المحولات و الدوائر الإلكترونية


(ماجد عباس محمد) #1

المحولات:
المحولات هى وسيلة لتحويل الطاقة من حالة لأخرى على نفس الصورة لتلاءم حمل معين أو استخدام ما.
فالمحول الكهربى يحول الطاقة الكهربية من فولت و أمبير إلى فولت آخر وتيار آخر، و الميكانيكى من قوة وسرعة لقوة أخرى و سرعة أخرى ولكن لا يحولها مثلا من كهرباء لميكانيكا أو غير ذلك، فتلك لها أسماء أخرى مثل الحساسات و المحركات و غيرها من الأسماء.
وقد تظن عزيزى القارئ أنها تلك الأجسام المملوءة بالحديد، و لك الحق لشهرتها لكنها ليست الوحيدة.
فى الصوتيات مثلا، نجد أن البوق الملحق بالمذياع هو فى الواقع محول صوتى لتوفيق معاوقة الهواء وهى 41 أوم للمذياع لزيادة كفاءته،


وفى هوائى الرادار أو الأقمار الصناعية و الميكرو ويف عموما نجد Feed Horn أو قمع التغذية لنفس السبب.


و ستتعجب لو علمت أن الفوهات الضيقة أو الواسعة فى الموائع (سوائل أو غازات) تقوم بنفس الفكرة، وعلبة التروس فى الميكانيكا (فتيس أو ناقل السرعة فى السيارة) كلها صور متنوعة لأداء واحد، و إنما الاختلاف فقط بسبب تغير الوسط.

إذن ما هى المحولات؟
المحول هو وسيلة لتحويل الطاقة المارة من صورة لأخرى، و بمعنى أدق تزيد القوة على حساب السرعة أو العكس. فى الكهرباء الفولت هو القوة الدافعة الكهربية و السرعة هى للإلكترونات أى التيار، وفى الموائع سواء غاز أو سائل يكون الضغط مع معدل السريان و فى الموجات اللاسلكية المركبة الكهربية و المركبة المغناطيسية للموجة.
طبعا هناك أنواع عديدة من المحولات ولكننا هنا نقصر دراستنا على ما له علاقة بالدوائر الإلكترونية أما وحدات القدرات العالية و متعدد الأوجه (الفازات) فهذا مجال الهندسة الكهربية.

هناك قاعدة عامة أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم
إذن طاقة الدخول = طاقة الخروج لا تزيد إحداها ولا تقل
لكن قبل أن تعترض، طاقة الخروج عادة تتشتت فى أكثر من مسار مما يجعل طاقة الخروج المستفادة أقل من طاقة الدخول.
هذا يقودنا لتعريف ما يسمى “كفاءة التحويل” أو :كفاءة المحول" أو يكفى “الكفاءة” وهى ببساطة: كم من جملة الطاقة التى تدخل، أستطيع الاستفادة منها فى الخرج.
الكفاءة = طاقة الخرج المستفادة ÷ طاقة الدخول المستهلكة.
بالنسبة للكهرباء، يجب أن نتعامل مع الجهد والتيار. ولنقل التيار بدون توصيل، فأحد الوسائل هى المجال المغناطيسى، إذن نحول التيار إلى مجال مغناطيسى و نتقبله قى الجهة الأخرى بالصورة التى نحب.
لكن كلنا نذكر تلك التجربة البسيطة عن المغناطيس والملف المتصل بمقياس حيث لم يكن يمر تيار إلا عندما يتحرك المغناطيس، وأن التيار المتولد يزداد مع زيادة سواء السرعة أو المعدل (التردد)


كل هذه الأمور تضع لنا التصور كيف يجب أن يتركب المحول
ملف يدخل فيه التيار ليولد مجال مغناطيسى وآخر يتأثر بهذا المجال ليولد تيار الخرج
آه - لا تنسى أن التيار الداخل يجب أن يتغير باستمرار بدلا من جعل الملف هو الذى يتحرك - أليس كذلك؟
حسنا المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن تركيبه
روابط لملفات PDF لهذاه السلسلة
رابط 4shared

رابط Drop Box

أو التحميل المباشر
XformerPDF.pdf (1.6% u)


أجهزة القياس - وقياس المكونات و الأخطاء الشائعة
(ماجد عباس محمد) #2

الشرح السابق وضع لنا تصور لتركيب المحول بأن يكون ملف متصل بالمصدر الكهربى المتغير (الأزرق) و حوله ملف أخر (البرتقالى) ليتلقى منه المجال المغناطيسى المتولد(الأخضر). حسنا لكى نستطيع أن نحافظ على تغير المصدر يجب أن يزيد و ينقص ولكى نعرف طبيعة هذا الجهد والتيار المار يفضل أن يكون متردد فتكون بذلك خواصه محددة.
لزيادة المجال أو الفيض المغناطيسى يفضل وضع مادة ذات ممانعة مغناطيسية أقل من الهواء فتزداد خطوط المجال و تنتقل طاقة أكثر، وهو قضيب الحديد.


