مبادئ عمل المحولات
المبادئ الحاكمة في عمل المحولات، تستخدم المحولات الكهربائية في أغلب الأجهزة الكهربائية المنزلية وحتى في خطوط النقل والتوزيع، حيث أن المحولات المنزلية صممت لتناسب كهرباء 1 فاز، بينما المحولات الخارجية الموجودة على الأعمدة محولات 3 فاز.
سنتعرف في هذا المقال على أسس المبادئ الحاكمة في عمل المحولات.
المحولات الكهربائية
المحولات الكهربائية أنواعها ومكوناتها، تعتبر المحولات الكهربائية من إحدى العناصر الكهربائية والإلكترونية المهمة والتي تستخدم في العديد من التطبيقات المختلفة وذلك لرفع أو خفض الجهد والتيار الكهربائي.
حيث بدأت الحاجة لاستخدامه في محطات التوليد لرفع الفولتية لقيم محددة، وذلك لضرورة نقل الطاقة لأقل فقد وتكاليف ولتقليل حجم الموصلات في الشبكة، وتستخدم لتغذية أحمال كهربائية بفولتية مناسبة.
تابعوا معنا هذا المقال لمعرفة المحولات الكهربائية أنواعها ومكوناتها.
ما هو المحول الكهربائي ووحدة قياسها
هو جهاز كهربائي يستخدم لنقل الطاقة الكهربائية من دارة لأخرى بالتردد نفسه مع رفع أو خفض الفولت والأمبير، ويقاس بوحدة الهنري H.
مكونات المحولات الكهربائية
- القلب الحديدي: هو عبارة عن مجموعة من صفائح رقيقة من الحديد المغناطيسي يتراوح سمكها ما بين (0.35mm) إلى (0.5mm)، وتعزل عن بعضها للتغلب على ظاهرة التيارات الدوامية، ويتم تجميع وضغط الصفائح مع بعضها بواسطة براغي ليشكل ممر لخطوط التدفق المغناطيسي.
- الملفات النحاسية: تتكون من:
- الملفات الابتدائية: هي عبارة عن سلك نحاسي ملفوف ومعزول، وتوصل بالمصدر الكهربائي مباشرة.
- الملفات الثانوية: عبارة عن سلك نحاسي ملفوف ومعزول، وتوصل الحمل الكهربائي أو إلى دائرة القنطرة.
مبدأ عمل المحول الكهربائي
عند توصيل الملف الابتدائي للمحول بالمصدر الكهربائي، فإن التيار المتناوب يمر فيه مكون تدفق مغناطيسي يقطع الملف الثانوي عن طريق الدارة المغناطيسية المكونة من القلب الحديدي، نتيجة لذلك سيتولد قوة كهربية، يمكن عن طريقها نقل الطاقة والقدرة للدارة الموصلة في هذا الملف (دائرة الحمل).
ملاحظة: يعتمد مقدار القوة الدافعة في المحولات بشكل رئيسي على عدد اللفات في كل ملف.
أنواع المحولات الكهربائية
- المحولات الرافعة للجهد (Step-Up Transformer)
خصائصها:
- عدد لفات الملف الابتدائي أقل من عدد لفات الملفات الثانوية.
- جهد الملف الابتدائي أقل من جهد الملف الثانوي.
- التيار المار في الملف الابتدائي أكبر من تيار الملف الثانوي.
- المحولات الخافضة للجهد (Step-Down Transformer)
خصائصها:
- عدد لفات الملف الابتدائي أكثر من عدد لفات الملفات الثانوية.
- جهد الملف الابتدائي أكبر من جهد الملف الثانوي.
- التيار المار في الملف الابتدائي أقل من تيار الملف الثانوي.
استخدامات المحول الكهربائي
- محطات التوليد.
- شبكات النقل.
- شبكات التوزيع.
- لتغذية الأجهزة الكهربائية.
- شبكات المصانع الكبية والمتوسطة.
- اللوحات الإلكترونية.
مزايا المحول الكهربائي
- يمكن تصميمه بقدرات مختلفة بسهولة.
- يعمل على رفع أو خفض الجهد الكهربائي المتردد.
- يستخدم في أنظمة التيار المتردد مباشرة.
نكون قد وصلنا لنهاية مقال المحولات الكهربائية أنواعها ومكوناتها.
لماذا تلف الملفات حول قلب حديدي
لماذا تلف الملفات حول قلب حديدي، لعل البعض لا يعلم دور القلب الحديدي في المحول الكهربائي، فقد جئنا بكم بمعلومات ترتكز عن أهمية لف الملفات حول القلب الحديدي.
فكرة عمل المحولات الكهربائية
بداية نعلم جميعنا أن فكرة عمل المحولات الكهربائية بكافة أنواعها مبنية على قوانين فاراداي للكهرومغناطيسية.
