مولد كهربائي

في توليد الكهرباء ، المولد ^[1] هو جهاز يحول الطاقة القائمة على الحركة ( الطاقة الكامنة والحركية ) أو الطاقة القائمة على الوقود ( الطاقة الكيميائية ) إلى طاقة كهربائية لاستخدامها في دائرة خارجية . تشمل مصادر الطاقة الميكانيكية التوربينات البخارية والتوربينات الغازية والتوربينات المائية ومحركات الاحتراق الداخلي وطواحين الهواء وحتى المكابس اليدوية . تم اختراع أول مولد كهرومغناطيسي، قرص فاراداي ، في عام 1831 من قبل العالم البريطاني مايكل فاراداي . توفر المولدات كل الطاقة تقريبًا للشبكات الكهربائية .

بالإضافة إلى التصميمات المعتمدة على الكهرباء والحركة، تستخدم المولدات التي تعمل بالطاقة الكهروضوئية وخلايا الوقود الطاقة الشمسية والوقود المعتمد على الهيدروجين، على التوالي، لتوليد الناتج الكهربائي.

يتم التحويل العكسي للطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية بواسطة محرك كهربائي ، والمحركات والمولدات متشابهة جدًا. يمكن للعديد من المحركات توليد الكهرباء من الطاقة الميكانيكية.

تنقسم المولدات الكهرومغناطيسية إلى فئتين عريضتين، الدينامو والمولدات المتناوبة.

• تقوم الدينامو بتوليد تيار مستمر نابض من خلال استخدام المبدل .
• المولدات الكهربائية تولد تيارًا متناوبًا .

ميكانيكيًا، يتكون المولد من جزء دوار وجزء ثابت يشكلان معًا دائرة مغناطيسية :

• الدوار : الجزء الدوار في الآلة الكهربائية .
• الجزء الثابت : هو الجزء الثابت من الآلة الكهربائية، والذي يحيط بالدوار.

يولد أحد هذه الأجزاء مجالًا مغناطيسيًا، بينما يحتوي الجزء الآخر على سلك متعرج حيث يحفز المجال المتغير تيارًا كهربائيًا:

• لفات المجال أو المغناطيسات الميدانية (الدائمة): المكون المنتج للمجال المغناطيسي في الآلة الكهربائية. يمكن توفير المجال المغناطيسي للدينامو أو المولد بواسطة لفات سلكية تسمى ملفات المجال أو مغناطيسات دائمة . تتضمن المولدات المثارة كهربائيًا نظام إثارة لإنتاج تدفق المجال. يُطلق على المولد الذي يستخدم مغناطيسات دائمة (PMs) أحيانًا اسم مغناطيس ، أو مولد متزامن بمغناطيس دائم (PMSG).
• المحرك : هو المكون الذي ينتج الطاقة في الآلة الكهربائية. في المولد أو المولد المتناوب أو الدينامو، تولد لفائف المحرك التيار الكهربائي، الذي يوفر الطاقة لدائرة خارجية.

يمكن أن يكون المحرك على الدوار أو الجزء الثابت، اعتمادًا على التصميم، مع وجود ملف المجال أو المغناطيس على الجزء الآخر.

قبل اكتشاف العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء ، تم اختراع المولدات الكهروستاتيكية . كانت تعمل على مبادئ الكهروستاتيكية ، باستخدام أحزمة وألواح وأقراص مشحونة كهربائيًا متحركة تحمل الشحنة إلى قطب كهربائي عالي الجهد. تم توليد الشحنة باستخدام أي من آليتين: الحث الكهروستاتيكي أو التأثير الكهربائي الاحتكاكي . تولد مثل هذه المولدات جهدًا عاليًا جدًا وتيارًا منخفضًا . نظرًا لعدم كفاءتها وصعوبة عزل الآلات التي تنتج جهدًا عاليًا جدًا، كانت المولدات الكهروستاتيكية ذات تصنيفات طاقة منخفضة، ولم تُستخدم أبدًا لتوليد كميات كبيرة تجاريًا من الطاقة الكهربائية. كانت تطبيقاتها العملية الوحيدة هي تشغيل أنابيب الأشعة السينية المبكرة ، وفي وقت لاحق في بعض مسرعات الجسيمات الذرية .