الحديد بهذه الصورة سيزيد المجال و يحسن الأداء لكن كلما زادت خطوط المجال زادت كفاءة النقل و لزيادة هذه الخطوط نقلل من ممانعة مسارها أى نقلل من المسار فى الهواء، لذا يجب أن يكون المسار المغناطيسى مغلق أيضا. لهذا فالحديد يصنع بهذه الصورة



حيث يكون بصورة تمثل مسار مغلق.
لكن الحديد بهذا الحجم يمثل أيضا ملف ثانوى يمر فيه تيار يسبب تسخين للحديد و يشكل فقد كبير للطاقة!
لهذا يصنع الحديد عادة من شرائح و تعزل عن بعضها بالورنيش أو ورق عازل أو طبقة من السيلكون و يسمى حديد سيليكونى كما بالصورة.

كيف نحسب القدرة التى يمكن نقلها؟
ببساطة كلما زادت خطوط المجال المغناطيسى زادت بالتبعية الطاقة التى يمكن نقلها و عدد هذه الخطوط يتناسب مع عدد اللفات مضروبا فى قيمة التيار المار.
هذه هى القوة التى تولد المجال لكن عدد الخطوط فى الهواء أقل منها فى الحديد لأن للحديد ممانعة أقل، لذا تزداد هذه الخطوط بنسبة تعتمد على نوع هذا الحديد نسميها β النسبية و بضربها فى قيمة الهواء نحصل على β المطلقة وهى أقصى عدد للخطوط لكل سم مربع بدون تشبع.
هكذا نجد أن القدرة لها علاقة بهذه القيمة مضروبة فى مساحة مقطع الحديد، فكلما زاد مقطع الحديد تمكن من تحمل المزيد من الخطوط و مزيد من الطاقة.

كيف نحسب الفولت المناسب لكل لفة؟
اللفة هى ملف و لها حث و معاوقة و من قانون أوم نجد أن
الفولت = التيار × المعاوقة
حيث التيار هو الكافى لتمرير الخطوط السابق الحديث عنها
المعاوقة هى 2 × ط × التردد × الحث
حث الملف يعتمد على أبعاد هذه اللفة
مما سبق نجد أن المعادلة للفولت

V=4.44FN*βA10-4
4.44 × 10-4 هو ثابت ناتج من التعويض بقيم الحث للملف و باقى الثوابت السابق ذكرها
F التردد ذ/ث
N عدد اللفات للملف
β للحديد المستخدم
A مساحة مقطع الحديد

وهذه هى المعادلة العامة التى سنستخدمها فى حساب المحولات.
طبعا قد ترى أنها معقدة و بها كثير من القيم الغير مرغوبة، لكن لحسن الحظ بنظرة فاحصة تجد أنها ابسط مما تتصور فلا يوجد بها سوى معامل الحديد المستخدم وهو أنواع قليلة للكهرباء و بالتالى سنعوض بقيمة متوسطة الحديد السيليكونى و نستخدم المرة القادمة إن شاء الله ناتج هذا التعويض.


(ماجد عباس محمد) #3

لماذا تصنع المحولات من الشرائح؟


لو نظرنا لتركيب المحول من أعلى أو صنعنا قطاع فى منتصفه، سنجد الصورة كما يلى

فنجد أن كل من الملف الابتدائى و الثانوى محيط بالقلب الحديدى و المجال المغناطيسى المتولد من الملف الابتدائى يقطع الملف الثانوى و القلب الحديدى على السواء، فما يمنع تكون تيار أيضا فى القلب الحديدى باعتباره ملفا ثانويا؟!!
الحقيقة هذا ما يحدث بالفعل إلا أن المشكلة أن هذا الملف عليه قصر فلا يحد التيار المار به سوى مقاومة مادة الحديد وهى وإن كانت أعلى قليلا من النحاس إلا أنها و لكبر مقطع القلب تكون صغيرة جدا مسببة ما يشبه القصر على المحول. هذه التيارات تسمى تيارات دوّاميه أو إعصارية Eddy Currents وهى من أكبر مسببات الفقد فى المحولات.
لتقليل هذه التيارات، يجب زيادة مقاومة مسارها و ذلك بعمل القلب من شرائح تقطع مسار هذه التيارات فتؤدى عملها بطريقتين معا، تقليل المساحة التى تولد الجهد المسبب لهذه التيارات و تقطيع مسار التيار مما يجعل من الصعب جدا أن يجد مسار دورة كاملة موازية للملفات والمجال المغناطيسى.
تصنع شرائح الحديد من عدة أشكال أشهرها EI وهى قطعة على شكل الحرف E والأخرى على شكل الحرف I و عند التجميع توضع مرة جهة اليمين و الأخرى جهة اليسار كما بالرسم حتى تقع فجوة الأولى بعيدا عن فجوة التالية و هكذا. يلاحظ هنا أن الجزء الأوسط يكون ضعف الأحرف لأن المجال المغناطيسى فيه سيتوزع لنصفين نصف فى كل حرف.

