recent
أخبار ساخنة

المحولات الكهربائية وانواعها ومكوناتها وأعطالها

المحولات الكهربائية وانواعها ومكوناتها وأعطالها
المحولات الكهربائية وانواعها ومكوناتها وأعطالها

يعد المحول الكهربائي (Electrical Transformer) من الأجهزة الكهربائية التي بوساطتها تنقل القدرة الكهربائية المتغيرة (AC) من دائرة إلى أخرى، عن طريق التأثير الكهرومغناطيسي المتبادل بين ملفين، مع إمكانية رفع أو خفض الجهد أو التيار في الدائرة الثانية. وبما أن المحول لا يقدم أية زيادة في القدرة، يمكن العمل على رفع الجهد في الدائرة الثانية على حساب انخفاض التيار في الدائرة المتوافق معه، والعكس صحيح بالطبع.

المحولات الكهربائية وانواعها ومكوناتها


ويعتمد عمل المحول على مبدأ التأثير المتبادل للملفات المتجاورة, وتختلف المحولات من حيث كمية القدرة الكهربائية التي يمكن نقلها بوساطتها من دارة إلى أخرى، فتتراوح بين المحولات الضخمة المستخدمة في شبكات نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية التي تنقل قدرة تقاس بالميغا واط (MW)، والمحولات الصغيرة جدا المستخدمة في أجهزة الاتصالات التي تنقل قدرة صغيرة تقاس بالميلي واط (mW) وعبر مقالنا هذا سنتعرف علي المحولات المستخدمة في الأجهزة الكهربائية والتي لها قدره مقننه تتراوح ما بين الواط الواحد الي بعض مئات من الواط.

تعريف المحول الكهربائي

المحول الكهربائي هو  عبارة عن جهاز استاتيكي (غير متحرك) وظيفته تحويل تيار متردد ذي فولتية معينة إلى تيار متردد آخر بفولتية أخرى (أعلى أو أقل ) مع ثبات القدرة .

 ويستعمل المحول لتغيير قيمة الجهد الكهربي في نظام نقل الطاقة الكهربائية الذي يعمل على التيار المتناوب إذ لا يمكن أن يعمل المحول في أنظمة التيار المباشر، فإذا كان جهد الطرف الثانوي أقل من جهد الابتدائي، كان المحول خافضا للجهد، ولو كان جهد الثانوي أعلى من جهد الابتدائي، لكان المحول رافعا الجهد

تركيب المحولات 


.يتركب المحول من إطار من مادة عازلة على شكل أسطوانة أو مكعب أو متوازي مستطيلات أو دائري. يلف على هذا الإطار سلك معزول من النحاس يتصل بالمنبع يسمى "بالملف الابتدائي "ويلف فوقه أو تحته أو إلى جواره ملف آخر نحصل منه على الجهد
المطلوب يسمى "الملف الثانوي".

وقد يوجد أكثر من ملف ثانوي واحد في بعض المحولات خصوصا في المحولات التي تستخدم في مجال الإلكترونيات. وقد يصنع قلب المحول من شرائح حديدية معزولة وقد يصنع من مسحوق الحديد، وقد يكون قلب المحول هوائيا. وتوضع المحولات ذات القدرة العالية في زيت لتبريدها، أما محولات القدرة المستخدمة في الإلكترونيات فإن قدرتها محدودة ولذلك لا تحتاج إلى مثل هذا النوع من التبريد. وتتوفر المحولات بأشكال وأحجام عديدة بحسب الاستخدام فمنها الضخم جدا ومنها الصغير جدا.

تركيب المحول الكهربي
تركيب المحول الكهربي

تستخدم المحولات لرفع أو خفض الجهد أو التيار في الدوائر الكهربائية. و تعتمد المحولات على ما يسمى بخاصية الحث التبادلي (Mutual Inductance) في عملها ولذلك سنعطي شرحا للحث التبادلي قبل أن نعطي تفاصيل المحول لأنه لا يمكن فهم عمل المحول بدون الاستيعاب الكامل للحث التبادلي.

