المحولات الكهربائية هي عناصر حيوية في الأنظمة الكهربائية، تنقل الطاقة من دوائر الجهد العالي إلى دوائر الجهد المنخفض والعكس، مع الحفاظ على التردد. نظرًا للاستخدامات الواسعة والمتنوعة، يتم تصنيف المحولات بعدة طرق بناءً على معايير مختلفة مثل مستوى الجهد، الوسط العازل، التطبيق، وطريقة التبريد. فهم هذه التصنيفات يساعد المهندسين في اختيار المحول المناسب للتطبيق المطلوب.
فيما يلي التصنيفات الرئيسية للمحولات:
1. التصنيف حسب مستوى الجهد (الفولتية)
هذا هو التصنيف الأكثر شيوعًا ويعتمد على العلاقة بين ملفات الجهد الابتدائي والثانوي.
- محولات خافضة للجهد: تقلل الجهد من قيمة عالية إلى قيمة منخفضة. عدد لفات الملف الثانوي هنا أقل من عدد لفات الملف الابتدائي (
V_s < V_p). هذا هو النوع الأكثر استخدامًا، حيث يُستخدم في نهاية خطوط النقل لتوزيع الكهرباء للمنازل والمصانع (مثال: تحويل 11 كيلو فولت إلى 400 فولت). - محولات رافعة للجهد: ترفع الجهد من قيمة منخفضة إلى قيمة عالية. عدد لفات الملف الثانوي هنا أكبر من عدد لفات الملف الابتدائي (
V_s > V_p). تُستخدم بشكل أساسي في محطات التوليد لرفع جهد الطاقة المنتجة إلى مستويات عالية جدًا (مثل 66 كيلو فولت أو 220 كيلو فولت) لتقليل الفقد في الطاقة أثناء النقل لمسافات طويلة.
2. التصنيف حسب الوسط العازل (نوع القلب)
الوسط العازل هو المادة التي توفر العزل الكهربائي بين الملفات وكذلك تعزز الاقتران الكهرومغناطيسي.
- محولات القلب الحديدي: تستخدم قلبًا من الحديد السيليكون المعزول على شكل شرائح رقيقة لتقليل فقدان التيارات الدوامية. هذا هو النوع السائد والأكثر كفاءة للمحولات التي تعمل بتردد الطاقة (50/60 هرتز). تُستخدم في جميع التطبيقات تقريبًا من المحولات الصغيرة إلى محولات القدرة العملاقة.
- محولات القلب الهوائي: لا تحتوي على قلب مغناطيسي، وتعتمد على الهواء للعزل والاقتران. كفاءتها أقل من محولات القلب الحديدي، ولكنها لا تعاني من مشاكل التشبع المغناطيسي. تُستخدم عادةً في تطبيقات الترددات العالية جدًا (RF) مثل أجهزة الراديو والاتصالات والإلكترونيات.
3. التصنيف حسب عدد الأطوار
يقسم هذا التصنيف المحولات بناءً على نظام الطاقة الذي تعمل ضمنه.
- محولات أحادية الطور: تعمل على نظام طاقة أحادي الطور، وتحتوي على زوج واحد من الملفات الابتدائية والثانوية. تُستخدم بشكل شائع في التطبيقات السكنية والتجارية الصغيرة لتشغيل الأجهزة الكهربائية والإضاءة.
- محولات ثلاثية الأطوار: مجموعة من ثلاثة محولات أحادية الطور متصلة معًا (أو محول واحد بثلاثة قلوب) لتعمل على نظام الطاقة ثلاثي الطور. هذا هو النوع المستخدم في شبكات النقل والتوزيع الرئيسية وفي المنشآت الصناعية الكبيرة بسبب كفاءتها العالية وقدرتها على التعامل مع أحمال طاقة ضخمة.
4. التصنيف حسب طريقة التبريد
تولد المحولات حرارة بسبب الفقد في النحاس (مقاومة الملفات) والفقد في القلب (التيارات الدوامة والتأثير). لذلك، تحتاج لأنظمة تبريد للحفاظ على درجة حرارة التشغيل الآمنة.