الشكل التالى هو حرف L وهو متماثل العرض ويوضع أيضا كما بالرسم لتحقيق نفس الهدف.
الفراغ بداخل أى من الأشكال المتنوعة يسمى شباك Window وهو الذى سيحتوى ما يسمى المشكٌّل بتشديد الكاف فهو الذى يشكل اللفات وهو على شكل بكرة عادية أو مجرد اسطوانة تلف عليها لفات السك و طبعا يجب أن تكون من مادة عازلة و قوية الاحتمال لتتحمل إدخال شرائح الحديد فلا تتمزق كالبلاستيك أو الفيبر أو غيره من المواد التى لا تنصهر بسهولة ولا تحترق مكونة كربون يسبب قصر.
يلف الملف حول البكرة ثم يدخل الحديد.
هناك فى الدوائر الإلكترونية أو الكهربية ،وخاصة تلك التى تتعامل مع الموتورات، تنشأ الحاجة لملفات ذات حث كبير مثل 2 هنرى و حتى 30 هنرى مثلا و تتحمل تيار كبير، لذا تصنع كما يصنع المحول تماما إلا أنها من ملف واحد فقط. غالبا هذه الملفات تتحمل تيار مستمر إضافة للتيار المتردد وهذا يعرضها للتشبع مما يفقدها قيمة الحث ويقلل أداؤها، لذا تصنع من المقطع EI و توضع كل الشرائح E معا من جهة واحدة ثم توضع شريحة من العازل لضمان وجود فجوة هوائية كما بالشكل الأسفل.

لذلك يسهل التفريق بين المحول و الملف بمجرد النظر، فكما بالصورة نلاحظ تداخل الشرائح فى المحولات كما بالصورة العليا و تطابقها فى الملف بالصورة السفلى
فى الختام يجب ضم الشرائح جيدا إما بالورنيش أو المسامير مع الورنيش أو أى ضواغط خارجية كما يوضع أحيانا بين بكرة السلك والشرائح قطعة تزنق الشرائح معا حتى لا يسبب المجال المتردد صوت زنه عالية نتيجة الاهتزاز الميكانيكى و الذى يعتبر فاقد و تقليل من كفاءة المحول.

المرة القادمة إن شاء الله سنبدأ تصميم محول


(ماجد عباس محمد) #4

لنصمم الآن محول بالحديد السيليكونى، سنعوض بقيم الحديد فى المعادلة السابقة و التردد = 50 ذ/ث و نصل لعدة معادلات مختصرة
نبدأ أولا بالقدرة المطلوبة للحمل
الطاقة = تيار الحمل × جهد الحمل = كذا وات.
مساحة مقطع
حديد المحول = الجذر التربيعى للقدرة
مثلا لنصمم محول 100 وات يحول من 220 فولت إلى 12 فولت.
محول 100 وات جذرها 10 نستخدم 10 سم2
لكن الفراغات لعزل رقائق الحديد تقلل المساحة الفعلية لذلك نفترض المساحة الفعلية 0.9 المساحة المحسوبة فتكون 10 ÷ 0.9 = 11.11 سم2
طبيعى قد لا نجد المقاس المطلوب لذا نختار المقاس الأكبر مباشرة أو إذا كنا
سنصنع البكرة التى سنلف عليها الملف يمكن أن نختار المساحة المحسوبة أو أكبر قليلا لتعويض الفراغات.
نفترض أن
المساحة التى وجدناها هى 3سم×4سم=12 سم مربع وهى أكبر قليلا من المطلوب وهذا أفضل
عدد اللفات لكل واحد فولت = 50 ÷ مساحة المقطع
ن = 50 ÷ 4.16667 = 12 لفة لكل فولت طبعا يمكننا استخدام 4.2 لفة لكل فولت أو أكثر
ملف 220 يحتاج 220 × 4.2 = 924 لفة

ملف 12 فولت يحتاج 12 × 4.2 = 50.2 لفة طبعا هنا إما نستخدم 50 لفة أو 51 لفة

الآن التيار فى الملف الثانوى
قلنا أنه 100 وات و الخرج 12 فولت يكون التيار = 100 ÷ 12 = 8.333 أمبير
يحسب قطر السلك على أساس الفقد الحرارى به كمقاومة بالأوم وهو لسلك النحاس

قطر السلك = 0.8 جذر التيار إن كان داخلى غير جيد التهوية و يمكن أن نصل إلى
قطر السلك = 0.6 جذر التيار إن كان خارجى و جيد التهوية.
ق = 0.8 × جذر 8.333 = 0.8 × 2.887=2.3 مللى متر أو 23 ديزيم
إذا كان ملف جيد التهوية لكونه آخر ملف من الخارج و يمكن تهويته أو تبريده يمكن تقلل 0.8 إلى 0.6 أو حتى 0.5
الآن
الملف الابتدائى
نعلم أن الدخول أكبر من الخروج لوجود الفقد وفى المحولات
الصغيرة نفترض الكفاءة 80%
إذن الدخول 100 ÷ 0.8 =125 وات

