المحولات -الترانسفورمر- والدوائر الإلكترونية

[ماجد عباس محمد]

المحولات:
المحولات هى وسيلة لتحويل الطاقة من حالة لأخرى على نفس الصورة لتلاءم حمل معين أو استخدام ما.
فالمحول الكهربى يحول الطاقة الكهربية من فولت و أمبير إلى فولت آخر وتيار آخر، و الميكانيكى من قوة وسرعة لقوة أخرى و سرعة أخرى ولكن لا يحولها مثلا من كهرباء لميكانيكا أو غير ذلك، فتلك لها أسماء أخرى مثل الحساسات و المحركات و غيرها من الأسماء.
وقد تظن عزيزى القارئ أنها تلك الأجسام المملوءة بالحديد، و لك الحق لشهرتها لكنها ليست الوحيدة.
فى الصوتيات مثلا، نجد أن البوق الملحق بالمذياع هو فى الواقع محول صوتى لتوفيق معاوقة الهواء وهى 41 أوم للمذياع لزيادة كفاءته،


وفى هوائى الرادار أو الأقمار الصناعية و الميكرو ويف عموما نجد Feed Horn أو قمع التغذية لنفس السبب.


و ستتعجب لو علمت أن الفوهات الضيقة أو الواسعة فى الموائع (سوائل أو غازات) تقوم بنفس الفكرة، وعلبة التروس فى الميكانيكا (فتيس أو ناقل السرعة فى السيارة) كلها صور متنوعة لأداء واحد، و إنما الاختلاف فقط بسبب تغير الوسط.

إذن ما هى المحولات؟
المحول هو وسيلة لتحويل الطاقة المارة من صورة لأخرى، و بمعنى أدق تزيد القوة على حساب السرعة أو العكس. فى الكهرباء الفولت هو القوة الدافعة الكهربية و السرعة هى للإلكترونات أى التيار، وفى الموائع سواء غاز أو سائل يكون الضغط مع معدل السريان و فى الموجات اللاسلكية المركبة الكهربية و المركبة المغناطيسية للموجة.
طبعا هناك أنواع عديدة من المحولات ولكننا هنا نقصر دراستنا على ما له علاقة بالدوائر الإلكترونية أما وحدات القدرات العالية و متعدد الأوجه (الفازات) فهذا مجال الهندسة الكهربية.

هناك قاعدة عامة أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم
إذن طاقة الدخول = طاقة الخروج لا تزيد إحداها ولا تقل
لكن قبل أن تعترض، طاقة الخروج عادة تتشتت فى أكثر من مسار مما يجعل طاقة الخروج المستفادة أقل من طاقة الدخول.
هذا يقودنا لتعريف ما يسمى "كفاءة التحويل" أو :كفاءة المحول" أو يكفى "الكفاءة" وهى ببساطة: كم من جملة الطاقة التى تدخل، أستطيع الاستفادة منها فى الخرج.
الكفاءة = طاقة الخرج المستفادة ÷ طاقة الدخول المستهلكة.
بالنسبة للكهرباء، يجب أن نتعامل مع الجهد والتيار. ولنقل التيار بدون توصيل، فأحد الوسائل هى المجال المغناطيسى، إذن نحول التيار إلى مجال مغناطيسى و نتقبله قى الجهة الأخرى بالصورة التى نحب.
لكن كلنا نذكر تلك التجربة البسيطة عن المغناطيس والملف المتصل بمقياس حيث لم يكن يمر تيار إلا عندما يتحرك المغناطيس، وأن التيار المتولد يزداد مع زيادة سواء السرعة أو المعدل (التردد)


كل هذه الأمور تضع لنا التصور كيف يجب أن يتركب المحول
ملف يدخل فيه التيار ليولد مجال مغناطيسى وآخر يتأثر بهذا المجال ليولد تيار الخرج
آه - لا تنسى أن التيار الداخل يجب أن يتغير باستمرار بدلا من جعل الملف هو الذى يتحرك - أليس كذلك؟
حسنا المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن تركيبه

روابط ملفات PDF:
4shared


DropBox

[eslam201033]

[سعيد قادر]

فعلا مواضيع استاذ ماجد مميزة جزاك الله كل الخير

[ماجد عباس محمد]

أشكركم و أرجو من الله أن أكون عند حسن ظنكم

[ماجد عباس محمد]

الشرح السابق وضع لنا تصور لتركيب المحول بأن يكون ملف متصل بالمصدر الكهربى المتغير (الأزرق) و حوله ملف أخر (البرتقالى) ليتلقى منه المجال المغناطيسى المتولد(الأخضر). حسنا لكى نستطيع أن نحافظ على تغير المصدر يجب أن يزيد و ينقص ولكى نعرف طبيعة هذا الجهد والتيار المار يفضل أن يكون متردد فتكون بذلك خواصه محددة.
لزيادة المجال أو الفيض المغناطيسى يفضل وضع مادة ذات ممانعة مغناطيسية أقل من الهواء فتزداد خطوط المجال و تنتقل طاقة أكثر، وهو قضيب الحديد.


