مبدأ عمل المولد الكهربائي

بواسطة: - آخر تحديث: ٢٠:٢٠ ، ٨ نوفمبر ٢٠١٩
مبدأ عمل المولد الكهربائي

المولد الكهربائي

اشتُقَّ اسم المولد الكهربائي من طبيعة عمله، فهو يزود الكهرباء عندما تكون الطاقة الرئيسية أو مصادر الطاقة الأخرى غير كافية، عن طريق توليد الطاقة الكهربائية وتزويدها للمصانع لتشغيل الآلات والمصابيح في حالات انقطاع التيار الكهربائي غير المتوقع، كما أنها بمثابة عنصر وقائي لمنع الانقطاع التيار الكهربائي من إتلاف الأجهزة باهظة الثمن، ويعدّ المولد مفيدًا أيضًا في حالة تكرر انقطاع التيار الكهربائي ولفترات طويلة في بعض المناطق السكنية، ويمكن أن يكون وجود مولدات كهربائية مصدرًا مهمًا لإنقاذ الحياة لأولئك الذين يعيشون في المناطق الريفية، وتساعد في نسخ الملفات المهمة الاحتياطية في حالات انقطاع التيار الكهربائي عن الشركات، وهي عنصر وقائي لمنع تسبب انقطاع التيار الكهربائي من إتلاف الأجهزة باهظة الثمن في الشركات والمستشفيات.

إنّ المولدات مفيدة أيضًا في مواقع البناء، وغالبًا ما تكون المولدات الكهربائية هي المصدر الوحيد للطاقة المتاحة، ودون الطاقة الاحتياطية من المولدات الكهربائية لن يتمكن المقاولون والعمال من أداء مهامهم اليومية وتشغيل المعدات اللازمة، ولا يقتصر عمل المولّدات الكهربائية على تزويد المنشآت الكبيرة بالكهرباء، إذ توجد مولّدات أخرى تُستخدم في المجال الزراعي، وفي رفع قدرات أنابيب تزويد الطاقة، وتستخدم لتوليد الكهرباء في المخيمات وعلى الطرقات، وأيضًا في مواقع الحفلات الخارجية، أو أماكن تزويد الطعام في الهواء الطلق،[١] وينقسم المولّد الكهربائي من حيث العمل إلى نوعين رئيسيين؛ الأول مولد كهربائي أساسي، وهو الذي تعتمد عليه الشبكة بشكل رئيسي ومباشر في تزويدها بالطاقة الكهربائية، أما النوع الثاني فهو مولّد كهربائي احتياطي، إذ يعمل كمصدر للطاقة الكهربائية في حال انقطاعها من المصدر الرئيسي.[٢]


مبدأ عمل المولد الكهربائي

المولد الكهربائي عبارة عن آلة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، ومن الجدير بالذكر أنّ المولد الكهربائي لا يحول كل الطاقة الحركية إلى كهربائية، إذ يتحول جزء منها إلى حرارة ناتجة عن الاحتكاك في الجزء الدوّار من المولد والجزء الآخر يفقده نتيجة مقاومة التيار في الملفات النحاسية، وكذلك في مقاومة خطوط القوى المغناطيسية في القلب الحديدي، وبسبب هذه الحرارة المتولدة يحتاج المولد الكهربائي إلى آلية لتبريده وتخفيض درجة حرارته لضمان استمراره في العمل وعدم تلفه نتيجة ارتفاع حرارته، ويكون تبريده من خلال دفع الهواء إلى داخله أو من خلال تمرير سائل بارد أو غاز من شأنه تبريد الملفات والقلب الحديدي وكراسي التحميل التي ينتج احتكاكها ببعضها الحرارة، وبالتالي وبسبب وجود جزء من الطاقة يُفقد على شكل حرارة فإن فعالية المولدات الكهربائية تكمن في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.[٣]


أنواع المولدات الكهربائية

توجد ستة أنواع شائعة من المولدات الكهربائية، وهي:[٤]

