بسم الله
المحولات
TRANSFORMERS
الحاجة للمحولات
سبق وأن تحدثنا عن البطاريات كأحد مصادر الطاقة أو القوة الدافعة الكهربية أو الجهد الكهربي
والمحولات ليست من مصادر الطاقة ولكنها محول للطاقة من شكل إلى شكل أخر حسب متطلبات الحالة
محطات توليد الطاقة وجدت أن أفضل جهد من الناحية الاقتصادية هو توليد الجهد VAC..5KV ووجدوا أبضاً أن نقل الطاقة عبر الأسلاك لمسافات بين المدن تكون VAC..22KV كأفضل جهد اقتصادياً ثم بين الأقطار تكون فوق VAC…35KV ووجدوا أبضاً أن أفضل جهد منزلي هو الجهد VAC..220V وبعض الدول وجدت أن ال VAC..110V هو أكثر أمناً
والأجهزة المنزلية منها ما يعمل على VAC..220V مباشرة ومنها ما يعمل على دون ذلك كالراديو مثلاً
ومن أجل التغيير من جهد إلى جهد فنحن بحاجة إلى المحولات سواء الرافعة للجهد أو الخافضة للجهد
القدرة الكهربية
قانون أوم السابق V = I x R تعرض للعلاقة بين الجهد والتيار والمقاومة وهو قانون أساسي جداً في الهندسة الكهربية واشتقت منه بقية القوانين وما يهمنا هنا القدرة فما هي القدرة الكهربائية
القدرة الكهربائية: هي معدل تحول الطاقة الكهربائية داخل الدائرة الكهربائية إلى أي شكل آخر من أشكال الطاقة سواء طاقة ميكانيكية أو طاقة حرارية أو طاقة مخزنة داخل مجال كهربائي أو مجال مغناطيسي
و القدرة كمية و وحدة قياسها هي
واط (وات) و تحسب القدرة الكهربائية حسب
قانون جول : P = V x I حيث
P تعني القدرة وتمييزها W واط أو وات
V تعني فرق الجهد وتمييزه V فولت
I يعني التيار المار في الدائرة وتمييزه A أمبير
المحول: Transformer
هو جهاز مؤلف من ملفين من الأسلاك المنفصلة الملفوفة حول صفائح من الحديد المطاوع
يسمى الطرف المرتبط بالمولد الكهربي (مصدر الجهد) بالملف الإبتدائي بينما الطرف المرتبط بالحمل يسمى الثانوي.
يستخدم المحول لتغيير قيمة الجهد الكهربي في نظام نقل الطاقة الكهربائية الذي يعمل على التيار المتردد حيث لا يمكن أن يعمل المحول في أنظمة التيار المستمر.
فإذا كان جهد الطرف الثانوي أقل من جهد الإبتدائي كان المحول خافضا للجهد
أما لو كان جهد الثانوي أعلى من جهد الإبتدائي كان المحول رافعا للجهد
مبدأ عمل المحول الكهربي
يقوم مبدأ عمل المحول الكهربي على قانون فرداي للحث الكهرومغناطيسي الذي ينص على أن قيمة القوة المحركة الكهربائية (الجهد الكهربائي) تتناسب طرديا مع معدل تغير التدفق المغناطيسي . لهذا السبب فإن المحول لا يعمل في أنظمة التيار المستمر لإن التيار المستمر يخلق مجالا مغناطيسيا ثابتا مقدار تغيره يساوي الصفر فلا يمكن خلق جهد كهربي حينها بطريقة الحث و هذا أحد الأسباب الرئيسية لتفضيل التيار المتردد على المستمر حيث التيار المستمر لا يوجد له طريقة عملية واقتصادية لتحويل قيمة الجهد .
حينما يسري تيار كهربائي في لفات الطرف الإبتدائي ينتج فيض مغناطيسي و بما أنه لا يوجد أي اتصال أو تلامس بين الطرفين الإبتدائي و الثانوي فإن الفيض المغناطيسي يسري في دائرة مغناطيسية بين الطرفين و وقتما يصل الفيض لملفات الطرف الثانوي يبدأ جريان تيار في هذه اللفات
وهنالك العديد من القوانين والمسائل الخاصة بتحديد عدد لفات الإبتدائي والثانوي في المحولات وكذلك حجم القلب الحديدي ونوعه وشكله وسمك السلك ونوعه وطريقة اللف وجميع هذه الأمور من اهتمام الهندسة الكهربية وليس الإلكترونية ونحن سوف نتعرض فقط لما يهمنا فقط في المحول والمستخدم للتحويل من الجهد VAC = 220 إلى ما دون ذلك ويعمل على تردد H = 50Hz أي المحول الخافض
القلب الحديدي:
ووظيفته تجميع خطوط الفيض المغناطيسي وعدم تشتيتها وكلما كان زمن البقاء المغناطيسي لمعدن القلب قريباً من زمن نصف دورة التردد كلما كان أفضل وقل الفقد
السلك:
يصنع من النحاس المطلي بالورنيش ليكون معزولاً حيث يعتمد طول السلك على عدد اللفات وعدد اللفات يعتمد على قيمة جهد الملف أما سمك السلك فيعتمد على قيمة التيار المار في دائرته
وتكون قدرة الملف الابتدائي مساوية لقدرة الملف الثانوي مطروحاً منها المفاقيد بسبب التيارات الدوامية أو الإعصارية وغير ذلك وعند إهمال الفقد يحقق المحول المعادلات التالية:
قدرة الدخل = قدرة الخرج
التيار في الملف الإبتدائي مضروباً في الجهد على طرفيه = يساوي التيار في الملف الثانوي مضروباً في جهد الخرج وبصيغة أخرى I in X V in = I out X Vout
مثال:
استخدم المصمم عدد 2000 لفة للملف الإبتدائي لمحول خافض جهد خرجه VOUT = 12V وتياره I OUT = 1.5A
احسب تيار الملف الإبتدائي واحسب عدد لفات الثانوي
بالتعويض المباشر في المعادلة I in X V in = I out X Vout نجد أن IX220=1.5X12
اذاً I in = 18 مقسومة على 220 Iin =82 mA
وعدد لفات الثانوي تساوي 109 لفة
ومن خلال هذه المعادلة نجد أن تيار الملف الإبتدائي في المحولات الخافضة أقل, مما يستلزم سلكاً أرفع من سلك الملف الثانوي وفي نفس الوقت يكون عدد لفات الإبتدائي أكبر من عدد لفات الثانوي وبالتالي يكون ملف الابتدائي أطول من ملف الثانوي
إذاً الإبتدائي سلك أطول وأرفع فتكون مقاومته أعلى
الثانوي سلك أقصر وأسمك فتكون مقاومته أقل
والعلاقة بين طول السلك وسمكه ومقاومته هي التي تهمنا من كل ما سبق
ملاحظة: استعنت بموقع ويكيبيديا ... يمكنك الضغط وتتبع الروابط
المحولات الكهربائية
