ژنراتور الکتریکی و عملکرد موتور برق همان تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی یا برق است. این ماشین شباهت های زیادی نیز با موتورای الکتریکی دارد. در واقع موتور الکتریکی یا الکتروموتور عملکردی کاملاً برعکس را بر عهده دارد یعنی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند.
اولین مولد های الکتریکی مولدهایی بودند که قبل از کشف رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس کشف شدند. این ژنراتورهای الکتریکی اولیه از مفهوم قوانین الکترواستاتیک برای تولید انرژی الکتریکی استفاده میکردند.
مقاله ای در باب تاریخچه ژنراتورها یا مولد التریکی برای شما در نظر گرفته ایم. با کلیک بر روی عبارت قرمز رنگ زیر آن را مطالعه نمایید.
تاریخچه ژنراتور الکتریکی و عملکرد موتور برق
اما دینام ها از اصول الکترومغناطیس پیروی میکردند و برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از یک میدان مغناطیسی ثابت و سیم پیچ های گردانی استفاده میکرد.
این میدان مغناطیسی نسبت به مقیاس و سایز موتور از منابع متفاوتی تأمین میگردد. روند تأمین این میدان بدین گونه است که در دینام های کوچک یا ژنراتورهای الکتریکی جریان مستقیم، این میدان مغناطیسی توسط دو یا چند آهن ربای دائمی تولید گردیده و سیم پیچ گردان با حرکت در این میدان مغناطیسی جریان برق مستقیم را در خروجی خود ایجاد میکند.
میدان معناطیسی در دینام های بزرگ یا ژنراتورهای التریکی جریان مستقیم بزرگ ، اینبار بر عکس پسر عموهای کوچکتر خود توسط آهن رباهای الکتریکی ایجاد میشود. حرکت سیم پیچ دوار در این میدان نیز همانند دینام ها یا ژنراتورهای الکریکی کوچک جریان برق مستقیم را در خروجی ایجاد میکند.
تفاوت اصلی بین ژنراتورهای الکترواستاتیک و ژنراتورهای الکتریکی یا مولد های برق الکترومغناطیسی ( موتور برق ) در چیست؟
در مولد های الکترواستاتیک ولتاژ بالا و جریان خروجی کمی تولید میگردد اما در ژنراتورهای الکتریکی الکترومغناطیسی جریان خروجی بیشتری تولید میشود. به همین دلیل است که در صنعت عملاً از نوع دوم یعنی ژنراتورهای الکتریکی الکترومغناطیسی استفاده میشود.
ژنراتورهای الکتریکی و خرافات در مورد آنها
بر خلاف تصور عموم یک مولد به هیچ عنوان بار الکتریکی را تولید نمی‌کند بلکه میزان بار الکتریکی همواره در هادی ثابت است. عملکرد یک مولد با عملکرد پمپ آب قابل مقایسه‌است که تنها جریان آب را ایجاد میکند و به خودی خود آبی تولید نمی‌کند.
مسئله فلسفی مرغ و تخم مرغ در مورد ژنراتورهای الکتریکی
همواره در تاریخ بشر سوالاتی مطرح بوده همانند مسئله اساسی و طنز آمیز مرغ و تخم مرغ ؛ که اول مرغ وجود داشته است یا تخم مرغ.
بر سر کلاس فیزیک یکی از مدارس ، دانش آموز کنجکاوی نیز سوال مشابهی از دبیر فیزیک خود پرسید:
در ابتدا کای یک ژنراتور الکتریکی که میدان مغناطیسی آن با آهن ربای الکتریکی تولید میشود ، اول انرژی الکتریکی را باید به این ژنراتور داد و یا خود آن ژنراتور است که باید به شبکه برق را تزریق کند؟!
پاسخ معلم:
هر موتور یا مولدی که از یک سیم‌پیچ به جای آهنربای دائم استفاده کند نیازمند جریانی است تا در سیم‌پیچ‌ها جریان داشته باشد و ماشین را قادر به کار کند. در صورتیکه جریانی در سیم‌پیچ تحریک مولد وجود نداشته باشد حرکت روتور نمی‌تواند موجب تولید انرژی الکتریکی شود. در نیروگاه‌های بزرگ از مولدهای کوچک برای تولید جریان تحریک مولدها استفاده میشود.
اما جایگاه موتور دیزل در کنار ژنراتور الکتریکی و عملکرد موتور برق ( دیزل ژنراتور )
ژنراتور الکتریکی و عملکرد موتور برق را بطور ساده و مختصر تشریح نمودیم ، حال اگر انرژی مکانیکی اولیه را یک موتور دیزل تهیه کند این مجموعه دیزل ژنراتور نامیده میشود. نمونه های بسیار ساده دیزل ژنراتور ها یا ژنراتورهای بنزینی بر روی هر وسیله نقلیه وجود دارد.
تقریباً تمامی خودروها از یک مولد داخلی برای تغذیه سیستم الکتریکی خودرو و شارژ دوباره باتری بعد از روشن شدن استفاده می‌کنند. این مولد داخلی انرژی مکانیکی مورد نیاز خود را از موتور و به وسیله یک اتصال مکانیکی غیر مستقیم تامین میکند. وسائل نقلیه موتوری اولیه تا دهه ۱۹۶۰ از مولدهای DC که بهره‌وری پایین‌تری دارند، برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز در خودرو استفاده میکردند اما امروزه مولدهای DC جای خود را به تناوب‌گرها یا دینام‌های جریان متناوب (alternator) داده‌اند که از یک یکسوکننده داخلی برای یکسوسازی خروجی مولد استفاده می‌کنند. مولد داخلی خودرو به طور معمول دارای خروجی ۱۲ ولت ۵۰ تا ۱۰۰ آمپر است که این خروجی با توجه به میزان بار الکتریکی داخلی خودرو می‌تواند بیشتر نیز باشد برای مثال خودروهایی که دارای سیستم فرمان هیدرولیک و سیستم تهویه هستند دارای مصرف بمثابه بیشتری نسبت به خودروهای معمولی هستند.
از آنجایی که در خودروهای دیزلی انرژی زیادی برای راه اندازی خودرو در استارتر موتور استفاده میشود؛ در خودروهای باربری و خودورهای بزرگ بیشتر از مولدهای ۲۴ ولت برای تامین برق استفاده میشود و به این ترتیب نیاز به افزایش سطح مقطع سیم‌کشی داخلی خودرو برطرف خواهد شد. در ژنراتور الکتریکی و عملکرد موتور برق ، مولدهای داخلی بیشتر خودروها از آهنربای غیر دائم استفاده می‌کنند و معمولاً بهره‌وری بین ۵۰٪ تا ۶۰٪ دارند در حالی که در مولدهای موتور سیکلت‌ها از آهنربای دائمی استفاده شده که باعث کاهش حجم مولد میشود.
مولدهای کوچکتر نسبت مولد موتور سیکلت‌ها را می‌توان در دوچرخه‌ها دید. این مولدها که از آهنربای دائم استفاده می‌کنند و جریانی ۰٫۵ آمپر را در ولتاژ ۶ یا ۱۲ ولت تولید می‌کنند. در این نوع مولدها بهره‌وری از اهمیت بالایی برخوردار است ولی با این وجود به علت استفاده از آهنربای دائم از ۶۰٪ (۴۰٪ معمول‌تر است) تجاوز نمی‌کند.
اما دیزل ژنراتورهای صنعتی خود مقوله ای بسیار حرفه ای و طیف وسیعی از محصولات را شامل میشوند که مقالاتی بطور مفصل به تشریح آنها خواهیم پرداخت.