إذ أنه عند مرور تيار متردد AC في الملفات الابتدائية (بالإنجليزية: Primary Winding)، فإن مجالاً مغناطيسياً متردداً ينشأ بحسب قانون فاراداي الأول، والسبب في النشوء هو حركة الشحنات الكهربائية سواء كانت هذه الشحنات نتيجة حركة الإلكترونات حول الذرات كما في المغناطيس الدائم أو الكهربائي.
وينشأ عن المجال المغناطيسي المتردد خطوط فيض ذات قوة متغيرة بالقلب الحديدي للمحول، فتقطع هذه الخطوط الملفات الثانوية مسبباً في توليد جهد متردد عن طريق الحث الكهرومغناطيسي بحسب قانون فاراداي الثاني (قانون الحث)
لماذا تلف الملفات حول قلب حديدي
إن عدد اللفات ليست العنصر الوحيد الذي يتحكم في قيمة الجهد المتولد بالحث في الجانب الثانوي، بل يوجد أيضاً درجة الارتباط المغناطيسي بين الملفين، حيث يرتفع الجهد المتولد في الملف الثانوي بالحث كلما كان النسبة بين الملفين أكبر، وهذا يتم بطريقتين: بزيادة تقارب الملفين بدرجة أكبر من بعضهما، أو بوضع قلب حديدي بينهما بدلاً من الهواء.
ولكن ماذا يحدث عند وضع الملفين بشكل مفصول عن بعضهما في الهواء؟
الجواب هو أن قيمة الجهد الناتجة خلال الملف الثانوي تكون قليلة جداً، وذلك لأن الملفين متباعدين وبينهما هواء، لكن إذا تم وضع الملفين بشكل متداخلين فإن الجهد المتولد في الملف الثانوي يزيد.
إثبات عمل تأثير القلب المغناطيسي
يمكن إثبات حقيقة تأثير القلب المغناطيسي للمحولات بتجربة بسيطة بالاعتماد على مصباح وملف ثانوي، وملاحظة مدى شدة إضاءة هذا المصباح عند تباعد الملفين بمسافة معينة بينهما هواء، وشدته عند وضع قلب حديدي.
حيث نلاحظ في الحالة الأولى وعند وجود ملفين يعزل بينهما هواء أن شدة الإضاءة تكون ضعيفة.
بينما في الحالة الثانية عند لف اللفات حول قلب حديدي نلاحظ أن شدة الإضاءة تكون عالية السطوع، مما يدل ذلك على زيادة الجهد المتولد بالحث في الجانب الثانوي رغم ثبات عدد اللفات والمسافة في الحالتين.
تركيب المحولات الكهربائية
تعرفنا في مقال تركيب المحول الكهربائي بأن المحول يحتوي على الأجزاء الأساسية التالية: الملف الإبتدائي- الملف الثانوي- القلب الحديدي.
والفرق الجوهري بين تركيب المحول 3 فاز و1 فاز، هو أن محول 3 فاز يحتوي على ثلاثة ملفات إبتدائية وثلاثة ملفات ثانوية، ويتم التوصيل على شكل دلتا أو ستار حسب نوع واستخدام المحول، بينما المحول 1فاز يحتوي على ملفين فقط (إبتدائي وثانوي).
المبادئ الحاكمة في عمل المحولات
تعتمد فكرة عمل المحولات على قوانين فارادي للكهرومغناطيسية، فعند مرور تيار متردد AC في الملفات الإبتدائية، فإن مجالا مغناطيسياً متردداً ينشأ بالتبعية (قانون فارادي الأول).
والسبب في نشوء هذا المجال هو حركة الشحنات الكهربائية سواء كانت هذه الشحنات نتيجة حركة الإلكترونات حول الذرات كما في المغناطيس الدائم، أو كانت نتية حركة الشحنات في التيار الكهربائي كما في المغناطيس الكهربائي.
في كل الأحوال يمكن القول أن المجال المغناطيسي في مكان ما ناشئ عن حركة شحنات كهربائية مجاورة.
والمجال المناطيسي المتردد ينشأ عنه مرور خطوط الفيض ذات قوة متغيرة بالقلب الحديدي للمحول، فتقطع هذه الخطوط الملفات الثانوية، ومن ثم ينشأ فيه جهد كهربائي، وذلك حسب قانون فارادي الثاني (قانون الحث).
أي أن المجال المغناطيسي الناشئ من الملف الإبتدائي يتسبب في توليد جهد في الملف الثانوي عن طريق ما يسمى بالحث الكهرومغناطيسي، حيث يتسبب المجال المغناطيسي المتغير في تحريك الشحنات بالملف الثانوي، (تذكر أن التيار الكهربائي ليس إلا شحنات كهربائية متحركة).
يسعدنا زيارتكم صفحاتنا على مواقع التواصل الاجتماعي حيث نقوم بنشر عروض حصرية على موقعنا الالكتروني.
صفحتنا علي الفيسبوك هنا.
حسابنا على تويتر هنا.
