الدينامو والمولدات - الطاقة الكهربائية .. الفيزياء
الدينامو والمولدات
عندما يتحرك ناقل كهربائي ضمن مجال مغنطيسي ، يتولد فيه تيار كهربائي . وقد شكل التيار المتولد بهذه الطريقة مصدرا لمعظم الكهرباء المخصصة للاستخدامات المنزلية والصناعية . والدينامو ، أو المولد الكهربائي ، ليس الا جهاز يدور فيه ناقل ضمن مجال مغنطيسي . ويتركب في ابسط اشكاله ، من مغنطيس دائم يقوم بتغذيته بالمجال اللازم له ، ومن ملف واحد يدور داخل المجال فيتحرض فيه نتيجة تيار كهربائي يقوم بالتقاطه فرجونان من الكربون يضغطان فوق حلقتي الانزلاق . وعندما يقطع الملف اكبر عدد من خطوط القوة أي عندما يكون اتجاهه افقيا ( الوضعان ٢ و ٤ ) يبلغ التيار المتولد حده الاقصى في جوانب الملف . اما عندما يكون اتجاهه عمودیا ( الوضعان ١ و ٣ ) فانه في هذه الحالة لا يقطع أي خط من خطوط القوة ، ويكون التيار معدوما فيه وكلما استمر في دورانه ، يقطع كل جانب من جوانبه جميع خطوط القوة باتجاهين متعاكسين فينعكس التيار الناتج فيه بعد انقضاء نصف دورة ، وبشكل عام يرتبط اتجاه التيار باتجاهي الحقل والدوران في آن واحد . وبامكاننا رؤية الاثر الاجمالي للدورة الواحدة في الرسم الموجود على الصفحة المقابلة .
يطلق على هذا النوع من أنواع التيار اسم المتناوب ، ويعرف بأنه موجة جيبية بسبب المعادلة التي تعبر عنه وهي ي = ي ق جا ( ز ) حيث تمثل ي قيمة التيار عندما تكون قيمة الزاوية بين الملف والخط الافقي ز ، وتمثل ي ق قيمة التيار القصوى . وتختلف قيمة التيار القصوى باختلاف شدة المجال وسرعة دوران الملف .
والجدير بالذكر أن قدرة التيار الكهربائي ترتبط بمربع شدته ( ي ٢ م ) وبما أن مربع أي كمية سالبة يكون موجبا ، فالقدرة الناتجة عن نصف الموجة السالب تكون موجبة ، ( الخط الازرق على الرسم ) . ومن الخطأ اعتماد قيمة التيار القصوى في حساب التيار الخارج من المولد لانه يقل عن ذلك عمليا اذا اخذنا كل الدورة بعين الاعتبار ، ويعرف التيار المجدي بأنه مساو للكمية ي ق/ جذر ٢ ، أي ما يقارب ثلاثة أرباع قيمة التيار القصوى .
( فوق ) استعمال الوقود في توليد الكهرباء .
( الى اليسار ) الزوايا ( الى اليمين ) التيار الموجودة بين لفات مولد ذي ثلاثة اطوار والقدرة في جهاز ذي ثلاثة أطوار .
وللحصول على تيار مستمر من المولد ، لا بد من ابدال حلقتي الانزلاق بحلقة مشقوقة تدعى المبدل ، ومهمتها عكس القسم السالب من الموجة الجيبية ، وبالتالي اعطاء تيار خارج ملس تزداد ملوسته بمجرد اضافة ملفات أخرى الى المولد وتقسيم المبدل الى أجزاء عديدة .
ولا يزال تخزين الكهرباء أمرا بالغ الصعوبة - فالنضائد والمركمات تكون عادة صغيرة الحجم - الا أن نقلها من مكان إلى آخر يتم بكلفة أقل من كلفة تخزينها ولهذا السبب ، غدت الكهرباء المصدر الرئيسي للطاقة الذي ساهم بالحفاظ على حضارة العالم طيلة هذا القرن . وتقوم الكهرباء المنتجة بناء للاسس المبينة على الصفحتين ٤٨ و ٤٩ بانتاج جميع الكهرباء المخصصة للاستهلاك المنزلي والصناعي . وقد أنشىء اكثر من % ٩٩ من المولدات بطريقة تجعلها تدور عن طريق ربطها بتوربينات بخارية . أما المولدات الباقية فهي تدور بواسطة التوربينات المائية ( في المشاريع الكهرمائية ) أو محركات الديزل ، أو التوربينات البخارية .
ويعود السبب في توزيع الطاقة الكهربائية على هذا النحو الى كون معظم المولدات الجيدة تنتج تيارات متناوبة يسهل تغيرها بواسطة المحولات والطريقة المثلى المستعملة في نقل التيار المتناوب الى مسافات بعيدة تكون باستعمال فلطية عالية وتيار منخفض ومجموعات ذات ثلاثة أطوار فاستعمال الفلطية العالية والتيار المنخفض ضروريان للتقليل من كمية الفقد الحراري ( المرتبط بمربع قيمة التيار ، ي ٢ م ) ، ويتيحان بالتالي استعمال اسلاك رفيعة . أما استخدام الاجهزة ذات الاطوار الثلاثة فيعود الى كون المولدات المصنوعة من ثلاثة ملفات منفصلة اكثر كفاية من المولدات المصنوعة من ملف واحد .
