها المزايا التالية:

• أثناء تشغيل الجهاز، لا يتم إنشاء غبار الفحم، وهو المشكلة الرئيسية لمولدات الفرشاة؛
• بعد فترة معينة من التشغيل، لا يلزم استبدال الفرش؛
• انخفاض عدد الهياكل الميكانيكية يزيد بشكل كبير من موثوقية الجهاز ويقلل من تكلفة صيانته؛
• الجهاز لا يخاف من غير المواتية طقس;
• هذه الأجهزة لديها تصميم بسيط، مما يعني أنها أرخص.

تحظى المولدات بدون فرش بشعبية كبيرة، على الرغم من أنها أحادية الطور وذات كفاءة منخفضة. ومع ذلك، يتم التخلص من هذا العيب من خلال استخدام أنظمة التحكم الإلكتروني والإثارة المستقلة.

كيف يعمل مولد التيار المستمر؟

جهاز التيار المباشرلديه تصميم مماثل للمولد. أجزائه الرئيسية عبارة عن محرك على شكل أسطوانة مزود بملف ومغناطيسات كهربائية تولد جهدًا كهربائيًا في الجهاز.

وهي مقسمة إلى نوعين: ذاتية التحفيز وتستخدم التبديل المستقل، ويمكن أيضًا أن تكون هذه الأجهزة مصقولة أو بدون فرش.

يرجع ذلك إلى حقيقة أن مولدات التيار المستمر تحتاج مصدر دائمالطاقة، مجال تطبيقها يركز بشكل ضيق للغاية. غالبًا ما يتم استخدامها لتشغيل وسائل النقل الكهربائية العامة. يستخدم هذا النوع من الأجهزة في مولدات الديزل.

المولد الحالييحول الطاقة الميكانيكية (الحركية) إلى كهرباء. في قطاع الطاقة، يتم استخدام المولدات الكهربائية الدوارة فقط، بناءً على حدوث القوة الدافعة الكهربائية (EMF) في موصل يتأثر بطريقة ما بالمجال المغناطيسي المتغير. الجزء من المولد الذي يهدف إلى إنشاء مجال مغناطيسي يسمى المحث، والجزء الذي يتم فيه تحفيز المجال المغناطيسي يسمى عضو الإنتاج.

الجزء الدوار من الآلة يسمى الدواروالجزء الثابت – الجزء الثابت. في آلات التيار المتردد المتزامن، عادة ما يكون المحرِّض هو العضو الدوار، وفي آلات التيار المستمر يكون المحرِّض عادةً هو الجزء الثابت. في كلتا الحالتين، عادة ما يكون المحث عبارة عن نظام كهرومغناطيسي ثنائي أو متعدد الأقطاب مزود بملف إثارة يغذيه تيار مباشر (تيار الإثارة)، ولكن هناك أيضًا محاثات تتكون من نظام من المغناطيس الدائم. في الحث (غير متزامن) مولدات التيار المترددلا يمكن التمييز بين المحرِّض وعضو الإنتاج بشكل واضح (بنيويًا) عن بعضهما البعض (يمكننا القول أن الجزء الثابت والعضو الدوار هما محرِّض وعضو إنتاج في نفس الوقت).

يتم إنتاج أكثر من 95% من الكهرباء في محطات توليد الطاقة في العالم باستخدام مولدات التيار المتردد المتزامن. بمساعدة محث دوار، يتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار في هذه المولدات، مما يؤدي إلى تحفيز EMF متناوب في ملف الجزء الثابت (ثلاثي الطور عادة)، والذي يتوافق تردده تمامًا مع سرعة الدوار (متزامن مع سرعة مغو). إذا كان المحرِّض، على سبيل المثال، له قطبين ويدور بتردد 3000 دورة/دقيقة (50 دورة/ثانية)، فسيتم تحريض المجال الكهرومغناطيسي المتناوب بتردد 50 هرتز في كل مرحلة من ملف الجزء الثابت. يظهر تصميم مثل هذا المولد بطريقة مبسطة في الشكل. 1.

أرز. 1. مبدأ تصميم المولد المتزامن ثنائي القطب. 1 الجزء الثابت (عضو الإنتاج)، 2 الجزء الدوار (مغوي)، 3 عمود، 4 مبيت. U-X، V-Y، W-Z - أجزاء من اللفات ثلاثية الطور الموجودة في فتحات الجزء الثابت

النظام المغناطيسي للجزء الثابت عبارة عن حزمة مضغوطة من صفائح فولاذية رقيقة، في الأخاديد التي يوجد بها لف الجزء الثابت. يتكون اللف من ثلاث مراحل، يتم إزاحتها في حالة الآلة ذات القطبين بالنسبة لبعضها البعض بنسبة 1/3 من محيط الجزء الثابت؛ لذلك، في ملفات الطور، يتم تحفيز المجالات الكهرومغناطيسية، وإزاحتها بالنسبة لبعضها البعض بمقدار 120 درجة. يتكون لف كل مرحلة بدوره من ملفات متعددة الدورات متصلة ببعضها البعض على التوالي أو بالتوازي. هذا هو أحد أبسط خيارات التصميم لف ثلاث مراحلتم تبسيط المولد ثنائي القطب في الشكل. 2 (عادة ما يكون عدد الملفات في كل مرحلة أكبر مما هو موضح في هذا الشكل). تسمى أجزاء الملفات الموجودة خارج الأخاديد، على السطح الأمامي للجزء الثابت، بالوصلات النهائية.

