كل ما تحتاج معرفته عن المحولات الكهربائية: من المبدأ الأساسي إلى التطبيقات العملية
1. تعريف المحول:
المحول هو جهاز كهربائي ثابت (لا يحتوي على أجزاء متحركة) يُستخدم لتحويل الجهد الكهربائي والتيار من مستوى إلى آخر، سواء برفع الجهد أو خفضه، مع الحفاظ على نفس التردد.
- مثال توضيحي:
إذا كان الجهد القادم من محطة التوليد 11000 فولت، ولا يمكن استخدامه مباشرة في المنازل، يتم استخدام محول خافض للجهد لتقليل الجهد إلى 220 فولت، مما يجعله آمنًا للاستخدام المنزلي.
2. مبدأ عمل المحول:
يعتمد المحول على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي:
- عندما يمر تيار متردد في الملف الابتدائي، يولد فيضًا مغناطيسيًا متغيرًا داخل القلب الحديدي.
- هذا الفيض ينتقل إلى الملف الثانوي، مما يتسبب في استحثاث قوة دافعة كهربائية (EMF) فيه.
- قيمة الجهد المستحث تعتمد على نسبة عدد لفات الملف الابتدائي إلى الثانوي.
- العلاقة الرياضية:
[
\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}
]حيث: - ( V_p ): جهد الملف الابتدائي
- ( V_s ): جهد الملف الثانوي
- ( N_p ): عدد لفات الملف الابتدائي
- ( N_s ): عدد لفات الملف الثانوي
3. لماذا لا يعمل المحول على التيار المستمر؟
المحول يعمل فقط مع التيار المتردد (AC) لأنه يعتمد على التغير المستمر في الفيض المغناطيسي. أما في حالة التيار المستمر (DC):
- التيار ثابت، وبالتالي الفيض المغناطيسي ثابت.
- وفقًا لقانون فاراداي، لا يتولد تيار في الملف الثانوي.
- نتيجة تطبيق تيار مستمر: قد يؤدي إلى سحب تيار كبير جدًا، مما يتسبب في احتراق الملفات.
4. أنواع المحولات:
محول أحادي الطور (Single Phase Transformer):
- يعمل على فازة واحدة.
- يُستخدم في التطبيقات الصغيرة مثل الأجهزة المنزلية.
محول ثلاثي الطور (Three Phase Transformer):
- يعمل على ثلاث فازات.
- شائع الاستخدام في الأنظمة الصناعية ونقل الطاقة الكهربائية.
المحول الذاتي (Auto-Transformer):
- يحتوي على ملف واحد مشترك بين الابتدائي والثانوي.
- يُستخدم لتثبيت الجهد أو بدء تشغيل المحركات الحثية.
- ميزة: حجمه صغير وتكلفته منخفضة.
محول ثنائي اللفات (Two Winding Transformer):
- يحتوي على ملفين منفصلين: ابتدائي وثانوي.
- الملف الابتدائي متصل بمصدر الطاقة، والثانوي متصل بالحمل.
5. استخدامات المحولات:
محولات القدرة (Power Transformer):
- تُستخدم في محطات التوليد والنقل لنقل الطاقة بجهد عالٍ.
- كفاءتها تصل إلى 100٪ تقريبًا.
محولات التوزيع (Distribution Transformer):
- تُستخدم لتوزيع الطاقة للمناطق السكنية والصناعية.
- تعمل بكفاءة تتراوح بين 60-70٪ بسبب تغير الأحمال.
محولات القياس (Instrument Transformers):
- محولات التيار (CT): تخفض التيار العالي لتسهيل قياسه.
- محولات الجهد (PT): تخفض الجهد العالي لتسهيل قياسه.
6. مفاقيد المحولات:
خسائر التيارات الدوامية (Eddy Current Losses):
- تحدث بسبب التيارات المستحثة في القلب الحديدي.
- الحل: استخدام شرائح حديدية رقيقة معزولة.
خسائر التخلفية (Hysteresis Losses):
- تحدث بسبب إعادة ترتيب الجزيئات المغناطيسية في القلب.
- الحل: استخدام مواد مغناطيسية جيدة مثل الحديد السيليكوني.
7. تبريد المحولات:
التبريد بالهواء (Air Cooling):
- يتم تبريد المحول باستخدام الهواء الطبيعي أو القسري.
التبريد بالزيت (Oil Cooling):
- يتم غمر الملفات والقلب بالزيت لنقل الحرارة.
الطرق المتقدمة:
- ONAF: زيت طبيعي + هواء قسري.
- OFWF: زيت قسري + ماء.
8. ميزات المحول:
- يعمل بكفاءة عالية.
- سهل التركيب والتشغيل.
- يوفر عزلًا بين دوائر الجهد العالي والمنخفض.
- يقلل من الفقد في الطاقة أثناء النقل.
9. استخدام السيليكا جل في المحولات:
- يتم وضع السيليكا جل لامتصاص الرطوبة من الهواء الداخل إلى خزان المحول.
- الرطوبة تُسبب تلف العزل وتقلل من كفاءة المحول.
10. اختبارات المحولات:
اختبار الدائرة المفتوحة (Open Circuit Test):
- يُجرى على جانب الجهد المنخفض.
- يُستخدم لقياس خسائر الحديد.
اختبار الدائرة القصيرة (Short Circuit Test):
- يُجرى على جانب الجهد العالي.
- يُستخدم لقياس خسائر النحاس.
11. الأسئلة الشائعة:
ما هو المحول؟
- جهاز ثابت يحول الجهد من قيمة إلى أخرى بنفس التردد.
هل يعمل المحول على التيار المستمر؟
- لا، لأنه يعتمد على التغير في الفيض المغناطيسي.
ما هي محولات القدرة والتوزيع؟
- محولات القدرة: تُستخدم في النقل بجهد عالٍ.
- محولات التوزيع: تُستخدم لتوزيع الطاقة بجهد منخفض.
ما هي خسائر التيارات الدوامية؟
- تيارات مستحثة في القلب الحديدي تُسبب فقدًا للطاقة.
ما هي طرق تبريد المحولات؟
- التبريد بالهواء، الزيت، أو الزيت مع الماء.
