مولد التيار الكهربائي المتردد (Alternator) هو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية الدورانية إلى طاقة كهربائية ذات تيار متردد AC. ويستخدم بشكل شائع في السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي، حيث يتم تدويره عبر البكرة المتصلة بالمحرك لشحن بطارية السيارة. ومن المعروف بأن بطارية السيارة ذات جهد مستمر DC، فلماذا نستخدم مولد التيار المتردد بدلا من المولد التقليدي (Generator) وما هي الفروقات بينهما؟ هذا ما سوف نتعرف عليه في هذه المقالة.
المولد (Generator) هو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ذات تيار متردد AC أو تيار مستمر DC. بينما مولد التيار المتردد (Alternator) يحولها إلى طاقة كهربائية ذات تيار متردد AC فقط. ويتميز بكفاءته الأعلى، وتكلفته الأقل، وطول عمره الافتراضي مقارنة بالمولد التقليدي، لذلك هو خيار مناسب وعملي لشحن بطارية السيارات.
يحتوي مولد التيار المتردد على ثلاثة مكونات رئيسية وهي الجزء المتحرك والجزء الثابت والمقوم (rectifier). دعونا نتعرف عليها بالتفصيل:
1. الجزء المتحرك (Rotor):
ويتم تدويره عبر بكرة حزام المحرك أثناء تشغيل السيارة كما هو موضح في الشكل 1.
الشكل 1: عملية دوران الجزء المتحرك
ومن داخل الجزء المتحرك، توجد مجموعة من الأسلاك ملفوفة حول قطعة من المعدن والتي تولد مجال مغناطيسي عندما يتم تطبيق الجهد ومرور التيار فيها. وهذا سيؤدي أيضا إلى تكوين أقطاب شمالية وجنوبية على المعدن كما هو ظاهر في الشكل 2.
الشكل 2: الجزء المتحرك (rotor)
2. الجزء الثابت (Stator):
يتكون الجزء الثابت من ثلاث ملفات متصلة بنهاية واحدة ذات ثلاثة أطوار والذي تمثل الجهد الخارج. ويتم لف كل ملف بزاوية 120 درجة عن الملف الآخر كما يوضح الشكل 3.
الشكل 3: ملفات الجزء الثابت (Coils)
كما يتم تثبيت الجزء المتحرك بداخل الجزء الثابت. بحيث يمكن للجزء المتحرك الدوران بفعل التأثير الكهرومغناطيسي دون التأثير على الجزء الثابت كما هو ظاهر في الشكل 4.
الشكل 4: دوران الجزء المتحرك (rotor) بداخل الجزء الثابت (stator)
استناداً على مبدأ فاراداي، والذي ينص بأنه من الممكن توليد جهد في ملف من الأسلاك إذا قمت بتحريك هذا الملف عبر مجال مغناطيسي. وكلما زادت حركة المجال المغناطيسي خلف الملف، زاد الجهد الناتج كما يظهر الشكل 5. وسيكون الجهد الناتج ذات تيار متردد AC بسبب تغير قطبية المغناطيس أثناء دوران الجزء المتحرك.
الشكل 5: مبدأ فاراداي
3. المقوم (Rectifier):
يستخدم المقوم لتحويل التيار المتردد الناتج من المولد إلى تيار مستمر لشحن البطارية، عن طريق استخدام مجموعة من الصمامات الثنائية (Diodes) والتي تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط (من القطب الموجب إلى القطب السالب). وبالتالي سوف يعبر التيار المتردد ذو الجهد الموجب فقط كما يوضح الشكل 6.
الشكل 6: المقوم (Rectifier)
وكما نلاحظ بأن الجهد الناتج ليس جهداً مستمراً أو ثابتاً لذلك نحتاج لمنظم الجهد (Regulator). وهو جهاز إلكتروني يراقب الجهد الخارج وجهد الحمل (البطارية)، ويقوم أيضاً على ضبط جهد اللفات الكهرومغناطيسية بحيث يصبح الجهد الناتج ثابتاً نسبياً بغض النظر عن سرعة دوران الجزء المتحرك. ومن المهم استخدامه لأن البطارية والأجهزة الأخرى قد تتعرض للتلف إذا كان الجهد مرتفعًا أو غير مستقر.
الشكل 7: منظومة مولد التيار المتردد والمقوم والمنظم والبطارية
وفي النهاية، دعونا نلخص خطوات عمل مولد التيار المتردد لشحن بطارية السيارات كالآتي:
1- عندما يتم تدوير مفتاح الإشعال، تزود البطارية الطاقة للملفات في الجزء الدوار.
2- تزيد دورات المولد مع زيادة عدد دورات المحرك.
3- يرتفع الجهد الخارج في المقوم.
4- يستشعر منظم الجهد ارتفاع جهد البطارية.
5- يقوم منظم الجهد الكهربائي بتقليل جهد اللفات الكهرومغناطيسية في الجزء المتحرك.
6- انخفاض واستقرار الجهد الناتج.