لو الدخول مثلا 220
فولت يكون التيار 125 ÷ 220 = 0.57 أمبير
قطر السلك = 0.8 جذر 0.57 = 0.8 ×
0.75= 0.6 مم أو 6 ديزيم
هذه العلاقات الرياضية مشتقة من العلاقات الصحيحة الكاملة للمحولات مع التعويض فى معاملاتها بالآتى
التردد = 50 ذ/ث
القلب =
حديد سيليكونى - شرائح
السلك من النحاس لأن الألمونيوم له مقاومة نوعية أعلى
نوع المحول ملفان منفصلان ابتدائى و ثانوى ملفوفان على مشكل واحد أو ثلاث أزواج من الملفات على ثلاث قلوب (3 فاز)
لو صححنا بنسبة التردد يمكن أن نستخدمها لأى تردد نشاء وهذا ما سنفعله المرة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #5

ترانسفورمر 400 هيرتز:
فى الأجهزة المحمولة جوا (أى بالطائرات) عادة تستخدم تردد 400 ذ/ث وذلك لتقليل حجم ووزن كل المعدات المستخدمة للحديد و منها المحولات عموما وذلك قبل انتشار الفرايت ، لهذا فمن المجدى دراسة هذا النوع فالبعض قد يتعرض له خاصة انتشار محولات المسماة "شوبر " Chopper المعتمدة على الفرايت و التى تعمل على ترددات أعلى و سيأتى شرحها لاحقا.

المعادلة العامة للمحول هى
V=4.44FN*βA10-4
حيث V هو الفولت و F التردد و N عدد اللفات و A مساحة المقطع و β هو الفيض لنوع الحديد المستخدم
و المعادلة السابقة حسبت بالتعويض عن التردد = 50 و β بالقيمة الخاصة بالحديد السيليكونى ثم وجدنا النسبة
N÷ V= 10000÷ (4.44 × 50 × β × A ) ≈ 50/ مساحة المقطع لفة لكل فولت
لنفترض أننا نريد عمل نفس المحول السابق ولكن للتردد 400 هيرتز وهو تردد الشائع فى عالم الطيران لتقليل وزن الأجهزة المحمولة جوا
مساحة المقطع = جذر القدرة= جذر 100 = 10
الآن برفع التردد من 50 إلى 400 يزداد معدل تغيير المجال بنفس النسبة و بالتالى ينقل قدرة أكبر بنفس النسبة وهى = 400 ÷ 50 = 8
إذن إما اعتبار أن المحول ينقل 800 وات أو نقلل المقطع فيصبح 10 ÷ 8 = 1.25 سم مربع
عدد اللفات / فولت من المعادلة السابقة بالتعويض عن التردد بالقيمة الجديدة و مساحة المقطع بالقيمة الجديدة
وهى تساوى 50 ÷ ( 8 × 1.25)=50 ÷ 10 = 5 لفات لكل فولت

مما سبق نرى أن مساحة مقطع الحديد نقصت و بالتالى الوزن و عدد اللفات أيضا قل بنفس النسبة مما يقلل وزن النحاس أو سيبقى عدد اللفات مع صغر محيط اللفة محققا أيضا نفس النتيجة وهذا طبعا حسب ما إذا استخدمت نفس القلب للحصول على قدرة أعلى أو قلب أصغر لنفس القدرة.
نفس الكلام يمكن تطبيقه لأى تردد آخر كما سنرى لاحقا فى تطبيقات أخرى
جدير بالذكر أن الحديد السيليكونى يمكن استخدامه حتى 2000 ذ/ث قبل أن تزداد نسبة الفقد بصورة معوقة لكن هذا لا يمنع استخدامه على كافة النطاق الصوتى 20000 ذ/ث بفرض أن الفقد تعوضه الدوائر الإلكترونية.
لتقليل الفقد فى محولات الترددات الأعلى من 50ذ/ث، تصنع من شرائح أقل سمكا من المعتاد.


(ماجد عباس محمد) #6

المحول الذاتى Auto Transformer
هو محول مكون من ملف واحد حيث يشترك الابتدائى و الثانوى فى جزء من الملف
إن استخدم كمحول رافع فجهد المصدر يكون جزء من جهد الحمل وعلى المحول أن يولد فقط فرق الجهد بين المنبع والحمل
و إن استخدم كمحول خافض ، فإن التيار من المصدر يعبر للحمل و عليه فالمحول عليه أن يولد فرق التيار بين الابتدائى والثانوى

K = N1:N2=V1:V2
النقطة a هى النقطة المشتركة بين الابتدائى و الثانوى ، A هى دخول المصدر ، x النقطة المشتركة بين الابتدائى والثانوى ’ P هى القدرة للكل أو جزء حسب التسمية و الرموز المضافة لها – من الرسم نجد
P1=V1I1= V2I2=P2
النقطة a تقسم الملف لجزأين الجزء a -x المشترك والجزء A-a على التوالى مع الدخول
من اتجاه التيار كما بالرسم نجد أن الملف المشترك به تيار يساوى الفرق بين تيار الحمل و تيار المنبع
I2-I1
وهذه نقطة هامة جدا عند حساب مقطع السلك حيث توفر كثيرا جدا فى قطر السلك و من ثم الكلفة
و بحساب القدرة

[RIGHT]PA-a = (V1–V2)I1=V1*I1-V2*I1

[/right]

