تعمل مولدات التيار المستمر على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، كما يبين الاسم، تنتج مولدات التيار المستمر تيارًا مباشرًا وتوجد عادةً في الطائرات الخفيفة، في كثير من الحالات، تم استبدال مولدات التيار المستمر بمولدات التيار البديل، لإنتاج كلا الجهازين طاقة كهربائية لعمل الأحمال الكهربائية للطائرة وشحن بطارية الطائرة، على الرغم من أنهما يشتركان في نفس الغرض، إلا أن مولد التيار المستمر ومولد التيار المستمر مختلفان تمامًا، كما تتطلب مولدات التيار المستمر دائرة تحكم لضمان احتفاظ المولد بالجهد والتيار الصحيحين للظروف الكهربائية الحالية للطائرة، عادةً ما تحافظ مولدات الطائرات على جهد خرج اسمي يبلغ 14 فولت أو 28 فولت تقريبًا.
مولدات الكهرباء
مبادئ الحث الكهرومغناطيسي توضح أن الجهد ناتج عن المحرك للمولد طوال الدوران 360 درجة للموصل، المحرك هو الجزء الدوار لمولد التيار المستمر فإن الجهد المستحث هو التيار المتناوب.
نظرًا لأن حلقة الموصل تدور باستمرار، يجب توفير بعض الوسائل لتوصيل هذه الحلقة من السلك بالأحمال الكهربائية، كما هو مبين، يمكن استخدام حلقات الانزلاق والفرشاة لنقل الطاقة الكهربائية من الحلقة الدوارة إلى أحمال الطائرات الثابتة، حلقات الانزلاق متصلة بالحلقة وتدور، الفرشاة ثابتة وتسمح بمسار تيار للأحمال الكهربائية، عادة ما تكون حلقات الانزلاق عبارة عن مادة نحاسية وتكون الفرشاة عبارة عن مادة كربونية ناعمة.
من المهم أن تتذكر أن الجهد الناتج عن هذا المولد الأساسي هو التيار المتردد، وأن جهد التيار المتردد يتم توفيره لحلقات الانزلاق، نظرًا لأن الهدف هو توفير أحمال التيار المستمر، يجب توفير بعض الوسائل لتغيير جهد التيار المتردد إلى جهد تيار مستمر، كما تستخدم المولدات ترتيب حلقة الانزلاق المعدلة والمعروفة باسم المبدل، لتغيير التيار المتردد المنتج في حلقة المولد إلى جهد تيار مستمر، يسمح عمل المبدل للمولد بإنتاج خرج تيار مستمر.
عن طريق استبدال حلقات الانزلاق لمولد التيار المتردد الأساسي بنصف أسطوانتين (المبدل)، يتم الحصول على مولد تيار مباشر أساسي، يتصل الجانب الأحمر من الملف بالجزء الأحمر والجانب الكهرماني من الملف بالجزء الكهرماني الأجزاء معزولة عن بعضها البعض، يتم وضع الفرشتين الثابتتين على جوانب متقابلة من المبدل ويتم تركيبهما بحيث تتصل كل فرشاة بكل جزء من المبدل بينما يدور المبدل في وقت واحد مع الحلقة، تسمى الأجزاء الدوارة لمولد التيار المستمر (الملف والمبدل) عضو الإنتاج.
كما هو موضح في المولد البسيط جدًا، حيث تقوم الحلقة بتدوير الفرشاة، فإنها تتلامس مع أجزاء مختلفة من المبدل، في المواضع A و C و E، تلمس الفرش العزل بين الفرشاة؛ عندما تكون الحلقة في هذه المواضع، لا يتم إنتاج أي جهد.
في الموضع B تلامس الفرشاة الإيجابية الجانب الأحمر من حلقة الموصل، في الموضع D، تلامس الفرشاة الإيجابية الجانب الكهرماني من موصل المحرك، هذا النوع من انعكاس الاتصال يغير التيار المتردد المنتج في ملف الموصل إلى تيار مستمر لتشغيل الطائرة، يعتبر مولد التيار المستمر الفعلي أكثر تعقيدًا، حيث يحتوي على عدة حلقات من الأسلاك وقطاعات المبدل.
بسبب هذا التبديل لعناصر المبدل، تكون الفرشاة الحمراء دائمًا على اتصال مع جانب الملف المتحرك لأسفل وتكون الفرشاة الكهرمانية دائمًا على اتصال مع جانب الملف المتحرك لأعلى، على الرغم من أن التيار يعكس اتجاهه فعليًا في الحلقة بنفس الطريقة تمامًا كما هو الحال في مولد التيار المتردد، فإن عمل المبدل يتسبب في تدفق التيار دائمًا في نفس الاتجاه عبر الدائرة الخارجية أو العداد.
