بناء المولد الكهربائي المستمر

تعريف المولد الكهربائي ذو التيار المستمر

يُعرَف المولد الكهربائي ذو التيار المستمر بأنه جهاز كهربائي يحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء ذات تيار مستمر (DC). يعمل وفقًا لمبدأ الاستقراء الكهرومغناطيسي، حيث يتم إنشاء فرق في الجهد في الموصل عندما يمر عبر مجال مغناطيسي، مما يؤدي إلى تدفق تيار إذا كان الموصل متصل بدارة مغلقة.

بنية المولد الكهربائي ذو التيار المستمر

الإطار

عادة ما يكون الإطار مصنوعًا من الحديد الصب أو الفولاذ الصب، حسب حجم ووزن المولد.

استخدام الإطار

يقوم بإبقاء الأقطاب المغناطيسية للمولد في مكانها ويؤدي دور الغطاء الواقي للآلة.

يحمل التدفق المغناطيسي الذي ينتجه ملف المجال.

الأقطاب المغناطيسية وملفات المجال

الأقطاب المغناطيسية وملفات المجال هي المكونات الثابتة للمولد الكهربائي ذو التيار المستمر التي تنتج المجال المغناطيسي الرئيسي في الآلة. يتم تثبيتها على الداخل والخارج من الإطار.

القضيب العمودي مصنوع من الفولاذ الملحوم أو الحديد الصب الصلب أو الفولاذ. تعمل اللحامات على تقليل خسائر التيار الدوامي في الأقطاب المغناطيسية. الأقطاب بارزة، مما يعني أنها تبرز داخليًا من الإطار.

المقاومة

تُعرَف المقاومة بأنها الجزء الدوار للمولد الكهربائي ذو التيار المستمر الذي يحمل ملف المقاومة حيث يتم استحداث القوة الكهروضوئية بواسطة المجال المغناطيسي. يتم تركيبها على عمود يدور بين الأقطاب.

قلب المقاومة مصنوع من الفولاذ الملحوم مع فتحات على سطحه الخارجي. تستخدم هذه الفتحات لحمل موصلات المقاومة مع عزلها عن بعضها البعض وعن القلب. تعمل اللحامات على تقليل خسائر التيار الدوامي في القلب.

يتم تشكيل ملف المقاومة عن طريق ربط عدة ملفات من أسلاك النحاس المعزولة أو الشريط بنمط محدد. هناك نوعان من ملفات المقاومة: ملف التداخل وملف الموجة.

ملف التداخل: في هذا النوع من التفاف، يتم توصيل كل نهاية ملف بمقطع متبادل مجاور ومنطقة أخرى لنهاية ملف على نفس جانب المقاومة.

ملف الموجة: في هذا النوع من التفاف، يتم توصيل كل نهاية ملف بمقطع متبادل يبعد عنه بعد قطب واحد ومقطع متبادل آخر على الجانب الآخر من المقاومة.

المتبادل

المتبادل هو جهاز ميكانيكي يقوم بتحويل القوة الكهروضوئية المتغيرة التي تم استحداثها في ملف المقاومة إلى فولطية تيار مستمر عند طرفي محطة الحمل. يعمل كمستقيم لتيار التيار المستمر.

يتكون المتبادل من مقاطع على شكل клинья из твердой меди или кованой меди, которые изолированы друг от друга и от вала с помощью слюдяных пластин. Каждый сегмент соединен с проводником якоря через подъемник или соединитель.

مقاطع المتبادل مرتبة بشكل أسطواني حول المحور وتتدور مع المحور. يعتمد عدد المقاطع على عدد الملفات في ملف المقاومة.

فرشاة كهربائية

الفراشي مصنوعة من كتل الكربون أو الجرافيت التي تقوم بجمع التيار من مقاطع المتبادل ونقله إلى دائرة خارجية. كما توفر الاتصال الكهربائي بين الأجزاء الثابتة والدورية للمولد.

توضع الفراشي في صناديق مستطيلة تسمى أقواس الفرشاة، والتي تعلق على الإطار أو أقواس الدعم. يحتوي حامل الفرشاة على ربيع يسمح بضغط الفرشاة ضد المتبادل بضغط مناسب. يجب وضع الفرشاة على المتبادل حيث يتغير اتجاه القوة الكهروضوئية المستحثة في موصل المقاومة. تسمى هذه المواقع بالمناطق المحايدة أو المحاور المحايدة الهندسية (GNA).

المحامل

تُستخدم المحامل لدعم عمود المولد الدوار وتقليل الاحتكاك بين العمود والأجزاء الثابتة. كما تسمح للعمود بالدوران بسلاسة وبشكل متساوٍ.

للمولدات الصغيرة، يتم استخدام محامل الكرات لأن لها احتكاك منخفض وكفاءة عالية. للمولدات الكبيرة، يتم استخدام محامل الأسطوانة لأنها يمكن أن تحتمل الأحمال الثقيلة والصدمات.

يجب تزييت المحامل بشكل صحيح لضمان التشغيل السلس وطول عمر الخدمة للمولد. يمكن القيام بالتزييت من خلال حلقات الزيت أو حمامات الزيت أو أكواب الشحوم أو أنظمة التزييت القسري.

مبدأ العمل

عندما يدور المقاومة في مجال مغناطيسي، فإنه يستحدث قوة كهروضوئية في الموصل وفقًا لقانون فاراداي للإثارة الكهرومغناطيسية.

أنواع المولد الكهربائي ذو التيار المستمر

المولد ذو التيار المستمر المحفز بشكل مستقل: في هذا النوع، يتم تحفيز ملف التحفيز بواسطة مصدر تيار مستمر خارجي مستقل، مثل البطارية أو مولد تيار مستمر آخر.

المولد ذو التيار المستمر الذاتي التحفيز: في هذا النوع، يتم تحفيز ملف التحفيز بواسطة الجهد الذي يُنتج بنفسه بعد التحفيز الأولي بواسطة المغناطيسية المتبقية. هناك ثلاثة أنواع فرعية: التحفيز المتسلسل، التحفيز المقسم والتحفيز المركب.

المولد ذو التيار المستمر المغناطيسي الدائم: في هذا النوع، لا يوجد ملف مجال، ولكن هناك مغناطيس دائم يوفر تدفق مغناطيسي ثابت.

تطبيقات

• شحن البطاريات للسيارات، المحولات وألواح الطاقة الشمسية.

• تشغيل المحركات السحبية للسيارات الكهربائية، القطارات والرافعات.

• التزويد بالطاقة لآلات اللحام الكهربائي، معدات التغطية الكهربائية والعمليات الكهروكيميائية.

• تقديم الطاقة إلى المناطق النائية حيث لا يكون نقل التيار المتردد ممكنًا أو اقتصاديًا.

• تقديم الطاقة لاختبار آلات التيار المتردد والدوائر.

خاتمة

المولد الكهربائي ذو التيار المستمر هو جهاز مهم لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية بواسطة الاستقراء الكهرومغناطيسي. يحتوي على عدة مكونات، مثل الإطار والأقطاب وملفات المجال والمقاومة والمتبادل والفراشي والمحامل، والتي تعمل معًا لإنتاج التيار المستمر. يمكن تقسيم المولدات الكهربائية ذات التيار المستمر إلى أنواع مختلفة وفقًا لطريقة التحفيز. وللمولدات الكهربائية ذات التيار المستمر مجموعة متنوعة من التطبيقات في مجالات مختلفة مثل شحن البطاريات والسحب واللحام والتغطية الكهربائية والعمليات الكهروكيميائية وتزويد الطاقة للمناطق النائية.