أرز. 2. أبسط مبدأ لتصميم ملف الجزء الثابت لمولد متزامن ثلاثي الطور ثنائي القطب في حالة ملفين في كل مرحلة. مسح واحد لسطح النظام المغناطيسي للجزء الثابت، ملفين متعرجين، U، V، W بداية ملفات الطور، X، Y، Z نهايات ملفات الطور

قد يكون هناك أكثر من قطبين للمحرِّض، وبالتالي تقسيمات قطبية للجزء الثابت. كلما كان دوران الجزء المتحرك أبطأ، كلما زاد عدد الأقطاب عند تردد تيار معين. على سبيل المثال، إذا كان العضو الدوار يدور بتردد 300 دورة/دقيقة، فإن عدد أقطاب المولد للحصول على تردد تيار متردد قدره 50 هرتز يجب أن يكون 20. على سبيل المثال، في واحدة من أكبر محطات الطاقة الكهرومائية في العالم ، محطة إيتايبو للطاقة الكهرومائية (انظر الشكل 4) المولدات التي تعمل بتردد 50 هرتز هي 66 قطبًا، والمولدات التي تعمل بتردد 60 هرتز هي 78 قطبًا.

يتم وضع اللف الميداني لمولد ثنائي أو رباعي القطب كما هو موضح في الشكل. 1، في أخاديد قلب الدوار الفولاذي الضخم. يعد تصميم الدوار هذا ضروريًا في حالة المولدات عالية السرعة التي تعمل بسرعة دوران تبلغ 3000 أو 1500 دورة / دقيقة (خاصة للمولدات التوربينية المخصصة للاتصال بالتوربينات البخارية) ، حيث تعمل قوى الطرد المركزي الكبيرة عند هذه السرعات على لف الدوار. في أكثرالقطبين، كل قطب لديه لف الإثارة منفصلة (الشكل 3.12.3). يتم استخدام مبدأ القطب البارز للجهاز، على وجه الخصوص، في حالة المولدات منخفضة السرعة المخصصة للاتصال بالتوربينات الهيدروليكية (مولدات الهيدروجين)، والتي تعمل عادة بسرعة دوران تتراوح من 60 دورة / دقيقة إلى 600 دورة / دقيقة.

في كثير من الأحيان مثل هذه المولدات، وفقا ل تصميمتوربينات هيدروليكية قوية، مصنوعة من عمود عمودي.

أرز. 3. مبدأ تصميم الدوار لمولد متزامن منخفض السرعة. 1 عمود، 2 ملف إثارة، 3 عجلة تثبيت، 4 عمود

لف الإثارة مولد متزامنيتم تزويده عادةً بتيار مباشر من مصدر خارجي من خلال حلقات الانزلاق الموجودة على عمود الدوار. في السابق، تم توفير مولد تيار مباشر خاص (المثير) لهذا الغرض، متصل بشكل صارم بعمود المولد، ولكن الآن يتم استخدام مقومات أشباه الموصلات أبسط وأرخص. هناك أيضًا أنظمة إثارة مدمجة في الجزء المتحرك، حيث يتم تحفيز المجال الكهرومغناطيسي بواسطة ملف الجزء الثابت. إذا تم استخدام المغناطيس الدائم بدلاً من النظام الكهرومغناطيسي لإنشاء مجال مغناطيسي، فسيتم التخلص من مصدر تيار الإثارة ويصبح المولد أبسط بكثير وأكثر موثوقية، ولكنه في نفس الوقت أكثر تكلفة. لذلك، عادة ما يتم استخدام المغناطيس الدائم في المولدات منخفضة الطاقة نسبيًا (بقدرة تصل إلى عدة مئات من الكيلووات).

إن تصميم المولدات التوربينية، بفضل الدوار الأسطواني ذو القطر الصغير نسبيًا، مدمج للغاية. تبلغ جاذبيتها النوعية عادة 0.5...1 كجم/كيلوواط، ولها القوة المصنفةيمكن أن تصل إلى 1600 ميغاواط. تصميم المولدات الهيدروجينية أكثر تعقيدًا إلى حد ما؛ قطر الدوار كبير وبالتالي فإن جاذبيتها النوعية عادة ما تكون 3.5...6 كجم/كيلوواط. حتى الآن، تم تصنيعها بقدرة تصل إلى 800 ميجاوات.

عندما يعمل المولد، يحدث فقدان للطاقة فيه بسبب المقاومة النشطةاللفات (خسائر النحاس)، والتيارات الدوامية والتباطؤ في الأجزاء النشطة من النظام المغناطيسي (خسائر الفولاذ) والاحتكاك في محامل الأجزاء الدوارة (خسائر الاحتكاك). على الرغم من أن إجمالي الخسائر عادة لا تتجاوز 1...2% من طاقة المولد، إلا أن إزالة الحرارة المنبعثة نتيجة للخسائر قد يكون أمرًا صعبًا. إذا افترضنا ببساطة أن كتلة المولد تتناسب مع قدرته، فإن أبعاده الخطية متناسبة الجذر التكعيبيالقوة وأبعاد السطح - قوة 2/3. ومع زيادة الطاقة، فإن سطح المشتت الحراري يزداد بشكل أبطأ من الطاقة المقدرة للمولد. إذا كان استخدام التبريد الطبيعي كافيًا عند قوى تصل إلى عدة مئات من الكيلووات، فمن الضروري عند القوى الأعلى التبديل إلى التهوية القسرية، وبدءًا من حوالي 100 ميجاوات، استخدم الهيدروجين بدلاً من الهواء. وفي حالات الطاقة الأعلى (على سبيل المثال، أكثر من 500 ميغاواط)، من الضروري استكمال التبريد بالهيدروجين بالماء. في المولدات الكبيرة، تحتاج المحامل أيضًا إلى تبريد خاص، عادةً باستخدام دوران الزيت.

