كيف يعمل مولد الديزل؟

مجموعة المولدات – التي تُسمى أحيانًا "genset" – هي وحدة معدات تتكون من محرك، ومولد كهربائي (alternator) لتوليد الطاقة الكهربائية من الوقود. في هذه الحالة، نحن نتحدث عن نوع من مجموعات المحرك-المولد يعمل بمحرك ديزل ذي إشعال بالضغط ومصمم للعمل بوقود الديزل، وتعتمد عليه العديد من الشركات والمؤسسات الأخرى لتوفير الطاقة الكهربائية التي تحتاجها أثناء الانقطاعات، أو انخفاض الجهد، أو أي انقطاع آخر في التيار الكهربائي الرئيسي، كما يمكن استخدامه أيضًا كمصدر طاقة مستمر للعديد من التطبيقات الأخرى بما في ذلك الفعاليات، وتزويد المنازل خارج الشبكة بالطاقة، وغير ذلك الكثير. هناك العديد من الأنواع والتكوينات المختلفة للمولدات، لكنها جميعًا تعمل بالطريقة نفسها بشكل أساسي، ولها المكونات الأساسية نفسها.

يحوّل مولد الديزل الطاقة الميكانيكية (الحركة) إلى طاقة كهربائية ويوجهها عبر كابلات الطاقة. وقد يكون من المفيد تخيل الكهرباء وهي تتدفق عبر الأسلاك بالطريقة نفسها تقريبًا التي يتدفق بها الماء عبر الأنابيب. ويمكن اعتبار المولد نوعًا من "المضخة الكهربائية" التي تجعل الكهرباء تتدفق عبر الأسلاك. وهو لا يخلق فعليًا الإلكترونات التي تتدفق عبر الأسلاك ولا يفنيها، تمامًا كما أن مضخة المياه لا تخلق ماءً جديدًا. إنه فقط يجعلها تتحرك بطريقة مفيدة.

