كيف يُنتج المُولِّد الكهرباء؟ تعرّف على المبادئ والهيكل والتشغيل والصيانة في مقال واحد!

يُعتبر المُولِّد "المرحلة الأخيرة في إنتاج الطاقة الكهربائية"، حيث يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية المنقولة بواسطة التوربين إلى طاقة كهربائية يمكننا استخدامها. كيف يُنتج المُولِّد الكهرباء؟ ما وظائف المكونات مثل الثابت (Stator) والدوار (Rotor)؟ سنقدمها واحدة تلو الأخرى أدناه.

1.يُولِّد المُولِّد الكهرباء من خلال "الحث الكهرومغناطيسي".

يعتمد مبدأ عمل المولد بشكل أساسي على قانون الحث الكهرومغناطيسي - ببساطة، يتعلق الأمر بـ "حقل مغناطيسي دوار يقطع الأسلاك ويولد تيارًا كهربائيًا". وباستخدام "المولد المتزامن" الذي يُستخدم بشكل شائع في محطات توليد الطاقة من الحرارة المهدورة كمثال، فإن عملية توليد الطاقة بأكملها تتكون من 4 خطوات:

الخطوة الأولى : إنشاء حقل مغناطيسي ("مصدر مغناطيسي")

المبدأ: تزويد التيار المستمر لملف "التحفيز" في روتور المولد سيولد حقلًا مغناطيسيًا ذا أقطاب متعاقبة (على سبيل المثال، الأقطاب N وS مرتبة بالتناوب)، ويُعرف هذا بـ "الحقل المغناطيسي الرئيسي"، وهو ما يعادل توفير "مصدر مغناطيسي" لتوليد الطاقة.

المصدر الرئيسي: يُزود التيار التحفيزي بواسطة "نظام التحفيز" (مثل محولات التحفيز وأجهزة التقويم)، وهو ما يشبه "شحن" الحقل المغناطيسي لضمان استقرار شدة الحقل المغناطيسي.

الخطوة الثانية : توفير قوة القطع (إدخال "الحركة")

المبدأ: تقوم توربينات محطة الطاقة (المحرك الرئيسي) بتشغيل روتور المولد لكي يدور من خلال اقتران – مصدر الطاقة للتوربينة هو البخار (والذي يصطدم بالشفرات ليقوم بتحريكها، حيث يتم تحويل الطاقة الداخلية إلى طاقة ميكانيكية)، ويقوم الروتور بالدوران مع المجال المغناطيسي الرئيسي، مُشكِّلًا "مجالًا مغناطيسيًا دوّارًا."

الإجراء الرئيسي: سرعة المجال المغناطيسي الدوّار متسقة مع سرعة التوربينة (على سبيل المثال، 3000 دورة في الدقيقة تتوافق مع تيار ترددي قدره 50 هرتز)، وتُعتبر هذه المرحلة "تزويد المولد بطاقة ميكانيكية"، وهي أيضًا "المصدر الذي يُمكّن المجال المغناطيسي من قطع الموصلات."

تقوم التوربينة بتشغيل روتور المولد ليُكمل 3000 دورة في الدقيقة، وبالتالي يمكن للمجال المغناطيسي الدوّار أن يقطع لفائف الثابت باستمرارًا.

الخطوة الثالثة توليد القوة الدافعة الكهربائية المُحَرَّضة

المبدأ: يقطع المجال المغناطيسي الدوار تدريجيًا الحلقات الثلاث للمحرك (الملفات الثلاث المتزنة A-X وB-Y وC-Z، المنفصلة مكانيًا بزاوية 120 درجة كهربائية). وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي، سيولد الموصل الذي يقطع خطوط القوة المغناطيسية «قوة دافعة كهربائية مُحَدَّثَة»، تشبه «ضغط الماء في الأنبوب».

الخصائص الرئيسية: القوة الدافعة الكهربائية المُحَدَّثَة هي «تيار متناوب ثلاثي الأطوار متوازن»، تتغير مقاديرها واتجاهاتها دوريًا مع دوران المجال المغناطيسي، وهي ما يُمثل «النموذج الأولي» للطاقة الكهربائية.

