انواع مولدات التيار المستمر من حيث تغذية الاقطاب
مولدات التيار المستمر
كثير منا لا يعرف ما هي المولدات الكهربائية وما أهميتها؟ هي عبارة عن آلات قائمة بذاتها حيث تعمل على توفير
الكهرباء
عند عدم توفر الطاقة من الشبكة المحلية كما تعمل على توفير طاقة احتياطية للشركات والمنازل أثناء انقطاع التيار الكهربائي ولا تولد المولدات طاقة كهربائية ولكنها تحول الطاقة الميكانيكية أو الكيميائية إلى طاقة كهربائية بناءً على المخرجات حيث يتم تصنيف المولدات إلى نوعين مثل مولدات التيار المتردد ومولدات التيار المستمر
فعندما يقوم الموصل بقطع التدفق المغناطيسي سيتم إنشاء emf بناءً على مبدأ
الحث الكهرومغناطيسي
لقوانين فاراداي ويمكن أن تتسبب هذه القوة الدافعة الكهربائية في تدفق التيار عند إغلاق دائرة الموصل.
كيف يعمل مولد التيار المستمر؟
وفقاً لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي نعلم أنه عندما يتم وضع موصل يحمل تياراً في مجال مغناطيسي متغير يتم تحفيز emf في الموصل وفقاً لقاعدة
اليد
اليمنى لـ Fleming حيث يتغير اتجاه التيار المستحث كلما تغير اتجاه حركة الموصل
لذلك عند التفكير في المحرك الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة والموصل على اليسار يتحرك لأعلى عندما يكمل المحرك نصف دوران فإن اتجاه حركة الموصل سينعكس إلى الأسفل وبالتالي سيكون اتجاه التيار في كل جزء ينتج بالتناوب ولكن مع مبدل الحلقة المنقسمة تنعكس اتصالات موصلات المحرك عند حدوث الانعكاس الحالي لذلك نحصل على تيار أحادي الاتجاه في المحطات.
تركيب آلة التيار المستمر
يمكن أيضاً استخدام مولد التيار المستمر كمحرك تيار مستمر دون تغيير بنيته فيما يلي الأجزاء الأساسية لمولد التيار المستمر:
-
الجزء الثابت Stator:
تتمثل الوظيفة الرئيسية للجزء الثابت في توفير المجالات المغناطيسية حيث يدور
الملف
ويشتمل الجزء الثابت على مغناطيسين بقطبية متقابلة يواجهان بعضهما البعض حيث توجد هذه المغناطيسات لتناسب منطقة الدوار. -
الدوار Rotor:
يشتمل الجزء الدوار في آلة DC على صفائح حديدية مشقوقة مع فتحات مكدسة لتشكيل قلب أسطواني للحديد تتمثل وظيفة التصفيح في تقليل الخسارة الناتجة عن التيار. -
لفات حديد التسليح Armature Windings:
تكون ملفات المحرك في شكل دائرة مغلقة ومتصلة في سلسلة بالتوازي لتعزيز مجموع التيار الناتج. -
الهيكل الخارجي Yoke:
يُعرف الهيكل الخارجي لمولد التيار المستمر باسم Yoke وهي مصنوعة 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 على أعمدة وتكون إما متصلة في سلسلة أو متوازية بواسطة لفات المحرك. -
Pole Shoe:
يتم استخدام Pole Shoe بشكل أساسي لنشر التدفق المغناطيسي لتجنب سقوط الملف الحديدية. -
العاكس Commutator:
يعمل مثل
المعدل
الذي يغير جهد التيار المتردد إلى جهد التيار المستمر داخل ملف المحرك إنه مصمم بقطعة نحاسية وكل قطعة نحاسية محمية من بعضها البعض بمساعدة صفائح الميكا إنه موجود على عمود الآلة. -
الفرش Brushes:
يمكن ضمان التوصيلات الكهربائية بين المبدل وكذلك دائرة
الحمل
الخارجية بمساعدة الفرشاة.[1]
استخدامات محركات التيار المستمر
- تستخدم مولدات التيار المستمر من النوع المنفصل لأغراض الطاقة والإضاءة.
- يتم استخدام مولد التيار المستمر في المصابيح القوسية للإضاءة ومولد التيار المستقر والمعزز.
- تستخدم مولدات التيار المستمر لتعويض انخفاض الجهد داخل المغذيات.
