أنواع المحولات الكهربائية |
تُستخدَم المحولات الكهربائية فى الحياة العملية على نطاق واسع؛ إذ تعد من أهم العناصر المكونة للنظام الكهربائي، ويشيع استخدامها فى العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية المنزلية، وكذلك في شواحن الأجهزة الخلوية، والحاسوب، والتلفاز، ودارات الفولطية المنخفضة، والمصانع والورش الصناعية، وفى آلات اللحام بالقوس الكهربائي، وتشغيل محركات التيار المباشر فى المصانع، ودارات التغذية لأنظمة التحكم العاملة بالفولطية المنخفضة وغيرها. تستخدم المحولات الكهر بائية أيضا فى رفع الفولطية أو تخفيضها لتشغيل الأحمال الكهربائية بحسب الفولطية المناسبة. وفي هذا المقال سنتعرف علي أنواع المحولات الكهربائية.
انواع المحولات الكهربائية
انواع المحولات الكهربائية |
تصنع المحولات الكهربائية بأنواع مختلفة؛ لتلبية حاجة الالات الصناعية، متناسبة مع طبيعة الاستعمال وقيمة الفولتية التي تعمل بها هذه الآلات. وتصنف بحسب معايير خاصة، على النحو الآتي:
أنواع المحولات تبعاً لعدد الأطوار
تصنف المحولات تبعا لعدد الأطوار إلى نوعين، هما:
- محولات أحادية الطور.
- محولات ثلاثية الطور.
أنواع المحولات تبعاً لطريقة التبريد
تصنف المحولات تبعا لطريقة التبريد إلى :
- التبريد بالهواء العادي.
- التبريد بالزيت.
- التبريد بالماء ويكون هذا التبريد للأجزاء الخارجية فقط.
- التبريد مواد خاصة مثل السيليكون السائل وغيره.
- التبريد الطبيعي.
أنواع المحولات بحسب نسبة التحويل:
- المحول الرافع للجهد.
- المحول الخافض للجهد.
أنواع المحولات بحسب تردد التشغيل:
- محول ذو تردد منخفض مثل محولات القوى والتوزيع.
- محول تردد عال: تستخدم محولات التردد العالي في أجهزة الاتصالات وأجهزة التحكم ومصمادر التغذية الإلكترونية، وتمتاز بصغر حجمهما، لأن قلوبها تصنع ممن مواد أخف كثافة من الحديد، وبأنها ذات نفاذية مغناطيسية عالية.
أنواع المحولات من حيث نوع القلب:
- محولات كهربائية ذات قلب حديدي.
- محولات كهربائية ذات قلب هوائي.
- محولات كهربائية ذات قلب من مادة الفرايت، وهي أخف كثافة من الحديد.
أنواع المحولات من حيث طبيعة الاستعمال:
- محولات القدرة (محولات القوى والتوزيع)، وهي محولات تستخدم في شبكات النقل والتوزيع الكهربائية.
- محولات أجهزة القياس والحماية، وهي نوعان: (محولات الجهد، ومحولات التيار).
- المحولات الخاصة، تستخدم في مجالات خاصة كما في آلات اللحام الكهربائية والمحولات الكهربائية، ومحولات الأجهزة الصوتية وغيرها.
- محولات القدرات الصغيرة التي تستخدم بكثرة في الآلات الصناعية والأجهزة المنزلية.
وفيما يلي توضيح لأهم أنواع المحولات الكهربائية
محولات القدرة Power Transformers
محولات القدرة Power Transformers |
تستخدم محولات القدرة في محطات التوليد والمحطات الفرعية لشبكة النقل والتوزيع، وتعد المحولات الثلائية الطور أكثر استخداماً في المنظومة الكهربائية من المحولات الأحادية الطور، كما أن استخدام محول ثلاثي الطور هو أفضل من استخدام ثلاثة محولات أحادية الطور؛ نظرا إلى وزنه الخفيف، وثمنه الر خيص، وحجمه الصغير، وكفاءته المرتفعة.
يطلق على أطراف ملفات محولات القدرة المستخدمة في شبكات التوزيع اسم أطراف الفولطية العالية (HV) للملف الابتدائي، ويرمز إليها بالرموز (A , B ,C)، في حين تسمى أطراف الملف الثانوي بأطراف الفولطية المنخفضة (LV)، ويرمز إليها بالرموز (a,b,c)
يتكون المحول الثلاثي الطور من ثلاثة ملفات ابتدائية، وثلاثة ملفات ثانوية، توصل بطريقة النجمة (ستار)، أو المثلث (دلتا).
المحولات الذاتية ( Autotransformers)
هي محولات كهربائية أحادية الملف، يشكل فيها الملف الثانوي جزءا من الملف
الابتدائي الذي يكون كامل الملف، وتتصل فيه الملفات كهربائيا ومغناطيسياً، وذلك
خلافاً للمحول العادي الذي يتكون من ملفين معزولين كهربائياً.