[RIGHT]و الجزء المشترك

[/right]

[RIGHT]P a-x=V2(I2-I1)=V2*I2-V2*I1

[/right]

[RIGHT]بما أن

[/right]

[RIGHT]P1=V1I1= V2I2=P2

[/right]
إذن القيمتان للقدرة متساويتان

PA-a = P a-x
لا تنزعج وتقول ما نجنى من هذا ، فقط تذكر أن الجزء المشترك بين الدخول والخروج، به فرق التيارين وليس أحدهما أى أن المحول أصبح محول ابتدائى ثانوى لنقل فرق التيار وليست التيار كله و بالتالى نسبة مناظرة من القدرة ونسبة الوفر K

حيث K نسبة الجهد الأعلى للجهد الأقل (بصرف النظر أيهما دخول أو خروج)

المرة القادمة بإذن الله نحسب محول لنرى النتيجة


(mostafahamamo) #7

أخى @ماجد عباس محمد اذا تكرمت لو في ملف ورد او pdf يرجى ارفاقه لنا حتى يسهل قرائته مجمع


(ماجد عباس محمد) #8

أخى
إن شاء الله سأرفع الموضوع كاملا فى صورة PDF


(ماجد عباس محمد) #9

لنحسب الآن محول ذاتى لنرى الفرق

مثلا لنفترض نفس المحول السابق 100 وات
مساحة المقطع كانت جذر القدرة = 10 سم2
فى حال استخدام محول ذاتى للتحويل من 200 إلى 220 مثلا نجد نسبة التوفير = 220- 200 مقسوما على 220
أى = 20 ÷220 = 0.09 أو تقريبا 0.1
أى تعمل تصميم لمحول قدرته 100 × 0.1 = 10 وات فقط
فتكون مساحة المقطع = جذر 10 = 3.2 سم2
تيار الدخول = 100 ÷ 220 = 0.45 أمبير
قطر السلك = 0.8 جذر التيار = 0.8 × 0.67=0.54 أو 5.5 ديزيم
هذا القطر للفات 20 فولت فقط أى الفرق بين 220 – 200
تيار الخرج = 100 ÷ 200 = 0.5 أمبير
فرق التيارين = 0.5- 0.45 = 0.05 أمبير فقط

قطر السلك = 0.8 جذر 0.05 = 0.8 × 0.22 = 0.18 أو 1.8 ديزيم و أقرب قيمة هى 2 ديزيم
وهذه للملف 200 فولت وواضح الفرق فى القطر والوزن و الثمن فى استخدام 2 بدلا من 5.5 و أيضا وزن وحجم الحديد

نلاحظ هنا أن كلما زاد الفرق بين جهد الدخول و جهد الخروج قلت نسبة التوفير لذلك هو جيد فى الاستخدامات مثل التحويل من 110 إلى 220 أو ضبط الجهد لتعويض التغير مثلا 220 ± نسبة ما للتصحيح عبر أطراف نقل
لكنه غير مجدى فى حالات مثل 220 : 12 فولت لسببين
أولا نسبة التوفير = 220-12= 208 بالقسمة على الجهد الأعلى 220 تصبح
208 ÷ 220 = 0.95 أى أن المحول 100 وات يعتبر 95 وات وهى نسبة لا تذكر بل فى الواقع إن بدأت بحمل 95 وات ستقربه إلى 100 لسهولة الحساب إن لم ترفع القيمة أكثر من قبل معامل أمان.
السبب الثانى خطير جدا أن الجهد 220 له مرجع الأرض لذا لو لمست السلك “الحى” كفاك الله و عافاك لذلك يستخدم دوما محول يسمى محول عزل وهو 220 : 220 لتوفير العزل الكهربى عن الأرض للحماية فيكون لمس طرف واحد غير خطر و للأسف المحول الذاتى لا يوفر هذه الميزة
لكن هذا لا يعنى أن هذا الأسلوب لا يستخدم بل العكس كان يستخدم كثيرا فى محول الجهد العالى لشاشات التلفاز لتوفير جهد تغذية الفتيلة أو جهود أخرى متنوعة حيث كافة جهود الخرج معزولة عن الأرضى.
هذا النوع من المحولات، يلف على قلب دائرى يسمى Toroidal و يستخدم مع دائرة تحكم صغيرة كمثبت جهد أو للحصول على جهد يغير يدويا حسب الحاجة و قد يكون ذو فاز واحد أو 3فاز

ماذا نفعل لو لم نجد السلك المناسب؟ هل استبدل السلك بسلكين بنصف القطر؟؟
هذا موضوع الحلقة القادمة إن شاء الله