يمكن تقليل توليد الحرارة للمولد بشكل كبير باستخدام اللفات الميدانية فائقة التوصيل. تم تصنيع أول مولد من هذا النوع (بسعة 4 ميجا فولت أمبير)، المخصص للاستخدام على متن السفن، في عام 2005 من قبل شركة الهندسة الكهربائية الألمانية Siemens AG. عادةً ما يتراوح الجهد المقنن للمولدات المتزامنة، اعتمادًا على الطاقة، من 400 فولت إلى 24 كيلو فولت. تم أيضًا استخدام الفولتية الأعلى تصنيفًا (حتى 150 كيلو فولت)، ولكن نادرًا للغاية. بالإضافة إلى المولدات المتزامنة ذات التردد الرئيسي (50 هرتز أو 60 هرتز)، يتم أيضًا إنتاج مولدات عالية التردد (حتى 30 كيلو هرتز) ومولدات منخفضة التردد (16.67 هرتز أو 25 هرتز)، تستخدم في السكك الحديدية المكهربة في بعض الدول. الدول الأوروبية. تشتمل المولدات المتزامنة أيضًا، من حيث المبدأ، على معوض متزامن، وهو عبارة عن محرك متزامن يعمل في وضع الخمول ويزود شبكة توزيع الجهد العالي بالطاقة التفاعلية. بمساعدة مثل هذه الآلة من الممكن تغطية الاستهلاك قوة رد الفعلمستهلكي الطاقة الصناعية المحليين وتحرير شبكة الكهرباء الرئيسية من نقل الطاقة التفاعلية.

بالإضافة إلى المولدات المتزامنة، يمكن أيضًا استخدامها بشكل نادر نسبيًا وبقدرات منخفضة نسبيًا (تصل إلى عدة ميجاوات). مولدات غير متزامنة. في ملف الدوار لمثل هذا المولد، يتم تحفيز التيار بواسطة المجال المغناطيسي للجزء الثابت إذا كان الدوار يدور بشكل أسرع من المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت لتردد التيار الكهربائي. عادة ما تنشأ الحاجة إلى مثل هذه المولدات عندما يكون من المستحيل ضمان سرعة دوران ثابتة للمحرك الرئيسي (على سبيل المثال، توربينات الرياح، وبعض التوربينات الهيدروليكية الصغيرة، وما إلى ذلك).

ش مولد العاصمةعادة ما توجد الأقطاب المغناطيسية مع ملف المجال في الجزء الثابت، ويقع ملف عضو الإنتاج في الدوار. نظرًا لأنه يتم تحفيز EMF متناوب في ملف الدوار أثناء دورانه، يجب أن يكون عضو الإنتاج مزودًا بمبدل (مبدل)، والذي يتم من خلاله الحصول على EMF ثابت عند خرج المولد (عند فرش المبدل). حاليًا، نادرًا ما يتم استخدام مولدات التيار المباشر، نظرًا لأنه من الأسهل الحصول على التيار المباشر باستخدام مقومات أشباه الموصلات.

تشمل مولدات الآلات الكهربائية مولدات كهرباء، على الجزء الدوار الذي يتم إنشاء شحنة كهربائية عالية الجهد عن طريق الاحتكاك (كهرباء الاحتكاك). تم تصنيع أول مولد من هذا النوع (كرة كبريتية يتم تدويرها يدويًا والتي يتم كهربتها عن طريق الاحتكاك بيد الشخص) في عام 1663 على يد عمدة ماغديبورغ (ألمانيا)، أوتو فون غيريكه (1602-1686). خلال تطويرها، أتاحت هذه المولدات اكتشاف العديد من الظواهر والأنماط الكهربائية. وحتى الآن لم تفقد أهميتها كوسيلة لإجراء البحوث التجريبية في الفيزياء.

تم تقديم الأول في 4 نوفمبر 1831 على يد مايكل فاراداي، الأستاذ في المعهد الملكي في لندن (1791-1867). يتكون المولد من مغناطيس دائم على شكل حدوة حصان وقرص نحاسي يدور بين القطبين المغناطيسيين (الشكل 3.12.4). عندما يدور القرص بين محوره والحافة، يتم إحداث قوة دافعة كهربية ثابتة. وينطبق المبدأ نفسه على المولدات الأحادية القطب الأكثر تقدما، والتي لا تزال قيد الاستخدام (وإن كان ذلك نادرا نسبيا).

أرز. 4. مبدأ التصميم مولد أحادي القطبمايكل فارادي. 1 مغناطيس، 2 قرص نحاسي دوار، 3 فرش. مقبض القرص غير معروض

ولد مايكل فاراداي في عائلة فقيرة، وبعد المدرسة الابتدائية، في سن الثالثة عشرة، أصبح متدربًا في تجليد الكتب. باستخدام الكتب، واصل تعليمه بشكل مستقل، وباستخدام الموسوعة البريطانية أصبح على دراية بالكهرباء، وصنع مولدًا كهربائيًا وجرة ليدن. ولتوسيع معرفته، بدأ بحضور محاضرات عامة عن الكيمياء يلقيها مدير المعهد الملكي، همفري ديفي (1778–1829)، وفي عام 1813 حصل على منصب مساعده. في عام 1821 أصبح كبير مفتشي هذا المعهد، وفي عام 1824 - عضوًا في الجمعية الملكية وفي عام 1827 - أستاذ الكيمياء في المعهد الملكي. وفي عام 1821، بدأ تجاربه الشهيرة في الكهرباء، والتي اقترح خلالها مبدأ تشغيل المحرك الكهربائي، واكتشف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، ومبدأ الحث المغناطيسي. مولد كهربائيوأنماط التحليل الكهربائي والعديد من الظواهر الفيزيائية الأساسية الأخرى. بعد مرور عام على تجربة فاراداي الموصوفة أعلاه، في 3 سبتمبر 1832، قام الميكانيكي الباريسي هيبوليت بيكسي (1808–1835) بتصنيع مولد بأمر وتحت إشراف مؤسس الديناميكا الكهربائية، أندريه ماري أمبير (1775–1836)، مولدًا مزودًا بـ فاراداي يتم تدويره يدويًا باستخدام مغناطيس (الشكل 5). يتم إحداث EMF متناوب في ملف عضو الإنتاج لمولد Pixie. لتصحيح التيار الناتج، تم أولاً توصيل عاكس زئبقي مفتوح بالمولد، مع تبديل قطبية المجال الكهرومغناطيسي مع كل نصف دورة للدوار، ولكن سرعان ما تم استبداله بمبدل فرشاة أسطواني أبسط وأكثر أمانًا، كما هو موضح في الشكل 1. 5.

