مبدأ عمل وحالة تشغيل مولد المغناطيس الدائم

مولد المغناطيس الدائم هو جهاز لتوليد الطاقة يحول الطاقة الميكانيكية من طاقة حرارية إلى طاقة كهربائية. يتميز مولد المغناطيس الدائم بصغر حجمه، وانخفاض فقد الطاقة فيه، وكفاءته العالية. ونظرًا لتزايد الاهتمام بترشيد استهلاك الطاقة وحماية البيئة في مولدات المغناطيس الدائم، فمن الضروري إجراء المزيد من الأبحاث عليها. يمكن تطبيق تقنية المحركات عديمة الفرش في العديد من التطبيقات، لذا فهي تُستخدم غالبًا في المحركات الصغيرة والمتناهية الصغر. عند استخدام مصدر طاقة بتردد متغير، يمكن أيضًا استخدام محركات المغناطيس الدائم في أنظمة نقل الحركة للتحكم في السرعة. مع التحسين المستمر لأداء مواد المغناطيس الدائم، أصبحت محركات المغناطيس الدائم شائعة الاستخدام في مجالات متنوعة مثل الأجهزة المنزلية، والمعدات الطبية، والسيارات، والطيران، والدفاع الوطني.
مبدأ عمل مولد المغناطيس الدائم:
يحتوي المولد على دوارين وجزء ثابت واحد. يقع الدوار على جانبي الجزء الثابت، ويتكون من دائرة من المغناطيس الدائم. تعتمد قدرة المولد وجهده على حجم المغناطيس الدائم وقطر الملف وعدد لفاته.

محرك السيارة الكهربائية هو محرك قرصي ذو قلب حديدي، قادر على توليد الكهرباء دون تعديل. عند وجود حمل أثناء توليد الطاقة، يتعطل. المغناطيسات القوية اللازمة لصنع مولدات المغناطيس الدائم باهظة الثمن. إذا كنت ترغب في تجربة شيء جديد، يمكنك صنع واحد صغير. توجد مغناطيسات صغيرة قوية في محركات السيارات الكهربائية المستعملة، يمكنك استخدامها.

تتشابه بنية الجزء الثابت ومبدأ عمل مولدات المغناطيس الدائم مع تلك الخاصة بمحركات التيار المتردد غير المتزامنة، وغالبًا ما تكون على شكل أربعة أقطاب. يتم ترتيب ملفات التيار ثلاثي الأطوار في تكوين رباعي الأقطاب، وتولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا رباعي الأقطاب عند تزويدها بالطاقة.

يكمن الفرق بين المحرك التزامني ذي المغناطيس الدائم والمحرك غير التزامني العادي في بنية الدوّار. يُثبّت قطب المغناطيس الدائم على الدوّار، وتحديدًا على سطحه المحيطي. يكون اتجاه قطب المغناطيس والتدفق المغناطيسي نحو اليمين. هذا الدوّار رباعي الأقطاب. وفقًا لمبدأ المقاومة المغناطيسية المنخفضة، يسلك التدفق المغناطيسي دائمًا المسار الأقل مقاومة، مما يؤدي إلى دوران الدوّار بفعل الجذب المغناطيسي. لذلك، يدور الدوّار ذو المغناطيس الدائم بشكل متزامن مع المجال المغناطيسي الدوّار الناتج عن الجزء الثابت.

يُعدّ مولد المغناطيس الدائم منتجًا موفرًا للطاقة. إذ يُلغي تصميم دوّار المغناطيس الدائم الطاقة اللازمة لتوليد المجال المغناطيسي للدوّار، بالإضافة إلى تقليل الفاقد الميكانيكي الناتج عن الاحتكاك بين فرشاة الكربون وحلقة الانزلاق، مما يُحسّن كفاءة مولد المغناطيس الدائم بشكل كبير. تتراوح كفاءة مولدات الإثارة التقليدية بين 45% و55% فقط في نطاق سرعة دوران يتراوح بين 1500 و6000 دورة في الدقيقة، بينما تصل كفاءة مولدات المغناطيس الدائم إلى 75% أو 80%.

بفضل منظم الجهد ذاتي التشغيل، لا حاجة لمصدر طاقة خارجي. يمكن للمولد توليد الكهرباء طالما أنه يدور. في حال تلف البطارية، سيظل نظام شحن السيارة يعمل بشكل طبيعي طالما أن المحرك يعمل. وإذا لم تكن السيارة مزودة ببطارية، يمكن تشغيلها عن طريق هز المقود أو تحريك السيارة.