(mostafahamamo) #10

بارك الله فيك واتمنى وضعه على Pdf بالكامل في اقرب وقت لسهوله قرائته مره واحده


(ماجد عباس محمد) #11

سلك واحد أم أسلاك متعددة

قد يحتاج الأمر سلك ذو قطر أكبر من المتاح و ذلك لأن: إما المطلوب تيار عالى أو المحول ذو قدرة كبيرة و يتطلب الأمر تيار مناسب
المشكلة أن البعض يظن أن ما نقدمه هو قانون سماوى لا يقبل الجدل و ينسى من أين اشتققناه
الأساس فى حساب مقطع السلك هو الحرارة المتولدة فيه نتيجة لمرور التيار، و أرجو أن نتذكر مرة أخرى أننا قلنا الملف الخارجى يبرد أكثر من الداخلى و من ثم استخدمنا نسبة 0.6 إلى 0.5 بدلا من 0.8
أيضا العلاقة المستخدمة أصلا مشتقة من قاعدة تجريبية هى أن كل مللى متر مربع من النحاس الأحمر يتحمل من 6 إلى 8 أمبير، فلو فهمنا هذه الحقائق و تذكرناها نجد أن الحلول متعددة فمثلا توجد شرائط تباع بالمقطع مللى متر مثلا 2×3 الخ وهكذا نقول 2×3=6 مللى متر مربع
6 مللى × 8 أمبير = 48 أمبير
بالمعادلة السابقة 48 أمبير توازى سلك 41 ديزيم أى 4.1 مم
الميزة فى استخدام شريك مربع مزدوجة فأولا لا تتقيد بقطر محدد كما فى السلك الدائرى فالشريط 2×3 = 6 × 1 أو ما يتوافر طالما مساحة المقطع مساوية أو تزيد، و ثانيا عند اللف تصطف الأسلاك المربعة أفضل من المستديرة ولا تترك بينها فراغات كما بالرسم و تكون أفضل.

ماذا لو أصبح الأمر حتميا استخدام سلك دائرى، هل سلكين بقطر 1مم يحللان محل سلك 2مم مثلا؟
كما ذكرنا أن الأساس هو مساحة المقطع، وهذا الرسم يبين سلكين بقطر 1 (اللون البرتقالى) مرسومين داخل سلك بمقاس 2 باللون السماوى. واضح أنهما أقل بكثير من أن يكونا مساويين.

إذن ما الحل؟؟
المسألة مسألة دوائر و حساب مساحات
مساحة الدائرة = ط ق 2 /4 = 0.25 × 3.14 × ق × ق
إذن
مساحة كلية = مساحة 1 + مساحة 2 + مساحة 3 الخ
يمكننا أن نأخذ الثوابت 0.25 و 3.14 مشترك و تحذف من الطرفين يبقى
مربع القطر المطلوب = مربع القطر الأول + مربع القطر الثانى + مربع القطر الثالث الخ
ق كلى × ق كلى = ق1 × ق1 + ق2 × ق2 + ق3 × ق3
و لكن كيف سأحسب؟
ببساطة
1- ربّع قطر السلك المطلوب أى اضربه فى نفسهو نسميه المطلوب
2- ربّع السلك المتاح أى اضربه فى نفسه و نسميه المتاح
3- اطرح المتاح من المطلوب يتبقى لك الباقى
4- جذر الباقى هو قطر السلك الواجب إضافته
و ماذا لو الباقى أكبر من المتاح؟!
إذن ستحتاج لأكثر من سلكين.

أنواع أخرى من المحولات والتى نستخدمها كثيرا فى المرة القادمة بإذن الله


(ماجد عباس محمد) #12

الآن نتكلم عن أنواع خاصة من المحولات وهى كاوية المسدس محولات اللحام و محولات صهر المعادن
كلها تشترك فى شىء واحد وتختلف فى آخر
تشترك فى كونها محول له ملف ابتدائى 220 فولت أو 3 فاز 380 فولت و ملف ثانوى مكون من لفة واحدة فقط
تختلف فى نوعية الحمل
سنتكلم الآن عن النوع الأول كاويات اللحام

وهى عبارة عن ملف ابتدائى ملفوف على بكرة ذات مقطع طويل و ملف ثانوى لفة واحدة من قضيب من النحاس قطرة حوالى 5 مم و الحمل هو طرف اللحام وهو من السلك النحاس الأحمر ذو قطر أقل حوالى 1- 1.5 مم
القلب الحديد عبارة عن شريط طويل من الحديد السيليكونى المعزول و يلف فى قلبيهما كما بالرسم

عند توصيل التيار يتولد تيار فى الملف الثانوى شديد جدا لدرجة أنها تصهر القصدير (380 – 400 درجة مئوية) فى ثانيتين أو ثلاث
لحساب هذا النوع من المحولات ، لا نتبع الأسلوب التقليدى السابق ولكن نحسب تحويل المعاوقة أو المقاومة

