كيف يعمل المولد الكهربائي
لفهم آليات مولد الطاقة ، نحتاج فقط إلى إلقاء نظرة واسعة على خصائص الطاقة و أجزاء المولد الكهربائي التي تحكم العالم من حولنا، كل ما يتحرك أو يلمع ، سواء كان عضويًا أو من صنع الإنسان ، يقوم بذلك عن طريق تحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر، يحول جسم الإنسان الطعام و المغذيات إلى طاقة بدنية، يحول الراديو التيارات الكهربائية إلى طاقة صوتية، حتى الكم الهائل من الكهرباء المتاحة للجمهور يأتي من مصادر أخرى .على سبيل المثال ، يقوم سد هوفر بتحويل سحب المياه (الطاقة الكهرومائية) الجاذبية إلى طاقة كهربائية لمدينة لاس فيجاس بأكملها و المناطق المحيطة بها، تعمل مولدات الغاز و الديزل على نفس المبدأ البسيط، يحولون الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.تشبه طريقة عمل المولد إلى حد كبير طريقة عمل السيارة ، و تعمل المكونات الميكانيكية بنفس الطريقة تقريبًا، مثل سيارتك اليومية ، يستخدم المولد بطارية قابلة لإعادة الشحن للخدمة الشاقة لبدء مستوى الطاقة الأساسي و الحفاظ عليه، المولد مجهز أيضًا بخزان وقود يوفر لمحركه الموارد اللازمة لإنتاج الطاقة الميكانيكية.تعمل معظم المولدات على نفس أنواع الوقود مثل السيارات ، على الرغم من توفر المزيد من الخيارات، غالبًا ما تعمل أنواع المنازل الصغيرة بالبنزين ، لكن المولدات الصناعية الأكبر عادة ما تحتوي على محركات ديزل أو غاز طبيعي، بغض النظر عن نوع الوقود ، يعمل المحرك بالتنسيق مع المولد،يحتوي هذا المولد على موصلات كهربائية تتفاعل مع الطاقة الميكانيكية للمحرك و تحولها إلى طاقة كهربائية مفيدة.[1]
كيف تتحول الطاقة في المولد الكهربائي
بالنسبة ل تحولات المولد الكهربائي فيعتمد المولد في محطة الطاقة الكهربائية على نفس المبدأالتيار المباشر
التيار المباشر المتدفق عبر الملفات الموجودة على عمود المولد ، يسمى ملف المجال ،يخلق جزءًا من المجال المغناطيسي.يتكون الجزء الآخر من التيارات التي تمر عبر الملفات الموجودة على الجزء الثابت من المولد ، وهو ما يسمى لف المحرك.تم إنشاء كلا الملفين بطريقة ، عندما لا يدور المولد ، ينتج تيار في أحدهما مجالًا مغناطيسيًا يتقاطع مع الآخر محوريًا.تستخدم المولدات الصغيرة للمحركات البنزين أو الغاز الطبيعي و انواع الغازات أو البروبانالمجال المغناطيسي
يتم تغيير المجال المغناطيسي بواسطة ملف المجال مع دوار المولد.عندما يتم تدوير ملف المجال بسرعة معينة ، يدور مجاله المغناطيسي خلف ملفات المحرك (ثابت) ، مما يتسبب في تطبيق جهد كهربائي على عضو الإنتاج.إذا كان المولد عبارة عن “دائرة مفتوحة” ، أي لا توجد وصلات بملفات المحرك ، فستظهر الفولتية المستحثة على أطراف المولد.التيار المتناوب
ينتج تيار متناوب ثلاثي الطور في الجزء الثابت أيضًا مجالًا مغناطيسيًا يدور حول محور المولد بسرعات تقابل تردد التيار.في ظل الظروف العادية ، عندما يكون المولد متصلاً بشبكة نقل ، فإن المجال المغناطيسي الذي تساهم به هذه التيارات يدور بالتزامن مع المجال الناتج عن لف الحقل.عندما لا يدور عمود المولد ، يتم محاذاة المجالين المغناطيسيين تمامًا ، وضع مماثل لمغناطيس قضيبين على زجاج عديم الاحتكاك.و لكن مع تطبيق الطاقة يتحرك العمود و مجاله المغناطيسي قبل المجال المغناطيسي المشترك.و بالتالي ، فإن عمودها ومظهرها الميداني “يسحبان” التدفقات المغناطيسية و الجهود المستحثة في المحرك.تعمل حركة “السحب” هذه على ضبط الدوار بحوالي 40 إلى 75 درجة قبل المحرك.يشبه تقدم هذه المرحلة إلى حد بعيد ما يحدث عندما يدور قضيب مغناطيسي آخر على الجانب الآخر من الزجاج.بهذه الطريقة ، تنتقل الطاقة من العمود و مجاله المغناطيسي إلى المحرك و إلى نظام النقل.انتقال الطاقة