تم اكتشاف مبدأ تشغيل المولدات الكهرومغناطيسية في عامي 1831-1832 بواسطة مايكل فاراداي . المبدأ، الذي سمي فيما بعد بقانون فاراداي ، هو أن القوة الدافعة الكهربائية تتولد في موصل كهربائي يحيط بتدفق مغناطيسي متغير .

قام فاراداي أيضًا ببناء أول مولد كهرومغناطيسي، والذي يُسمى قرص فاراداي ؛ وهو نوع من المولدات أحادية القطب ، باستخدام قرص نحاسي يدور بين قطبي مغناطيس حدوة الحصان . وقد أنتج جهد تيار مستمر صغير .

كان هذا التصميم غير فعال، وذلك بسبب التدفقات المعاكسة للتيار التي تلغي نفسها في مناطق القرص التي لم تكن تحت تأثير المجال المغناطيسي. وبينما كان التيار يتم تحريضه مباشرة أسفل المغناطيس، كان التيار يدور للخلف في مناطق خارج تأثير المجال المغناطيسي. وقد أدى هذا التدفق المعاكس إلى تقييد خرج الطاقة إلى أسلاك الالتقاط وتسبب في تسخين القرص النحاسي. وفي وقت لاحق، حلت المولدات أحادية القطب هذه المشكلة باستخدام مجموعة من المغناطيسات مرتبة حول محيط القرص للحفاظ على تأثير مجال ثابت في اتجاه واحد لتدفق التيار.

كان من بين العيوب الأخرى أن جهد الخرج كان منخفضًا جدًا، بسبب مسار التيار الوحيد عبر التدفق المغناطيسي. وجد المجربون أن استخدام عدة لفات من الأسلاك في ملف يمكن أن ينتج جهدًا أعلى وأكثر فائدة. نظرًا لأن جهد الخرج يتناسب مع عدد اللفات، فيمكن تصميم المولدات بسهولة لإنتاج أي جهد مرغوب فيه عن طريق تغيير عدد اللفات. أصبحت لفات الأسلاك سمة أساسية لجميع تصميمات المولدات اللاحقة.

وبصرف النظر عن فاراداي، بدأ أنيوس جيدليك في إجراء التجارب في عام 1827 على الأجهزة الدوارة الكهرومغناطيسية التي أطلق عليها الدوارات الذاتية الكهرومغناطيسية . وفي النموذج الأولي للمبدئ الكهربائي أحادي القطب (الذي تم الانتهاء منه بين عامي 1852 و1854) كان كل من الأجزاء الثابتة والدوارة كهرومغناطيسية. وكان اكتشاف مبدأ الإثارة الذاتية للدينامو أيضًا ، ^{[2] هو الذي حل محل تصميمات المغناطيس الدائم. وربما} يكون قد صاغ مفهوم الدينامو في عام 1861 (قبل سيمنز وويتستون ) لكنه لم يسجل براءة اختراعه لأنه اعتقد أنه لم يكن أول من أدرك ذلك. ^[3]

تنتج لفائف الأسلاك التي تدور في مجال مغناطيسي تيارًا يتغير اتجاهه مع كل دورة 180 درجة، وهو تيار متناوب (AC). ومع ذلك، فإن العديد من الاستخدامات المبكرة للكهرباء تتطلب تيارًا مستمرًا (DC). في أول مولدات كهربائية عملية، تسمى الدينامو ، تم تحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر باستخدام المبدل ، وهو مجموعة من جهات اتصال التبديل الدوارة على عمود المحرك. يعكس المبدل اتصال لفائف المحرك بالدائرة كل دورة 180 درجة للعمود، مما يخلق تيارًا مستمرًا نابضًا. تم بناء أحد أول الدينامو بواسطة هيبوليت بيكسي في عام 1832.

