محركات ومولدات ومحولات التيار المتردد

مقدمة

يُعتبر التيار المتردد (AC) أحد أهم أشكال الطاقة الكهربائية المستخدمة في حياتنا اليومية والصناعية. فهو الشكل الأكثر شيوعًا لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية عبر الشبكات نظرًا لخصائصه المميزة وسهولة رفع وخفض الجهد باستخدام المحولات. ومن بين العناصر الأساسية المرتبطة بالتيار المتردد نجد المحركات، المولدات، والمحولات، وهي أجهزة محورية في أي منظومة كهربائية، سواء في الصناعة أو المنازل أو محطات توليد الطاقة.

أولاً: محركات التيار المتردد

تعريفها:

المحركات هي أجهزة كهربائية تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. وتُعد محركات التيار المتردد من أكثر المحركات استخدامًا نظرًا لكفاءتها العالية وتكلفتها المنخفضة وسهولة صيانتها.

أنواعها:

1. المحركات الحثية (Induction Motors):

   • الأكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية.

   • تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي بين العضو الثابت والعضو الدوار.

   • تتميز بالمتانة والقدرة على العمل في ظروف قاسية.

2. المحركات المتزامنة (Synchronous Motors):

   • يدور العضو الدوار بنفس سرعة المجال المغناطيسي الدوار.

   • تُستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى سرعة ثابتة ودقيقة.

تطبيقاتها:

• تشغيل خطوط الإنتاج.

• تشغيل المضخات والمراوح والضواغط.

• الاستخدام في المصانع، محطات المياه، وأنظمة التكييف.

ثانياً: مولدات التيار المتردد

تعريفها:

المولدات الكهربائية هي أجهزة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. والمولدات التي تنتج تيارًا مترددًا تُعرف باسم المولدات التزامنية (Alternators).

مبدأ العمل:

• تعتمد على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

• عندما يدور موصل داخل مجال مغناطيسي، ينشأ تيار كهربائي متردد.

• تزداد الفولتية المتولدة كلما زادت سرعة الدوران أو قوة المجال المغناطيسي.

تطبيقاتها:

• محطات توليد الطاقة الكهربائية (البخارية، المائية، والنووية).

• مولدات الطوارئ في المستشفيات والمصانع.

• توليد الكهرباء في الطائرات والسفن.

ثالثاً: محولات التيار المتردد

تعريفها:

المحول هو جهاز كهربائي ساكن يُستخدم لتغيير مستوى الجهد في أنظمة التيار المتردد دون تغيير التردد.

مبدأ العمل:

• يعتمد على الحث الكهرومغناطيسي بين ملفين (ابتدائي وثانوي) ملفوفين حول قلب مغناطيسي.

• عند مرور تيار متردد في الملف الابتدائي يتولد مجال مغناطيسي متغير، يؤدي إلى توليد جهد في الملف الثانوي.

أنواع المحولات:

1. محولات رفع الجهد: لزيادة الجهد في محطات التوليد حتى يمكن نقله لمسافات طويلة.

2. محولات خفض الجهد: لتقليل الجهد عند المستهلكين لتشغيل الأجهزة بأمان.

3. المحولات الخاصة: مثل محولات العزل ومحولات القياس.

تطبيقاتها:

• شبكات نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية.

• أجهزة الشحن والإلكترونيات.

• المصانع ومحطات الطاقة.

التكامل بين المحركات والمولدات والمحولات

• تبدأ الدورة في محطات التوليد حيث تُحوّل المولدات الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية على شكل تيار متردد.

• تُرفع قيمة الجهد باستخدام محولات رفع لتقليل الفاقد أثناء النقل لمسافات بعيدة.

• عند الوصول إلى مناطق الاستهلاك، تُستخدم محولات خفض لتوفير جهد مناسب.

• وأخيرًا، تُحوّل المحركات الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية لتشغيل مختلف الآلات والمعدات.

خاتمة

تشكل محركات ومولدات ومحولات التيار المتردد العمود الفقري لأي منظومة كهربائية في العالم الحديث. فهي تمكّننا من توليد ونقل واستخدام الكهرباء بكفاءة وموثوقية عالية. ومن دون هذه الأجهزة، لم يكن من الممكن أن تصل الطاقة الكهربائية إلى كل منزل ومصنع ومؤسسة. ومع تطور التكنولوجيا، يتزايد تطوير هذه الأجهزة لتصبح أكثر كفاءة، وأقل استهلاكًا للطاقة، وأكثر توافقًا مع متطلبات التنمية المستدامة.

تحميل كتاب محركات ومولدات و محولات التيار المتردد وجيه جرجس و ضوح عالي