تنتقل الطاقة الكهربائية من المولد عبر المحولات و من خلال خطوط الكهرباء إلى المستخدمين.نظرًا لأن المحولات الكبيرة وخطوط النقل ذات الجهد العالي مبنية لتسبب خسائر منخفضة جدًا ، فإنها تتمتع بمقاومة منخفضة للتيارات الكهربائية التي تمر عبرها.تخلق تيارات الطاقة التي تمر عبر خطوط النقل والمحولات مجالات مغناطيسية حول الأسلاك في خطوط وملفات المحولات.هذه المناطق تسبب مقاومة لتدفق التيار.مثلا في خطوط نقل الجهد العالي (تلك التي تبلغ حوالي 100 كيلو فولت) ، تكون هذه الممانعة الحثية أكبر من تأثير المقاوم بعامل لا يقل عن 10 وأكثر احتمالاً ، 20 من الطاقة المتدفقة من المعاوقة الحثية لخطوط النقل و المحولات تسبب تأخير المرحلة، أي أن جهد نهاية المستقبل يستمر بعد جهد نهاية الإرسال.اما في خطوط النقل و المحولات ، ترتبط عمليات نقل الطاقة بشكل أساسي بمرحلة الجهد من طرف إلى طرف محطات التحويل ،حيث يتم توصيل المولدات و المحولات و الخطوط بنظام الطاقة ،تشمل هياكل موصلة كبيرة تسمى “الحافلات”، يتم هنا إجراء قياسات مثل زوايا طور الجهد لدخول الطاقة إلى الشبكة أو الدارة ، يجب أن تكون كل حافلة قديمة قليلاً مع الحافلات الأخرى، هذا مشابه لحقيقة أنه لكي يمر الهواء من مكان إلى آخر في نظام الطقس ، يجب أن يكون هناك فرق ضغط بين النقطتين.كما و تعمل أربع شبكات طاقة كبيرة في أمريكا الشمالية على أنظمة نقل متزامنة تعمل بمعدل 60 دورة في الثانية،ثلاث من الشبكات المتنافسة هي وصلات بينية لمختلف المرافق ، الرابع ، كيبيك ، يتعلق فقط بمياه كيبيك، توجد شبكات أصغر أخرى في ألاسكا و هاواي و المكسيك و بورتوريكو و أماكن أخرى.[2]المخرجات الكهربائية لمولدات الغاز و الديزلتقاس طاقة خرج المولد بالكيلوواط بالاضافة الى أهمية الغازات ، هذا مصطلح آخر مألوف و لكنه يسعى إلى نقل أي معنى ملموس لكثير من الناس، إذن ما هو الكيلووات بالضبط؟ لفهم هذا المفهوم بوضوح ، نحتاج إلى تبسيط القياس:1 كيلووات = 1000 واط 1 واط = 1 جول في الثانيةقلل من ذلك أكثر:1 جول = 1 أمبير يمر 1 أوم في الثانية
بعبارات بسيطة ، الأمبير هو مقياس الشحنة الكهربائيةو الأوم هو مقياس للمقاومةالجول هو مقدار الشغل الذي يستغرقه الحمل خلال مستوى معين من المقاومة.لرؤية قياس الطاقة هذا ، قد يكون من المفيد تخيل مسامير صغيرة تكافح لدفع مجال مغناطيسي.في المولد ، تتسبب الطاقة الميكانيكية التي تدخل المولد في تفاعل كهرومغناطيسي ينتج عنه تيار متناوب (AC) يتم إطلاقه ككهرباء.هذا هو السبب في أن المقابس الموجودة على الأجهزة الإلكترونية المنزلية تسمى محولات التيار المتردد.كما قد تكون خمنت ، كلما زادت الشحنات (الأمبيرات) التي يمكن أن تمر عبر مجال المقاومة (أوم) في الثانية ، زادت قوة المولد.هذا هو السبب في أن المولدات الصناعية كبيرة جدًا، فهي تسمح لها بتوليد عدد كبير من الكيلوات من أجل توفير الكمية المطلوبة من الطاقة للمباني الكبيرة أو الآلات الثقيلة.من الضروري أن يشتري الناس مولدًا ، سواء كان الغرض منه كمصدر احتياطي أو مصدر أساسي للطاقة ، و يجب التأكد من اختيار منتج كبير بما يكفي ليناسب احتياجاتهم الفردية من الطاقة.[3]
