ويحدث التحويل عكسيًا من الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الميكانيكيةبالمحرك الكهربائي، وللمولدات والمحركات الكهربائية كثير من أوجه التشابه، وكثير من المحركات الكهربائية قد تكون مدفوعة ميكانيكيًالتوليد الكهرباء، وكثيرًا ما تجعل المحركات المولدات مقبولة عمليًا.
عضو ثايت: الجزء الثابت من الآلة الكهربائية والذي يحيط بالعضو الدوار.
يولد أحد هذين الجزءين مجالًا مغناطيسيًا بينما يحتوي الآخر علي عدد من اللفات ملفوفة بطريقة معينة بحيث يحث فيها المجال المغناطسي المتغير تيارًا كهربائيًا:
ملف الحق أوالمغناطيس الدائم: هو المكون المنتج للمجال المغناطيسي في الآلة الكهربائية. يمكن توفير المجال المغناطيسيللدنام أو المولد إما عن طريق لفات سلكية تسمى ملفات المجال أو المغناطيسات الدائمة. تتضمن المولدات المثارة كهربائيًا نظام إثارة لإنتاج تدفق المجال. يُطلق على المولد الذي يستخدممغانط دائمة أومولد متزامن بمغناطيس دائم.
عضو إنتاج: هو المكون المنتج للطاقة في الآلة الكهربائية لكن هذا العضو يمكن أن يكون هو العضو الدوار أو الثابت ويكون الآخر هو المنتج للمجال المغناطسي وهذا يختلف وفقًا للتصميم في مولدات التيار المستمر أو المولدات المتناوبة.
تم اكتشاف مبدأ تشغيل المولدات الكهرطيسية في عامي 1831-1832 بواسطة مايكل فاراداي. المبدأ، الذي سمي فيما بعدبقانون فاراداي هو أن القوة الدافعة الكهربائية تتولد في موصل كهربائي يحيط بمجال مغناطيسي متغير.
كما بنى فاراداي أول مولد كهرطيسي يسمىقرص فاراداي، وهو نوع من المولدات أحادية القطب باستخدام قرص نحاسي يدور بين قطبيمغناطيس حدوة الحصان. وقد أنتج جهد تيار مستمر صغير.
كان هذا التصميم غير فعال وذلك بسبب تدفقات التيار المعاكسة التي تلغي نفسها في بعض المناطق في القرص التي لم تكن تحت تأثير المجال المغناطيسي. وبينما كان التيار يتم تحريضه(حثه) مباشرة أسفل المغناطيس كان التيار يدور للخلف في مناطق خارج تأثير المجال المغناطيسي. وقد أدى هذا التدفق المعاكس للتيار إلى تقييد خرج الطاقة إلى أسلاك الالتقاط وتسبب في تسخين القرص النحاسي ممما أدي الي زيادة مقاومته.
كان من بين العيوب الأخرى أن جهد الخرج كان منخفضًا جدًا بسبب تدفق مجال مغناطسي في اتجاه واحد. وجد الباحثون أن استخدام عدة لفات من الأسلاك في الملف يمكن أن ينتج جهدًا أعلى وأكثر فائدة. نظرًا لأن جهد الخرج يتناسب مع عدد اللفات فيمكن تصميم المولدات بسهولة لإنتاج أي جهد مرغوب فيه عن طريق تغيير عدد اللفات. أصبحت لفات الأسلاك أمر أساسي طبقا لهذا القانون.
حيث emf هي فرق الجهد الكهربي و N هي عدد لفات الملف الواقع بين المغناطيس و B هي كثافة الفيض المغناطيسي و ω هي السرعة الزاوية او سرعة الملف الدوار.
وفي وقت لاحق حلت المولدات أحادية القطب هذه المشكلة باستخدام مجموعة من المغناطيسات مرتبة حول محيط القرص للحفاظ على تأثير مجال ثابت في اتجاه واحد لتدفق التيار.