عندما يكون محول موصل بحمل R فلو كان ذو نسبة تحويل N إلى 1 فسنجد
جهد الحمل = جهد المصدر ÷ N
تيار الحمل = تيار المصدر × N
يمكننا القول أن مقاومة الحمل = جهد الحمل ÷ تيار الحمل =
(جهد المصدر ÷ N ) مقسوما على تيار المصدر × N
أى = مقاومة الحمل مقسومة على مربع نسبة التحويل
إن كانت نسبة اللفات 100 إلى1 تضرب المقاومة فى 10000
لذا يكون الحساب كالآتى :
أريد كاوية 110 وات إذن التيار = القدرة ÷ الفولت = 110 ÷ 220 = 0.5 أمبير
مقاومة الدخول = الفولت ÷ التيار = 220 ÷ 0.5 = 440 Ω
سأستخدم سلك لحام من النحاس طوله مثلا 10 سم و مساحة مقطعه مثلا 2 مم2
ستكون مقاومة هذه القطعة = المقاومة النوعية للنحاس × الطول ÷ مساحة المقطع
لنفترض أنها كانت 0.01 Ω
نسبة المقاومات هى 440 ÷ 0.01 = 44000
نسبة اللفات = جذر 44000 = 210 لفة للملف الابتدائى و لفة واحدة للثانوى
سلك الابتدائى يحسب كما سبق = 0.8 جذر التيار = 0.8 جذر 0.5 = 0.57
المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن باقى الأنواع


(ماجد عباس محمد) #13

لنبنى فرن كهربى فالقضية مشابهة لكاوية اللحام السابقة إلا أننا لا نعرف الحمل مسبقا و قد يتغير أثناء العملية تغيرا كبيرا حيث وضع الخامات فى المستوعب تكون ذات مقاومة أكبر من بعد صهرها لأن القطع الصلبة ليست على اتصال كهربى كسائل منصهر فدائما تتلامس القطع فى نقط لذلك كلما صغر حجمها كان ذلك أفضل
لو أردت صهر معادن ذات درجة انصهار متوسطة مثل البرنز أو الرصاص أو القصدير الخ يمكنك عمل جهاز كما بالرسم و تستخدم مستوعب من الحديد الذى يسخن و تصهر ما بداخله

أما إن أردت صهر الحديد فعادة تكون البوتقة موضوعة فى وسط الملف لأنها تصنع من مواد غير موصله للكهرباء و الحرارة ولكنها تتحمل الدرجات العالية و يترك خلوص بينهما حتى لا تحرق الحرارة العالية الملف

للحساب نبدأ بأقصى ظروف تشغيل حيث الكمية القصوى سائلة فى المستودع أو البوتقة
يمكن حساب مساحة المقطع و من ثم المقاومة و بتحديد الطاقة التى ستستخدمها بالوات أو كيلو وات يمكنك هنا تحديد عدد لفات الملف كما حسبناها المرة الماضية
هنا لا يجب التوصيل المباشر للتيار العمومى حيث النتائج غير متوقعة لعدم معرفة طبيعة الحمل لحظيا
لذا يفضل استخدام محول ذاتى يغير جهد الدخول تدريجيا مع مراقبة التيار المار فى الملف و ضبطه فى حدود آمنة

هذه الطريقة مضمونة و سهلة الحساب و التوقع، وتتميز بأنها بدون حمل عبارة عن محول بدون حمل يتصل ملفه الابتدائى بالتغذية، ولهذا فهو لا يستهلك تيار ولكنه ملف أى حث و معامل القدرة Power Factor له يقترب من الصفر. وعند وضع الحمل المراد صهره، يبدأ فى سحب التيار وهو مثالى من هذه الجهة إلا أنه قد يعيبه بعض النقاط منها أن الكتل الكبيرة أنسب من الكتل الصغيرة فالضغط الناجم عن الوزن، يساعد على جودة التوصيل و زيادة مرور التيار مما يساعد على سرعة التسخين.

لعلاج هذه الظاهرة، لجأ البعض لاستخدام ترددات أعلى من 50 ذ/ث وهى بالطبع تساعد على نقل الطاقة عبر المجال المغناطيسى للخام المراد صهره و لكن التردد العالى أيضا له مشاكله فلابد من عمل دائرة الكترونية تتحمل هذا القدر من الطاقة و تتحمل أيضا معامل القدرة السيئ و ربما تحتاج لعشرة أمثال الطاقة الفعلية، إلا أنها ذات فوائد لا تحصى حيث يمكنك زيادة دوائر الحماية و يمكنك تثبيت الطاقة المنقولة للحمل و تغيير التردد لملائمة المعدن المراد صهره و تحديد التيار المناسب للكمية الخ.
وهذا موضوع المرة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #14

أفران التردد العالى:

فى البدء يمكن رفع التردد حتى 2000 ذ/ث حيث لا يختلف تركيب الفرن كثيرا عما سبق.

عند رفع التردد خارج حدود الحديد العادى للمحول، لا يمكن استخدام الأسلوب السابق فلا يوجد فيرايت كبير بهذا القدر فضلا عن كونه سهل الكسر ولا يتحمل الحرارة العالية، لذا يكتفى بالفرايت فى عمل المذبذب إن احتاج الأمر.

الآن نضطر لاستخدام ملفات هوائية، و طبعا ذات قطر كبير لتمرير الجسم بداخلها، وهذا يجعل الحث قليل، كما سنضطر لتبريدها، لذا ستصنع من مواسير نحاسية يمر الماء بداخلها.

الحث القليل يخلق مشكلة أخرى وهى أن استخدام التردد الأعلى ليناسب الحث المنخفض، يتسبب فى قلة سمك الطبقة التى تسخن وذلك بتأثير السطح Skin Effect و انخفاض التردد لا يناسب الحث المنخفض، لهذا تستخدم عادة دوائر رنين لمحاولة معالجة هذا التناقض.