أرز. 5. مبدأ التصميم مولد كهربائي مغناطيسي Hippolyta Pixie (a)، رسم بياني للمجالات الكهرومغناطيسية المستحثة (ب) ورسم بياني للمجالات الكهرومغناطيسية الثابتة النابضة التي تم الحصول عليها باستخدام المجمع (ج). لا يظهر المقبض والعتاد المخروطي

تم استخدام مولد مبني على مبدأ بيكسي لأول مرة في عام 1842 في مصنعه في برمنغهام لتشغيل حمامات الطلاء الكهربائي من قبل رجل الصناعة الإنجليزي جون ستيفن وولريش (1790-1843)، باستخدام محرك بخاري بقوة 1 حصان كمحرك دفع. مع. كان جهد مولده 3 فولت، والتيار المقنن 25 أمبير، وكانت الكفاءة حوالي 10٪. نفس الشيء، ولكن أكثر مولدات قويةوسرعان ما بدأ تنفيذها في شركات الطلاء الكهربائي الأخرى في أوروبا. في عام 1851، اقترح الطبيب العسكري الألماني فيلهلم جوزيف سينستيدن (1803-1891) استخدام المغناطيسات الكهربائية بدلاً من المغناطيس الدائم في المحرِّض وتزويدها بالتيار من مولد مساعد أصغر؛ واكتشف أيضًا أن كفاءة المولد ستزداد إذا لم يكن القلب الفولاذي للمغناطيس الكهربائي مصنوعًا من أسلاك ضخمة، بل من أسلاك متوازية. ومع ذلك، بدأ استخدام أفكار سينستيدن فعليًا فقط في عام 1863 من قبل المهندس الكهربائي الإنجليزي هنري وايلد (1833-1919) الذي علم نفسه بنفسه، والذي اقترح، من بين ابتكارات أخرى، توصيل آلة مثيرة (مخرج إنجليزي) بعمود المولد. وفي عام 1865، أنتج مولدًا بقدرة غير مسبوقة تبلغ 1 كيلووات، والذي تمكن من خلاله من إثبات صهر المعادن ولحامها.

التحسن الأكثر أهمية مولدات التيار المستمرأصبح لهم التحفيز الذاتي، تم تسجيل براءة اختراع مبدأه في عام 1854 من قبل كبير مهندسي السكك الحديدية الحكومية الدنماركية، سورين هجورث (1801-1870)، ولكن لم يتم العثور عليه في ذلك الوقت تطبيق عملي. في عام 1866، تم إعادة اكتشاف هذا المبدأ بشكل مستقل من قبل العديد من المهندسين الكهربائيين، بما في ذلك جي وايلد الذي سبق ذكره، لكنه أصبح معروفًا على نطاق واسع في ديسمبر 1866، عندما استخدمه رجل الصناعة الألماني إرنست فيرنر فون سيمنز (1816-1892) في مصنعه المدمج والمكثف للغاية. مولد فعال. في 17 يناير 1867، تمت قراءة تقريره الشهير عن المبدأ الديناميكي الكهربائي (الإثارة الذاتية) في أكاديمية برلين للعلوم. الإثارة الذاتيةجعل من الممكن التخلي عن مولدات الإثارة المساعدة (من المثيرات)، مما جعل من الممكن توليد كهرباء أرخص بكثير بكميات كبيرة. ولهذا السبب، غالبًا ما يُعتبر عام 1866 عام ميلاد الهندسة الكهربائية ذات التيار العالي. في المولدات ذاتية الإثارة الأولى، تم توصيل ملف الإثارة، مثل شركة سيمنز، على التوالي (التسلسلي) مع ملف عضو الإنتاج، ولكن في فبراير 1867، اقترح المهندس الكهربائي الإنجليزي تشارلز ويتستون (1802-1875) إثارة متوازية، مما يسمح بإثارة أفضل. أنظمة مولد emf، والذي وصل إليه حتى قبل تقارير الإثارة المتسلسلة التي اكتشفتها شركة سيمنز (الشكل 6).

أرز. 6. تطوير أنظمة الإثارة لمولدات التيار المستمر. إثارة المغناطيس الدائم (1831)، ب الإثارة الخارجية (1851)، سلسلة ج الإثارة الذاتية (1866)، د الإثارة الذاتية المتوازية (1867). 1 حديد التسليح، 2 لف الإثارة. لا تظهر تنظيم الإثارة المتغيرة الحالية

حاجة إلى مولدات التيار المترددنشأت في عام 1876، عندما بدأ المهندس الكهربائي الروسي بافيل يابلوشكوف (1847-1894)، الذي كان يعمل في باريس، في إضاءة شوارع المدينة باستخدام مصابيح مصابيح القوسالتيار المتردد (شموع يابلوشكوف). تم إنشاء المولدات الأولى اللازمة لهذا الغرض من قبل المخترع والصناعي الباريسي زينوبي ثيوفيل غرامي (1826-1901). مع البداية الإنتاج بكثافة الإنتاج بكميات ضخمةأدى إدخال المصابيح المتوهجة عام 1879 إلى فقدان التيار المتردد أهميته لبعض الوقت، لكنه استعاد أهميته بسبب زيادة مسافات النقل الكهربائي في منتصف ثمانينيات القرن التاسع عشر. في 1888-1890، كان صاحب مختبر الأبحاث الخاص بشركة Tesla-Electric Co.، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية، والمهندس الكهربائي الصربي نيكولا تيسلا (1856-1943) الذي هاجر إلى الولايات المتحدة الأمريكية وكبير المهندسين في شركة AEG (AEG، Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) قام المهندس الكهربائي الروسي ميخائيل دوليفو-دوبروفولسكي (1862–1919) الذي هاجر إلى ألمانيا بتطوير نظام تيار متناوب ثلاثي المراحل. ونتيجة لذلك، فإن إنتاج قوي على نحو متزايد مولدات متزامنةلمحطات الطاقة الحرارية والكهرومائية قيد الإنشاء.

