גנרטור (בעברית=מחולל) משמש לכינוי יחידה המייצרת אנרגיה, תוך שימוש באנרגיה מסוג אחר. לדוגמא, במנועי קיטור (בעבר טכנולוגית הקיטור הייתה טכנולוגיה דומיננטית בתעשייה ובמנועים), היחידה שממירה אנרגית חום לקיטור (לחץ אדים) מכונה "גנרטור קיטור" (steam generator). כיום, השימוש הנפוץ והשגור במילה גנרטור הוא לתיאור יחידה המנצלת אנרגיה קינטית לייצור חשמל.
גנרטור אדים (מקור התמונה מויקיפדיה).
אלטרנטור הוא מקרה פרטי של גנרטור. כשמו כן הוא, אלטרנטור (Alternator) הוא גנרטור שהתוצר החשמלי שלו הוא זרם חילופין (Alternating Current = AC). לא ברור? לא כי זה מסובך, פשוט צריך קצת רקע על מה זה חשמל ואיך מייצרים אותו. אני אנסה להסביר בקצרה, תוך מתן הפניות לעמודים באתר דוידסון המרחיבים על תתי הנושאים השונים.
הבסיס להבנה איך נוצר חשמל טמון בתיאוריה המגדירה את הקשר בין חשמל ומגנטיות, המבוססת על "חוק פאראדיי". שינוי של שדה מגנטי גורר שדה חשמלי, ושינוי של שדה חשמלי גורר שדה מגנטי. כלומר, חשמל ומגנטיות נחשבים כשני היבטים של אותו כוח, הכוח האלקטרומגנטי.
הקשר בין חשמל ומגנטיות נוסח במשוואות מקסוול, לפיהן: תיל מוליך בו זורם זרם חשמלי מפיק שדה מגנטי העוטף את התיל באופן מעגלי; לולאת תיל מוליך בה זורם זרם חשמלי מפיקה שדה מגנטי בדומה למוט מגנטי; שדה מגנטי ישר משתנה מפיק שדה חשמלי סיבובי. שלושת ה"חוקים" האלו עשויים להישמע קצת מוזרים למי שנתקל בהם בפעם הראשונה, אבל ניתן להסיק מהם שתי מסקנות פשוטות: 1. אם ניצור תנועה יחסית בין מגנט לתיל מוליך, כך שהשדה המגנטי שהתיל נמצא בו משתנה, אנו ניצור בתוך התיל זרם חשמלי. זהו העיקרון שמאפשר ייצור חשמל. 2. באמצעות זרם חשמלי ניתן ליצור שדה מגנטי. זהו העיקרון מאחורי מנגנון הפעולה של מנוע חשמלי.
ייצור חשמל בגנרטור פשוט מבוסס על יצירת תנועה יחסית מעגלית בין מגנט לסלילים של תיל מוליך. לאור זאת, בחצי מכל סיבוב השינוי בשדה המגנטי הוא מקוטב צפוני לדרומי, ובחצי השני של הסיבוב השינוי הוא בחזרה מקוטב דרומי לצפוני. לכיווניות השינוי בשדה המגנטי שהסלילים "חשים" יש השפעה על כיווניות הזרם החשמלי שנוצר בהם. מסיבה זו, ברירת המחדל של התוצר החשמלי של גנרטור המבוסס על תנועה סיבובית, היא זרם חילופין המשתנה לפי סינוס זוית החיתוך של התיל והשדה המגנטי; או במילים אחרות זרם חשמלי שמשנה את כיווניותו בכל חצי מחזור סיבוב.
סכימה של עיקרון פעולת האלטרנטור: מגנט הממוקם בין תיילים מוליכים מסתובב על צירו כך שהשדה המגנטי בו נמצאים התיילים משתנה ונוצר בהם זרם חשמלי. מקור התרשים מויקיפדיה.
כאשר אנו משתמשים בסוללה כמקור מתח, אנו מקבלים הזנה של זרם ישר (Direct Current = DC) – אשר פועל באופן רציף באותו כיוון. ניתן לקרוא באתר עוד על מאפייני זרם החילופין, על יתרונות ושימושי סוגי הזרמים, על הקשר הגיאומטרי בין כיוונית השדה המגנטי לכיווניות הזרם החשמלי, ועוד הסבר טוב באנגלית על זרם ישר וזרם חילופין.
למרות שגם בתחנות כח של חברת החשמל הגנרטורים הם אלטרנטורים, בשפה השגורה "אלטרנטור" משמש בדרך כלל לכינוי מחולל הזרם החשמלי במכונית. האלטרנאטור במכונית מקבל אנרגיה קינטית מהמנוע ע"י חגורה המקשרת בין ציר המנוע לציר האלטרנטור. זרם החילופין שנוצר "מיושר" ע"י מערכת דיודות כדי שיוכל לטעון את המצבר של המכונית, אשר בתורו מספק חשמל בצורת זרם ישר לכל מערכות המכונית.
דניאל בן הלוי
דוקטורנט, המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
