موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الثلاثاء، 12 مارس 2019

المحول الكهربائي Transformer


شرح المحول الكهربائي Transformer

ما هو المحول الكهربائي

تعريف المحول الكهربائي أو ما يعرف باسم Transformer، هو جهاز كهربائي بسيط يقوم بخفض أو رفع القوة الدافعة الكهربائية (الجهد الكهربائي) المتردد بناءً على تركيبه الداخلي، أي حسب عدد لفات الملف الابتدائي والملف الثانوي، الأمر الذي سنتطرق اليه بعد قليل.

مما يتكون المحول الكهربائي؟

يتركب المحول الكهربائي من ملفين من الأسلاك النحاسية الملفوفة حول حلقة حديدية مصنوعة من مواد مغناطيسية على شكل شرائح رقيقة مضغوطة ومعزولة عن بعضها البعض، مصنوعة من الحديد اللين القابل للمطاوعة لتقليل الطاقة الضائعة، حيث تفصل بينهما مسافة قليلة. يطلق على الطرف المربوط والمتصل بمصدر الجهد المتردد (التغذية) بالملف الابتدائي، أما الملف الآخر والمتصل بالأجهزة الكهربائية المراد تشغيلها فيطلق عليه اسم الملف الثانوي. والشكل التالي يوضح المكونات الأساسية للمحول الكهربائي:


مبدأ عمل المحول الكهربائي

يقوم مبدأ عمل المحول الكهربائي على مبدأ الحث المتبادل، فعندما يمر تيار متردد في الملف الابتدائي ينشأ عنه مجال مغناطيسي متغير الاتجاه تسري خطوطه في القلب الذي لف عليه الملفان؛ مما يحدث تغيرا في التدفق المغناطيسي في الملف الثانوي، فتتولد فيه قوة دافعة كهربائية حثية مترددة. ويوصل طرفا الملف الابتدائي بمصدر التيار المتردد وطرفا الملف الثانوي بالجهاز المطلوب إمداده بقوة دافعة كهربائية مترددة معينة، وعندما تكون دارة الملف الثانوي مفتوحة لا يمر تيار في الملف الابتدائي على الرغم من اتصال الملف الابتدائي بالمصدر الكهربائي؛ ذلك لان الحث الذاتي للملف الابتدائي يعمل على توليد قوة دافعة كهربائية تساوي وتعاكس القوة الدافعة الكهربائية للمصدر فيتوقف التيار الاصلي تقريبا.

شكل المحول الكهربائي ورمزه في الدارات الكهربائية

الشكل التالي يوضح شكل المحول في الطبيعة وشكله في الخرائط الالكترونية أو الكهربائية:


مميزات وخصائص المحول الكهربائي

1- يعمل في أنظمة التيار الكهربائي المتردد ولا يمكن أن يعمل في أنظمة التيار الكهربائي المستمر.
2- إذا كان جهد الطرف الثانوي أقل من جهد الابتدائي كان المحول خافضا للجهد، أما لو كان جهد الثانوي أعلى من جهد الابتدائي كان المحول رافعا للجهد.
3- حاصل قسمة عدد لفات الملف الابتدائي على عدد لفات الملف الثانوي يساوي حاصل قسمة مقدار الجهد عند طرفي الملف الابتدائي على مقدار الجهد الناشئ عند طرفي الملف الثانوي.
4- ثبات القدرة الكهربائية.

تطبيقات المحول الكهربائي

1- نقل الطاقة الكهربائية من أماكن توليدها إلى أماكن الاستهلاك دون فقد يذكر.
2- خفض ورفع الجهد الكهربائي حسب حاجة استهلاك الجهاز للتغذية الكهربائية.
3- التحكم بكمية التيار الناشئ من حيث الزيادة والتقليل.
4- حماية العناصر الإلكترونية في الدارات الكهربائية واللوحات الإلكترونية.

أنواع المحولات الكهربائية؟

وتقسم محولات القوى إلى محولات رفع للجهد أو إلى محولات خفض للجهد وذلك بالطبع يعتمد على عدد لفات الملف الابتدائي والملف الثانوي كما في الشكل أدناه. فالمحولات الرافعة للجهد والتي يطلق عليها الاسم Step-Up Transformer، تعمل على رفع القوة الدافعة الكهربائية الخارجية وتخفض شدة التيار الخارج وفيها تكون:
1- جهد الملف الابتدائي > جهد الملف الثانوي.
2- عدد ملفات الملف الابتدائي > عدد ملفات الملف الثانوي.
3- مقدار التيار في الملف الابتدائي < مقدار التيار في الملف الثانوي.
أما المحولات الخافضة للجهد والتي يطلق عليها الاسم Step-Down Transformer فتعمل على خفض القوة الدافعة الكهربائية الخارجة، وترفع شدة التيار الخارج، وفيها تكون:
1- جهد الملف الابتدائي < جهد الملف الثانوي.
2- عدد ملفات الملف الابتدائي < عدد ملفات الملف الثانوي.
3- مقدار التيار في الملف الابتدائي > مقدار التيار في الملف الثانوي.
والشكلان التاليان يوضحان تركيب محول رافع للجهد وآخراً خافض للجهد:

 --------------------------

كيف يتم حساب كفاءة المحول؟

يتم حساب كفاءة المحول الكهربائي عن طريق العلاقة التالية:
كفاءة المحول = (قدرة الملف الثانوي / قدرة الملف الابتدائي) X 100%

لماذا لا يوجد محول كفاءته 100%؟

تكمن كفاءة المحول في عدم فقدانه للطاقة الكهربائية قدر الامكان، إذ يحدث الفقدان في الطاقة الكهربائية للمحول للأسباب الآتية:
1- تحول جزء من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية في الأسلاك، وللحد من ذلك تستخدم أسلاك فلزية مقاومتها النوعية صغيرة.
2- تحول جزء من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية في القلب الحديدي بسبب التيارات الدوامية، وللحد من ذلك يصنع القلب من شرائح معزولة من الحديد المطاوع.
3- تحول جزء من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية تستنفد في تحريك الجزيئات المغناطيسية للقلب، وللحد من ذلك يصنع قلب المحول من سبيكة خاصة من الحديد المطاوع.
4- عدم دخول بعض خطوط المجال المغناطيسي لقلب المحول فلا تقطع الملف الثانوي، وللحد من ذلك يلف الملف الثانوي حول الملف الابتدائي مع عزله عنه.

مثال عددي محلول على المحول الكهربائي

محول كهربائي عدد ملفات ملفه الابتدائي 500 لفة والثانوي 100 لفة، فإذا كانت القوة الدافعة الكهربائية في الملف الابتدائي 220 فولتاً والقدرة الكهربائية فيه 55 واطاً وتيار الملف الثانوي 1 أمبير، احسب كفاءة المحول.
الحل:
كفاءة المحول = (قدرة الملف الثانوي / قدرة الملف الابتدائي) X 100%
كفاءة المحول =( (القوة الدافعة للملف الثانوي X قيمة التيار عند ذلك الملف) / 55) X 100%
لكن، م / ن = قدرة الملف الابتدائي / قدرة الملف الثانوي، حيث م عدد لفات الملف الابتدائي، ن عدد لفات الملف الثانوي.
ومنه، قدرة الملف الثانوي = 44 فولتاً
أي أن كفاءة المحول = 80 %.

أسئلة شائعة حول المحول الكهربائي

لماذا يتكون القلب الحديدي للمحول الكهربائي من شرائح رقيقة ومعزولة؟

يتم عمل القلب الحديدي للمحول على شرائح معزولة ومضغوطة مع بعضها البعض وذلك لتقليل فقدان القدرة الكهربائية قدر الإمكان بسبب التشويش والتأثير الناتج من التيارات الدوامية الناشئة عن المجال الكهرومغناطيسي لكلا الملفين.

لماذا تستهلك الطاقة في الملف الابتدائي عندما تكون دارة الملف الثانوي مغلق؟

لأن الحث المتبادل بين الملف الابتدائي والثانوي يلغي الحث الذاتي لكل منهما، فيسري التيار في كليهما، مما يعني بالتأكيد استهلاكاً للطاقة.

ما العلاقة بين الجهد والتيار في المحول الكهربائي؟

تناسباً عكسياً، حيث أن شدة التيار في أي من الملف الابتدائي أو الثانوي تتناسب عكسياً مع فرق الجهد بين طرفيه.

لماذا تصنع الحلقة أو القلب الحديدي (الحلة) من مواد مغناطيسية في المحول الكهربائي؟

لتركيز خطوط المجال المغناطيسي في الملف الثانوي.

لماذا يعمل المحول الكهربائي على تيار متناوب وليس على تيار مستمر؟

إن وجود تيار متردد باستطاعته أن يحدث تغيراً في التدفق المغناطيسي، وهذا التغير في التدفق المغناطيسي هو القادر على إحداث وإنتاج قوة دافعة حثية.

لماذا لا يسري تيار كهربائي في دائرة الملف الابتدائي رغم إغلاقها طالما دائرة الملف الثانوي مفتوحة؟

لأن الحث الذاتي للملف الابتدائي يولد فيه قوة دافعة حثية عكسية تلغي القوة الدافعة الاصلية.

ما هي أشكال الصفائح المستعملة في المحولات لبناء القلب (الحلة)؟

هنالك ثلاثة أشكال أساسية للصفائح المستخدمة في تشكيل القلب، وهي على شكل حرف I والحرف E والحرف M كما في الشكل التالي:


وأخيرا، كيف أصنع محولا كهربائيا؟

لصناعة محول كهربائي؛ أنت بحاجة الى العناصر التالية:
1- قلب حديدي مغلق المسار.
2- سلك نحاسي معزول بطول ل من الأمتار.
3- قم بتقسيم السلك الى مقطعين الأول م متر يمثل طول الملف الابتدائي، والآخر ن متر يمثل طول الملف الثانوي.
4- اتبع قاعدة حساب الجهد في المحولات (النقطة رقم 3 من مميزات المحولات)، بناءً على عدد لفات كل من الملف الابتدائي والثانوي، أي  (جهد الملف الابتدائي / جهد الملف الثانوي = م / ن )، وذلك للحصول على الجهد المطلوب الذي تريده.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????