مرحلة مهمةفي تطوير المولدات التوربينية، يمكن النظر في تطوير الدوار الأسطواني في عام 1898 من قبل المالك المشارك لمحطة الكهرباء السويسرية Brown, Boveri & Cie., BBC، تشارلز يوجين لانسلوت براون (1863–1924). تم إصدار أول مولد بتبريد الهيدروجين (قوة 25 ميجاوات) في عام 1937 من قبل الشركة الأمريكية جنرال إلكتريك، ومع تبريد المياه المباشر - في عام 1956 من قبل الشركة الإنجليزية متروبوليتان فيكرز.

تستخدم البشرية الكهرباء في جميع مجالات النشاط منذ أكثر من قرن. بدونه من المستحيل ببساطة تخيل حياة طبيعية. وبمساعدة آلات خاصة، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى تيار متردد أو مباشر. لفهم كيفية حدوث ذلك بشكل أفضل، من الضروري أن نفهم مما يتكون المولد وكيف يعمل.

تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية

أساس تشغيل أي مولد يكمن مبدأ الحث المغناطيسي. ظهرت أولى السيارات الكهربائية في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. مخترعوهم هم مايكل فاراداي وهيبوليت بيكسي. في عام 1886، كان هناك عرض عام لمولد كهربائي، وهو جهاز قادر على توليد التيار من الحركة الميكانيكية.

تم تطوير أول مولد تيار متردد ثلاثي الطور بواسطة الروسي دوليفو-دوبروفولسكي. وفي عام 1903، قام ببناء أول محطة طاقة صناعية على وجه الأرض، والتي أصبحت مصدر الطاقة للمصعد.

أبسط دائرة لمولد التيار المتردد هي ملف سلكي يدور في مجال مغناطيسي. الخيار البديل هو أن يظل الملف بلا حراك، ويعبره المجال المغناطيسي. وفي كلتا الحالتين، سيتم توليد الطاقة الكهربائية. وبينما تستمر الحركة، يتولد تيار متناوب في الموصل. تستخدم المولدات لتوليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم. إنها جزء من نظام إمداد الطاقة العالمي في العالم.

تعتمد كيفية تصميم المولد على الغرض منه، ومن الممكن إجراء تعديلات مختلفة. لكن هناك مكونان رئيسيان:

1. الدوار هو عنصر متحرك مصنوع من الحديد الصلب.
2. الجزء الثابت ثابت ويتم تجميعه من صفائح حديدية معزولة. يوجد بالداخل أخاديد يمر فيها سلك السلك.

للحصول على أكبر قدر من الحث المغناطيسي، يجب أن تكون المسافة بين هذه الأجزاء من الوحدة صغيرة قدر الإمكان. يتم تشغيل الملف الميداني الموجود على الدوار من خلال نظام الفرشاة.

هناك نوعان من البناء:

• مع عضو دوار ومجال مغناطيسي ثابت؛
• يدور المجال المغناطيسي، لكن عضو الإنتاج يبقى في مكانه.

الآلات الأكثر استخدامًا هي تلك ذات الأقطاب المغناطيسية المتحركة. إن إزالة الكهرباء من الجزء الثابت أكثر ملاءمة من إزالة الكهرباء من الدوار. بشكل عام، يتم بناء المولد بنفس طريقة بناء المحرك الكهربائي.

تصنيف وأنواع الوحدات

وحدات تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية لها تصميم مماثل. قد تختلف في مبدأ تشغيل المولد واللف الميداني:

من تصمبم:

• أعمدة بارزة
• لم يتم التعبير عنها.

حسب طريقة توصيل اللفات:

حسب عدد المراحل:

• على مرحلة واحدة؛
• مرحلتين.
• ثلاث مراحل.

تم تصميم وحدات التيار المستمر بحيث تتكون آلية جمع الطاقة من حلقتين نصفيتين معزولتين، كل منهما يتلقى شحنة ذات إمكانات معينة. ينتج الناتج تيارًا نابضًا في اتجاه واحد.

تحتوي المولدات المتزامنة على عضو محرك به ملف يتم توفير التيار المباشر له. من خلال ضبط قيمته، يمكنك تغيير قوة المجال المغناطيسي والتحكم في جهد الخرج. لا تحتوي العناصر غير المتزامنة على ملف، وبدلاً من ذلك، يتم استخدام تأثير المغنطة.

التطبيقات الرئيسية

تجدر الإشارة إلى أن الكهرباء العادية في المقابس تظهر بسبب تشغيل مولدات التيار المتردد الضخمة في محطات الطاقة الحرارية. نطاق استخدام هذه الآلات الكهربائية يشمل جميع أنواع النشاط البشري:

• تستعمل ك مصدر النسخ الاحتياطيالطاقة في المرافق التي لا يمكن التسامح فيها مع انقطاع إمدادات الطاقة؛
• لا غنى عنه في الأماكن التي لا توجد بها خطوط كهرباء؛
• تم تجهيز معظم المركبات بمولد كهربائي يولد الكهرباء شبكة على متن الطائرة;
• إمدادات الطاقة لمحطات التحلل المائي.
• صناعة؛
• في محطات الطاقة النووية والكهرومائية.