الحديد بهذه الصورة سيزيد المجال و يحسن الأداء لكن كلما زادت خطوط المجال زادت كفاءة النقل و لزيادة هذه الخطوط نقلل من ممانعة مسارها أى نقلل من المسار فى الهواء، لذا يجب أن يكون المسار المغناطيسى مغلق أيضا. لهذا فالحديد يصنع بهذه الصورة


حيث يكون بصورة تمثل مسار مغلق.
لكن الحديد بهذا الحجم يمثل أيضا ملف ثانوى يمر فيه تيار يسبب تسخين للحديد و يشكل فقد كبير للطاقة!
لهذا يصنع الحديد عادة من شرائح و تعزل عن بعضها بالورنيش أو ورق عازل أو طبقة من السيلكون و يسمى حديد سيليكونى كما بالصورة.

كيف نحسب القدرة التى يمكن نقلها؟
ببساطة كلما زادت خطوط المجال المغناطيسى زادت بالتبعية الطاقة التى يمكن نقلها و عدد هذه الخطوط يتناسب مع عدد اللفات مضروبا فى قيمة التيار المار.
هذه هى القوة التى تولد المجال لكن عدد الخطوط فى الهواء أقل منها فى الحديد لأن للحديد ممانعة أقل، لذا تزداد هذه الخطوط بنسبة تعتمد على نوع هذا الحديد نسميها النسبية و بضربها فى قيمة الهواء نحصل على المطلقة وهى أقصى عدد للخطوط لكل سم مربع بدون تشبع.
هكذا نجد أن القدرة لها علاقة بهذه القيمة مضروبة فى مساحة مقطع الحديد، فكلما زاد مقطع الحديد تمكن من تحمل المزيد من الخطوط و مزيد من الطاقة.

كيف نحسب الفولت المناسب لكل لفة؟
اللفة هى ملف و لها حث و معاوقة و من قانون أوم نجد أن
الفولت = التيار × المعاوقة
حيث التيار هو الكافى لتمرير الخطوط السابق الحديث عنها
المعاوقة هى 2 × ط × التردد × الحث
حث الملف يعتمد على أبعاد هذه اللفة
مما سبق نجد أن المعادلة للفولت

V=4.44*F*N**A*10-4
4.44 × 10-4 هو ثابت ناتج من التعويض بقيم الحث للملف و باقى الثوابت السابق ذكرها
F التردد ذ/ث
N عدد اللفات للملف
للحديد المستخدم
A مساحة مقطع الحديد

وهذه هى المعادلة العامة التى سنستخدمها فى حساب المحولات.
طبعا قد ترى أنها معقدة و بها كثير من القيم الغير مرغوبة، لكن لحسن الحظ بنظرة فاحصة تجد أنها ابسط مما تتصور فلا يوجد بها سوى معامل الحديد المستخدم وهو نوع واحد للكهرباء و بالتالى سنعوض بقيمة الحديد السيليكونى و نستخدم المرة القادمة إن شاء الله ناتج هذا التعويض.

[سعيد قادر]

جزاك الله استاذ ماجد لدية سؤال هل عدد الخطوط فى الهواء تقصد بها التردد ؟؟

[ماجد عباس محمد]

كلا، فعدد الخطوط فى الهواء يعبر عنها بوحدات أمبير - لفة وهى تعتمد على عدد اللفات و التيار المار فيها طبعا فى الهواء
تزداد لو قللنا مقاومة الهواء بوضع حديد
هى للمستمر كما هى للمتردد
أما التردد فهو معدل تغير هذه الخطوط فى الثانية

تشبه الدائرة المغناطيسية بالدائرة الكهربية حيث القوة الدافعة الكهربية تقابلها قوة دافعة مغناطيسية
الأولى تسبب مرور تيار والثانية تسبب مرور فيض أو خطوط قوى مغناطيسية
الأولى المقاومة تحكم تيارها والثانية أيضا لها مقاومتها حيث تقل بالمواد المغناطيسية كالحديد وتزيد بعدد قليل من المعادن ترفض المجال المغناطيسى وتسمى Diamagnetic مثل النحاس والذهب والفضة

من هنا تستطيع تصور علاقة التردد بالمغناطيسية والمجال المغناطيسى

[سعيد قادر]

شكرا على التوضيح استاذ ماجد