من خلال سلسلة من الاكتشافات خلف الدينامو العديد من الاختراعات اللاحقة وخاصة المولد المتردد الذي كان قادرًا على توليد تيار متردد. يُعرف عمومًا باسم المولدات المتزامنة (SGs). ترتبط الآلات المتزامنة مباشرة بالشبكة وتحتاج إلى المزامنة بشكل صحيح أثناء بدء التشغيل.[4]
كانت أنظمة توليد التيار المتردد معروفة بأشكال بسيطة منذ اكتشاف مايكل فاراداي للحث المغناطيسي للتيار الكهربائي. قام فاراداي نفسه ببناء مولد تيار متردد مبكرا. كانت آلته عبارة عن "مستطيل دوار"، وكان تشغيله غير متجانس القطبية يمر كل موصل نشط على التوالي عبر مناطق حيث يكون المجال المغناطيسي في اتجاهين متعاكسين.[5]
أسسسيباستيان زياني دي فيرانتي شركة "فيرانتي وتومسون وإينس" في عام 1882 لتسويق مولد فيرانتي-تومسون المتناوب الذي اخترعه بمساعدة الفيزيائي الشهيرلورد كلفن.[6] أنتجت مولداته المتناوبة المبكرة ترددات تتراوح بين 100 و300 هرتز. واصل فيرانتي تصميم محطة الطاقة ديبفورد لشركةلندن للإمدادات الكهربائية في عام1887 باستخدام نظام التيار المتردد. عند اكتمالها في عام1891 كانت أول محطة طاقة حديثة حقًا حيث تزود طاقة التيار المتردد عالية الجهد. لا يزال هذا النظام الأساسي قيد الاستخدام اليوم في جميع أنحاء العالم.
بعد عام 1891 تم تقديم المولدات متعددة الأطوار لتزويد التيارات ذات الأطوار المختلفة المتعددة.[5] تم تصميم المولدات لاحقًا لترددات تيار متناوبة متفاوتة بين ستة عشر وحوالي مائة هرتز.[5]
ويشير المهندسون عادة إلى الأداة الميكانيكية التي تدير المولدبالمحرك الأساسي. ولكي نحصل على طاقة كهربائية إضافية من المولد يلزمللمحرك الأساسي أن يبذل طاقة ميكانيكية إضافية. فإذا كان المحرك الأساسي توربينًا بخاريًا، على سبيل المثال، يلزم زيادة سريانالبخار في التوربين للحصول علىكهرباء بكمية أكبر.
عندما يُحرَّك الجزء الدوار عن طريق عمود دوران موصلبالمحرك الأساسي (prim mover) يتولد من ملفات الجزء الدوارحقل كهرطيسي ينتقل إلى ملفات الجزء الثابت (stator) الذي بدوره يستقبل الكهرطيسي ليتحول إلىتيار كهربائي داخل الملفات الموزعة على ثلاثة أوجه(تيار ثلاثي الطور) بحيث تكون الزاوية بين كل وجه ووجه 120 درجة وبعد ذلك ينتجتيار كهربائي منتظم على شكلموجات جيبية.
وفقاً لقانونفاراداي للحث الكهرطيسي عند تواجدمجال مغناطيسي متغير يُحفِّز القوة المحركة الكهربائية في المُوصِل (السلك) وفقاً لقاعدة اليد اليمنى لفلمنج حيث يتغير اتجاه التيار المستحث كلما تغير اتجاه حركة الموصل.
المولد أحادي القطب هو مولد كهربائي للتيار المستمر يتألف من قرص أو أسطوانة (العضو الدوار) موصلة بالكهرباء تدور في مستوى عمودي على مجال مغناطيسي ثابت موحد. وينشأ فرق جهد بين مركز القرص وحافة الأسطوانة (أو نهاياتها)، وتعتمد القطبية الكهربائية على اتجاه الدوران واتجاه المجال.
