المولدات التزامنية

المولدات التزامنية

التركيب

المولد التزامني يتكون من جزئين رئيسيين هما الجزء الثابت (Stator) والجزء الدوار (Rotor). الجزء الثابت يتكون من ملفات موصولة على شكل دائرة تحيط بالجزء الدوار. الجزء الدوار يتكون من ملف أو ملفات تولد مجالًا مغناطيسيًا عند مرور تيار كهربائي فيها.

مفهوم التزامن

مفهوم التزامن يعني أن المولد التزامني يولد جهدًا كهربائيًا بتردد وسعة معينة تتزامن مع شبكة الكهرباء التي يتم توصيل المولد بها. هذا يعني أن تردد الجهد المتولد من المولد يتطابق مع تردد الشبكة الكهربائية، وعادة ما يكون التردد 50 أو 60 هرتز.

مبدأ العمل

يعتمد مبدأ عمل المولد التزامني على قانون فاراداي للتحريض الكهرومغناطيسي. عند دوران الجزء الدوار داخل الجزء الثابت، يتغير المجال المغناطيسي الذي يعبر عبر ملفات الجزء الثابت، مما يولد جهدًا كهربائيًا في تلك الملفات. لتحقيق التزامن، يجب أن يدور الجزء الدوار بسرعة محددة تتناسب مع تردد الشبكة الكهربائية.

أنظمة الإثارة (Excitation Systems)

أنظمة الإثارة تستخدم لتوليد التيار المطلوب لإثارة المجال المغناطيسي في الجزء الدوار من المولد. هناك عدة أنواع من أنظمة الإثارة، بما في ذلك:

1. نظام الإثارة الثابتة (Static Excitation System): يعتمد على استخدام مقومات ثابتة لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر لتزويد الجزء الدوار بالطاقة المطلوبة.

2. نظام الإثارة الذاتية (Self-Excited System): يعتمد على المولد نفسه لتوليد تيار الإثارة، حيث يتم أخذ جزء من التيار المتولد في الجزء الثابت وتوجيهه إلى الجزء الدوار.

3. نظام الإثارة المستقلة (Separately Excited System): يستخدم مولد إثارة مستقل لتزويد الجزء الدوار بالطاقة المطلوبة، مما يوفر مرونة أكبر وتحكمًا أفضل في أداء المولد.

أهم المعادلات

معادلة السرعة التزامنية: N_s = 120 * f / P

حيث:

N_s هي السرعة التزامنية بالدورات في الدقيقة (RPM).

f هو تردد الشبكة الكهربائية بالهرتز.

P هو عدد الأقطاب في المولد.

معادلة الجهد المتولد: E = 4.44 * f * N * φ

حيث:

E هو الجهد المتولد.

f هو تردد الشبكة.

N هو عدد اللفات في الملف.

φ هو التدفق المغناطيسي.

استخدامه

تُستخدم المولدات التزامنية بشكل واسع في محطات توليد الكهرباء، خاصة في محطات الطاقة الحرارية والمائية. كما تُستخدم أيضًا في الأنظمة الكهربائية التي تتطلب توليد تيار كهربائي بخصائص متزامنة مع الشبكة الرئيسية لضمان استقرار الجهد والتردد.

الفرق بينه وبين المولدات الأخرى

المولدات التزامنية (Synchronous Generators): تولد جهدًا بتردد ثابت ومتزامن مع الشبكة الكهربائية، مما يجعلها مثالية للاستخدام في الشبكات الكهربائية الكبيرة.

المولدات الحثية (Induction Generators): تعتمد على التحريض الكهرومغناطيسي ولا تتطلب تيار إثارة خارجي، وهي أقل كفاءة من المولدات التزامنية وغالبًا ما تستخدم في التطبيقات الصغيرة.

المولدات الدوارة ذات التيار المستمر (DC Generators): تولد تيارًا مستمرًا وليس مترددًا، وتُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تيارًا مستمرًا مثل شحن البطاريات وأنظمة النقل الكهربائي.