ما هو المحول الكهربائي ؟ Electrical Transformer
يُعرَّف المحول الكهربائي بأنه جهاز كهربائي ينقل الطاقة الكهربائية من دائرة إلى أخرى من خلال عملية الحث الكهرومغناطيسي. هو الأكثر شيوعًا لزيادة ("تصعيد") أو خفض ("تنحي") مستويات الجهد الكهربائي بين الدوائر.
كيف يعمل المحول الكهربائي Transformer
مبدأ عمل المحولات بسيط للغاية. يسمح الحث المتبادل بين ملفين أو أكثر (المعروف أيضًا باسم الملفات) بنقل الطاقة الكهربائية بين الدوائر. يتم شرح هذا المبدأ بمزيد من التفصيل أدناه.
نظرية المحولات الكهربائية Transformer
لنفترض أن لديك ملفًا واحدًا (يُعرف أيضًا باسم المِلف) يتم توفيره بواسطة مصدر كهربائي بديل. ينتج التيار الكهربائي المتردد من خلال اللف تدفقًا متغيرًا ومتناوبًا يحيط باللف.
إذا تم وضع ملف آخر بالقرب من هذا الِملف ، فإن جزءًا من هذا التدفق المتناوب سيرتبط بالملف الثاني. نظرًا لأن هذا التدفق يتغير باستمرار في اتساعه واتجاهه ، يجب أن يكون هناك ارتباط تدفق متغير في الملف الثاني أو الملف.
وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، سيكون هناك عامل كهرومغناطيسي مستحث في الملف الثاني. إذا تم إغلاق دائرة هذا المِلف الثانوي ، فسوف يتدفق التيار خلالها. هذا هو مبدأ عمل المحول الكهربائي.
دعونا نستخدم الرموز الكهربائية للمساعدة في تصور ذلك. يُعرف الملف الذي يستقبل الطاقة الكهربائية من المصدر باسم "المِلف الأولي". في الرسم البياني أدناه يوجد "الملف الأول".
يُعرف الملف الذي يعطي جهد الخرج المطلوب بسبب الحث المتبادل باسم "المِلف الثانوي". هذا هو "الملف الثاني" في الرسم البياني أعلاه.
يُعرّف المحول الكهربائي الذي يزيد الجهد بين اللفات الأولية إلى الثانوية بأنه محول تصاعدي. على العكس من ذلك ، يتم تعريف المحول الكهربائي الذي يقلل الجهد بين اللفات الأولية إلى الثانوية على أنه محول تنحي.
يعتمد ما إذا كان المحول الكهربي يزيد أو ينقص مستوى الجهد على العدد النسبي للملفات بين الجانب الأولي والثانوي للمحول.
إذا كان هناك عدد أكبر من المنعطفات على الملف الأساسي أكثر من الملف الثانوي ، سينخفض الجهد الكهربائي (تنحى).
إذا كان هناك عدد أقل من المنعطفات على الملف الأساسي من الملف الثانوي فإن الجهد الكهربائي سيزداد (تصعيد).
في حين أن الرسم التخطيطي للمحول أعلاه ممكن نظريًا في المحول الكهربائي المثالي - فهو ليس عمليًا للغاية. هذا لأنه في الهواء الطلق فقط جزء صغير جدًا من التدفق الناتج من الملف الأول سيرتبط بالملف الثاني. لذا فإن التيار الذي يتدفق عبر الدائرة المغلقة المتصلة بالملف الثانوي سيكون صغيراً للغاية (ويصعب قياسه).
يعتمد معدل تغيير ارتباط التدفق على مقدار التدفق المرتبط بالملف الثاني. لذلك ، من الناحية المثالية ، يجب أن يرتبط كل تدفق اللف الأولي تقريبًا بالملف الثانوي. يتم ذلك بفعالية وكفاءة باستخدام محول من النوع الأساسي. يوفر هذا مسارًا منخفضًا للمقاومة مشتركًا لكل من اللفات.
الغرض من قلب المحول هو توفير مسار ممانعة منخفض ، يتم من خلاله تمرير أقصى قدر من التدفق الناتج عن الملف الأولي وربطه بالملف الثانوي.