كان الدينامو أول مولد كهربائي قادر على توصيل الطاقة للصناعة. يعد مولد وولريتش الكهربائي لعام 1844، الموجود الآن في Thinktank ، متحف برمنغهام للعلوم ، أقدم مولد كهربائي يستخدم في عملية صناعية. ^[4] تم استخدامه من قبل شركة Elkingtons للطلاء الكهربائي التجاري . ^{[5] [6] [7]}

تم اختراع الدينامو الحديث، المناسب للاستخدام في التطبيقات الصناعية، بشكل مستقل من قبل السير تشارلز ويتستون ، وفيرنر فون سيمنز ، وصامويل ألفريد فارلي . حصل فارلي على براءة اختراع في 24 ديسمبر 1866، بينما أعلن كل من سيمنز وويتستون عن اكتشافاتهما في 17 يناير 1867، حيث قدم الأخير ورقة بحثية عن اكتشافه إلى الجمعية الملكية .

استخدمت "آلة الدينامو الكهربائية" ملفات مجال كهرومغناطيسي ذاتية التشغيل بدلاً من المغناطيسات الدائمة لإنشاء مجال الجزء الثابت. ^[8] كان تصميم ويتستون مشابهًا لتصميم سيمنز، مع اختلاف أنه في تصميم سيمنز كانت المغناطيسات الكهربائية للجزء الثابت في سلسلة مع الدوار، ولكن في تصميم ويتستون كانت متوازية. ^[9] أدى استخدام المغناطيسات الكهربائية بدلاً من المغناطيسات الدائمة إلى زيادة كبيرة في خرج الطاقة من الدينامو وتمكين توليد الطاقة العالية لأول مرة. أدى هذا الاختراع مباشرة إلى أول الاستخدامات الصناعية الكبرى للكهرباء. على سبيل المثال، في سبعينيات القرن التاسع عشر، استخدمت سيمنز دينامو كهرومغناطيسي لتشغيل أفران القوس الكهربائي لإنتاج المعادن والمواد الأخرى.

تتكون آلة الدينامو التي تم تطويرها من هيكل ثابت يوفر المجال المغناطيسي ومجموعة من الملفات الدوارة التي تدور داخل هذا المجال. في الآلات الأكبر حجمًا، يتم توفير المجال المغناطيسي الثابت بواسطة مغناطيس كهربائي واحد أو أكثر، والتي تسمى عادةً ملفات المجال.

نادرًا ما نرى الآن مولدات كبيرة لتوليد الطاقة بسبب الاستخدام العالمي تقريبًا للتيار المتردد لتوزيع الطاقة. قبل اعتماد التيار المتردد، كانت مولدات التيار المستمر الكبيرة جدًا هي الوسيلة الوحيدة لتوليد الطاقة وتوزيعها. أصبح التيار المتردد مهيمنًا بسبب قدرته على التحول بسهولة من وإلى جهد عالٍ جدًا للسماح بخسائر منخفضة على مسافات كبيرة.

من خلال سلسلة من الاكتشافات، خلف الدينامو العديد من الاختراعات اللاحقة، وخاصة المولد المتردد ، الذي كان قادرًا على توليد تيار متناوب . ومن المعروف عمومًا أنه مولدات متزامنة (SGs). ترتبط الآلات المتزامنة مباشرة بالشبكة وتحتاج إلى المزامنة بشكل صحيح أثناء بدء التشغيل. ^[10] علاوة على ذلك، يتم تحفيزها بتحكم خاص لتعزيز استقرار نظام الطاقة. ^[11]

كانت أنظمة توليد التيار المتناوب معروفة في أشكال بسيطة منذ اكتشاف مايكل فاراداي الأصلي للحث المغناطيسي للتيار الكهربائي . قام فاراداي بنفسه ببناء مولد كهربائي مبكر. كانت آلته عبارة عن "مستطيل دوار"، وكان تشغيله غير متجانس : يمر كل موصل نشط على التوالي عبر مناطق حيث يكون المجال المغناطيسي في اتجاهين متعاكسين. ^[12]

تم بناء مولدات تيار متناوب كبيرة ثنائية الطور بواسطة كهربائي بريطاني، جيه إي إتش جوردون ، في عام 1882. تم إجراء أول عرض عام لـ "نظام المولد" بواسطة ويليام ستانلي جونيور ، موظف في شركة وستنجهاوس إلكتريك في عام 1886. ^[13]