يستفاد من المحول الذاتي في الحصول على فولطية يمكن تغييرها تبعاً لحاجة المستخدم، وهو يستخدم في دارات بدء تشغيل المحركات الحثية الثلاثية الطور، والمحركات التزامنية ذات القدرات الكبيرة لتقليل تيار البدء، محقّقاً وفراً اقتصاديًّا في حجم المحول وكمية
النحاس المستخدمة مقارنة بالمحولات العادية، يذكر أن المحولات الذاتية الثلاثية الطور تتوافر بالنوعين: النجمي، والمثلثي.
وهناك نوعان من المحولات يطلق عليها محولات أجهزة القياس، وهى (محولات الجهد، ومحولات التيار)، وتستعمل هذه المحولات لتقليل الجهود والتيارات العالية إلى جهود وتيارات منخفضة، تقاس بأجهزة القياس مراعيا ًوضع أجهزة القياس في مكان بعيد عن
الجهد العالي حماية للعاملين فى المحطات من خطر التعرض المباشر لهذا الجهد.
بمعني أن مفاقيد الحلقة الهيسترية والتيارات الدوامية تزداد بزيادة التردد، ولتخفيض هذه المفاقيد في المحولات ذات الترددات العالية المستخدمة في أجهزة الاتصالات والراديو والعواكس (lnvertor)، يستخدم قلب من الفرايت ( Ferrite Core)، وهو مادة ذات نفاذية
مغناطيسية عالية.
يعمل هذا النوع من المحولات بدائرة تشبه دارة القصر ( Short Circuit)، حيث يسري تيار كهربائي عال يعمل على صهر قطعتي الصاج، أو صهر سلك اللحام الكهربائي.
تتشابه الميزات الإنشائية لهذه المحولات مع محولات القدرة ، ولكنها تفتقر أحيانًا إلى حافظ الزيت ، وترتيبات التبريد. وتتوفر محولات التوزيع في إصدارات أحادية الطور وثلاثية الطور.
عند مقارنتها بالمحولات المغمورة بالزيت ، تكون المحولات الجافة أخف وزناً وغير قابلة للاشتعال. يتم تغليف اللفات بالراتنج أو الورنيش لحمايتها من الظروف البيئية المعاكسة. وهي مناسبة لكل من التطبيقات الداخلية والخارجية ، لكن يوصى بها فقط للظروف البيئية الجافة، وعمرها الافتراضي قصير وذلك بسبب نظام التبريد السيئ وما ينتج عنه من ارتفاع درجه حرارة المحول.
المحولات الذاتية |
يستفاد من المحول الذاتي في الحصول على فولطية يمكن تغييرها تبعاً لحاجة المستخدم، وهو يستخدم في دارات بدء تشغيل المحركات الحثية الثلاثية الطور، والمحركات التزامنية ذات القدرات الكبيرة لتقليل تيار البدء، محقّقاً وفراً اقتصاديًّا في حجم المحول وكمية
النحاس المستخدمة مقارنة بالمحولات العادية، يذكر أن المحولات الذاتية الثلاثية الطور تتوافر بالنوعين: النجمي، والمثلثي.
محولات القياس ( Instrument transformers)
تستخدم محولات القياس الكهربائية راءة التيارات أو الفولطيات أو القدرات للدارات الكهربائية ذات الفولطية والتيارات العالية مباشرة حيث لا يمكن استخدام أجهزة القياس الكهربائية؛ لأان ذلك يشكل خطورة كبيرة على حياة القائمين بأعمال الفحص . حيث تستخدم محولات القياس لتوفير العزل بين دوائر الجهد العالي أو التيار العالي وأجهزة القياس والحماية.محولات القياس |
وهناك نوعان من المحولات يطلق عليها محولات أجهزة القياس، وهى (محولات الجهد، ومحولات التيار)، وتستعمل هذه المحولات لتقليل الجهود والتيارات العالية إلى جهود وتيارات منخفضة، تقاس بأجهزة القياس مراعيا ًوضع أجهزة القياس في مكان بعيد عن
الجهد العالي حماية للعاملين فى المحطات من خطر التعرض المباشر لهذا الجهد.