ما هو الحث التبادلي (Mutual Inductance)


عندما يتغير المجال المغناطيسي في ملف، يتولد جهدا بالتأثير في ملف أخر مجاور له وهذه الظاهرة تعرف باسم التأثير المتبادل. فإذا وصل الملف الابتدائي (L1) بمصدر تيار متغير ،يتولد حول هذا الملف مجال مغناطيسي متغير أيضا، حيث ينمو ويتناقص بحسب تغيرات شدة التيار المار في الملف. ويقوم هذا المجال المتغير باختراق الملف الثانوي (L2) ويولد فيه جهدا بالتأثير يستفاد منه في تشغيل حمل كهربائي.
ما هو الحث التبادلي (Mutual Inductance)
ما هو الحث التبادلي (Mutual Inductance)

وبذلك يمكن القول ان الطاقة الكهربائية انتقلت من دائرة الملف الابتدائي L1 الي دائرة الملف الثانوي L2, وذلك دون اتصال كهربائي بينهم بشكل مباشر, حيث استعيض عن ذلك باتصال مغناطيسي.
لاحظ أن:
 الملف (inductor) هو أداة تقوم بمقاومة التغير في التيار بغض النظر عن اتجاه هذا التيار.
والحث الذاتي للملف هو: قدرة الملف على إيجاد جهد فيه ليقاوم أي تغيير في التيار الساري فيه.
كما أنه عندما يمر تيار متردد(AC) في الملف فإنه سينتج مجالا مغناطيسيا حول هذا الملف. فإذا ارتفع التيار ازدادت مسافة المجال المغناطيسي حول الملف وإذا قل التيار قلت المسافة حول الملف.
وعندما نضع ملفا آخر داخل هذا المجال المغناطيسي الذي يزداد وينقص فإن هذا المجال المغناطيسي سوف يولد تيارا في الملف الثاني وهذه الخاصية تسمى بالحث التبادلي ( Mutual lnductance).

لاحظ أن:
 التيار المتردد الذي يصل إلى بيوتنا ذو تردد يبلغ 50 أو 60 هيرتز. معنى ذلك أن هذا التيار عندما يمر في ملف فإنه يرتفع ويقل 50 أو 60 مرة في الثانية. وبالتالي فإن المجال المغناطيسي في الملف سيزداد وينقص 50 أو 60 مرة في الثانية فهو إذا مجال مغناطيسي متغير. ولإيضاح هذه الخاصية تخيل الملفين التاليين كما هو موضح بالصورة:



لو مررنا تيارا ثابتا (DC) في الملف الأيسر فسينتج مجالا مغناطيسيا في الملف الأيمن ولكن هذا المجال المغناطيسي مجال ثابت غير متغير لأنه ناتج عن تيار ثابت. ولذلك لن ينتج عن ذلك أي جهد في الملف الأيمن.
فكره عمل المحول الكهربائي
فكره عمل المحول الكهربائي

الآن لو فتحنا المفتاح لإيقاف التيار فإن المجال المغناطيسي سيتغير في الملف الأيمن وسينتج عن ذلك جهد يسمى بالجهد المستحث (induced voltage) مما يتسبب في سريان تيار في الملف الأيمن. وكما ذكرنا سابقا فإن الملف يقاوم أي تغيير ولذلك فان اتجاه هذا التيار سوف يكون بطريقة بحيث يحاول إبقاء المجال المغناطيسي كما هو بدون تغيير. 

والآن ماذا سيحدث لو أننا أغلقنا المفتاح مرة أخرى بعد أن يتوقف التيار ؟  سيزداد التيار في الملف الأيسر طبعا وسيحاول الملف الأيمن إبقاء المجال المغناطيسي كما هو ولذلك سيتولد فيه تيار معاكس ينتج عنه إيجاد مجال مغناطيسي معاكس وذلك لمقاومة الزيادة في المجال المغناطيسي.
حقيقة إن أي تغيير في التيار في الملف الأيسر يؤثر في التيار والجهد في الملف الأيمن وهذا ما يسمى بالحث التبادلي (Mutual Inductance).
إذ يمكن أن نعرف الحث التبادلي بأنه
 "الخاصية الكهربائية التي تمكن التيار الساري في سلك أو ملف من إيجاد تيار في سلك أو ملف آخر قريب منه". وهذه الخاصية هي التي يعتمد عليها المحول في عمله.

مكونات المحول الكهربائي 

مكونات المحول الكهربائي
مكونات المحول الكهربائي 

يتكون المحول من الأجزاء الرئيسة التالية:
  • القلب : وهو عبارة عن قطعة من الحديد
  • الملف الرئيسي: ويمثل مدخل المحول
  • الملف الثانوي. ويمثل مخرج المحول
والملفان الرئيس والثانوي عبارة عن سلكين ملفوفين على القلب ولا يلامسان بعضهما البعض. ويمكن أن يحتوي المحول على أكثر من ملف ابتدائي أو أكثر من ملف ثانوي والتي تجمع كلها على قلب واحد. ويمكن أن تحتوي بعض الملفات الثانوية على نقاط تفرع وذلك للحصول على قيم متعددة في خرج المحول.
 

