4

محاضرة (4): مولدات التيار المستمر (DC Generators)

مقدمة

تستخدم مولدات التيار المستمر للحصول على جهد ثابت القيمة، وتعتبر تلك الآلات من أول الآلات الكهربائية التي تم تصنيعها للحصول على مصدر للطاقة الكهربائية.

نظرية عمل المولد الكهربي وتركيبه

يقوم مولد التيار المستمر بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، ويتم ذلك عند إدارة المولد بسرعة محددة بواسطة أي بادئ حركة (مثل: محرك كهربي، محرك ديزل، توربينة غازية أو مائية).

ويعتمد عمل المولد أساساً على قانون فاراداي للحث المغناطيسي والذي ينص على:

“تولد قوة دافعة كهربائية (جهد كهربي) بين طرفي موصل عندما يقطع هذا الموصل خطوط المجال المغناطيسي”.

أي تتولد قوة دافعة عندما توجد حركة نسبية بين الموصل وخطوط المجال المغناطيسي، ويتم ذلك عندما يكونا متعامدين، أما إذا كانا متوازيين فلا تتولد قوة دافعة.

تعتمد مقادير هذه القوة المركبة المتعامدة فقط هي المسؤولة عن توليد الجهد.

حساب القوة الدافعة الكهربية

تحسب القوة الدافعة الكهربية من المعادلة الآتية:

$e=B\cdot L\cdot V$

حيث:

• $B$: كثافة الفيض المغناطيسي (وحدتها: $Wb/m^2$).
• $L$: طول اللفة بالمتر ($m$).
• $V$: السرعة الخطية ($m/sec$).
• $e$: القوة الدافعة الكهربائية المتولدة (وحدتها: $Volt$).

---

تركيب مولد التيار المستمر

تتكون ماكينة التيار المستمر من جزئين أساسيين هما:

1. العضو الثابت: وهو المسؤول عن توليد المجال المغناطيسي.
2. العضو الدوار (المنتج - Armature): وعنده تتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية وتتولد به القوة الدافعة الكهربائية.

تفصيل العضو الثابت:

يتكون العضو الثابت من الأجزاء الآتية:

1. الإطار الخارجي (Yoke): وهو مصنوع من الحديد المطاوع أو الحديد الزهر (وفي بعض الآلات الصغيرة يُصنع من رقائق من الصلب).

• وظيفته: يعمل كمسمار (هيكل) لاستكمال الدائرة المغناطيسية، ويتم تثبيت الأقطاب به.

2. الأقطاب الرئيسية (Main Poles): وتصنع من رقائق من الصلب، ويتم تثبيتها في الإطار الخارجي، ويركب عليها “حذاء القطب” الذي يعمل على توزيع وانتظام خطوط الفيض في الثغرة الهوائية. يوجد حول الأقطاب الرئيسية ملفات المجال، وتنقسم إلى:

• ملفات توازي.
• ملفات توالي. وهذه الملفات مسؤولة عن توليد المجال المغناطيسي.

3. أقطاب التوحيد (Commutating Poles): تشبه الأقطاب الرئيسية لكن حجمها أقل، وتوضع في المسافة بين الأقطاب الرئيسية.

• الغرض منها: تقليل المشاكل التي تصاحب عملية التوحيد في المنتج (تقليل الشرارة).

---