أسس سيباستيان زياني دي فيرانتي شركة فيرانتي وتومسون وإينس في عام 1882 لتسويق مولد التيار المتردد فيرانتي-تومسون ، الذي اخترعه بمساعدة الفيزيائي الشهير اللورد كلفن . ^[14] أنتجت مولداته المتناوبة المبكرة ترددات تتراوح بين 100 و300 هرتز . واصل فيرانتي تصميم محطة الطاقة ديبفورد لشركة لندن للإمدادات الكهربائية في عام 1887 باستخدام نظام التيار المتناوب. عند اكتمالها في عام 1891، كانت أول محطة طاقة حديثة حقًا، حيث توفر طاقة التيار المتردد عالية الجهد والتي تم "تخفيضها" بعد ذلك لاستخدام المستهلك في كل شارع. لا يزال هذا النظام الأساسي قيد الاستخدام اليوم في جميع أنحاء العالم.

بعد عام 1891، تم تقديم المولدات متعددة الأطوار لتزويد التيارات ذات الأطوار المختلفة المتعددة. ^[15] تم تصميم المولدات في وقت لاحق لترددات تيار متناوبة متفاوتة بين ستة عشر وحوالي مائة هرتز، للاستخدام مع الإضاءة القوسية والإضاءة المتوهجة والمحركات الكهربائية. ^[16]

مع زيادة متطلبات توليد الطاقة على نطاق أوسع، ظهرت قيود جديدة: المجالات المغناطيسية المتاحة من المغناطيسات الدائمة. إن تحويل كمية صغيرة من الطاقة التي يولدها المولد إلى ملف مجال كهرومغناطيسي يسمح للمولد بإنتاج طاقة أكبر بكثير. أطلق على هذا المفهوم الإثارة الذاتية .

يتم توصيل ملفات المجال على التوالي أو بالتوازي مع لف المحرك. عندما يبدأ المولد في الدوران لأول مرة، توفر الكمية الصغيرة من المغناطيسية المتبقية الموجودة في القلب الحديدي مجالًا مغناطيسيًا لبدء تشغيله، مما يؤدي إلى توليد تيار صغير في المحرك. يتدفق هذا التيار عبر ملفات المجال، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا أكبر يولد تيارًا أكبر في المحرك. تستمر عملية "التمهيد" هذه حتى يستقر المجال المغناطيسي في القلب بسبب التشبع ويصل المولد إلى خرج طاقة ثابت.

غالبًا ما تستخدم المولدات الكهربائية الكبيرة جدًا في محطات الطاقة مولدًا أصغر منفصلًا لإثارة ملفات الحقل الخاصة بالمولد الأكبر. وفي حالة حدوث انقطاع شديد للتيار الكهربائي على نطاق واسع حيث حدث انقطاع التيار الكهربائي في محطات الطاقة، فقد تحتاج المحطات إلى تشغيل التيار الكهربائي في وضع التشغيل الأسود لإثارة حقول المولدات الأكبر حجمًا، من أجل استعادة خدمة الطاقة للعملاء.

يستخدم الدينامو محولات كهربائية لإنتاج تيار مستمر. وهو ذاتي الإثارة ، أي أن مغناطيساته الكهربائية الميدانية تعمل بواسطة خرج الآلة نفسها. وتستخدم أنواع أخرى من مولدات التيار المستمر مصدرًا منفصلًا للتيار المستمر لتنشيط مغناطيساتها الميدانية.

المولد أحادي القطب هو مولد كهربائي تيار مستمر يتكون من قرص أو أسطوانة موصلة للكهرباء تدور في مستوى عمودي على مجال مغناطيسي ثابت منتظم. يتم إنشاء فرق جهد بين مركز القرص وحافة الأسطوانة (أو نهاياتها)، وتعتمد القطبية الكهربائية على اتجاه الدوران واتجاه المجال.

يُعرف أيضًا باسم المولد أحادي القطب أو المولد غير الدوري أو دينامو القرص أو قرص فاراداي . يكون الجهد منخفضًا عادةً، في حدود بضعة فولتات في حالة نماذج العرض التوضيحي الصغيرة، ولكن يمكن لمولدات الأبحاث الكبيرة إنتاج مئات الفولتات، وتحتوي بعض الأنظمة على مولدات متعددة على التوالي لإنتاج جهد أكبر. ^[17] إنها غير عادية في أنها يمكن أن تنتج تيارًا كهربائيًا هائلاً، بعضها أكثر من مليون أمبير ، لأنه يمكن تصنيع المولد أحادي القطب بحيث يكون له مقاومة داخلية منخفضة للغاية.