ونظرية عمل المحول هي 
  1. مرور التيار المتردد في الملفات الابتدائية ينشئ مجالا مغناطيسيا متغيرا.
  2. يقطع الفيض المغناطيسي المتغير لفات الملف الثانوي فيتولد فيها - بالحث - جهدا كهربيا يعارض التغير في شدة واتجاه المجال المغناطيسي.
  3. الجهد المستحث المتولد في الملفات الثانوية يسبب تدفق التيار من هذه الملفات عندما توصل بحمل ما.
نظرية عمل المحول الكهربائي
نظرية عمل المحول الكهربائي
لاحظ أن :
يعمل المحول فقط مع التيارات المترددة (AC) وليس مع التيارات الثابتة (DC)، فعندما يدخل التيار المتردد عبر الملف الرئيس ينتج عنه مجال مغناطيسي يكون مركزا في القلب. هذا المجال المغناطيسي المتغير يقطع لفات الملف الثانوي ويتولد عن ذلك تيار يسري فيه.

أنواع المحولات الكهربائية 

محول القدرة 
يستخدم في مدخل وحدات التغذية في الأجهزة الإلكترونية، ويكون من النوع ذي القلب الحديدي، والهدف منه خفض الجهد العام220 فولت تيار مترد إلى قيمة مناسبة وذلك حسب حاجة الجهاز الإلكتروني. ويمكن استخدام أكثر من ملف ثانوي بحيث تخرج من الطرف الثانوي للمحول فولتيات مختلفة.

المحول الذاتي 
يتكون المحول الذاتي من ملف واحد مشترك بين الجانبين الابتدائي والثانوي، مما يوفر كمية الأسلاك النحاسية المستعملة ويخفض حجمه ووزنه وكلفته  ويستخدم المحول الذاتي لرفع أو خفض الفولتية عندما تكون نسبة التحويل المطلوبة غير مرتفعة، وعندما يكون العزل الكهربائي بين الملفات الابتدائي والثانوي غير ضروري.


محول التيار: 
يستخدم محول التيار مع أجهزة قياس التيار المتناوب (الأومميتر) بهدف خفض قيمة التيار المتناوب المراد قياسه إلى قيمة مناسبة يسهل قياسها، كما يستخدم لعزل جهاز القياس عن أسلاك الفولتية العالية . ويتكون محول التيار من ملف ابتدائي، يكون عدد لفاته قليلا، ومساحة مقطع سلكه كبيرة، ويوصل هذا الملف على التوالي بخط الحمل المراد قياس تياره. وأما الملف الثانوي، فيكون عدد لفاته كبيرا، ومساحة مقطع سلكه صغيرة، ويوصل بجهاز قياس التيار . 

محول العزل (Isolation Transformer)
يستخدم هذا المحول في ورشات الصيانة لعزل بعض الأجهزة والمعدات عن الشبكة الكهربائية العمومية، لتفادي الصدمات الكهربائية في أثناء العمل، وتكون فولتية الملف الثانوي مساوية لفولتية الملف الابتدائي، أي نسبة تحويل الفولتية مساوية للوحدة. 

محول التوفيق (Matching Transformer)يستعمل لربط دارتين كهربائيتين معا بحيث يعمل على التوفيق بين ممانعة ( مقاومة) الخرج للدائرة الأولى وممانعة الدخل للدائرة الثانية لضمان نقل أقصى قدر من الطاقة. لنفرض، مثلا، انه يوجد لدينا مضخم صوت ممانعة خرجه تساوي 4300 أوم، ونريد وصله مع سماعة ممانعتها 8 أوم . عند ذلك يجب استخدام محول ذو نسبة لفات مناسبة لتوفيق هاتين الممانعتين .

المحولات النبضية 
وهي محولات كهربائية مصممه لتعمل علي النبضات وعلي نطاق عريض من الترددات (1الي 100كيلوهرتز). وتكون من النوع ذو القلب الفرايت.

