المفهوم العام لآلية عمل المولد الكهربائي

أهمية معرفة آلية عمل المولد الكهربائي:

المولد الكهربائي هو جهاز يحول “الطاقة الميكانيكية” التي يتم الحصول عليها من مصدر خارجي إلى طاقة كهربائية كمخرج، ومن المهم أن نفهم أن المولد لا ينشئ “طاقة كهربائية” في الواقع، بدلاً من ذلك، يجب إدراك بأن الطاقة الميكانيكية تُستخدم لإجبار حركة الشحنات الكهربائية الموجودة في سلك ملفاتها من خلال دائرة كهربائية خارجية.

كما يشكل تدفق الشحنات الكهربائية التيار الكهربائي الناتج الذي يوفره المولد، بحيث يمكن فهم هذه الآلية من خلال اعتبار المولد مشابهاً لمضخة المياه، والتي تتسبب في تدفق المياه ولكنها لا “تخلق” في الواقع المياه التي تتدفق من خلالها.

المكونات الرئيسية للمولد الكهربائي:

المحرك:

يعتبر المحرك هو مصدر الطاقة الميكانيكية الأساسي المدخلة للمولد، بحيث يتناسب حجم المحرك بشكل مباشر مع أقصى خرج للطاقة يمكن للمولد توفيره، كما أن هناك العديد من العوامل التي يجب أن تضعها في اعتبارك أثناء تقييم محرك المولد الخاص بك، كما يجب استشارة الشركة المصنعة للمحرك للحصول على مواصفات تشغيل المحرك الكاملة وجداول الصيانة، ومن أهمها:

• نوع الوقود المستخدم: تعمل محركات المولدات على أنواع مختلفة من الوقود مثل “الديزل أو البنزين” أو البروبان (في شكل مسال أو غازي) أو الغاز الطبيعي، كما تعمل المحركات الأصغر عادةً على البنزين، بينما تعمل المحركات الأكبر على الديزل أو البروبان السائل، ويمكن أن تعمل بعض المحركات أيضاً على تغذية مزدوجة لكل من الديزل والغاز في وضع التشغيل ثنائي الوقود.

• محركات الصمامات العلوية (OHV) مقابل محركات غير OHV: تختلف محركات (OHV) عن المحركات الأخرى من حيث أن صمامات السحب والعادم للمحرك تقع في رأس أسطوانة المحرك بدلاً من تثبيتها على كتلة المحرك، كما تتميز محركات (OHV) بالعديد من المزايا مقارنة بالمحركات الأخرى مثل:

• تصميم مضغوط.

• آلية تشغيل أبسط.

• متانة عالية.

• سهل الاستخدام في العمليات.

• ضوضاء منخفضة أثناء العمليات.

• مستويات انبعاث منخفضة.

• كمية الحديد الزهر (CIS) في أسطوانة المحرك: تكمن أهمية حديد الزهر الموجودة في بطانة في أسطوانة المحرك في التقليل من التآكل والتمزق ويضمن متانة المحرك، كما تم تجهيز معظم محركات (OHV) بنظام (CIS) ولكن من الضروري التحقق من هذه الميزة في محرك المولد.

المولد:

المولد، وهو الجزء المعروف أيضاً باسم “genhead”، أيضاً هو جزء من المولد ينتج الإخراج الكهربائي من المدخلات الميكانيكية التي يوفرها المحرك، بحيث يحتوي على مجموعة من الأجزاء الثابتة والمتحركة المغلفة في مبيت، حيث تعمل المكونات معاً لإحداث حركة نسبية بين المجالات المغناطيسية والكهربائية، والتي بدورها تولد الكهرباء.

الجزء الثابت: هذا هو المكون الثابت، حيث يحتوي على مجموعة من الموصلات الكهربائية ملفوفة في ملفات فوق قلب حديدي.

الجزء الدوار (المتحرك): هذا هو المكون المتحرك الذي ينتج مجال مغناطيسي دوار بأي من الطرق الثلاث التالية:

• عن طريق الحث، بحيث تُعرف هذه باسم المولدات بدون فرش وعادة ما تستخدم في المولدات الكبيرة.

• بواسطة المغناطيس الدائم، وهذا شائع في وحدات المولد الصغيرة.

• باستخدام المثير، حيث أن المثير هو مصدر صغير للتيار المباشر (DC) الذي ينشط الدوار من خلال مجموعة من حلقات الانزلاق والفرش.