يستخرج المولد المغناطيسي الهيدروديناميكي الطاقة الكهربائية مباشرة من الغازات الساخنة المتحركة عبر مجال مغناطيسي، دون استخدام الآلات الكهرومغناطيسية الدوارة. تم تطوير مولدات MHD في الأصل لأن خرج مولد البلازما MHD هو لهب، قادر تمامًا على تسخين غلايات محطة الطاقة البخارية . كان أول تصميم عملي هو AVCO Mk. 25، الذي تم تطويره في عام 1965. مولت حكومة الولايات المتحدة تطويرًا كبيرًا، بلغ ذروته في محطة تجريبية بقدرة 25 ميجاوات في عام 1987. في الاتحاد السوفيتي من عام 1972 حتى أواخر الثمانينيات، كانت محطة MHD U 25 تعمل بشكل منتظم على نظام الطاقة في موسكو بقدرة 25 ميجاوات، وهي أكبر محطة MHD في العالم في ذلك الوقت. ^[18] مولدات MHD التي تعمل كدورة علوية أقل كفاءة حاليًا (2007) من توربينات الغاز ذات الدورة المركبة .

يمكن استخدام محركات التيار المتردد الحثية كمولدات، وتحويل الطاقة الميكانيكية إلى تيار كهربائي. تعمل المولدات الحثية عن طريق تدوير دوارها ميكانيكيًا بسرعة أكبر من السرعة المتزامنة، مما يعطي انزلاقًا سلبيًا. يمكن عادةً استخدام محرك التيار المتردد غير المتزامن العادي كمولد، دون أي تغييرات في أجزائه. تعد المولدات الحثية مفيدة في تطبيقات مثل محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، أو توربينات الرياح، أو في تقليل تيارات الغاز عالية الضغط إلى ضغط أقل، لأنها يمكن أن تستعيد الطاقة باستخدام أدوات تحكم بسيطة نسبيًا. لا تتطلب دائرة أخرى لبدء العمل لأن المجال المغناطيسي الدوار يتم توفيره عن طريق الحث من الدائرة التي لديها. كما أنها لا تتطلب معدات منظم السرعة لأنها تعمل بطبيعتها على تردد الشبكة المتصلة.

يجب تشغيل المولد الحثي بجهد رئيسي؛ ويتم ذلك عادةً عن طريق الاتصال بشبكة كهربائية، أو عن طريق تشغيل نفسه بمكثفات تصحيح الطور.

في أبسط أشكال المولدات الكهربائية الخطية، يتحرك مغناطيس منزلق ذهابًا وإيابًا عبر ملف لولبي أو سلك نحاسي أو ملف. يتم تحريض تيار متناوب في السلك أو حلقات السلك، وفقًا لقانون فاراداي للتحريض في كل مرة ينزلق فيها المغناطيس. يستخدم هذا النوع من المولدات في مصباح فاراداي اليدوي . تُستخدم مولدات الكهرباء الخطية الأكبر حجمًا في مخططات الطاقة الموجية .

توفر المولدات المتصلة بالشبكة الطاقة بتردد ثابت. بالنسبة للمولدات من النوع المتزامن أو الحثي، يجب أن تكون سرعة المحرك الأولي الذي يدير عمود المولد بسرعة معينة (أو نطاق ضيق من السرعة) لتوصيل الطاقة بالتردد المطلوب. قد تهدر أجهزة تنظيم السرعة الميكانيكية جزءًا كبيرًا من طاقة الإدخال للحفاظ على التردد الثابت المطلوب.

عندما يكون من غير العملي أو غير المرغوب فيه تنظيم سرعة المحرك الرئيسي بشكل محكم، يمكن استخدام الآلات الكهربائية ذات التغذية المزدوجة كمولدات. بمساعدة الأجهزة الإلكترونية القوية، يمكن لهذه الأجهزة تنظيم تردد الخرج إلى قيمة مرغوبة على مدى أوسع من سرعات عمود المولد. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام مولد قياسي دون محاولة تنظيم التردد، وتحويل الطاقة الناتجة إلى تردد الخرج المطلوب باستخدام مجموعة من مقوم ومحول. يمكن أن يؤدي السماح بمجموعة أوسع من سرعات المحرك الرئيسي إلى تحسين إنتاج الطاقة الإجمالي للمنشأة، على حساب مولدات وأجهزة تحكم أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، حيث قد تكون هناك حاجة إلى توربينات الرياح التي تعمل بتردد ثابت لسكب الطاقة بسرعات رياح عالية، يمكن لنظام السرعة المتغيرة السماح باستعادة الطاقة المحتواة خلال فترات سرعة الرياح العالية.