مكونات مولد الديزل

المحرك
يكون هذا عادةً محرك ديزل، يشبه إلى حد كبير الموجود في مركبة كبيرة، وكلما كان مصدر الطاقة الميكانيكية أكبر، زادت الطاقة الكهربائية الخارجة "من الطرف الآخر".
المولد الكهربائي
هذا هو الجزء الذي يحول الطاقة الميكانيكية (دوران العمود) إلى طاقة كهربائية من خلال الحث. وتُعد طريقة عمل المولد الكهربائي من أكثر أجزاء المولد إثارة للاهتمام. اكتشف فاراداي (أو على الأقل وصف) عملية "الحث الكهرومغناطيسي" في أوائل ثلاثينيات القرن التاسع عشر. وينص هذا المبدأ على أنه إذا قمت بتحريك سلك (أو أي موصل كهربائي) عبر مجال مغناطيسي، فإن تيارًا كهربائيًا "يُستحث" في السلك. وينطبق الأمر نفسه إذا كان السلك ثابتًا وكان المجال المغناطيسي هو الذي يتحرك. فمجرد الحركة عبر مجال مغناطيسي يجعل الإلكترونات تتدفق عبر السلك. وإذا تحرك السلك من الشمال إلى الجنوب، فإن الإلكترونات تتدفق في اتجاه، وإذا عاد من الجنوب إلى الشمال، فإنها تتدفق في الاتجاه الآخر. وكلما كان المجال أقوى والسلك أطول، زادت كمية التيار المستحث. تعمل المولدات الحديثة عن طريق وضع عدة مغناطيسات كبيرة وقوية في مجموعة حول عمود مركزي دوّار. ويُسمى هذا "الدوّار" أو "armature". وقد تكون المغناطيسات مغناطيسات دائمة أو مغناطيسات كهربائية، لكن الفكرة الأساسية هي أنها تنتج مجالًا مغناطيسيًا يجعل المحرك هذا المجال يدور. أما المكوّن الفرعي المهم الآخر في المولد الكهربائي فهو "العضو الثابت"، وهو في الأساس سلسلة من ملفات الأسلاك المجمعة بإحكام، والمصفوفة جميعها بالقرب من الدوّار. وعندما تقوم قوة خارجية (مثل محرك ديزل) بتدوير العمود المركزي، فإن الدوّار يحرك باستمرار القطبين الشمالي والجنوبي لمجاله أو مجالاته المغناطيسية عبر حزم الأسلاك التي تحيط بها. وهذا يؤدي إلى تدفق كمية كبيرة من التيار الكهربائي ذهابًا وإيابًا عبر الأسلاك – وهو ما نطلق عليه "التيار المتردد" أو طاقة التيار الرئيسي "AC".
نظام الوقود
يكون هذا عادةً مصدر تزويد المحرك بوقود الديزل. والجزء الأكثر وضوحًا هو الخزان الذي يحتوي على وقود يكفي لمدة 6-8 ساعات على الأقل من التشغيل. وقد يكون هذا الخزان داخل هيكل المولد في الوحدات الأصغر أو المحمولة، أو قد يكون هيكلًا خارجيًا منفصلًا في الوحدات الأكبر المثبتة بشكل دائم. وتشمل الأجزاء الأخرى من نظام الوقود شبكة الأنابيب التي تنقل الوقود إلى المحرك، ومضخة وقود مشابهة لتلك الموجودة في معظم المركبات، وفلتر وقود، وأنبوب تهوية أو صمام لخزان الوقود لمنع زيادة الضغط أو حدوث تفريغ داخله. وسيكون هناك أيضًا وصلة فائض تضمن أنه إذا امتلأ الخزان أكثر من اللازم، يتم توجيه الوقود بعيدًا، وليس انسكابه ببساطة على سطح المحرك أو المولد الكهربائي.
منظم الجهد
هذا مكوّن معقد إلى حد ما ولكنه مهم. وبدونه، سيتغير الجهد وشدة التيار للتيار المتردد المقدم وفقًا لسرعة المحرك. وبما أن المعدات الكهربائية الحديثة تعتمد على مصدر طاقة ثابت جدًا، فلا بد من وجود شيء يعمل على تسويته. وآلية عمل منظم الجهد ذكية للغاية وتتجاوز نطاق هذه المقالة. وربما يكفي في الوقت الحالي معرفة ما الذي يفعله.
نظام التبريد
تمامًا كما في المركبة، ينتج المحرك قدرًا كبيرًا من الحرارة المهدرة بالإضافة إلى الطاقة الميكانيكية. كما أن الطاقة المتدفقة عبر المولد الكهربائي تولد حرارة أيضًا بسبب المقاومة الكهربائية للأسلاك نفسها. ومرة أخرى، كما هو الحال في سيارتك، تمتص سائل تبريد هذه الحرارة، وغالبًا ما يكون ماءً ولكن ليس بالضرورة، ثم يمر عبر مبادل حراري، مطلقًا حرارته عادةً في الهواء، أو أحيانًا إلى سائل تبريد ثانوي.
نظام العادم
تنتج جميع محركات الاحتراق الداخلي غازات عادم. وهذه الغازات سامة ويجب توجيهها بعيدًا عن المحرك نفسه وعن أي أشخاص قريبين. وعادةً ما يتم توجيه غازات العادم عبر الأنابيب وتنفيثها إلى الهواء الخارجي. وعادةً ما توجد لوائح للصحة والسلامة بشأن كيفية وأماكن توجيه أنظمة العادم، لذا يجب الرجوع إليها بعناية قبل تركيب مولد جديد.
نظام التزييت (الزيت)
يتطلب أي محرك تزييتًا، ويتم التعامل مع ذلك بواسطة مضخة زيت وخزان مثبتين على المحرك نفسه.
نظام بادئ التشغيل والبطارية
مرة أخرى، تمامًا كما في السيارة أو الشاحنة، يعتمد محرك الديزل على محرك كهربائي صغير لبدء التشغيل. ويتم تشغيل محرك بادئ التشغيل الكهربائي هذا بواسطة بطارية، يتم شحنها إما بواسطة شاحن منفصل أو بواسطة خرج المولد نفسه.
كيف تعمل المولدات؟
لوحة التحكم هي المكان الذي يتم فيه تشغيل المولد. وتتضمن أدوات التحكم والمخرجات النموذجية الموجودة في معظم لوحات التحكم ما يلي:
· عناصر التحكم في التشغيل/الإيقاف (يدوي، تلقائي، أو كلاهما)
· مفتاح اختيار الطور
· مفتاح التردد
· مفتاح وضع المحرك
· وقود المحرك
· زيت المحرك
· سرعة المحرك
· درجة حرارة سائل التبريد
· شحن البطارية
· جهد خرج المولد
· تيار خرج المولد (الأمبير)
· خرج المولد بوحدة kVA
· تردد طاقة التيار المتردد
الإطار/الهيكل
سيكون genset إما داخل هيكل مقاوم للعوامل الجوية، أو إطار هيكلي مفتوح، أو وحدة قابلة للنقل. وتعمل جميع هذه الأشكال على إبقاء المكونات معًا ومثبتة بإحكام. كما أنها تضمن أيضًا تأريض جميع المكونات الكهربائية بأمان.
الغطاء الواقي
يمكن أيضًا تغطية مولد الديزل بغطاء معالج صوتيًا يقلل مستوى dB بشكل كبير، وحتى من مسافة لا تتجاوز مترًا واحدًا، يمكن أن يكون ضجيج المحرك منخفضًا جدًا. وغالبًا ما يُشار إلى المولد المزود بغطاء صوتي يغطي العناصر الأخرى باسم مولد صامت.