مولدات التيار المستمر

: المولدات الكهربائية هي آلات قائمة بذاتها تولد الكهرباء عند عدم توفر الطاقة من الشبكة المحلية، وتوفر طاقة احتياطية للشركات والمنازل أثناء انقطاع التيار الكهربائي، ولا تولد المولدات الكهربائية الطاقة الكهربائية، بل تحول الطاقة الميكانيكية أو الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وتصنف المولدات إلى نوعين: مولدات التيار المتردد ومولدات التيار المستمر

عند قطع الموصل للتدفق المغناطيسي، يتم إنتاج قوة دافعة كهربائية (EMF) بناء على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي وفقا لقوانين فاراداي، ويمكن أن تؤدي هذه القوة الدافعة الكهربائية إلى تدفق التيار عند إغلاق دائرة الموصل.

كيف يعمل مولد التيار المستمر؟

وفقا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، نعرف أنه عند وضع موصل يحمل تيارا في مجال مغناطيسي متغير، يتم تحفيز قوة دافعة كهرومغناطيسية في الموصل وفقا لقاعدة اليد اليمنى لفليمنج، حيث يتغير اتجاه التيار المستحث كلما تغير اتجاه حركة الموصل

لذلك، عند التفكير في المحرك الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة والموصل المتصل على اليسار يتحرك لأعلى عندما يكمل المحرك نصف دورة، فإن اتجاه حركة الموصل سيتغير ويتجه نحو الأسفل، وبالتالي سيتم توليد تيار في كل جزء بشكل منتظم. ومع ذلك، عند استخدام محول الحلقة المنقسمة، تتغير اتصالات موصلات المحرك عند حدوث التغيير الحالي، مما يؤدي إلى توليد تيار في اتجاه واحد في المحطة.

تركيب آلة التيار المستمر

يُمكن أيضًا استخدام مولد التيار المستمر كمحرك تيار مستمر دون تغيير بنيته، ويتألف المولد من الأجزاء الأساسية التالية:

• الجزء الثابت Stator: الوظيفة الرئيسية للجزء الثابت هي توفير المجالات المغناطيسية التي يدور فيها الملف، ويتألف الجزء الثابت من مغناطيسين بقطبية متقابلة يواجهان بعضهما البعض، حيث توجد هذه المغناطيسات لتتناسب مع منطقة الدوار.
• الدوار Rotor: يتكون الجزء الدوار في آلة تيار مستمر من صفائح حديدية مشقوقة بفتحات مكدسة تشكل قلبا أسطوانيا للحديد، حيث يتم استخدام التصفيح لتقليل الخسائر الناتجة عن التيار.
• لفات حديد التسليح Armature Windings: يجب أن تكون ملفات المحرك متصلة ببعضها البعض في دائرة مغلقة ومتصلة بالتوازي لزيادة التيار الناتج.
• الهيكل الخارجي Yoke: يعرف الهيكل الخارجي لمولد التيار المستمر بـ اسم يوك، وهو مصنوع إما من الحديد الزهر أو الفولاذ، حيث يوفر القوة الميكانيكية اللازمة لحمل التدفق المغناطيسي المعطى من خلال القطبين.
• أعمدة Poles: وظيفة القطب هي تثبيت اللفات، حيث يتم لف هذه اللفات حول الأعمدة ويكون إما متصلة في سلسلة أو موازية باستخدام لفات المحرك.
• Pole Shoe: يتم استخدام حذاء القطب الأساسي لتوزيع التدفق المغناطيسي لمنع سقوط اللف الحديدي.
• العاكس Commutator: يعمل هذا المحرك مثل المحول الذي يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر داخل اللفة المغناطيسية، وهو مصنوع من شريحة نحاسية وتكون الشرائح المختلفة من النحاس محمية بصفائح الميكا، ويتم تركيبه على عمود الجهاز.
• الفرش Brushes: يمكن ضمان الاتصالات الكهربائية بين المبدل والدائرة الخارجية باستخدام الفرشاة.

استخدامات محركات التيار المستمر

• تستخدم مولدات التيار المستمر المنفصلة لتزويد الأجهزة بالطاقة والإضاءة.
• يتم استخدام مولد التيار المستمر في المصابيح القوسية للإضاءة، ويتم استخدام مولد التيار المستمر المستقر والمعزز.
• تستخدم مولدات التيار المستمر لتعويض انخفاض الجهد داخل المغذيات.
• تستخدم مولدات التيار المستمر لتوفير مصدر طاقة للمباني العامة مثل بيوت الشباب والنزلاء والمكاتب وغيرها.