- محولات جافة:
- مقاومة للرطوبة: أبسط أنواع المحولات الجافة، معزولة بمواد مثل الورق أو الفيبرغلاس. مناسبة للداخلية في بيئات نظيفة.
- مغمورة بالراتنج: يتم صب الملفات بالكامل في الراتنج الإيبوكسي تحت الفراغ. هذا يجعلها مقاومة للغبار والرطوبة والمواد الكيميائية، مما يجعلها مثالية للبيئات القاسية مثل المصانع والمنشآت البحرية والساحلية. هي الأكثر أمانًا من حيث مخاطر الحريق.
- محولات مغمورة بالسائل:
- مغمورة بالزيت: الملفات والقلب مغمورة تمامًا في زيت عازل. الزيت يعزل ويبرد بشكل فعال عن طريق الحمل الحراري. تُستخدم لمحولات القدرة العالية جدًا في محطات التحويل. العيب الرئيسي هو خطر التسرب والاشتعال.
- مغمورة بمواد سائلة غير قابلة للاشتعال: تستخدم سوائل اصطناعية (مثل Askarel سابقًا، أو إسترات الفوسفات حاليًا) لها نقطة اشتعال عالية. تُستخدم في التطبيقات الداخلية حيث يعتبر السلامة من الحرائق أولوية قصوى، مثل المباني السكنية والتجارية والمستشفيات.
5. التصنيف حسب الوظيفة والتطبيق
يحدد هذا التصنيف الدور الذي يؤديه المحول في الشبكة الكهربائية.
- محولات القدرة: هي المحولات الرئيسية المستخدمة في نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية عبر الشبكة. تشمل كلاً من المحولات الخافضة والرافعة ثلاثية الطور.
- محولات التوزيع: هي النوع النهائي من المحولات الخافضة التي توصل الطاقة مباشرة إلى المستهلكين (المنازل، المتاجر). عادة ما تكون مثبتة على الأعمدة أو في محطات أرضية.
- محولات القياس: تُستخدم لعزل دوائر القياس والحماية عن دوائر الجهد العالي. وتشمل:
- محولات الجهد: تقلل جهد النظام إلى قيمة قياسية آمنة (عادة 110 فولت) لتغذية أجهزة القياس (الفولتميترات، العدادات) وأجهزة الحماية.
- محولات التيار: تقلل تيار النظام إلى قيمة قياسية آمنة (عادة 1 أو 5 أمبير) للقياس والحماية.
6. التصنيف حسب طريقة الربط (لمحولات ثلاثية الطور)
لمحولات ثلاثية الطور، يمكن ربط الملفات الابتدائية والثانوية بطرق مختلفة، أشهرها:
- ربط دلتا-دلتا: جيد للأحمال غير المتوازنة، ولكن لا يوفر سلك محايد.
- ربط ستار-ستار: يوفر نقطة محايدة، ولكنه قد لا يتعامل جيدًا مع الأحمال غير المتوازنة.
- ربط دلتا-ستار: هذا هو الربط الأكثر شيوعًا لمحولات التوزيع، حيث يوفر جهد منخفض (230/400 فولت) للمستهلكين مع نقطة محايدة.
- ربط ستار-دلتا: شائع الاستخدام في محطات التوليد كمحولات رافعة.
لا يوجد نوع واحد من المحولات يناسب جميع التطبيقات. يحدد الغرض من الاستخدام والموقع والميزانية التصنيف المناسب. سواء كان الأمر يتطلب محول توزيع جاف آمن للمستشفى، أو محول قدرة مغمور بالزيت لشبكة نقل الطاقة، أو محول قياس صغير لحماية الدوائر، فإن فهم هذه التصنيفات الأساسية هو المفتاح لتصميم وتشغيل أنظمة كهربائية فعالة وموثوقة وآمنة.