يُعرف التيار الذي يمر مبدئيًا عبر المحول عند تشغيله باسم تيار تدفق المحول.
أجزاء المحولات الكهربائية والبناء Parts of transformer
الأجزاء الثلاثة الرئيسية في المحول الكهربائي:
اللف الأساسي للمحول
النواة المغناطيسية للمحول
اللف الثانوي في المحول
1. اللف الأساسي للمحول
وهو المحول الكهربائي الذي ينتج تدفقًا مغناطيسيًا عند توصيله بمصدر كهربائي.
2. النواة المغناطيسية في المحول الكهربائي
التدفق المغناطيسي الناتج عن الملف الأولي ، والذي سيمر عبر مسار الممانعة المنخفض هذا المرتبط بملف ثانوي ويخلق دائرة مغناطيسية مغلقة.
3. اللف الثانوي للمحول الكهربي
يمر التدفق ، الناتج عن الملف الأولي ، عبر اللب ، ويرتبط بالملف الثانوي. هذا اللف يجرح أيضًا في نفس النواة ويعطي الإخراج المطلوب للمحول.
المحول الكهربائي هو جهاز مفيد ويمكن أن يكون تعلم كيفية التصميم والعمل معها مفيدًا جدًا! على الرغم من أننا قمنا بتغطية الأساسيات هنا ، فإن تصميم المحول من البداية أمر يمكن مناقشته في مقال كامل آخر ، وبالتالي يتيح ذلك لبعض الوقت الآخر. الآن ، عندما ترى محولًا مرة أخرى ، ستعرف سبب وجوده وكيف يعمل.
Types of Transformer أنواع المحولات الكهربائية
أنواع حسب التصميم
تختلف أنواع المحولات في الطريقة التي يتم بها توفير الملفات الأولية والثانوية حول قلب الفولاذ الرقائقي. وفقًا للتصميم ، يمكن تصنيف المحول الكهربائي إلى قسمين:
1. المحولات الأساسية من النوع Core- Type Transformer
في المحولات الكهربائية من النوع الأساسي ، تُعطى اللفات إلى جزء كبير من النواة. الملفات المستخدمة لهذا المحول هي شكل ملفوف وهي من النوع الأسطواني. يمكن أن يكون هذا النوع من المحولات قابلاً للتطبيق على المحولات الكهربائية الصغيرة والكبيرة الحجم. في النوع الصغير الحجم ، يكون اللب مستطيل الشكل والملفات المستخدمة أسطوانية. يوضح الشكل أدناه نوع الحجم الكبير. يمكنك أن ترى أن الملفات المستديرة أو الأسطوانية ملفوفة بطريقة تتلاءم مع قسم قلب صليبي. في حالة الملفات الأسطوانية الدائرية ، تتمتع بميزة جيدة تتمثل في امتلاكها قوة ميكانيكية جيدة. ستحتوي الملفات الأسطوانية على طبقات مختلفة وسيتم عزل كل طبقة عن الأخرى بمساعدة مواد مثل الورق والقماش ولوحة micarta وما إلى ذلك. يظهر أدناه الترتيب العام للمحول من النوع الأساسي فيما يتعلق بالنواة. يتم عرض كل من لفات الجهد الكهربائي المنخفض (LV) والجهد الكهربائي العالي (HV).
يتم وضع لفات الجهد الكهربائي المنخفض بالقرب من القلب لأنها أسهل في العزل. يمكن تقليل المنطقة الأساسية الفعالة للمحول باستخدام التصفيح والعزل.
2. محولات كهربائية من نوع شل Shell-Type Transformer
في المحول الكهربائي من النوع الصدفي ، يحيط القلب بجزء كبير من اللفات. تظهر المقارنة في الشكل أدناه.
