يمكن تحويل محرك تيار مستمر إلى مولد تيار مستمر، ويعتمد هذا التحويل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، وهو قانون فيزيائي أساسي يوحد آليات تشغيل المحركات والمولدات (قانون فاراداي وقانون لينز). في الواقع، تشترك معظم محركات ومولدات التيار المستمر في بنية أساسية متطابقة (مثل: الجزء الثابت، والدوار، والمبدل، والفرش)، ويكمن اختلافها الوظيفي فقط في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية (المحرك) أو تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية (المولد). فيما يلي شرح مفصل لشروط التحويل ومبادئه والاعتبارات الرئيسية:

1. المبدأ الأساسي: عكس اتجاه تحويل الطاقة

يعتمد تشغيل محركات التيار المستمر والمولدات على "قابلية عكس الآلات الكهرومغناطيسية":

• كمحرك تيار مستمر: عند توصيله بمصدر طاقة تيار مستمر، يتفاعل المجال المغناطيسي للجزء الثابت (من المغناطيسات الدائمة أو ملفات المجال) مع ملفات الدوار الحاملة للتيار، مما ينتج عزم دوران كهرومغناطيسي يدفع الدوار إلى الدوران (طاقة كهربائية → طاقة ميكانيكية).

كمولد تيار مستمر: لتحويله، يلزم إدخال طاقة ميكانيكية لتدوير الدوار (مثلاً، عبر توربين أو محرك أو كرنك يدوي). عندما تقطع لفات الدوار خطوط القوة المغناطيسية من الجزء الثابت، تتولد قوة دافعة كهربائية (EMF، أو "قوة دافعة كهربائية عكسية" في المحركات) في اللفات. ثم يقوم المبدل (وهو مكون رئيسي) بتحويل القوة الدافعة الكهربائية المتناوبة في لفات الدوار إلى تيار مستمر (DC) عبر الفرش، مُكملاً بذلك عملية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

2. الشروط الأساسية للتحويل

لكي يعمل محرك التيار المستمر كمولد تيار مستمر، يجب استيفاء ثلاثة شروط أساسية (وهذه هي أيضًا المتطلبات الأساسية لأي مولد لإنتاج الكهرباء):

(1) المجال المغناطيسي (إثارة الجزء الثابت)

يجب أن يوفر الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا مستقرًا. يعتمد ذلك على التصميم الأصلي للمحرك:

محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم (PMDC): لا حاجة لخطوات إضافية. توفر المغناطيسات الدائمة المدمجة في الجزء الثابت المجال المغناطيسي اللازم للحث.

محركات التيار المستمر ذات الإثارة المنفصلة / محركات التيار المستمر ذات اللفائف المتفرعة: يجب إثارة ملفات مجال الجزء الثابت (التي كانت تُغذى في الأصل بالتيار المستمر لإنشاء مجال مغناطيسي). هناك طريقتان للقيام بذلك: الإثارة الذاتية: بعد بدء دوران الجزء الدوار، تُحفز المغناطيسية المتبقية الصغيرة في قلب الجزء الثابت الحديدي قوة دافعة كهربائية ضعيفة فيه. تُعاد هذه القوة الدافعة الكهربائية إلى ملفات المجال لتعزيز المجال المغناطيسي، مما يُولّد في النهاية خرجًا مستقرًا. الإثارة الخارجية: إذا لم يكن للجزء الثابت أي مغناطيسية متبقية (مثلًا، بسبب الخمول طويل الأمد)، فوصل ملفات المجال بمصدر طاقة تيار مستمر خارجي مؤقتًا "لمغنطة" الجزء الثابت. بمجرد تثبيت المغناطيسية المتبقية، انتقل إلى الإثارة الذاتية للتشغيل المستمر.

ملاحظة: محركات التيار المستمر الملفوفة على التوالي (مثل تلك المستخدمة في المركبات الكهربائية القديمة) غير مناسبة للتحويل. لأن لفاتها الميدانية متصلة على التوالي مع الدوار، ويصعب تحقيق الإثارة الذاتية، إذ غالبًا ما تتطلب إثارة خارجية، ويكون جهد خرجها غير مستقر.

(2) دائرة الحمل (مسار الإخراج الكهربائي)

يجب توصيل حمل (مثل مقاومة، أو مصباح كهربائي، أو بطارية للشحن) بأطراف المحرك (حيث كان يُدخل التيار المستمر في الأصل). هذا يُوفر مسارًا لتدفق التيار المُستحث - فبدون حمل، سيُولّد المحرك جهد دائرة مفتوحة فقط، دون طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.

3. خطوات التحويل العملية (مع أخذ محرك PMDC صغير كمثال)

إن تحويل محرك تيار مستمر صغير شائع (على سبيل المثال، 6 فولت/12 فولت، المستخدم في السيارات أو المراوح التي يتم التحكم فيها عن بعد) إلى مولد كهربائي أمر بسيط ولا يتطلب أي تعديلات على المحرك نفسه:

(1) افصل المحرك عن مصدر الطاقة المستمر: قم بإزالة الأسلاك التي كانت تزود المحرك بالكهرباء في الأصل.

(2) قم بتوصيل الحمل بأطراف المحرك: استخدم الأسلاك لتوصيل طرفي المحرك بالحمل (على سبيل المثال، مصباح كهربائي 12 فولت، أو فولتميتر لقياس الناتج، أو بطارية قابلة لإعادة الشحن مع الصمام الثنائي لمنع التيار العكسي).

(3) إدخال الطاقة الميكانيكية لتدوير الدوار: استخدم كرنكًا يدويًا أو نظام بكرة أو محركًا صغيرًا لتدوير عمود المحرك بسرعة ثابتة.

(4) التحقق من الإخراج: إذا كان الحمل عبارة عن مصباح كهربائي، فسوف يضيء؛ إذا كنت تستخدم مقياس الفولتميتر، فستشاهد قراءة جهد التيار المستمر (متناسبة مع سرعة الدوران).

4. الاختلافات الرئيسية بين المولد المحول والمولد DC المصمم خصيصًا على الرغم من أن التحويل ممكن، إلا أن محرك DC المحول لديه قيود مقارنة بالمولد المصمم لتوليد الطاقة.

الخاتمة باختصار:

• يمكن تحويل محرك التيار المستمر إلى مولد تيار مستمر لأنهما يشتركان في نفس البنية الكهرومغناطيسية ويعتمدان على تحويل الطاقة العكسي (الحث الكهرومغناطيسي).

• يتطلب التحويل ثلاثة شروط فقط: مجال مغناطيسي ثابت للجزء الثابت (إثارة)، والدوران الميكانيكي للجزء الدوار، والحمل المتصل.

• على الرغم من إمكانية استخدامها في التطبيقات صغيرة الحجم ومنخفضة الطاقة (على سبيل المثال، مشاريع DIY، الطاقة الطارئة للأجهزة الصغيرة)، فإن المحركات المحولة غير مناسبة لتوليد الطاقة العالية أو طويلة الأمد - مولدات التيار المستمر المصممة خصيصًا أكثر موثوقية وكفاءة لمثل هذه السيناريوهات.