1- مقدمة :
آلة التيار المستمر هي آلة عكوسة أي أنها تستخدم كمولد أو كمحرك ولذلك فإن تركيب المولد أو المحرك واحد ( متشابه) فى آلات التيار المستمر .
2- تركيب آلة التيار المستمر :
يوضح الشكل (1) قطاع يبين تركيب آلة تيار مستمر وتتركب من:
الهيكل الخارجي : يصنع من الصلب المسبوك حيث يفضل عن الحديد الزهر لكبر معامل نفاذه المغناطيسي مما يجعل حجم الهيكل صغير عما إذا كان من الحديد الصلب كما أنه يمتاز عنه بخواصه الميكانيكية وفائدة الهيكل هي :
(أ) حمل الأقطاب المغناطيسية التى تثبت به بواسطة مسامير رباط أو عن طريق وصلة غنفارية
(ب) تكملة الدائرة المغناطيسية للأقطاب
شكل (1)
الأقطاب المغناطيسية :
وهي عبارة عن أقطاب مغناطيسية كهربية تتركب من القلب الحديدي الذي يصنع من صلب المولدات وعلى هيئة رقائق معزولة عن بعضها لتقليل التيارات الإعصارية والتعويق المغناطيسي الناشئ عن تيار المنتج ، ثم تجمع وتربط مع بعضها ثم تنتهي بحذاء القطب لتسهيل مرور وانتظام المجال المغناطيسي خلال الثغرة الهوائية ، ثم تلف عليها ملفات نحاسية معزولة عزلا جيدًا ثم تصل هذه الملفات بالتوالي مع بعضها بحيث تعطي مجالا مغناطيسيًا متعاقبًا أي شمالي ثم جنوبي … وهكذا وشكل (1) يوضح تركيب وكيفية لف مخدات الأقطاب .
العضو الدوار ويتكون من :
المنتج ( عضو الاستنتاج ) : ويصنع من رقائق من صلب المولدات على هيئة دوائر معزولة عن بعضها ( لتقليل التيارات الإعصارية والتعويق المغناطيسي ) وعن محور الدوران ويشكل بمحيطها الخارجي مجاري لوضع الموصلات النحاسية بعد عزلها ويتولد التيار الكهربي بالموصلات نتيجة حركة المنتج أما الأقطاب المغناطيسية ويكون التيار الناتج متردد . وشكل (2) يوضح شكل صفائح عضو الاستنتاج.
شكل (2)
(ب) عضو التوحيد : وتتكون من أسطوانة نحاسية مكونة من قطاعات نحاسية معزولة عن بعضها وعن محور الدوران وتتصل هذه القطاعات مع أطراف ملفات المنتج . وفائدة عضو التوحيد هو توحيد التيار المتغير المستنتج فى ملفات المنتج إلى تيار مستمر فى المولد بينما يعكس اتجاه التيار فى ملفات المنتج فى المحرك .
الفرش الكربونية :شكل (3)
تصنع من الكربون المضغوط أو من النحاس الأحمر وتثبت على عضو التوحيد بواسطة بيت الفرشة المثبت على حامل الفرش بوجه المولد وبحيث تكون دائمة الاتصال بعضو التوحيد ولذلك يلزم أن يضغط عليها بواسطة ياى وأن يكون سطح التماس للفرش متماسكا جيدًا بسطح عضو التوحيد لتجنب الشرارة التى تنتج نتيجة لعدم الاتصال الجيد مع عضو التوحيد وفائدة الفرش الكربونية هو توصيل التيار الناتج من المنتج وعضو التوحيد إلى الدائرة الخارجية ( دائرة الحمل ) ويكون عددها زوجيًا .
شكل (3)
3- مولدات التيار المستمر
المولد الكهربي : هو آلة كهربية تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية .
نظرية المولد الكهربي : بنيت على قانون فاراداي للمولد الكهربي والذي ينص على أنه ((إذا قطع موصل ساحة مغناطيسية فإنه يتولد قوة دافعة كهربية E.m.f. بالاستنتاج تكون قيمتها أكبر ما يمكن عندما تكون زاوية القطع 90 كهربية )) .