الدينامو والمولدات
عندما يتحرك ناقل كهربائي ضمن مجال مغنطيسي ، يتولد فيه تيار كهربائي . وقد شكل التيار المتولد بهذه الطريقة مصدرا لمعظم الكهرباء المخصصة للاستخدامات المنزلية والصناعية . والدينامو ، أو المولد الكهربائي ، ليس الا جهاز يدور فيه ناقل ضمن مجال مغنطيسي . ويتركب في ابسط اشكاله ، من مغنطيس دائم يقوم بتغذيته بالمجال اللازم له ، ومن ملف واحد يدور داخل المجال فيتحرض فيه نتيجة تيار كهربائي يقوم بالتقاطه فرجونان من الكربون يضغطان فوق حلقتي الانزلاق . وعندما يقطع الملف اكبر عدد من خطوط القوة أي عندما يكون اتجاهه افقيا ( الوضعان ٢ و ٤ ) يبلغ التيار المتولد حده الاقصى في جوانب الملف . اما عندما يكون اتجاهه عمودیا ( الوضعان ١ و ٣ ) فانه في هذه الحالة لا يقطع أي خط من خطوط القوة ، ويكون التيار معدوما فيه وكلما استمر في دورانه ، يقطع كل جانب من جوانبه جميع خطوط القوة باتجاهين متعاكسين فينعكس التيار الناتج فيه بعد انقضاء نصف دورة ، وبشكل عام يرتبط اتجاه التيار باتجاهي الحقل والدوران في آن واحد . وبامكاننا رؤية الاثر الاجمالي للدورة الواحدة في الرسم الموجود على الصفحة المقابلة .
يطلق على هذا النوع من أنواع التيار اسم المتناوب ، ويعرف بأنه موجة جيبية بسبب المعادلة التي تعبر عنه وهي ي = ي ق جا ( ز ) حيث تمثل ي قيمة التيار عندما تكون قيمة الزاوية بين الملف والخط الافقي ز ، وتمثل ي ق قيمة التيار القصوى . وتختلف قيمة التيار القصوى باختلاف شدة المجال وسرعة دوران الملف .
والجدير بالذكر أن قدرة التيار الكهربائي ترتبط بمربع شدته ( ي ٢ م ) وبما أن مربع أي كمية سالبة يكون موجبا ، فالقدرة الناتجة عن نصف الموجة السالب تكون موجبة ، ( الخط الازرق على الرسم ) . ومن الخطأ اعتماد قيمة التيار القصوى في حساب التيار الخارج من المولد لانه يقل عن ذلك عمليا اذا اخذنا كل الدورة بعين الاعتبار ، ويعرف التيار المجدي بأنه مساو للكمية ي ق/ جذر ٢ ، أي ما يقارب ثلاثة أرباع قيمة التيار القصوى .
( فوق ) استعمال الوقود في توليد الكهرباء .
( الى اليسار ) الزوايا ( الى اليمين ) التيار الموجودة بين لفات مولد ذي ثلاثة اطوار والقدرة في جهاز ذي ثلاثة أطوار .
وللحصول على تيار مستمر من المولد ، لا بد من ابدال حلقتي الانزلاق بحلقة مشقوقة تدعى المبدل ، ومهمتها عكس القسم السالب من الموجة الجيبية ، وبالتالي اعطاء تيار خارج ملس تزداد ملوسته بمجرد اضافة ملفات أخرى الى المولد وتقسيم المبدل الى أجزاء عديدة .
ولا يزال تخزين الكهرباء أمرا بالغ الصعوبة - فالنضائد والمركمات تكون عادة صغيرة الحجم - الا أن نقلها من مكان إلى آخر يتم بكلفة أقل من كلفة تخزينها ولهذا السبب ، غدت الكهرباء المصدر الرئيسي للطاقة الذي ساهم بالحفاظ على حضارة العالم طيلة هذا القرن . وتقوم الكهرباء المنتجة بناء للاسس المبينة على الصفحتين ٤٨ و ٤٩ بانتاج جميع الكهرباء المخصصة للاستهلاك المنزلي والصناعي . وقد أنشىء اكثر من % ٩٩ من المولدات بطريقة تجعلها تدور عن طريق ربطها بتوربينات بخارية . أما المولدات الباقية فهي تدور بواسطة التوربينات المائية ( في المشاريع الكهرمائية ) أو محركات الديزل ، أو التوربينات البخارية .
ويعود السبب في توزيع الطاقة الكهربائية على هذا النحو الى كون معظم المولدات الجيدة تنتج تيارات متناوبة يسهل تغيرها بواسطة المحولات والطريقة المثلى المستعملة في نقل التيار المتناوب الى مسافات بعيدة تكون باستعمال فلطية عالية وتيار منخفض ومجموعات ذات ثلاثة أطوار فاستعمال الفلطية العالية والتيار المنخفض ضروريان للتقليل من كمية الفقد الحراري ( المرتبط بمربع قيمة التيار ، ي ٢ م ) ، ويتيحان بالتالي استعمال اسلاك رفيعة . أما استخدام الاجهزة ذات الاطوار الثلاثة فيعود الى كون المولدات المصنوعة من ثلاثة ملفات منفصلة اكثر كفاية من المولدات المصنوعة من ملف واحد .
تعليق