محاضرة (7): أنواع التغذية لمولدات التيار المستمر

مقدمة

تحتاج مولدات التيار المستمر إلى وسيلة تغذية (تنبيه) لملفات المجال، وذلك لتوليد القوة الدافعة المغناطيسية (ق.د.م) اللازمة لتمغنط الآلة والحصول على قوة دافعة كهربية (ق.د.ك) عند الدوران. تستمد ملفات المجال التيار اللازم إما عن طريق مصدر جهد خارجي أو من الجهد المتولد من الآلة ذاتها.

وتنقسم من حيث طرق التغذية إلى:

مولدات ذات تغذية مستقلة (منفصلة).
مولدات ذاتية التغذية.

أولاً: المولدات ذات التغذية المستقلة (Separately Excited Generators)

في هذا النوع، يتم توصيل ملفات التغذية المستقلة بمصدر خارجي. وتمتاز هذه النوعية بثبات تيار المجال وعدم اعتماده على تيار المنتج. كذلك يمكن الحصول على مدى واسع للجهد المتولد على أطراف الآلة.

الدائرة الكهربية والمكافئة:

(تم رسم دائرة توضح المنتج متصل بحمل $R_{L}$ ، وملفات المجال متصلة ببطارية خارجية).

معادلات الجهد والتيار:

بتطبيق قانون كيرشوف على دائرة المنتج نحصل على:

$E_{g} = V_{L} + I_{a} R_{a}$

وتحسب القوة الدافعة الكهربية ( $E_{g}$ ) من المعادلة:

$E_{g} = \frac{2 P \cdot ϕ \cdot Z \cdot n}{60 \cdot 2 a}$

وفي هذه الحالة يكون تيار المنتج مساوياً لتيار الحمل:

$I_{a} = I_{L}$

إشارة للمرجع: راجع مثال (3-2) ص 32 في المرجع (المنهج السعودي). (تم إدراج نص المثال وحله في نهاية التفريغ).

ثانياً: مولدات التغذية الذاتية (Self Excited Generators)

تنقسم التغذية الذاتية تبعاً لطريقة توصيل ملفات المجال مع المنتج إلى ثلاثة أنواع هي:

تغذية توالي (Series).
تغذية توازي (Shunt).
تغذية مركبة (Compound).

1- مولدات التغذية التوالي (Series Wound Generators)

في هذا النوع، توصل ملفات المجال على التوالي مع المنتج والحمل.

المعادلات: $E_{g} = V_{L} + I_{L} (R_{a} + R_{f})$ $I_{a} = I_{f} = I_{L}$

حيث $R_{f}$ هي مقاومة ملفات التوالي.

إشارة للمرجع: راجع مثال (4-2) ص 33. (تم إدراجه بالأسفل).

2- مولدات التغذية التوازي (Shunt Wound Generators)

في هذه الحالة يتم توصيل ملفات المجال بالتوازي مع ملفات المنتج.

المعادلات: $E_{g} = V_{L} + I_{a} R_{a}$ $V_{f} = V_{L} = I_{f} R_{f}$ $I_{a} = I_{f} + I_{L}$

ملاحظة: عادة يتراوح تيار المجال في آلات التوازي من 1% إلى 5% من قيمة تيار المنتج، حيث تكون القيمة العليا للآلات الصغيرة القدرة.

إشارة للمرجع: راجع مثال (5-2) ص 34، و مثال (6-2) ص 35. (تم إدراجهم بالأسفل).

3- مولدات التغذية المركبة (Compound Wound Generators)

تحتوي هذه المولدات على ملفات توالي وملفات توازي، وتنقسم من حيث التوصيل إلى:

مركب قصير (Short Shunt).
مركب طويل (Long Shunt).

(أ) مركب قصير (Short Shunt): توصل ملفات التوازي مباشرة عبر أطراف المنتج.