الخطوة الرابعة إنتاج الطاقة الكهربائية

المبدأ: يتم توصيل طرفيات اللفائف الثابتة (الستاتور) بالدائرة الكهربائية الخارجية، حيث تقوم الجهد المُحَدَّث بدفع تدفق الشحنات، وبالتالي توليد «التيار الكهربائي» — تتحول الطاقة الميكانيكية في النهاية إلى طاقة كهربائية، مكتملةً بذلك عملية تحويل الطاقة بالكامل.

ضمان الاستقرار: للحصول على طاقة كهربائية قابلة للاستخدام ومستقرة، يُحتاج أيضًا إلى "نظام تحكم وحماية" (مثل مُنظمات الجهد والحماية التفاضلية) لتجنب تقلبات الجهد أو الأعطال التي قد تضر بالمعدات.

2. الهياكل الأساسية: "العناصر الأربعة الأساسية" للمولد الكهربائي قد يبدو المولد معقدًا، لكن هيكله الأساسي يتكون من أربع قطع، لكل منها وظيفة محددة:

المحرك الدوار: "النهاية الثابتة التي تولّد الكهرباء"

المكونات: ثلاثة أجزاء رئيسية - قلب المحرك الدوار، لفائف المحرك الدوار، والقاعدة المعدنية للمحرك.

قلب المحرك الدوار: مصنوع من "صفائح فولاذية سيليكونية غير موجهة من الدرجة F ومبردة على البارد" مُرصوصة معًا (بسمك حوالي 0.35 مم)، ولها توصيلية مغناطيسية جيدة وفاقد منخفض؛

لفائف المحرك الدوار: مصنوعة من خيوط متعددة من الأسلاك النحاسية الصلبة ومغطاة بـ "شريط ميكا من الدرجة F"، وتعمل كـ "الأسلاك" التي تولّد القوة الكهربائية التحريضية؛

قاعدة الماكينة: هيكل فولاذي قطعة واحدة مع "أضلاع تثبيت مرنة" في التجويف الداخلي، يمكنه تقليل الاهتزاز التوافقي أثناء التشغيل (لتجنب انتقال الاهتزاز من اللب إلى القاعدة).

الوظيفة: تظل ثابتة، مما يسمح للمجال المغناطيسي الدوار للروتور بقطع اللفافة، وبالتالي توليد الطاقة الكهربائية.

الروتور: "الحقل المغناطيسي الدوار"

التركيب: لب الروتور (أو الأقطاب)، لفافة التحفيز، حلقات التلامس، وعمود الروتور.

عمود الروتور: مصنوع من فولاذ سبيكة عالي القوة، وهو قطعة مزورة صلبة يمكنها تحمل عزم الدوران للتبشيرين البخاري، وتعمل كـ"هيكل عظمي" للروتر;

لفافة التحفيز: ملفوفة في شقوق لب الروتر، تحمل تيارًا مباشرًا لتوليد المجال المغناطيسي الرئيسي. تشكل الممرات الهوائية في الشقوق "ممرًا للهواء التبريد" (لمنع ارتفاع درجة حرارة اللفافة).

حلقة التلامس (Slip Ring): تربط ملف التحفيز بالنظام الخارجي للتحفيز، وهي مسؤولة عن نقل تيار التحفيز المستمر (يجب أن تكون سطح حلقة التلامس ناعمًا لتجنب الاتصال السيء). يمكن أن تؤدي الحلقة الخشنة بسهولة إلى حدوث شرر.

الوظيفة: تدور مع المجال المغناطيسي الرئيسي، وتوفر "الطاقة لقطع خطوط المجال المغناطيسي."

غطاء الطرف والمحمل: "الاتصال والدعم"

غطاء الطرف: مثبت في كلا طرفي قاعدة الآلة، ويقوم بغلق داخل المولد لمنع دخول الغبار والرطوبة.

المحمل: ينقسم إلى "محمل شعاعي" و"محمل دفع" - المحمل الشعاعي يدعم وزن الدوار ويقلل من الاحتكاك الدوراني؛ أما المحمل الدفعي فيحد من الحركة المحورية للدوار (منع احتكاك الدوار بالملف الثابت)، ويمر الزيت lubrifiant عبر المحمل مُشكِّلًا "غشاءً زيتياً" يقلل من البلى.

مُبرد الهواء: "مفتاح التبريد"

الدور: عندما يعمل المولد، تولّد اللب واللفات حرارة (مثل خسائر النحاس والخسائر الحديدية). يقوم المبرد الهوائي بإزالة الحرارة من خلال "دوران الهواء البارد"، ويحافظ على درجة حرارة الثابت عند ≤130°م والROTOر عند ≤120°م (درجة الحرارة المسموح بها لعازل الفئة F).