أنواع آلات التيار المستمر

مولد ذو تغذيه خارجيه

يعتمد مصدر التيار المستمر الخارجي على تغذية الأقطاب من مصدر كهربائي خارجي (مثل البطارية أو مولد آخر) في هذا النظام لتشغيل المغناطيس الميداني بزيادة سرعة الدوران. يتم توفير جهد EMF أعلى في الخارج ويجب ألا ينقطع فجأة، وإلا قد يحدث قوة دافعة كهربائية كبيرة وهذا يشكل خطرا كبيرا على سلامة العزل للأسلاك اللاصقة. قد يحدث شرارة كهربائية شديدة.

مولد ذو تغذيه ذاتيه

تحتوي مولدات التيار المستمر ذات التغذية الذاتية على مغناطيسات مجال يتم تنشيطها بواسطة التيار الموفر الخاص بها ويتم توصيل ملفات المجال بالمحرك داخلياً وهناك دائماً بعض التدفق في القطبين بسبب المغناطيسية المتبقية وأثناء دوران المحرك يتم إنتاج بعض التيار ويتدفق هذا التيار الصغير عبر ملفات المجال مع الحمل وتقوية تدفق القطب من خلال زيادة تدفق القطب حيث تستمر EMF والزيادة الحالية والعملية التراكمية حتى تكون الإثارة ضرورية.

تصنف مولدات التيار المستمر ذات التغذية الذاتية وفقا لملفات المجال وموقعها على النحو التالي:

• Shunt Wound DC Generators: ترتبط اللفات مع موصلات المحرك بشكل متواز لإثارة المولد، واللفات الحلقية هي الملفات المعزولة التي تحمل التيار والتي تنتج المجال المغناطيسي المطلوب لإثارة المولد، ويتم إثارة مولد التحويل بواسطة المغناطيسية المتبقية في الأقطاب، ويكون للملفات نفس الجهد مثل المحطات في مولد التحويلة، في حين يعتمد الجهد الفعلي على الحمل وسرعته.
• Compound Wound DC Generators: تعتمد جهود الخارج و EMF على تيار الحمل في نوع المولد وأيضا في نوع التحويل، حيث يكون الناتج متناسبا مع تيار الحمل المعاكس.
• Series wound generators: اللفات في هذا النوع مع موصلات المحرك، يتدفق التيار في الملف والحمل بنفس القوة، وتم تصميم اللفات بعدد قليل من المنعطفات واستخدام أسلاك سميكة ذات مقاومة كهربائية منخفضة.

عيوب محركات التيار المستمر

من عيوب محركات التيار المستمر هو صعوبة التحكم في السرعة وتنظيم محركات سلسلة DC، وليست محركات سلسلة DC جيدة في التطبيقات التي لا تتطلب حملاً كبيراً قبل تشغيل المحرك، وبالتالي فإن محركات سلسلة DC ليست مناسبة للاستخدام في هذه الحالات.

تطبيقات مزايا وعيوب محرك التيار المباشر

• تعد محركات التيار المستمر سلسلة تطبيقات جر مفيدة في مجال الكهرباء مثل القاطرات وعربات الترولي.
• يتم استخدام محركات سلسلة DCلتشغيل الرافعات وحزام النقل، حيث يتطلب تطبيق قوة دوران عالية.

DC Shunt Motors

من عيوب DC Shunt Motors:

•  يتطلبتركيب آلات التيار المستمر تكلفة باهظة مقارنة بأنواع الآلات الأخرى، وذلك لأن محركات التحويل فيها تعمل بسرعة ثابتة، ويعد عيبًا أن تعمل تحت سرعة متغيرة، وبالتالي، لا يمكن الاعتماد على آلات التيار المستمر في العمليات التي تتطلب سرعات منخفضة.
• تتميز محركات التيار المستمر بحجم كبير مقارنةً بمحركات التيار البديل.

تطبيقات DC Shunt Motors:

• يتميز هذا النوع من المحركات بخصائص تحكم عالية في السرعة، ولذلك يتم استخدامه في مصانع الدرفلة.
• استخدام آلات المخرطة التي تتطلب سرعة ثابتة.
• تستخدم هذه المحركات أيضًا على نطاق واسع في المراوح والمضخات الترددية والطرد المركزي.

Compound Motors

من عيوب Compound Motors:

• تكلفة تشغيل وصيانة محركات التيار المستمر باهظة الثمن.
• تكون محركات التيار المستمر غير قادرة على العمل في حالات الطوارئ حيث يحدث شرارة عندما تلامس فرشاة المحرك.
• بشكل عام ، يستخدم كل محرك DC فرشاة ، وبالتالي فإن عمر هذه المحركات يكون أقل بالمقارنة مع محركات التيار المتردد.

تطبيقات DC Shunt Motors:

• تستخدم المحركات في العديد من التطبيقات، مثل المصاعد وحزام النقل وضواغط الهواء واللكمات.
• يمكن استخدامها للأجهزة المنزلية متغيرة السرعة.