المعادلات: $E_{g} = V_{L} + I_{a} R_{a} + I_{L} R_{s}$ $I_{a} = I_{L} + I_{f}$

حيث $R_{s}$ هي مقاومة ملفات التوالي.

(ب) مركب طويل (Long Shunt): توصل ملفات التوازي عبر أطراف الدائرة الخارجية (بعد ملفات التوالي).

المعادلات: $E_{g} = V_{L} + I_{a} (R_{a} + R_{s})$ $I_{a} = I_{L} + I_{f}$

ملحق: الأمثلة المشار إليها من المرجع (كتاب المنهج السعودي)

مثال (3-2) [في الكتاب هو مثال 2-3] ص 32:

نص السؤال: مولد تيار مستمر منفصل التغذية، يدور عند سرعة 1200 لفة/دقيقة ويغذي حمل ثابت المقاومة بتيار قيمته 200 أمبير عند جهد 125 فولت. احسب تيار الحمل إذا انخفضت السرعة إلى 1000 لفة/دقيقة، وباعتبار تيار المجال لم يتغير. علماً بأن مقاومة ملفات المنتج 0.04 أوم. الحل المختصر: يتم حساب $E_{a 1}$ ، ثم استخدام التناسب الطردي بين القوة الدافعة والسرعة ( $E \propto n$ ) لإيجاد $E_{a 2}$ ، ومن ثم حساب التيار الجديد. (الناتج النهائي للتيار: $166.62 A$ ).

مثال (4-2) [في الكتاب هو مثال 2-4] ص 33:

نص السؤال: مولد تيار مستمر توالي، عدد أقطابه 4 والقدرة المقننة 15 كيلو وات عند جهد 125 فولت وسرعة دوران 1150 لفة/دقيقة. مقاومة ملفات المجال 0.15 أوم ومقاومة ملفات المنتج 0.24 أوم. احسب الجهد على أطراف المولد عندما يدور بسرعة 1200 لفة/دقيقة ويغذي الحمل بتيار قيمته 125 أمبير. علماً بأن المجال المغناطيسي قد ارتفع بنسبة 30%. الحل المختصر: يتم حساب $E_{a 1}$ ، ثم استخدام علاقة التناسب ( $E \propto n \cdot ϕ$ ) لإيجاد $E_{a 2}$ ، ومنها يتم حساب الجهد الطرفي الجديد $V_{L 2}$ . (الناتج النهائي للجهد: $184.3 V$ ).

مثال (5-2) [في الكتاب هو مثال 2-5] ص 34:

نص السؤال: مولد توازي يغذي حمل بتيار قيمته 350 أمبير عند جهد مقداره 240 فولت. فإذا كانت مقاومة ملفات المنتج والمجال على الترتيب هي 0.02 أوم و 55 أوم. احسب القوة الدافعة المتولدة. الحل المختصر: يتم حساب تيار المجال $I_{f} = V / R_{f}$ ، ثم تيار المنتج $I_{a} = I_{L} + I_{f}$ ، وأخيراً التعويض في قانون الجهد $E_{a} = V + I_{a} R_{a}$ . (الناتج النهائي: $247.1 V$ ).

مثال (6-2) [في الكتاب هو مثال 2-6] ص 35:

نص السؤال: مولد تيار مستمر التوازي ملفوف لفا انطباقيا وعدد موصلات المنتج 500 موصل، مقاومة ملفات المنتج 0.01 أوم ومقاومة ملفات المجال 95 أوم، يغذي 200 لمبة قدرة كل منها 60 وات عند جهد 120 فولت. أوجد سرعة دوران المولد إذا كان الفيض المغناطيسي لكل قطب 0.02 ويبر. الحل المختصر: يحسب التيار الكلي للحمل من القدرة الكلية، ثم يحسب تيار المنتج، ثم القوة الدافعة الكهربية $E_{a}$ . باستخدام قانون القوة الدافعة العام يتم إيجاد السرعة $n$ . (الناتج النهائي: $726 rpm$ ).

EE37

المستعرض

7