ما هو المحول المثالي Ideal Transformer

يستخدم المحول المثالي لتفسير العلاقة بين الملفات الثانوية والابتدائية ومن ثم للمحول الحقيقي. ويفترض في المحول المثالي أنه لا يوجد فقد في الطاقة حيث تنتقل الطاقة من دائرة الملف الابتدائي إلى دائرة الملف الثانوي دون أي فقد. أيضا يفترض في المحول المثالي أن الملفات ليس لها مقاومة لمرور التيار، كذلك لا يوجد تسرب في الفيض المغناطيسي. 

الرموز الفنية للمحولات الكهربائية 

يختلف الرمز الفني للمحول الكهربائي حسب نوعه.
الرموز الفنية للمحولات الكهربائية
الرموز الفنية للمحولات الكهربائية


المواصفات الفنية للمحولات

يمكن تعريف المواصفات الفنية للمحول بأنها تلك الخصائص التي تميزه عن أي محول آخر، وتتعلق بعض هذه المواصفات بشكل المحول وتركيبه، ويمكن معرفتها بالنظر ، كأن يكون المحول ذا قلب حديدي أو هوائي أو من الفرايت، أما المواصفات الأخرى فتعطى
من الشركة الصانعة، وتطبع على المحول نفسه، وأهم هذه المواصفات الفنية ما يأتي:
  • فولطية الملف الابتدائي: الفولطية التي يمكن توصيلها بالملف الابتدائي دون أن يحدث أي ضرر لذلك الملف كتلف العازل أو الحرق.
  • فولطية الملف الثانوي: الفولطية التي تظهر على الملف الثانوي للمحول عند تغذية الملف الابتدائي بالفو لطية المقررة.
  • التيار الثانوي الأقصى: أقصى تيار يمكن أن يسحبه الحمل من الملف الثانوي دون إتلافه.
  • قدرة المحول: تعطى القدرة المقررة لمحولات القدرة بو حدة (الفو لط أمبير) أو بالواط.

أعطال المحولات الكهربائية 

تعتبر المحولات من المكونات الأساسية لشبكات والأجهزة الكهربائية والالكترونية، ويجب أن يكون فني الصيانة او فني الالكترونيات قادرا على فحصها وتحديد أعطالها بكفاءة. يمكن تقسيم أعطال المحولات إلى فئتين وهما:

1-الأعطال الكلية: 
هي الأعطال التي لا يعمل فيها المحول نهائيا، رغم تزويد ملفه الابتدائي بفولتية التغذية المقررة ، والأسباب المتوقعة هي :
  • حرق الملف الابتدائي نتيجة ارتفاع فولتية المصدر عن تلك المقررة للمحول.
  • حرق الملف الثانوي نتيجة سحب الحمل تيار أعلى من المقرر، بسبب وجود قصر (شورت ) في الحمل، أو وصل حمل أكبر من الحمل المقرر للمحول.


2- الأعطال الجزئية 
وفي هذه الحالة لا يؤدي المحول عمله بالشكل المطلوب، كأن تتدنى فولتية الطرف الثانوي، أو يسحب الطرف الابتدائي تيار أعلى من المقرر، او ترتقع درجة حرارة المحول بشكل ملحوظ، والأسباب المتوقعة هي : 
  • حدوث قصر (شورت) جزئي في أحد ملفي المحول أو كلاهما، وهذا يؤدي إلى انخفاض فولتية الملف الثانوي وارتفاع درجة حرارة المحول. في هذه الحالة قياس مقاومة الملف الثانوي لن يكون مجديا، حيث يصعب ملاحظة الانخفاض الطفيف في مقاومة الملف، ويفضل استبدال المحول ومراقبة أداء المحول الجديد. 
  • حدوث قصر (شورت) جزئي بين بعض لفات أحد ملفي المحول وقلبه، وهذا يؤدي إلى تأريض الملف وانخفاض ملموس في فولتية الطرف الثانوي وارتفاع ملموس في درجة حرارة المحول. يمكن فحص هذا العطل بقياس المقاومة بين إطراف الملف الثانوي وقلب المحول باستعمال جهاز أوميتر تقليدي أو جهاز قياس مقاومة العزل (Megger).
  • حدوث قصر (شورت) كلي في أحد ملفي المحول أو كلاهما، في هذه الحالة تعدم فولتية الطرف الثانوي وترتفع درجة حرارة المحول بشكل ملحوظ، وقياس مقاومة الملف الثانوي يظهر مقاومة منخفضة جدا (صفر تقريبا).
google-playkhamsatmostaqltradent