كما يولد الجزء المتحرك مجالاً مغناطيسياً متحركاً حول الجزء الثابت، مما يؤدي إلى اختلاف الجهد بين لفات الجزء الثابت، كما ينتج عن ذلك خرج التيار المتردد للمولد.

وفيما يلي العوامل التي يجب أن تضعها في اعتبارك أثناء تقييم مولد التيار المتردد:

• الغلاف المعدني مقابل البلاستيك: يضمن التصميم المعدني بالكامل متانة المولد، بحيث تتشوه العلب البلاستيكية بمرور الوقت وتتسبب في تعرض الأجزاء المتحركة لمولد التيار المتردد، وهذا يزيد من البلى والأهم من ذلك أنه يشكل خطورة على المستخدم.

• المحامل الكروية مقابل محامل الإبرة: يفضل استخدام المحامل الكروية وتدوم لفترة أطول.

• تصميم بدون فرش: يتطلب المولد الذي لا يستخدم الفرش صيانة أقل وينتج أيضاً طاقة أنظف.

نظام الوقود:

عادة ما يكون لخزان الوقود سعة كافية للحفاظ على تشغيل المولد لعدة ساعات في المتوسط، وفي حالة وحدات المولدات الصغيرة، بحيث يكون خزان الوقود جزءاً من قاعدة “انزلاق المولد” أو يتم تركيبه أعلى إطار المولد وللتطبيقات التجارية، كذلك قد يكون من الضروري إقامة خزان وقود خارجي وتركيبه، لذلك كل هذه التركيبات تخضع لموافقة قسم التخطيط المعني.

كما تشمل الميزات الشائعة لنظام الوقود ما يلي:

توصيل الأنابيب من خزان الوقود إلى المحرك: يوجه خط الإمداد الوقود من الخزان إلى المحرك ويوجه خط الإرجاع الوقود من المحرك إلى الخزان.

أنبوب التهوية لخزان الوقود: يحتوي خزان الوقود على أنبوب تهوية لمنع تراكم الضغط أو التفريغ أثناء إعادة ملء الخزان وتصريفه، لذلك عند إعادة ملء خزان الوقود، تأكد من ملامسة المعدن للمعادن بين فوهة الملء وخزان الوقود لتجنب الشرر.

وصلة الفائض من خزان الوقود إلى أنبوب التصريف: هذا مطلوب حتى لا يتسبب أي فائض أثناء إعادة ملء الخزان في انسكاب السائل على مجموعة المولد.

مضخة الوقود: حيث تقوم بنقل الوقود من خزان التخزين الرئيسي إلى الخزان النهاري، وعادة ما يتم تشغيل مضخة الوقود كهربائياً.

فاصل مياه الوقود (فلتر الوقود): يفصل هذا الماء والمواد الغريبة عن الوقود السائل لحماية المكونات الأخرى للمولد من التآكل والتلوث.

حاقن الوقود: يعمل على تفتيت الوقود السائل ويرش الكمية المطلوبة من الوقود في غرفة الاحتراق بالمحرك.

منظم الجهد الكهربائي:

كما يوحي الاسم، فإنه ينظم هذا المكون جهد خرج المولد، حيث يتم وصف الآلية أدناه مقابل كل مكون يلعب دوراً في العملية الدورية لتنظيم الجهد.

منظم الجهد: حيث يعمل تحويل “جهد التيار المتردد” إلى تيار مستمر، كما يأخذ منظم الجهد جزءاً صغيراً من خرج المولد من جهد التيار المتردد ويحوله إلى تيار مستمر، كما يقوم “منظم الجهد” بعد ذلك بتغذية تيار التيار المستمر هذا إلى مجموعة من الملفات الثانوية في الجزء الثابت، والمعروفة باسم ملفات المثير.

لفات المثير: تحويل تيار التيار (DC) إلى تيار (AC)، كما تعمل ملفات المثير الآن بشكل مشابه لملفات الجزء الثابت الأساسي وتولد تيار تيار متردد صغير، كما ترتبط ملفات المثير بوحدات تعرف باسم المقومات الدوارة.

المقومات الدوارة: تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، كما تعمل على تصحيح تيار التيار المتردد الناتج عن ملفات المثير وتحويله إلى تيار مستمر. يتم تغذية تيار التيار المستمر إلى العضو الدوار والمحرك لإنشاء مجال كهرومغناطيسي، بالإضافة إلى المجال المغناطيسي الدوار للعضو الدوار.