التفاصيل الميدانية: يتم تركيب المبردات عادةً في كلا طرفي المولد (وقد تكون بعضها في المنتصف)، ويتم التحكم في درجة حرارة ماء الدخول لتكون 30-35°م، ودرجة حرارة ماء الخروج لا تتجاوز 40°م لضمان فعالية التبريد.

3. النقاط الرئيسية في التشغيل والصيانة:

1. مراقبة درجة الحرارة: تجنب الأضرار الناتجة عن ارتفاع الحرارة

تركيز الفحص:

درجة حرارة لفات الثابت: يتم المراقبة باستخدام عناصر استشعار حرارية مدمجة، درجة الحرارة الطبيعية ≤ 130°م، الإنذار عند تجاوز 140°م (يمكن استخدام مقياس حرارة الأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارة سطح اللب مساعدة);

درجة حرارة لفات الروتور: يتم المراقبة عبر مقاومة حرارية بالقرب من حلقة الاتصال المنزلق، درجة الحرارة الطبيعية ≤ 120°م;

درجة حرارة المحمل: المحمل الشعاعي ≤ 65 درجة مئوية، محمل الدفع ≤ 75 درجة مئوية، قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى احتراق المحمل (اضطرت محطة توليد كهرباء معينة إلى إيقاف التشغيل للصيانة بسبب تجاوز درجة حرارة المحمل 80 درجة مئوية).

2. فحص الاهتزاز: منع الاحتكاك الديناميكي والساكن

3. فحص العزل: تجنب أعطال التسرب

تركيز الفحص:

عزل لفافة الثابت: مرة كل شهر، قم بقياس العزل بالنسبة للأرض باستخدام مقياس مقاومة العزل 2500 فولت، إذا كانت ≥1 ميغا أوم (عند 25 درجة مئوية) فهي مؤهلة، وإذا كانت أقل من 0.5 ميغا أوم يتطلب الأمر معالجة التجفيف.

عزل حلقة الانزلاق: تحقق من أي تلف في الغلاف العازل بين حلقة الانزلاق وعمود الدوار لتجنب تسرب تيار التحفيز.

إجراءات التشغيل والصيانة: قم بتنظيف الغبار على سطح لفافة الثابت أثناء توقف التشغيل لمنع تأثير الزيوت والرطوبة على العزل.

4. مراقبة المعلمات: ضمان جودة الطاقة

تركيز الفحص:

الجهد الكهربائي: انحراف جهد خرج الملف الثابت يجب أن لا يتجاوز ±5% من القيمة الاسمية (على سبيل المثال، بالنسبة لمولد 10.5 كيلو فولت، يجب أن يكون الجهد بين 9.975~11.025 كيلو فولت);

التيار: يجب ألا يتجاوز التيار المقنن (على سبيل المثال، بالنسبة لمولد 15 ميغاواط، التيار المقنن يقارب 866 أمبير)، لتجنب الحمل الزائد؛

تيار/جهد التحفيز: يجب أن يكون مستقرًا حول القيمة المقننة، مع تقلبات لا تتجاوز ±2% (يمكن أن يؤدي التيار غير الطبيعي للتحفيز إلى عدم استقرار المجال المغناطيسي، مما يؤثر على الجهد الكهربائي).

5. التنظيف والصيانة: تقليل مخاطر الأعطال

تركيز الفحص:

المبرد الهوائي: نظّف الغبار من شفرات التبريد كل ثلاثة أشهر (عن طريق النفخ بالهواء المضغوط) لمنع الانسداد الذي يمكن أن يؤدي إلى تقليل كفاءة التبريد؛

الحلقات الزلقة: حافظ على سطح ناعم، تحقق من اهتراء الفرش الكربونية (استبدلها عندما تصل إلى الطول المحدد)، وتأكد من نقل مستقر لتيار التحفيز؛ ولا تنسَ التحقق من أي ترهل في حامل الفرش الكربونية.

داخل قاعدة الجهاز: تحقق من أي ترخٍ في القلب الدوّارة ولفائفها بحثًا عن تشوهات مرة واحدة في السنة خلال فترات التوقف، ونظّف الغبار المتراكم من الداخل.