محطة الطاقة ، والمعروفة أيضًا باسم محطة توليد الطاقة أو محطة توليد الطاقة وأحيانًا محطة توليد أو مصنع توليد ، هي منشأة صناعية تولد الكهرباء . تحتوي معظم محطات الطاقة على مولد واحد أو أكثر، أو آلات دوارة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ثلاثية الطور . الحركة النسبية بين المجال المغناطيسي والموصل تخلق تيارًا كهربائيًا . يختلف مصدر الطاقة المستغل لتشغيل المولد على نطاق واسع. تحرق معظم محطات الطاقة في العالم الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي لتوليد الكهرباء. تشمل المصادر الأكثر نظافة الطاقة النووية ، وتستخدم بشكل متزايد مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح والأمواج والمياه الجارية .

تتطلب المركبات الآلية طاقة كهربائية لتشغيل أجهزتها، والحفاظ على تشغيل المحرك نفسه، وإعادة شحن بطارياتها. وحتى حوالي ستينيات القرن العشرين، كانت المركبات الآلية تميل إلى استخدام مولدات التيار المستمر (دينامو) مع منظمات كهروميكانيكية. واتباعًا للاتجاه التاريخي المذكور أعلاه ولعدة أسباب مماثلة، تم استبدال هذه المولدات الآن بمولدات ذات دوائر تقويم مدمجة .

تتطلب الدراجات الطاقة لتشغيل أضواء التشغيل والمعدات الأخرى. هناك نوعان شائعان من المولدات المستخدمة في الدراجات: دينامو الزجاجة التي تشغل إطار الدراجة حسب الحاجة، وديناموز المحور التي يتم توصيلها مباشرة بمجموعة نقل الحركة الخاصة بالدراجة. الاسم تقليدي لأنها مولدات تيار متردد صغيرة ذات مغناطيس دائم، وليست آلات تيار مستمر ذاتية الإثارة مثل الدينامو . بعض الدراجات الكهربائية قادرة على الكبح المتجدد ، حيث يتم استخدام محرك الدفع كمولد لاستعادة بعض الطاقة أثناء الكبح.

قد تستخدم القوارب الشراعية مولدًا يعمل بالماء أو الرياح لشحن البطاريات بالتنقيط. يتم توصيل مروحة صغيرة أو توربين رياح أو توربين بمولد منخفض الطاقة لتوفير التيارات بسرعات الرياح أو السرعات الإبحارية النموذجية.

تحتاج المركبات الترفيهية إلى مصدر طاقة إضافي لتشغيل ملحقاتها الموجودة على متنها، بما في ذلك وحدات تكييف الهواء والثلاجات. يتم توصيل قابس الطاقة الخاص بالمركبة الترفيهية بالمولد الكهربائي للحصول على مصدر طاقة ثابت. ^[19]

أصبحت الدراجات البخارية الكهربائية ذات المكابح المتجددة شائعة في جميع أنحاء العالم. يستخدم المهندسون أنظمة استعادة الطاقة الحركية على السكوتر لتقليل استهلاك الطاقة وزيادة مداه بنسبة تصل إلى 40-60٪ عن طريق استعادة الطاقة ببساطة باستخدام الفرامل المغناطيسية، والتي تولد الطاقة الكهربائية للاستخدام الإضافي. تصل المركبات الحديثة إلى سرعة تصل إلى 25-30 كم / ساعة ويمكن أن تسير لمسافة تصل إلى 35-40 كم.