في مؤخراأصبحت الوحدات المنزلية لتوليد الكهرباء ذات شعبية متزايدة. وتتميز بحجمها الصغير واستهلاكها المنخفض للوقود. يمكنهم العمل بالبنزين والديزل. يتم استخدامها في ظروف التخييم أو في الداشا أو كمصدر للطاقة في حالات الطوارئ.

كان اختراع طريقة لتوليد الكهرباء من الحركة الميكانيكية ذا أهمية تاريخية بالنسبة للتنمية الحضارة الحديثة. العالم من حولنا مليء بالألغاز التي لا تعرف إجاباتها، ولكن ربما تنتظر الناس اكتشافات مهمة أخرى يمكنها تغيير حياتهم.

مولد كهربائي- أحد العناصر المكونة لمحطة توليد الطاقة المستقلة، بالإضافة إلى العديد من العناصر الأخرى. في الواقع، هو الأكثر عنصر مهموالتي بدونها يستحيل توليد الطاقة الكهربائية. يقوم المولد الكهربائي بتحويل الطاقة الميكانيكية الدورانية إلى طاقة كهربائية. يعتمد مبدأ عملها على ما يسمى بظاهرة الحث الذاتي، عندما تنشأ قوة دافعة كهربائية (EMF) في موصل (ملف) يتحرك في خطوط المجال المغناطيسي، والتي يمكنها (من أجل فهم أفضل للمسألة) يسمى الجهد الكهربائي (على الرغم من أن هذا ليس نفس الشيء).

مكونات المولد الكهربائي هي نظام مغناطيسي (يتم استخدام المغناطيسات الكهربائية بشكل أساسي) ونظام الموصلات (الملفات). الأول يخلق مجالًا مغناطيسيًا، والثاني، الذي يدور فيه، يحوله إلى مجال كهربائي. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي المولد أيضًا على نظام لإزالة الجهد (مبدل التيار والفرش، لتوصيل الملفات بطريقة معينة). إنه في الواقع يربط المولد بمستهلكي الكهرباء.

يمكنك الحصول على الكهرباء بنفسك عن طريق إجراء أبسط تجربة. للقيام بذلك، عليك أن تأخذ مغناطيسين من أقطاب مختلفة أو تحول مغناطيسين بقطبين مختلفين تجاه بعضهما البعض، وتضع موصلًا معدنيًا على شكل إطار بينهما. قم بتوصيل مصباح كهربائي صغير (منخفض الطاقة) بأطرافه. إذا بدأت بتدوير الإطار في اتجاه أو آخر، فسيبدأ المصباح الكهربائي في التوهج، أي عند طرفي الإطار الجهد الكهربائي، ويتدفق تيار كهربائي من خلال دوامة. نفس الشيء يحدث في المولد الكهربائي، والفرق الوحيد هو أنه في المولد الكهربائي هناك المزيد نظام معقدالمغناطيسات الكهربائية وملف موصلات أكثر تعقيدًا، عادةً ما يكون من النحاس.

تختلف المولدات الكهربائية في نوع المحرك وفي نوع جهد الخرج. حسب نوع محرك الأقراص الذي يحركه:

• مولد توربيني – يتم تشغيله بواسطة توربين بخاري أو محرك توربيني غازي. تستخدم بشكل رئيسي في محطات الطاقة الكبيرة (الصناعية).
• مولد هيدروجيني – مدفوع بواسطة توربين هيدروليكي. كما أنه يستخدم في محطات الطاقة الكبيرة التي تعمل من خلال حركة مياه الأنهار والبحر.
• مولد الرياح – مدفوعا بطاقة الرياح. يتم استخدامه في محطات طاقة الرياح الصغيرة (الخاصة) وفي المحطات الصناعية الكبيرة.
• يتم تشغيل مولد الديزل ومولد البنزين بواسطة محرك الديزل والبنزين، على التوالي.

حسب نوع التيار الكهربائي الناتج:

• مولدات التيار المستمر - الإخراج تيار مباشر.
• مولدات التيار المتردد. هناك مرحلة واحدة وثلاث مراحل، مع خرج تيار متردد أحادي الطور وثلاث مراحل على التوالي.

تتميز الأنواع المختلفة من المولدات بميزات التصميم الخاصة بها ومكونات غير متوافقة عمليًا. ما يوحدهم فقط المبدأ العامإنشاء مجال كهرومغناطيسي عن طريق الدوران المتبادل لنظام واحد من الملفات بالنسبة إلى نظام آخر أو بالنسبة إلى المغناطيس الدائم. ونظرًا لهذه الميزات، لا يمكن إلا للمتخصصين المؤهلين إصلاح المولدات أو مكوناتها الفردية.

الكهرباء ليست طاقة أولية، فهي موجودة بحرية في الطبيعة بكميات كبيرة، ولكي يتم استخدامها في الصناعة والحياة اليومية، لا بد من إنتاجها. يتم إنشاء معظمها بواسطة الأجهزة التي تحول القوة الدافعة إلى تيار كهربائي - هذه هي الطريقة التي تعمل بها المولدات، ومصادر الطاقة الميكانيكية التي يمكن أن تكون توربينات البخار والمياه، ومحركات الاحتراق الداخلي وحتى القوة العضلية البشرية.

التاريخ والتطور

أصبح اكتشاف مايكل فاراداي لقوانين الحث الكهرومغناطيسي في عام 1831 الأساس لبناء الآلات الكهربائية. ولكن قبل ظهور الإضاءة الكهربائية، لم تكن هناك حاجة لتسويق هذه التكنولوجيا. استخدمت الأجهزة الكهربائية المبكرة، مثل التلغراف، البطاريات الغلفانية كمصدر للطاقة. وكانت هذه طريقة مكلفة للغاية لإنتاج الكهرباء.

