المحولات الكهربائية

محول
المحوّل (بالإنجليزية: Transformer‏) جهاز في الهندسة الكهربائية، مؤلف من ملفين من الأسلاك المنفصلة الملفوفة حول قضبان حديدية فقط بمسافة بسيطة، يسمى الطرف المرتبط بالمولد الكهربي بالملف الابتدائي بينما يطلق على الطرف المرتبط بالحمل مسمى الثانوي، ويستخدم 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 الابتدائي كان المحول خافضا للجهد أما لو كان جهد الثانوي أعلى من جهد الابتدائي كان المحول رافعا للجهد.[1]]] [2]
محتويات [أخف]
1 المبدأ
2 الدائرة المكافئة
3 تقنية كهربائية
4 المعادلة المثالية للقدرة



توضيح عمل المحول.
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 ولهذا 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 وهذا أحد الأسباب الرئيسية لتفضيل التيار المتردد على المستمر في الذي لا يوجد له حتى طريقة عملية واقتصادية لتحوير قيمة الجهد.
حينما يسري تيار كهربائي في لفلفات الطرف الابتدائي ينتج فيض مغناطيسي يمكن تحديد اتجاهه عن طريق قاعدة اليد اليمنى فعندما تشير أصابع اليد اليمنى إلى اتجاه اللفلفات فإن الإبهام يشير إلى اتجاه التدفق المغناطيسي
و بما أنه لا يوجد أي اتصال أو تلامس بين الطرفين الابتدائي والثانوي فإن الفيض المغناطيسي يسري في دائرة مغناطيسية بين الطرفين ووقتما يصل الفيض للفلفات الطرف الثانوي يبدأ جريان تيار في هذه اللفلفات يمكن تحديد اتجاهه بالطريقة المذكورة أعلاه لكن هذه المرة بجعل اتجاه الإبهام أولا موافقا لاتجاه الفيض المغناطيسي وحينها تكون الأصابع مشيرة إلى اتجاه جريان التيار في اللفلفات.
[عدل]الدائرة المكافئة

أثنا تحليل أنظمة يتم استبدال المحول الكهربي بإحدى طريقتين من الدوائر المكافئة وذلك للتخلص من الدائرة المغناطيسية التي تنشأ بين طرفيه والدائرتين هما :
دائرة مكافئة دقيقة
دائرة مكافئة تقريبية
[عدل]تقنية كهربائية



محول لتغذية مدينة صغيرة.
في التقنية الكهربائية تقوم المحولات بربط الضغوط الكهربائية على جميع المستويات في الشبكة الكهربائية. ومحولات الآت - وهي جزء من محطة القوى الكهربائية - تقوم بتحويل الضغط الناشيئ عن المحاثة في المولد الكهربائي لتغذية الشبكة بضغط عالي (في الغالب 220 كيلو فولت) أو 400 كيلوفولت. وتقوم محولات بربط شبكة الضغط العالي بشبكة الضغط المتوسط على المستوى المحلي. وفي محطات للمحولات تتحول الكهرباء من الضغط المتوسط في حدود 10 - 35 كيلووات لتغذية المصانع بجهد منخفض يصل إلى 400 فولت. ونظرا لعلو تحويل الطاقة فتسمى المحولات المستخدمة في الشبكة الكهربائية محولات الضغط العالي أو محولات القوى العالية.
وتعتبر محولات الضغط العالي محولات تيار متردد وتحتوي على زيت محولات ، وقد تحتوي بدلا من الزيت على راتينج محولات. وينطبق عل النوع الزيتي النظام القياسي الأوروبي EN 50464-1 أما المحولات المحتوية على الراتينج فيطبق عليها النظام القياسي الأوروبي EN 60076-11. كما يوجد النظام القياسي ل«جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات» وهو يعتبر معادلا للنظام القياسي الأوروبي. [3].
وفي الشبكات الدائرية والشبكات متعددة التغذية تكون القدرة المحولة عن طريق توصيل على التوازي للمحولات بغرض زيادة القدرة. وتوصل فيها عادة محولات من نفس النوع أو من نفس القدرة. ويمكن تحديد نسبة التحويل للتيار المتردد بحسب نوع المحولات ، كما يمكن أن يكون عددا مركبا. وبغرض الضبط يوضع في داخل المحول مفتاح لتحويل الحالات المختلفة للجهد الناشيئ.
وفي الشبكات الواسعة التي تحوي عدة توصيلات متوازية ويكون لكل منها قرة مختلفة ، وكذلك في توصيلات موازية لضمان توصيل أنظمة الكبلات ، قد يالزم اساتخدام محولات خاصة لإزاحة الطور بغرض ضبط توزيع القدرة الكهربائية.
كما يطبق مبدأ المحول في التقنية الكهربائية على المبدلات وبواسطتها يمكن قياس تيار كهربائي شديد حيث يحول فيها التيار أولا إلى تيار منخفض. وتتكون المبدلات في الغالب من قلب حلقي ذو ملف ثانوي وتحيط الحلقة بالسلك الموصل المرغوب قياس التيار المار فيه. كما يوجد نوع يسمى ملف روجوفسكي وهي عبارة عن مبدل لا ينتوي على قلب صلب.
وفي تجربة توكاماك وهي أحد التجارب التي تعلق عليها آمال إنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق التحكم في لطاقة الهيدروجينية فهده التجربة مصممة أيضا طبقا لمبدأ عمل المحول . ففي غرفة مفرغة حلقية ضخمة يحدث أولا عملية تفريغ كهربائي عن طريق ملفات خاصة ، مرتصة حول غرفة المفرغة وفيها بترتفع شدة التيار شيئا فشيئا. وتشكل الملفات فيه هذا النظام كملفات ابتدائية ، ويشكل الغاز داخل الغرفة المفرغة " الملف الثانوي" ، وتعمل على اصتدام أنوية الذرات المتأينة (البلازما) داخل الغرفة وحدوث الاندماج النووي.
[عدل]المعادلة المثالية للقدرة



المحول النموذجي.
إذا وصل الملف الثانوي بجهاز بحيث يسير التيار ، فإن القدرة الكهربائية P تتحول من الملف الأولي إلى الملف الثانوي. ويكون المحول نموذجيا ،أي تكون كفاءته مثالية ، إذا تحولت كل الطاقة المبذولة في الملف الأولي إلى المجال المغناطيسي ومنه إلى الملف الثانوي بالكامل. وباعتبار تلك الحالة المثالية ، فتكون كل الطاقة الكهربائية المبذولة مساوية للطاقة الناتجة في الملف الثانوي:

وهي تعطي معادلة المحول النموذجي :

والمحولات المعتادة تكاد أن تكون نموذجية ن ولهذا فهذه المعادلة تعطي تقريبا مقبولا.
إذا زاد الجهد فإن التيار ينخفض بنفس النسبة. وتنتقل المعاوقة في إحدى الدائرتين متناسبة مع مربع نسبة أعداد اللفات. [4]
فعلى سبيل المثال إذا وصلت المعاوقة Zs بين طرفي الملف الثانوي ، فتبدو للملف الأول كما لو كانت (Np/Ns)2Zs.
وتلك العلاقة عكسية أيضا ، حيث تبدو المعاوقة Zp في الملف الأول نحو Ns/Np)2Zp للملف الثاني.