محولات الترددات العالية
المحول يعمل على التيار المتناوب، وذلك بوجود تردد معين لعمل هذا المحول، الذي يؤثر طردياً في وجود التيارات الدوامية في القلب الحديدي، تلك التي تعد من المفاقيد الرئيسة في المحول الكهربائي، لذلك استعملت لهذه المحولات قلب من الفرايت، لتخفيف المفاقيد في المحولات ذات الترددات العالية، المستخدمة في أجهزة الاتصالات والراديو وغيرهما، لأن عدد مرات نقل الطاقة يكون كبيرا خلال مدى زمنية معينة.محولات الترددات العالية ذات قلب فرايت |
بمعني أن مفاقيد الحلقة الهيسترية والتيارات الدوامية تزداد بزيادة التردد، ولتخفيض هذه المفاقيد في المحولات ذات الترددات العالية المستخدمة في أجهزة الاتصالات والراديو والعواكس (lnvertor)، يستخدم قلب من الفرايت ( Ferrite Core)، وهو مادة ذات نفاذية
مغناطيسية عالية.
محولات اللحام (Arc Welding Transformers)
هي محولات خافضة للفولطية ورافعة للتيار ذي الطور الواحد، وفيها تكون فولطية الملف الثانوي أقل من (80) فولط. وتعد أجهزة اللحام الكهربائي من العناصر المهمة في مجالات الحيـاة، وقمد صممت هذه الأجهزة للحصول عد تيار مرتفع، يسبب انصهار العناصر المطلوب لحامهما، ولذلك صممت هذه الأجهزة على مبدأ المحول الكهربائيا. وتعد من أنواع المحولات الخافضة للفولت والرافعة للتيار، ويو جد منهما عدة أنواع، منها نظام اللحام بالصهر ( Spot Welding) ويعرف ايضا بلحام النقطة. ونظام اللحام بالقوس الكهربائي ( Arc Welding).محول لحام |
يعمل هذا النوع من المحولات بدائرة تشبه دارة القصر ( Short Circuit)، حيث يسري تيار كهربائي عال يعمل على صهر قطعتي الصاج، أو صهر سلك اللحام الكهربائي.
محولات التوزيع Distribution transformers
تقوم محولات التوزيع بنفس المهمة المتمثلة في توصيل الطاقة للمستهلكين عند مستويات الجهد المطلوبة. هذا النوع من المحولات عبارة عن محولات تنحي - بمعنى أن وظيفتها هي تقليل الجهد المطبق إلى مستويات أقل ، لتلبية متطلبات المستهلكين أو مراكز التحميل. على الرغم من أن المعايير الصناعية تحد من تصنيف محولات التوزيع إلى 500 كيلو فولت أمبير ، إلا أنه يتم أيضًا تصنيع درجات أعلى.محولات التوزيع Distribution transformers |
تتشابه الميزات الإنشائية لهذه المحولات مع محولات القدرة ، ولكنها تفتقر أحيانًا إلى حافظ الزيت ، وترتيبات التبريد. وتتوفر محولات التوزيع في إصدارات أحادية الطور وثلاثية الطور.
محول النوع الجاف Dry type transformer
المحولات من النوع الجاف هو المحول الذي لا يحتوي على وسط سائل يحيط بملفاته. الوسيط العازل المحيط بالملف عبارة عن مركب غازي أو جاف. فهو لا يحتوي على أي نظام تبريد سائل. اللفات مغطاة براتنج الايبوكسي لحمايتها من الرطوبة. لذا فإن وسيط التبريد الوحيد هو الهواء.محول النوع الجاف |
عند مقارنتها بالمحولات المغمورة بالزيت ، تكون المحولات الجافة أخف وزناً وغير قابلة للاشتعال. يتم تغليف اللفات بالراتنج أو الورنيش لحمايتها من الظروف البيئية المعاكسة. وهي مناسبة لكل من التطبيقات الداخلية والخارجية ، لكن يوصى بها فقط للظروف البيئية الجافة، وعمرها الافتراضي قصير وذلك بسبب نظام التبريد السيئ وما ينتج عنه من ارتفاع درجه حرارة المحول.
محول مغمور بالزيت Oil Immersed Transformer
جميع محولات القدرة والتوزيع ماعدا الجافة هي محولات مغمورة بالزيت. ويستخدم هذا النوع من المحولات الزيت القابل للاشتعال لأغراض التبريد. يوفر الزيت تبريدًا أفضل من المحولات من النوع الجاف وهذا هو سبب استخدامها في البيئات الخارجية القاسية. وعيب هذا النوع من المحولات هو أنها كبيرة الحجم بسبب خزان الزيت وأجهزة الاستشعار المطلوبة لفحص الرطوبة وما إلى ذلك. تحتوي على زيت قابل للاشتعال لذا فهي غير مناسبة للبيئة الداخلية.