في نهاية القرن التاسع عشر، سعى العديد من المخترعين إلى استخدام مبدأ فاراداي في الحث لتوليد الكهرباء. ميكانيكيا. كانت بعض الإنجازات المهمة هي تطوير الدينامو بواسطة فيرنر فون سيمنز وإنتاج هيبوليت فونتين لنماذج العمل لمولدات ثيوفيلوس جرام. تم استخدام الأجهزة الأولى جنبًا إلى جنب مع أجهزة الإضاءة بالقوس الخارجي، والمعروفة باسم شموع يابلوشكوف.

تم استبدالهم بنظام المصابيح المتوهجة الناجح للغاية الذي ابتكره توماس إديسون. كانت محطات توليد الطاقة التجارية الخاصة به تعتمد على مولدات قوية، لكن الدائرة المبنية على توليد التيار المباشر لم تكن مناسبة لتوزيع الطاقة على مسافات طويلةبسبب فقدان الحرارة بشكل كبير.

قام نيكولا تيسلا بتطوير مولد تيار متردد محسّن، بالإضافة إلى مولد عملي محرك غير متزامن. وقد وفرت هذه الآلات الكهربائية، إلى جانب المحولات لزيادة وخفض الجهد، الأساس لشركات الكهرباء لإنشاء المزيد شبكات كبيرةالتوزيع باستخدام محطات توليد الطاقة القوية. في أنظمة طاقة التيار المتردد الكبيرة، كانت تكاليف التوليد والنقل أقل بعدة مرات مما كانت عليه في مخطط إديسون، مما حفز الطلب على الكهرباء، ونتيجة لذلك، التطور الإضافي للآلات الكهربائية . يمكن اعتبار التواريخ الرئيسية في تاريخ المولدات:

مبدأ التشغيل

المولدات التي تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لا تولد الكهرباء. إنهم يتحركون فقط بمساعدة الطاقة الميكانيكية الشحنات الكهربائيةوالتي تكون موجودة دائمًا في الموصلات. يمكن مقارنة مبدأ تشغيل المولد الكهربائي بمضخة المياه، مما يؤدي إلى تدفق المياه، ولكن لا يخلق الماء في الأنابيب. غامر معظم المولدات الحثية هي آلات كهربائية من النوع الدوار، ويتكون من عنصرين رئيسيين:

• الجزء الثابت (الجزء الثابت) ؛
• الدوار (الجزء الدوار).

لتوضيح كيفية عمل المولد الكهربائي، يمكن استخدام آلة كهربائية بسيطة تتكون من ملف من الأسلاك ومغناطيس على شكل حرف U. العناصر الأساسية الرئيسية لهذا النموذج:

• مجال مغناطيسي
• حركة الموصل في المجال المغناطيسي.

المجال المغناطيسي هو المنطقة المحيطة بالمغناطيس حيث تكون قوته ملحوظة. لفهم كيفية عمل النموذج بشكل أفضل، يمكنك تخيل خطوط القوة التي تخرج من القطب الشمالي للمغناطيس وتعود إلى الجنوب. كلما كان المغناطيس أقوى، كلما زاد عدد خطوط القوة التي يخلقها. فإذا بدأ الملف بالدوران بين القطبين، فإن طرفيه سيبدأان في تقاطع خطوط مغناطيسية وهمية. وهذا يسبب حركة الإلكترونات في الموصل (توليد الكهرباء).

وفقا لقاعدة اليد اليمنى، عندما يدور الملف، سيتولد فيه تيار، يتغير اتجاهه كل نصف دورة، لأن خطوط القوة على جانبي الملف سوف تتقاطع في اتجاه أو آخر. مرتين لكل دورة يمر الملف عبر المواضع (الموازية للقطبين) حيث الحث الكهرومغناطيسيلا تنشأ. هكذا، مولد بسيطتعمل مثل الآلة الكهربائية التي تنتج التيار المتردد. يمكن تغيير الجهد الناتج عن طريق:

• قوة المجال المغناطيسي؛
• سرعة دوران الملف
• عدد لفات السلك الذي يعبر خطوط المجال المغناطيسي .

يخلق ملف الموصل الذي يدور بين قطبي المغناطيس تأثيرًا مهمًا آخر. عندما يتدفق التيار في الملف، فإنه يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا معاكسًا لمجال المغناطيس الدائم. وكلما زاد حث الكهرباء في الملف، زاد المجال المغناطيسي ومقاومة دوران الموصل. تتسبب نفس القوة المغناطيسية في المنعطفات في دوران دوار المحرك الكهربائي، أي أنه في ظل ظروف معينة، يمكن للمولدات أن تعمل كمحركات والعكس صحيح.

مميزات مولدات التيار المتردد

يتم إنتاج التيار المتردد (AC) بواسطة المولد البسيط الموصوف. لكي يتم استخدام الكهرباء المولدة، يجب توصيلها بطريقة أو بأخرى إلى الحمل. ويتم ذلك باستخدام وحدة اتصال موجودة على العمود، تتكون من حلقات دوارة وأجزاء كربونية ثابتة تسمى الفرش تنزلق على طولها. يتم توصيل كل طرف من طرفي الموصل الدوار بالحلقة المقابلة، ويمر التيار الناتج في المنعطف عبر الحلقات والفرش إلى الحمل.

هيكل الآلات الصناعية

تختلف المولدات العملية عن أبسطها. عادة ما تكون مجهزة بمثير - وهو مولد مساعد يوفر تيارًا مباشرًا للمغناطيسات الكهربائية المستخدمة لإنشاء مجال مغناطيسي في المولد.

بدلاً من الدوران في أبسط نموذج الأجهزة العمليةوهي مجهزة بملفات مصنوعة من الأسلاك النحاسية، ويتم تنفيذ دور المغناطيس بواسطة ملفات على قلوب حديدية. في معظم المولدات، يتم وضع المغناطيسات الكهربائية التي تنتج المجال المتناوب على الدوار ويتم تحفيز الطاقة الكهربائية في ملفات الجزء الثابت.