المولد الكهربائي هو مزيج من مولد كهربائي ومحرك ( محرك أولي) مركبان معًا لتشكيل قطعة واحدة من المعدات المستقلة. المحركات المستخدمة هي محركات مكبسية عادةً، ولكن يمكن أيضًا استخدام توربينات الغاز، وهناك حتى وحدات هجينة تعمل بالديزل والغاز، تسمى وحدات الوقود المزدوج. تتوفر العديد من الإصدارات المختلفة من المولدات الكهربائية - بدءًا من مجموعات صغيرة محمولة تعمل بالبنزين إلى تركيبات توربينية كبيرة. الميزة الأساسية للمولدات الكهربائية هي القدرة على توفير الكهرباء بشكل مستقل، مما يسمح للوحدات بالعمل كمصدر طاقة احتياطي. ^[20]

يمكن أيضًا تشغيل المولد بواسطة قوة العضلات البشرية (على سبيل المثال، في معدات محطة الراديو الميدانية).

تتوفر المولدات الكهربائية التي تعمل بالطاقة البشرية تجاريًا، وكانت مشروعًا لبعض المتحمسين للقيام بالأشياء بأنفسهم . وعادةً ما يتم تشغيلها عن طريق قوة الدواسة أو مدرب دراجات محول أو مضخة قدم، ويمكن استخدام مثل هذه المولدات عمليًا لشحن البطاريات، وفي بعض الحالات يتم تصميمها بعاكس متكامل. يمكن لـ "الإنسان السليم" المتوسط ​​إنتاج 75 واط ثابتًا (0.1 حصان) لمدة ثماني ساعات كاملة، بينما يمكن لـ "الرياضي من الدرجة الأولى" إنتاج ما يقرب من 298 واط (0.4 حصان) لفترة مماثلة، وفي نهايتها ستكون هناك حاجة إلى فترة غير محددة من الراحة والتعافي. عند 298 واط، يصبح "الإنسان السليم" المتوسط ​​منهكًا في غضون 10 دقائق. ^[22] ستكون الطاقة الكهربائية الصافية التي يمكن إنتاجها أقل، بسبب كفاءة المولد. يتم تصنيع أجهزة استقبال الراديو المحمولة ذات الكرنك لتقليل متطلبات شراء البطاريات، انظر راديو الساعة . خلال منتصف القرن العشرين، تم استخدام أجهزة الراديو التي تعمل بالدواسات في جميع أنحاء المناطق النائية في أستراليا ، لتوفير التعليم ( مدرسة الهواء )، والاحتياجات الطبية وغيرها من الاحتياجات في المحطات والبلدات النائية.

مولد السرعة هو جهاز كهروميكانيكي ينتج جهد خرج يتناسب مع سرعة عموده. يمكن استخدامه كمؤشر سرعة أو في نظام التحكم في السرعة بالتغذية الراجعة. تُستخدم مولدات السرعة بشكل متكرر لتشغيل مقاييس سرعة الدوران لقياس سرعات المحركات الكهربائية والمحركات والمعدات التي تزودها بالطاقة. تولد المولدات جهدًا يتناسب تقريبًا مع سرعة العمود. من خلال البناء والتصميم الدقيقين، يمكن بناء المولدات لإنتاج جهد دقيق للغاية لنطاقات معينة من سرعات العمود. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يظهر في الرسم التخطيطي المجاور دائرة مكافئة لمولد وحمل. يتم تمثيل المولد بمولد تجريدي يتكون من مصدر جهد مثالي ومعاوقة داخلية. يمكن تحديد معلمات المولد عن طريق قياس مقاومة اللف (المصححة لدرجة حرارة التشغيل )، وقياس جهد الدائرة المفتوحة والحمل لحمل تيار محدد. ${\displaystyle V_{\text{G}}}$${\displaystyle R_{\text{G}}}$

هذا هو أبسط نموذج للمولد، وقد يلزم إضافة عناصر أخرى للحصول على تمثيل دقيق. على وجه الخصوص، يمكن إضافة المحاثة للسماح بلفائف الآلة وتدفق التسرب المغناطيسي، ^[23] ولكن التمثيل الكامل يمكن أن يصبح أكثر تعقيدًا من هذا بكثير. ^[24]

This article's use of external links may not follow Wikipedia's policies or guidelines. Please improve this article by removing excessive or inappropriate external links, and converting useful links where appropriate into footnote references. (January 2020) (Learn how and when to remove this message)