كيف يعمل المولد الكهربائي؟

المولد الكهربائي

يُعرّف المولد الكهربائي بأنه جهاز ميكانيكي يستخدم لتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، ويعمل في وجود مجال مغناطيسي. يعتمد هذا الجهاز على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، الذي يشكل أساس عملية توليد التيار الحثّي. شهدت صناعة المولد الكهربائي تطوراً ملحوظاً، حيث يمكنها توليد تيارات حثّية بكفاءة عالية جداً، مما يمكّن التيار الكهربائي من التدفق عبر دائرة كهربائية خارجية. تتنوع مصادر الطاقة المستخدمة في المولدات الكهربائية، ومن بينها المحركات المترددة، والتوربينات التي تعتمد على الطاقة البخارية، كما تُستخدم التوربينات المائية التي تتولّد من جريان المياه، بالإضافة إلى مصادر أخرى مثل الهواء المضغوط.

على الجانب الآخر، يمكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية بواسطة المحرك الكهربائي، إذ بإمكان هذه المحركات أن تُدار ميكانيكياً لتوليد الكهرباء. يُستخدم مصطلح “دينامو” (dynamo) في اللغة اللاتينية للإشارة إلى المولد الذي ينتج تياراً كهربائياً بصورة مستمرة. يُنسب الفضل في اختراع المولد الكهربائي إلى العالم الإنجليزي “مايكل فاراداي” في عام 1831 ميلادي.

مبدأ عمل المولد الكهربائي

عند دوران الملف (coil)، الذي يتكون من سلك معدني ملتف بهدف توليد مغنطة كهربائية، يتم إنتاج الطاقة الكهربائية من خلال الحث الكهرومغناطيسي. يتطلب هذا الدوران طاقة ميكانيكية، مثلما يحدث في مصباح الدراجة الذي يعتمد على دوران العجلة لتوليد الكهرباء اللازمة لإضاءة المصباح. تُستخدم في محطات توليد الكهرباء الطاقة المتجددة مثل الطاقة المائية والرياح، حيث يتم تحويل حركة التوربينات بفعل جريان الماء إلى كهرباء.

يُشير ذلك إلى أن الجزء الدوار (rotor) يتم تحريكه بواسطة عمود دوار متصل بالمحرك الأساسي (prime mover). تنتج الحركة مجالاً كهرومغناطيسياً يُنقل إلى الملفات الموجودة في الجزء الثابت (stator)، الذي يستقبل هذا المجال ويحوّله إلى تيار كهربائي. تكون الملفات موزعة على ثلاثة وجوه، بحيث تكون الزاوية بين كل وجه وآخر 120 درجة، مما يؤدي إلى تحويل التيار إلى كهرباء في صورة موجات جيبية منتظمة.

أجزاء المولد الكهربائي

يتكون كل مولد كهربائي من عنصرين رئيسيين، هما:

• الميكانيكي: حيث يوجد عضو ثابت (يكون ثابتاً داخل الآلة) وعضو متحرك (يدور في الآلة).
• الكهربائي: ويتكون من العناصر التالية:
  • الإطار الحامل: وهو الجزء الذي ينتج الطاقة في الآلة الكهربائية، حيث تولد ملفاته الطاقة الكهربائية، ويمكن أن يكون مركباً على العضو الثابت أو الدوار.
  • ملفات المجال: وهي التي تُنتج المجال المغناطيسي في الآلة الكهربائية، وعادة ما تستخدم مغناطيساً دائماً مثبتاً على العضو الثابت أو الدوار في الجزء الميكانيكي.

أقسام المولد الكهربائي

من حيث العمل، يُقسم المولد إلى:

• مولّد أساسي: وهو المولد الذي تعتمد عليه الشبكة بشكل كامل لإنتاج الطاقة الكهربائية.
• مولّد احتياطي: يُستخدم كبديل عند توقف المولد الأساسي عن العمل.