في مثل هذه الأجهزة، يتم استخدام المجمع لنقل التيار المباشر من المثير إلى المغناطيس. وهذا يبسط التصميم إلى حد كبير، لأنه أكثر ملاءمة لنقل التيارات الضعيفة من خلال الفرش واستقبال الجهد العالي من اللفات الثابتة.

تطبيقات في الشبكات

في بعض الآلات، يتطابق عدد أقسام اللف مع عدد المغناطيسات الكهربائية. لكن معظم مولدات التيار المتردد مجهزة بثلاث مجموعات من الملفات لكل قطب. تنتج هذه الآلات ثلاثة تيارات من الكهرباء وتسمى ثلاثية الطور. كثافة الطاقة الخاصة بها أعلى بكثير من كثافة الطاقة أحادية الطور.

في محطات توليد الطاقة، تعمل مولدات التيار المتردد كمحولات للطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وذلك لأن جهد التيار المتردد يمكن زيادته أو تقليله بسهولة باستخدام المحول. تنتج المولدات الكبيرة جهدًا يبلغ حوالي 20 ألف فولت. ثم يتم زيادتها بأكثر من مرتبة للسماح بنقل الكهرباء لمسافات طويلة. عند النقطة التي يتم فيها استخدام الكهرباء، يتم إنشاء جهد قابل للاستخدام باستخدام سلسلة من محولات التنحي.

تصميم الدينامو

ملف من الأسلاك يدور بين قطبي المغناطيس يغير القطبين عند طرفي الموصل مرتين لكل دورة. للإلتفاف أبسط نموذجفي مولد التيار المستمر، عليك القيام بأمرين:

• تحويل التيار من الملف إلى الحمل.
• تنظيم تدفق التيار المحول في اتجاه واحد فقط.

دور المجمع

يمكن لجهاز يسمى المجمع إنجاز كلتا المهمتين. الفرق بينها وبين مجموعة فرشاة الاتصال هو أن أساسها ليس حلقة موصل، بل مجموعة من الأجزاء المعزولة عن بعضها البعض. يتم توصيل كل طرف من طرفي الدائرة الدوارة بالقطاع المقابل من المبدل، وتقوم فرشتان كربون ثابتتان بإزالة التيار الكهربائي من المبدل.

تم تصميم المجمع بحيث، بغض النظر عن القطبية في نهايات المنعطف ومرحلة دوران الدوار، فإن مجموعة الاتصال توفر التيار بالاتجاه المطلوب عند نقله إلى الحمل. تتكون اللفات في الدينامو العملي من العديد من القطاعات، لذلك، بالنسبة لمولدات التيار المستمر، نظرًا للحاجة إلى تبديلها، تبين أن الدائرة التي يدور فيها المحرك ذو الملفات المستحثة في مجال مغناطيسي هي الأفضل.

إمدادات الطاقة للمغناطيس الكهربائي

يستخدم الدينامو الكلاسيكي مغناطيسًا دائمًا لتحفيز المجال. تتطلب مولدات التيار المستمر المتبقية طاقة للمغناطيسات الكهربائية. لهذا الغرض، يتم استخدام ما يسمى بالمولدات المثارة بشكل منفصل مصادر خارجيةالتيار المباشر. تستخدم أجهزة الإثارة الذاتية بعضًا من الكهرباء المولدة ذاتيًا للتحكم في المغناطيسات الكهربائية. يعتمد تشغيل هذه المولدات بعد إيقاف التشغيل على قدرتها على تجميع المغناطيسية المتبقية. اعتمادًا على طريقة توصيل ملفات المجال بملفات عضو الإنتاج، يتم تقسيمها إلى:

• تحويلة (مع الإثارة الموازية);
• مسلسل (مع الإثارة المتسلسلة) ؛
• الإثارة المختلطة (مع مزيج من التحويلة والسلسلة).

يتم استخدام أنواع الإثارة اعتمادًا على التحكم في الجهد المطلوب. على سبيل المثال، تتطلب المولدات المستخدمة لشحن البطاريات عملية بسيطةتوتر. في هذه الحالة، النوع المناسب سيكون تحويلة. كآلات تولد الطاقة لمصعد الركاب، يتم استخدام مولد متحمس بشكل منفصل منذ ذلك الحين أنظمة مماثلةتتطلب إدارة معقدة.

تطبيق مولدات جامع

يتم تشغيل العديد من مولدات التيار المستمر بواسطة محركات التيار المتردد في مجموعات تسمى مجموعات مولدات المحركات. هذه إحدى طرق تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر. تحتاج مصانع الجلفنة وإنتاج الألمنيوم والكلور وبعض المواد الأخرى بالطريقة الكهروكيميائية كميات كبيرةالتيار المباشر.

تُستخدم مولدات الديزل الكهربائية أيضًا لتزويد القاطرات والسفن بالطاقة المستمرة. نظرًا لأن المبدلات عبارة عن أجهزة معقدة وغير موثوقة، فغالبًا ما يتم استبدال مولدات التيار المستمر بآلات تنتج التيار المتردد مع الأجهزة الإلكترونية. لقد وجدت مولدات المحولات تطبيقًا في الشبكات منخفضة الطاقة، مما يسمح باستخدام دينامو المغناطيس الدائم دون دوائر الإثارة.

هناك أنواع أخرى من الأجهزة القادرة على إنتاج الكهرباء. وتشمل هذه البطاريات الكهروكيميائية والخلايا الحرارية والكهروضوئية ومحولات الوقود. ولكن بالمقارنة مع مولدات الحث AC/DC، فإن حصتها في إنتاج الطاقة العالمي ضئيلة.