  • مولد البنزين: تعد مولدات البنزين من أكثر الخيارات شيوعًا، ويعود السبب الأساسي في ذلك إلى أن البنزين متاح بسهولة وأن هذه المولدات قليلة التكاليف، وتتوفر بأحجام صغيرة، وهي تعمل بشكل مثالي في حالة المولدات المحمولة، ولكن يستمر البنزين بكفاءته لمدة أقل من عام عند تخزينه، وهو قابل للاشتعال بدرجة كبيرة، وتُنتج المولدات التي تعمل بالبنزين انبعاثات سُمية عالية نسبيًا، وهي لا تميل للعمل جيدًا في درجات الحرارة الباردة.
  • مولد الديزل: مولد الديزل من أقل مصادر الوقود اشتعالًا، كما أنه متاح بسهولة تقريبًا مثل البنزين، وتتميز هذه المحركات بعمر افتراضي طويل، وتعمل بشكل أكثر كفاءة من باقي المولدات وتدوم لفترة أطول في حالة الاستخدام الدائم طالما كان الحفاظ عليها بشكل صحيح، وتعمل مولدات الديزل بسهولة نسبية في البيئات الباردة، ولكن الرطوبة تدمره.
  • مولد الديزل الحيوي: يتكون وقود الديزل الحيوي من مزيج من الديزل ومصدر بيولوجي آخر، مثل الزيت النباتي أو الدهون الحيوانية، وتتشابه إيجابيات وسلبيات الديزل الحيوي مع تلك الخاصة بوقود الديزل العادي، ولكن مع المزيد من الفوائد البيئية، ويحترق الديزل الحيوي بدرجة حرارة أقل، ويصدر كمية أقل من الانبعاثات والنفايات للجو، وهذا يجعله خيارًا صديقًا للبيئة مقارنة بالديزل العادي، ويستمر الديزل الحيوي بكفاءته عند التخزين لمدة تقارب العامين، ولكن أحيانًا لا يكون متاحًا خلال انقطاع التيار الكهربائي لأنه لا يمكن ضخه، كما يصعب العثور عليه في بعض المناطق نظرًا لأنه يجب الحفاظ على نسبة 80:20 بين الديزل إلى الزيت في المزيج.
  • مولد غاز البروبان: يتمتع هذا الغاز بعمر افتراضي أطول من وقود البنزين أو الديزل، ويحترق بشكل أنظف، وينتج البروبان انبعاثات منخفضة نسبيًا، ومولدات البروبان أسعارها معقولة وتستمر لفترة طويلة، ويتحمل هذا الغاز الضغط، ولكنه قابل للاشتعال بدرجة عالية، وبالتالي تحدث فيه أعطال أكثر وتكاليف تركيبه أعلى.
  • مولد الغاز الطبيعي: يتوفر الغاز الطبيعي بسهولة في كل مكان تقريبًا، كما أن احتياطيات الغاز الجديدة التي زادت بواسطة تقنيات التكسير تعني توفر غير محدود للغاز تقريبًا، ونظرًا لأن خطوط الغاز الطبيعي تُشغل من موقع التشغيل فإن هذه المولدات لا ينفد منها الوقود أو تحتاج إلى إعادة تعبئة، والغاز متاح بسهولة حتى في حالة عدم وجود مصدر طاقة، وهذه الوحدات تباع بأسعار معقولة بالمقارنة مع الخيارات الأخرى، ولكن من عيوب مولدات الغاز الطبيعي ارتفاع تكاليف التركيب بسبب تكاليف تشغيل خطوط الغاز.
  • مولد الهيدروجين: منذ القرن التاسع عشر الميلادي طوّر الناس مولدًا يمكنه إنتاج الطاقة من الهيدروجين الذي يعدّ وفيرًا للغاية وغازاته غير سامة ونظيفة ورخيصة، وتُنتج طاقة أكثر لكل كيلو غرام من أي مصدر آخر للوقود، وفي الأربعينيات من القرن الماضي بدأت التجارب في إنشاء سيارة تعمل بالهيدروجين، وتستمر المحاولات لليوم، وعلى الرغم من عدم توفرها بسهولة مثل بعض الأنواع الأخرى من المولدات إلا أن مولدات الهيدروجين سهلة الحمل ومفيدة للعديد من بيئات العمل، وبما في ذلك المختبرات.


تاريخ المولد الكهربائي

يعود اختراع المولد الكهربائي إلى العالم الإنجليزي مايكل فارادي في القرن التاسع عشر، وفي عام 1834 ميلاديًا صنع توماس دافنبورت أول محرك كهربائي حقيقي قوي بما فيه الكفاية لأداء المهام، وقد شغّل دافنبورت عربة نموذجية تعمل على مسار دائري، وتحولت العربة لاحقًا إلى أول تطبيق مهم للطاقة الكهربائية، وبُنيت عربات كهربائية بدائية كاملة الحجم بعد مرور 30 ​​عامًا على وفاة دافنبورت في خمسينيات القرن التاسع عشر، وكانت أقوى الاكتشافات هي التي تعود لعالم كهربائي آخر يُدعى هيبوليت بيكسي، إذ بيّن بأنه من خلال تشغيل المحرك بشكل عكسي من المُمكن توليد نبضات من الكهرباء، وبحلول عام 1860 ميلاديًا طُورت مولدات قوية، ولكن لم يكن من الممكن بداية الصناعات الكهربائية عن طريق المولدات لأن البطاريات لم تكن وسيلة اقتصادية لتلبية احتياجات الصناعة.[٥][٦]


مُخترع المُحرّك الكهربائي

مايكل فاراداي فيزيائي وكيميائي بريطاني من مواليد 22 سبتمبر 1791 ميلاديًّا، اشتُهر باكتشافاته بعلم الحث الكهرومغناطيسي وقوانين التحليل الكهربائي، وكان من أكبر علماء الكهرباء في تاريخ، وأعظم إنجاز له في المجال الكهربائي هو اختراعه للمحرك الكهربائي.