محول العزل Isolation transformer
محول العزل هو نوع من المحولات المستخدمة لعزل جهاز أو دائرة عن مصدر الطاقة. يوفر عزل كلفاني للجهاز. لديها نسبة دوران 1: 1 مما يعني أن الأساسي والثانوي لمحول العزل يحتويان على عدد متساوٍ من اللفات. إنه قادر على تخفيف مكون التيار المستمر للإشارة من دائرة إلى أخرى. يمكن العثور على هذا النوع من المحولات في إمدادات طاقة التيار المستمر ودوائر الاتصالات.محولات التأريضGrounding transformers
في محولات التوزيع ذات التوصيلات الثانوية WYE الثانوية أو غير الأرضية المتصلة بالدلتا ، يتم استخدام محول التأريض لتوفير مسار أرضي أو محايد. يمكن أن يساعد هذا في تقليل عابر الجهد عند حدوث أعطال أرضية.هذه جزء من نظام تأريض للشبكة ، من حيث أنها تسمح لنظام ثلاثي الطور بضبط أحمال الطور إلى الأحمال المحايدة من خلال توفير مسار عودة للتيار إلى المحايد. يشتمل محول التأريض عادةً على محول لف واحد بتصميم متعرج zigzag winding.
أسئلة شائعة حول أنواع المحولات الكهربائية
ما هو المحول الكهربائي ؟
المحول الكهربائي هو معدة ساكنة لا تحتوى على أي أجزاء متحركة تستخدم لنقل الطاقة الكهربائية من دائرة كهربائية إلى دائرة كهربائية أخرى.وذلك عن طريق تغيير قيم مكونات هذه القدرة (الجهد والتيار ) مع المحافظة على التردد .- يقوم المحول فقط بتصعيد أو خفض مستوى الجهد أو التيار.
- لا يغير المحول تردد الدائرة أثناء التشغيل.
- يعمل المحول على مبدأ الكهرباء ، أي الحث المتبادل.
- يعمل المحول عندما تسري كلتا الدائرتين عن طريق الحث المتبادل.
- لا يستطيع المحول تصعيد أو خفض مستوى جهد التيار المستمر أو تيار التيار المستمر.
- يقوم المحول فقط بتصعيد أو خفض مستوى جهد التيار المتردد أو تيار التيار المتردد.
- لا يغير المحول قيمة التدفق.
- لن يعمل المحول على جهد التيار المستمر.
- يسمي الملف المتصل بمصدر الجهد بالملف الابتدائي كما يسمي الملف المتصل بالحمل بالملف الثانوي .
هل المحول الكهربائي نوع من الآلات الكهربائية؟
في بعض المراجع تصنف المحولات الكهربائية على أنها نوع من الآلات الكهربائية ولكن مفهوم الآلة الكهربائية يعني الحركة الميكانيكية ولذلك ولان المحولات الكهربائية تخلو من الحركة الميكانيكية فيمكن فصلها .ما هي مجالات استخدام المحولات الكهربائية ؟
يعتبر المحول الكهربائي من اهم عناصر نظم الطاقة الكهربائية ويُكون مع الآلات الكهربائية أهم جزء في تلك النظم ويمكن استخدامه في عدة مجالات أهمها :
- محطات الطاقة الرئيسية : - حيث يستخدم لرفع الجهد الكهربائي
- محطات تحويل الطاقة :- حيث يستخدم لرفع الجهد الكهربائي أو خفضه
- الأجهزة الكهربائية بشكل عام:- حيث يستخدم لإعطاء فولتية قليلة لتشغيل هذه الأجهزة
- محو لات البدء في المحركات الحثيه
- مجالات أخرى
ما هو صندوق التمدد فى المحولات الكبيرة ؟
فى المحولات الكبيرة يستعمل دائما صندوق احتياطى للزيت لاستيعاب أي تمدد أو انكماش في حجم الزيت بعيداً عن الحوض الأصلى للزيت، ويعوض أي نقص يحدث في حوض الزيت الأصلى للمحول. ويتميز بوجود مقياس لمعرفة مستوى الزيت الخاص به حتى لا ينخفض بشدة، وهو مزود أيضاً بمؤشر لمعرفة ارتفاع مستوى الزيت داخله.ما هو الفرق بين المحول أحادي الطور والمحول ثلاثي الطور؟
المحول أحادي الطور "Single phase transformer" :عبارة عن محولين متعرجين لهما ملف أساسي واحد وملف ثانوي. يستخدم المحول في التطبيقات أحادية الطور مثل أفران الميكروويف وشاحن الهاتف المحمول وما إلى ذلك.المحول ثلاثي الطور او 3 فاز "Three Phase Transformer" : يحتوي على 6 لفات ، 3 منها عبارة عن لفات أولية و 3 لفات ثانوية لكل مرحلة. لديها 12 محطة مقسمة بالتساوي على كلا الجانبين (2 لكل مرحلة) .
يمكنك استخدام 3 محولات أحادية الطور معًا بدلاً من محول ثلاثي الطور.
مراجع
مقررات العلوم الصناعية بالمناهج الاردنية.
What is an Electrical Transformer
Types of Transformers and Their Applications
What is an Electrical Transformer
Types of Transformers and Their Applications