وشكل ( 4) يبين تركيب ونظرية عمل مولد التيار المستمر . حيث يتركب من أربعة أجزاء رئيسية سبق أن تكلمنا عنها وهي :-
- الأقطاب المغناطيسية (عضو التنبيه ) : ينتج المجال المغناطيسي
- لفات السلك (المنتج) : يتولد به التيار الكهربي المتغير
- عضو التوحيد : يوحد التيار الكهربي المتولد بالمنتج
- الفرش : تجميع التيار من على عضو التوحيد وتوصله إلى الدائرة الكهربية
شكل (4)
نظرية عمل المولد : شكل (4) يوضح مولد تيار مستمر بسيط ذو قطبين مغناطيسيين دائمين يتحرك بينهما ملف مستطيل الشكل ( المنتج) متصل طرفيه بنصفي أسطوانة نحاسية تمثل عضو التوحيد ويجمع التيار من عضو التوحيد بواسطة فرشتين .
عند دوران الملف بواسطة محرك خارجي – يقطع خطوط المجال المغناطيسي ويستنتج به قوة دافعة كهربية E.m.f. تسبب مرور تيار من الجانب الواقع تحت القطب الجنوبي إلى نصف الاسطوانة النحاسية ( عضو التوحيد ) إلى فرشة وبذلك تصبح هذه الفرشة موجبة والفرشة الأخرى سالبة .
وبدوران الملف يقع هذا الجانب تحت القطب الشمالي ومعه نصف الاسطوانة النحاسية لعضو التوحيد بينما الجانب الآخر يقع تحت القطب الجنوبي حيث يخرج التيار منه إلى الفرشة الموجبة ومن ذلك يتضح أن الفرشة الموجبة موجبة باستمرار والسالبة سالبة بإستمرار ونحصل بذلك على تيار مستمر مقوم أي موحد الاتجاه ولكن قيمته غير ثابتة ، وللحصول على تيار مستمر موحد القيمة يجب زيادة عدد الملفات وكذلك عدد قطاعات عضو التوحيد .
و يمكن تقسيم أنواع مولدات التيار المستمر من حيث تغذية الأقطاب وهي :
1- المولد ذو المغناطيس الدائم ( المجنيتو)
تكون أقطاب هذا المولد على شكل حذاء الفرش مصنوعة من الصلب الناشف الذي يحتفظ بـ مغناطيسيته مدة طويلة وهذا النوع يستعمل فى التليفونات والسيارات والدراجات وأجهزة القياس الكهربية (الميجر).
2- المولد ذو الأقطاب المغناطيسية الكهربية : وينقسم إلى نوعين
(أ) المولد ذو التغذية المستقلة ( الخارجية )
يتم تغذية أقطاب هذا المولد من ينبوع كهربي خارجي عن المولد كبطارية أو مولد تيار مستمر أخر ( يطلق عليه أسم المغذي )وتستخدم هذه الطريقة فى المعامل المدرسية وفى تغذية مغذي مولدات التيار المتغير فى محطات الكهرباء حيث يكون التحكم فى جهد المنتج سلس .
(ب) المولد ذو التغذية النفسية ( الذاتية ) :
تتغذى أقطاب هذا المولد من نفس التيار المستمر الخارج من المنتج بشرط أن تكون هناك مغناطيسية متبقية فى الأقطاب . وتتم التغذية بثلاث طرق:- توصل ملفات الأقطاب بالتوالي مع المنتج ويسمى فى هذه الحالة بمولد التوالي
- توصل ملفات الأقطاب بالتوازي مع المنتج ويسمى فى هذه الحالة بمولد التوازي
- توصل جزء من ملفات الأقطاب بالتوالي مع المنتج والجزء الآخر بالتوازي معه ويسمي فى هذه الحالة بمولد مركب .