-
تستخدم مولدات التيار المستمر لتوفير مصدر طاقة لبيوت
الشباب
والنزلاء والمكاتب وما إلى ذلك.
أنواع آلات التيار المستمر
مولد ذو تغذيه خارجيه
يعتمد مصدر التيار المستمر الخارجي على تغذية الأقطاب من مصدر كهربائي خارجي (على سبيل المثال البطارية ومن الممكن مولد آخر) في هذا النظام لتنشيط مغناطيس المجال مع زيادة سرعة الدوران يتم توفير EMF بأعلى جهد في الخارج كما يجب ألا ينقطع بشكل مفاجئ ومن الممكن أن يؤدي ذلك إلى ظهور قوة دافعة كهربية كبيرة وبالتالي ذلك يعتبر خطر كبير على سلامة العزل لملفات التنبيه ومن الممكن حدوث شرر كهربي شديد.
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.
يتم تصنيف مولدات التيار المستمر ذو التغذية الذاتية بناءً على ملفات المجال وموقعها على النحو التالي:
-
Shunt Wound DC Generators:
ترتبط اللفات بموصلات المحرك بشكل متوازي لإثارة المولد واللفات الحلقية هي الملفات المعزولة التي تحمل التيار والتي تنتج المجال المغناطيسي المطلوب لإثارة المولد حيث يتم إثارة مولد التحويل بواسطة المغناطيسية المتبقية في الأقطاب ويكون للملفات نفس الجهد مثل المحطات في مولد التحويلة بينما تعتمد القيمة الفعلية لهذا الجهد على الحمل وسرعته. -
Compound Wound DC Generators:
يعتمد جهد الخارج و EMF على تيار الحمل في نوع المولد ومن ناحية أخرى في نوع التحويل حيث يكون الناتج متناسباً مع عكس تيار الحمل. -
Series wound generators:
اللفات في ذلك النوع مع موصلات المحرك هو إن التيار في الملف هو نفسه الحمل ويتدفق في كليهما حيث تم تصميم اللفات مع القليل من المنعطفات وباستخدام أسلاك سميكة ذات مقاومة كهربائية منخفضة.[2]
عيوب محركات التيار المستمر
من عيوب محركات التيار المستمر هو التحكم في السرعة وتنظيم محرك سلسلة DC ليست جيدة ومن الضروري وجود حمل قبل بدء تشغيل محركات سلسلة DC لذا فإن محركات Dc Series ليست جيدة للاستخدام حيث لا ينطبق الحمل على المرحلة الأولية.
تطبيقات مزايا وعيوب محرك التيار المباشر
- تعد محركات سلسلة Direct Current تطبيقات جر مفيدة في مجال الكهرباء مثل القاطرات وعربات الترولي.
- تُستخدم محركات سلسلة DC أيضاً للرافعات وحزام النقل حيث يتطلب عزم دوران أعلى.
DC Shunt Motors
من عيوب DC Shunt Motors:
- إن تركيب آلات التيار المستمر باهظ التكلفة مقارنة بأنواع الآلات الأخرى نظراً لأن محركات التحويل هو محرك سرعة ثابتة فسيكون من العيب أن تعمل تحت سرعة متغيرة ولا يمكن الاعتماد على محركات التيار المستمر في عمليات السرعات المنخفضة.
- حجم محركات التيار المستمر كبير مقارنة بمحركات التيار البديل.
تطبيقات DC Shunt Motors:
- تتمتع هذه المحركات بخصائص تحكم عالية في السرعة لذلك يتم استخدام هذا النوع من المحركات في مصانع الدرفلة.
- استخدام آلات المخرطة التي تتطلب سرعة ثابتة.
- تستخدم هذه المحركات أيضاً على نطاق واسع في المراوح والمضخات الترددية والطرد المركزي.
Compound Motors
من عيوب Compound Motors:
- تكلفة تشغيل وصيانة محركات التيار المستمر باهظة الثمن.
- محركات التيار المستمر غير قادرة على العمل في حالة الخطر حيث تحدث شرارة عند فرشاة المحرك.
- بشكل عام يستخدم كل محرك DC فرشاً وبالتالي يكون عمر هذه المحركات أقل مقارنةً بمحركات التيار المتردد.
تطبيقات DC Shunt Motors:
- تُستخدم المحركات المركبة على نطاق واسع في تطبيقات مثل المصاعد وأحزمة النقل وضواغط الهواء واللكمات.
- يمكن استخدامها للأجهزة المنزلية متغيرة السرعة.[3]