يختلف الجهد الناتج عن مولد التيار المستمر الأساسي من صفر إلى قيمته القصوى مرتين لكل دورة في الحلقة، يسمى هذا الاختلاف في جهد التيار المستمر بالتموج ويمكن تقليله باستخدام المزيد من الحلقات أو الملفات. ومع زيادة عدد الحلقات، يتم تقليل التباين بين القيم القصوى والدنيا للجهد ويقترب جهد خرج المولد من قيمة تيار مستمر ثابتة لكل حلقة إضافية في الدوار، هناك مقطعين آخرين للعاكس.
ميزات البناء لمولدات التيار المستمر
الأجزاء الرئيسية ، أو التجميعات، لمولد التيار المستمر هي إطار المجال والمولد ومبدلات.
إطار المجال Field Frame
للإطار وظيفتان: تثبيت اللفات اللازمة لإنتاج مجال مغناطيسي والعمل كدعم ميكانيكي للأجزاء الأخرى من المولد، كما يتم لف الموصل الكهرومغناطيسي الفعلي حول قطع من المعدن الرقائقي تسمى أعمدة المجال، عادة ما يتم تثبيت الأعمدة في داخل الإطار وتصفيح لتقليل خسائر تيار الدوامة وتخدم نفس الغرض مثل اللب الحديدي للمغناطيس الكهربائي، كما يركزون على خطوط القوة التي تنتجها ملفات المجال التي تتكون من عدة لفات من الأسلاك المعزولة، وعادة ما يتم لفها على شكل يلائم القلب الحديدي للقطب الذي يتم تثبيته بإحكام.
يتم إغناء الملفات للمجال بتيار مستمر لإنتاج مجال كهرومغناطيسي، يتم الحصول على هذا التيار عادةً من مصدر خارجي يوفر تنظيم الجهد والتيار لنظام المولد.
المولد Armature
تتكون مجموعة المحرك للمولد من عنصرين أساسيين: ملفات الأسلاك (تسمى اللفات) الملتفة حول قلب حديدي ومجموعة المبدل، تكون لفات المحرك متباعدة بالتساوي حول المحرك ومثبتة على عمود فولاذي، يدور المحرك داخل المجال المغناطيسي الذي تنتجه ملفات المجال، كما يعمل قلب المحرك كموصل حديدي في المجال المغناطيسي ولهذا السبب يتم تصفيحه لمنع دوران التيارات ذات الحركة الدوامة، كما يتم عرض مجموعة المحرك النموذجية.
مبدلات Commutators
يقع المبدل في نهاية المحرك ويتكون من مقاطع نحاسية مقسومة على عازل رفيع، غالبًا ما يكون العازل مصنوعًا من الميكا المعدنية، حيث تركب الفرشاة على سطح المبدل لتشكل التلامس الكهربائي بين ملفات المحرك والدائرة الخارجية.
موصل نحاسي مرن ومضفر، يُطلق عليه عادة ضفيرة، يربط كل فرشاة بالدائرة الخارجية، حيث أن الفرشاة حرة في الانزلاق لأعلى ولأسفل في حواملها من أجل متابعة أي مخالفات في سطح المبدل ويؤدي صنع وكسر التوصيلات الكهربائية المستمرة بين الفرشاة وأجزاء المبدل، جنبًا إلى جنب مع الاحتكاك بين المبدل والفرشاة، إلى تلف الفرشاة وتحتاج إلى عناية منتظمة أو استبدالها.
لهذه الأسباب، فإن المادة المستخدمة عادة للفرش هي الكربون عالي الجودة، حيث يجب أن يكون الكربون لينًا بدرجة كافية لمنع التآكل غير المبرر للمبدل، ومع ذلك فهو صلب بدرجة كافية لتوفير عمر فرشاة معقول، نظرًا لأن مقاومة التلامس للكربون عالية إلى حد ما، يجب أن تكون الفرشاة كبيرة جدًا لتوفير مسار حالي لملفات المحرك.
سطح المبدل مصقول للغاية لتقليل الاحتكاك قدر الإمكان يجب عدم استخدام الزيت أو الشحوم مطلقًا على المبدل، كما ويجب توخي الحذر الشديد عند تنظيفه لتجنب تشويه أو خدش السطح.