تكون الملفات ملفوفة بشكل ملفوف ولكنها من نوع قرص متعددة الطبقات يتم لفها عادة على شكل فطائر. يستخدم الورق لعزل الطبقات المختلفة للأقراص متعددة الطبقات. يتكون الملف بالكامل من أقراص مكدسة بمسافات عازلة بين الملفات. تشكل مساحات العزل هذه قنوات التبريد والعزل الأفقية. قد يكون لمثل هذا المحول الكهربائي شكل مستطيل بسيط أو قد يكون له أيضًا شكل موزع. يظهر كلا التصميمين في الشكل أدناه:
يجب إعطاء دعامة ميكانيكية صلبة قوية لأنوية وملفات المحولات الكهربائية. سيساعد هذا في تقليل حركة الجهاز ويمنع الجهاز أيضًا من التعرض لأي ضرر عازل. لن ينتج المحول ذو التدعيم الجيد أي ضوضاء طنين أثناء عمله وسيقلل أيضًا من اهتزاز المحول الكهربائي.
يجب توفير منصة إسكان خاصة للمحولات الكهربائية. عادة ، يتم وضع الجهاز في خزانات صفائح معدنية محكمة التجهيز و مملوءة بزيت عازل خاص. هذا الزيت ضروري للدوران عبر الجهاز وتبريد الملفات. كما أنها مسؤولة عن توفير العزل الإضافي للجهاز عند تركه في الهواء.
قد تكون هناك حالات لا يتمكن فيها سطح الخزان الأملس من توفير منطقة التبريد المطلوبة. في مثل هذه الحالات ، تكون جوانب الخزان مموجة أو مجمعة بمشعات على جانبي الجهاز. يجب أن يكون الزيت المستخدم لغرض التبريد خاليًا تمامًا من القلويات والكبريت والأهم من الرطوبة. حتى كمية قليلة من الرطوبة في الزيت ستسبب تغيرًا كبيرًا في خاصية العزل للجهاز ، حيث تقلل من قوة العزل الكهربائي للزيت إلى حد كبير.
من الناحية الحسابية ، فإن وجود حوالي 8 أجزاء من الماء في المليون يقلل من جودة العزل للزيت إلى قيمة لا تعتبر قياسية للاستخدام. وبالتالي ، فإن الخزانات محمية عن طريق إحكام إغلاقها في وحدات أصغر. عند استخدام المحول الكهربائي الكبير ، يصعب عملياً تنفيذ طريقة محكمة الإغلاق. في مثل هذه الحالات ، يتم توفير غرف للزيت ليتمدد ويتقلص مع زيادة درجة حرارته وتنخفض.
تشكل هذه المتنفسات حاجزًا وتقاوم رطوبة الغلاف الجوي من ملامستها للزيت. يجب أيضًا توخي الحذر بشكل خاص لتجنب الزلاجة. يحدث التزحلق عندما يتحلل الزيت بسبب التعرض المفرط للأكسجين أثناء التسخين. ينتج عنه تكوين رواسب كبيرة من المادة المظلمة والثقيلة التي تسد قنوات التبريد في المحول.
جودة ومتانة والتعامل مع هذه المواد العازلة تحدد عمر المحولات الكهربائية. يتم إخراج جميع وصلات المحولات من علبها من خلال البطانات المناسبة. هناك العديد من التصميمات ، حيث يعتمد حجمها وبنيتها على جهد الخيوط. يمكن استخدام البطانات الخزفية لعزل الخيوط ، للمحولات الكهربائية التي تستخدم في الفولتية المعتدلة. تستخدم البطانات المملوءة بالزيت أو من النوع السعوي للمحولات الكهربائية ذات الجهد العالي.
يتم الاختيار بين النوع الأساسي ونوع الغلاف بمقارنة التكلفة لأنه يمكن الحصول على خصائص متشابهة من كلا النوعين. تفضل معظم الشركات المصنعة استخدام المحول الكهربي من النوع الصدفي لتطبيقات الجهد العالي أو لتصميم متعدد اللفات. عند مقارنته بالنوع الأساسي ، يكون لنوع الغلاف متوسط طول لفائف الأطول. المعلمات الأخرى التي تتم مقارنتها لاختيار نوع .المحول الكهربائي هي تصنيف الجهد ، تصنيف كيلو فولت أمبير ، الوزن ، إجهاد العزل ، توزيع الحرارة وما إلى ذلك.
أهم المصادر: