גנרטור חשמלי

מְחוֹלֵל חשמל (בלועזית: גנרטור) הוא מכונה לייצור חשמל באמצעותה ממירים אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית.

התפתחות הגנרטור

המתקנים הראשונים להפקת חשמל מאנרגיה מכנית ייצרו זרם ישר במתח גבוה בדרך אלקטרוסטטית, כלומר באמצעות צבירתם של מטעני חשמל סטטי. דוגמאות למתקנים מסוג זה הן מכונת ווימשורסט ומחולל ואן-דה-גראף. מתקנים להפקת חשמל בדרך זו היו ועודם שימושיים בעיקר להדגמות ולניסויים מדעיים הדורשים מתח גבוה, אך אינם מתאימים לאספקה סדירה של אנרגיה חשמלית עבור מכשירים צורכי חשמל.

גילוי הקשר בין מגנטיות וחשמל, לפי כלל יד ימין, סלל את הדרך להמצאת גנרטורים לייצור תעשייתי של חשמל לצריכה, ואלה מוסיפים ומשתכללים עד ימים אלה.

פראדיי
בשנים 1831–1832 גילה החוקר הבריטי מייקל פאראדיי כי כאשר גורמים למוליך חשמלי לחצות קווי שדה מגנטי מתפתח בין קצותיו מתח חשמלי, זאת לאחר ששאל את עצמו האם ניתן להפיק בעזרת מגנט זרם חשמלי כמו שניתן להפיק מגנט מזרם חשמלי (דבר שהיה ידוע אז). בעקבות תגליתו הצליח לבנות גנרטור שהיה עשוי לוח נחושת עגול הסובב בכח מכני בין קטבי מגנט פרסה. דרך מספר חיבורים חשמליים במרכזו ובהיקפו של לוח הנחושת הצליח פאראדיי להפיק זרמים חשמליים חלשים.

דינמו
דינמו (Dynamo) גנרטור עושה שימוש בעקרונות האלקטרומגנטיות להמרת תנועה מכנית סיבובית לזרם חילופין. הדינמו היה הגנרטור החשמלי הראשון שהיה מסוגל לספק חשמל לצריכה. גם במאה ה-21 מסופקת רוב צריכת החשמל בעולם על ידי דינמו גנרטורים.

הדינמו הראשון נבנה בידי צרפתי בשם , שעסק בתכנון ובבניית מכשירים. רעיון הגנרטור הראשון של פאראדיי שוכלל על ידי פיקסי, שהשתמש במגנט קבוע הסובב על ציר. המגנט הוצב כך שקטביו יעברו תוך כדי סיבובם בסמוך לליבת ברזל המלופפת בתיל מוליך. פיקסי גילה כי בכל פעם שאחד מקטבי המגנט חולף ליד התיל מורגשת בין קצות התיל פעימה של מתח חשמלי, וכי קוטביות הפעימה מתהפכת בהתאם לקוטב המגנט (צפוני או דרומי) החולף בסמוך לתיל. כך יוצר לראשונה מתח חילופין. על מנת לקבל ממתח זה זרם ישר המציא פיקסי מחלף זרם (קומוטטור) – התקן מכני הגורם לכך שכל אחד מזוג תיילי הזינה המספקים את הזרם ליעדו יחובר בכל מחצית סיבוב של המגנט אל קצה אחר של התיל המלופף. באופן זה בדיוק כאשר מתהפכת קוטביות המתח בקצות התיל המלופף מתהפך גם כיוון החיבור שלו אל תיילי הזינה כך שכיוון הזרם דרכם נשמר.

דינמו ידליק
בין השנים 1852–1854 פיתח המדען ההונגרי אניוש יֶדליק גנרטור בו את מקום המגנט הקבוע החליף אלקטרומגנט.

דינמו גרם
התכנון של ידליק, ושל ורנר פון סימנס ווויטסטון שבאו אחריו, היה בעייתי שכן תפוקת הגנרטור בכל מחזור סיבוב הייתה בצורת קפיצה חדה של זרם כשלאחריה לא כלום.

מדען איטלקי ששמו אנטוניו פצ'ינוטי הצליח לשפר את צורת הגל החשמלי ולהאריך את משך התפוקה החשמלית בכל מחזור סיבוב, תוך שימוש בצורת ליפוף טורואידלית. הוא השיג צורה זו באמצעות כיפוף טורואידלית של טבעת ברזל. בצורת ליפוף זו גדל משך השהות של המוליך המלופף מול קטבי המגנט.

זנוב גרם, מהנדס חשמל בלגי, התבסס על אותו רעיון של פצ'ינוטי כמה שנים מאוחר יותר בעת שתכנן מפעל לייצור חשמל בפריז בשנת 1870. התכנון שלו קרוי עד היום דינמו גרם.

גרסאות שונות של התכנון הזה נבנו מאז ועד היום, אך העיקרון המרכזי בכולם הוא צורת ליפוף טורואידלית של סליל תיל סגור, חסר קצוות.

דיזל-גנרטור 
דיזל-גנרטור הוא גנרטור המונע באמצעות מנוע דיזל. הפעלת גנרטורים באמצעות מנוע דיזל מאפשרת גמישות רבה בשינועם ובמיקומם, ובכך לספק חשמל ללא תלות בחיבור לתחנת כוח. דיזל-גנרטורים מיוצרים בהספקים הנעים מקילוואטים בודדים ועד למאות קילוואטים. בהספקים נמוכים קיימים דיזל-גנרטורים חד-פאזיים (המכונים בסלנג "פק-פק"), ובהספקים שמעל 10 קילוואט הגנרטורים על פי רוב תלת-פאזיים.

ראו גם
טורבינה

קישורים חיצוניים 

 

ייצור חשמל
מנועים
הממלכה המאוחדת: המצאות