يُعرف أيضًا باسم دينامو القرص، أو قرص فاراداي. الجهد الكهربي يكون منخفض في حالة نماذج العرض الصغيرة، ولكن المولدات الحثية الكبيرة يمكنها إنتاج مئات الفولتات وتحتوي بعض الأنظمة على مولدات متعددة متصلة على التوالي لإنتاج جهد كهربي أكبر.[7] يمكن أن تنتج تيارًا كهربائيًا هائلاً، بعضها أكثر من مليون أمبير لأن المولد أحادي القطب يمكن تصنيعه بحيث يكون لهمقاومة داخلية منخفضة للغاية.
يستخرج المولد المغناطيسي الهيدروديناميكي الطاقة الكهربائية مباشرة منالغازات الساخنة المتحركة عبر مجال مغناطيسي دون استخدام الآلات الكهرطيسية الدوارة. تم تطوير مولدات المغناطيسي الهيدروديناميكي في الأصل لأن خرج مولدالبلازما المغناطيسي الهيدروديناميكي هو لهب قادر على تسخين غلايات محطة الطاقةالبخارية.
يمكن استخداممحركات التيار المتردد الحثي كمولدات للتيار الكهربائي، وتحويل الطاقة الحركية إلى تيار كهربائي. تعمل المولدات الحثي عن طريق تدوير دوارها ميكانيكيًا بسرعة أكبر من السرعة المتزامنة، مما يعطي انزلاقًا سلبيًا. يمكن استخدام محرك التيار المتردد غير المتزامن العادي عادةً كمولد، دون أي تغييرات في أجزائه. تكون المولدات الحثي مفيدة في تطبيقات مثل محطات الطاقة الكهرمائية الصغيرة، أو توربينات الرياح.
لا تتطلب دائرة أخرى لبدء العمل لأن المجال المغناطيسي الدوار يتم توفيره عن طريقالحث من الدائرة التي لديها. كما أنها لا تتطلب معدات منظم السرعة لأنها تعمل بطبيعتها على تردد الشبكة المتصلة.
يتحرك مغناطيس منزلق ذهابًا وإيابًا(كما في الصورة) عبر ملف لولبي أو سلك نحاسي أو ملف. حيث يُحث تيار متردد في السلك وفقًا لقانون فاراداي للحث في كل مرة ينزلق فيها المغناطيس. يستخدم هذا النوع من المولدات في مصباح فاراداي اليدوي.
تُستخدم مولدات الكهرباء الخطية الكبيرة في محططاتالطاقة الموجية.
محطة الطاقة هي منشأة صناعية لتولد الكهرباء تحتوي معظم محطات الطاقة على مولد واحد أو أكثر، أو ماكينات دوارة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائيةثلاثية الطور. الحركة النسبية بين المجال المغناطيسي والموصل تخلق تيارًا كهربائيًا. يختلف مصدر الطاقة المستغل لتشغيل المولد على نطاق واسع. تستخدم معظم محطات الطاقة في العالمالوقود الأحفوري مثلالفحم والنفط والغاز الطبيعي لتوليد الكهرباء. تشمل المصادر الأكثر نظافةالطاقة النووية وتُستخدم أيضاً مصادرالطاقة المتجددة مثلالشمس والرياح والأمواج والمياه الجارية ومياه الشلالات.
تتطلب المركبات الآلية او السيارات الطاقة الكهربائية لتشغيل أجهزتها والحفاظ على تشغيل المحرك نفسه وإعادة شحنبطارياتها. وحتى حوالي ستينيات القرن الماضي كانت معظم المركبات تستخدام مولدات التيار المستمر (دينامو). ولأسباب عديدة تم استبدال هذه المولدات الآن بمولدات كهربائية مترددة.
^نافيد قوادرازي (يونيو 2013) "مراجعة على تطوير مولدات تورينات الرياح في جميع أنحاء العالم" المجلة الدولية للديناميكا والتحكم (سبرينغر) 192–202, doi:10.1007/s40435-013-0016-y
.jpg)