ولد فاراداي لعائلة فقيرة في قرية نيو لندن، وكان يعاني من طفولة صعبة مليئة بالفقر، وفي سن الثالثة عشر أصبح يعمل كفني في محل لبيع الكتب وتجليدها في لندن، وأصبح فاراداي مهتمًا بمفهوم الطاقة وتحديدًا القوة الكهربائية بسبب مقال قرأه في الطبعة الثالثة من الموسوعة البريطانية، وبدأ بحضور المحاضرات الكيميائية للسير همفري ديفي في المعهد الملكي لبريطانيا العظمى في لندن، وبعد فترة تمكن من متابعة دراسته في الكيمياء والعلوم، وفي الجامعة ربط فاراداي بين دراسته وبين ملاحظات السير دفيي، وجمّع ما استنتجه وأرسله إلى ديفي للتقدم بطلب للحصول على تدريب مهني تحت قيادته، وبعد بضعة أشهر قُبل طلبه وبدأ العمل كمساعد مختبر في مختبر ديفي.[٧]

كان ديفي أحد كبار الكيميائيين في تلك الفترة، والتحق فاراداي في العمل بمختبره عام 1812 ميلاديًّا، وبدأ ديفي وفاراداي في تفسير التركيب الجزيئي للمواد الكيميائية، والتي من شأنها التأثير بشكل كبير على أفكار فاراداي المستقبلية حول الكهرباء، وعندما انتهت فترة التلمذة الثانية لفاراداي تحت قيادة ديفي في أواخر عام 1820 ميلاديًّا، كان فاراداي يعرف الكثير عن الكيمياء بقدر أي شخص آخر في ذلك الوقت، واستخدم هذه المعرفة الجديدة لمواصلة التجارب في مجال الكهرباء والكيمياء، وكانت إحدى تجاربه الأولى قبل اكتشافه الدوران الكهرومغناطيسي هي محاولة تمرير شعاع من الضوء المستقطب من خلال محلول متحلل كهربائيًا للكشف عن السلالات بين الجزيئات التي ينتجها التيار، وفي العقد التالي بدأ فاراداي سلسلة تجاربه العظيمة التي اكتشف فيها الحث الكهرومغناطيسي.[٧]

في عام 1831 ميلاديًا ولّد فاراداي الكهرباء عن طريق الحث المغناطيسي، واستطاع بعد سلسلة تجارب إنتاج تيار كهربائي ثابت، وواصل تجاربه الكهربائية لمعظم حياته اللاحقة، وفي عام 1832 ميلاديًا أثبت أن الكهرباء المستمدة من المغناطيس والكهرباء التي تنتجها البطارية والكهرباء الساكنة ثلاثتها متماثلة، وتوفي العالم في 25 أغسطس 1867 ميلاديًا عن عمر يناهز 75 عامًا بعد سنوات طويلة من الاختراعات والعلم المُفيد، وقد امتد تأثير فاراداي إلى عدد كبير من العلماء البارزين، فكان من المعروف أن العالم ألبرت أينشتاين كان لديه صورة لفاراداي على حائطه في أيام دراسته، وكان من بين أكثر الذين أشادوا بإنجازاته والد الفيزياء النووية إيرنست رذرفورد.[٧]


المراجع

  1. " 10 Things You Can Use An Electric Generator For", bellwoodrewinds, Retrieved 1-11-2019. Edited.
  2. " Be Prepared: Have A Generator Installed", mrelectric, Retrieved 1-11-2019. Edited.
  3. "What is an Electric generator? (back to basics)", engineering, Retrieved 29-10-2019. Edited.
  4. "Six Common Types of Generators … and One That May Surprise You", wpowerproducts, Retrieved 29-10-2019. Edited.
  5. "The Electric Motor", edisontechcenter, Retrieved 29-10-2019.
  6. "The Brief History of Generators", generatoradvisor,27-8-2019، Retrieved 31-10-2019. Edited.
  7. ^ أ ب ت Tuan C. Nguyen (24-2-2018), " A Biography of Michael Faraday, Inventor of the Electric Motor "، thoughtco, Retrieved 29-10-2019. Edited.