دوائر الرنين المعروفة إما توالى أو توازى، وسبق شرحها تفصيلا فى سلسلة “تصميم الدوائر الإلكترونية” و كلا النوعين مستخدم فى هذا التطبيق وذلك حسب رؤية المصمم و حاجته من الآلة.
دائرة التوازى يكون التيار فيها أضعاف التيار المار فى المصدر، ويسحب من المصدر فقط ما يفقد فى الحمل وهو هنا مقاومة ماسورة الملف النحاسية و المادة المعالجة أى الشيء الذى نقوم بتسخينه. هذه الخاصية تجعل منها أكثر قبولا لقلة التأثير على المكبر فى حالة لا حمل، فضلا عن أن دائرة الرنين تعمل كمكبر تيار أو “مركز أو مجمع” تيار و بهذا فحتى عند الحمل نتوقع أن يكون تيار الدائرة أكبر من تيار المكبر أو المهتز، لكنها تحتاج دوائر تحد من التيار عند انخفاض التردد لأى سبب كثيرا عن تردد الرنين.

دائرة رنين التوالى تعمل بالعكس فيكون التيار موحدا فى الملف و المكثف و المكبر أو المهتز ولكن الجهد هو الأكبر عدة مرات.
من قوانين دائرة التوالى نجد أن جهد الملف سيساوى جهد المكثف و مضاد له فى الوجه، و من ثم يتطلب الأمر مكثفات ذات جهود عالية جدا مما يشكل عبئا ماديا، فضلا ‘ن أن التيار سيمر أيضا فى الترانزستورات مما يجعلها أيضا مكلفة.
لذا لا يوجد حل مثالى ولكن تخير المشكلة التى تود مواجهتها.
فى جميع الأحوال لا يمكن استخدام مكونات متغيرة لضبط التردد لتحقيق الرنين، وعلى هذا فتغيير تردد المهتز هو الأسلوب المعتمد.

لهذا نجد أن استخدام التيار ذو التردد العالى لأغراض صناعية متعددة أخرى غير صهر المعادن مثل المعالجة الحرارية لأسطح المعادن (التقسية) أو أجزاء منها دون تسخين باقى المعدن أو تركيب كتلة على محور فبتسخين الكتلة، يتسع الثقب ليمرر المحور و بمجرد أن يبرد، تثبت القطعتان معا بالضغط الشديد الناجم عن الانكماش.

هذا رابط لموقع شركة تصنع هذه الوحدات طبقا للاستخدام
http://www.ceia-power.com/applications.aspx
حيث تتنوع القدرة و التردد وشكل الملف المستخدم حسب حاجة التطبيق.
المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن وحدة توليد القدرة Inverter و طبعا لسنا بهدف التصميم النهائى ولكن فقط لفتح الطريق أمام من يريد أن يقوم بعمل تصميم أن يأخذ فى اعتباره بعض النقاط.


(ماجد عباس محمد) #15

وحدة توليد القدرة Inverter

تتكون وحدة توليد القدرة من الأجزاء المبينة فى الرسم التالى

وحدتى تغذية واحدة لمرحلة الخرج وهى تحتوى محول ذو قدرة كافية أو قد لا تحتوى محول، وفى جميع الأحوال لابد من استخدام مرشح Filter مناسب لأن ترانزستورات القدرة تسحب نبضات ذات تيار عالى سيسبب مشاكل فى دوائر التحكم و الأجهزة المحيطة، و مكثفات التنعيم ليست كافية للتخلص من أثار هذه النبضات.
دائرة تغذية الجهد المنخفض وهى أيضا تحتوى على مرشح Filter مناسب للتخلص من أى آثار قد تأتى عبر مصدر التغذية.
مرحلة مهتز أو مذبذب قابل للضبط فى النطاق المطلوب استخدامه، و يجب أن يعطى موجة مربعة ذات معامل دوام 50% Duty Ratioو ذلك لتوزيع الحمل بالتساوى على الترانزستورات و تسهيل التخلص من التوافقيات على خطوط التغذية، أسهل طريقة للحصول على 50% بالضبط هى جعل المذبذب يعمل على ضعف التردد و تغذية الخرج لمذبذب متعدد للقسمة على 2 و من الأمثلة المناسبة لهذه الطريقة استخدام المتكاملة CD4047 وهى مذبذب متعدد يمكنها أن تولد نبضات مستمرة و لها خرج نبضى و آخر ÷2 من المخرجين [B]Q,Q[/b] حتى 1 ميجا.

هذه المتكاملة لا تحتاج سوى توصيل الأطراف 4،7،12 بالأرضى و 14 بالجهد الموجب والذى يجب أن يكون 12 أو 15 فولت لو تريد تردد قرابة 1 ميجا وهذه سمه عامة فى عائلة CMOS
الطرف 9 الخاص بوظيفة RESET يمكن استخدامه للتحكم بالتشغيل و الإيقاف. الخرج المزدوج من طرفى 10،11 و التردد يضبط بمقاومة بين 2،3 و مكثف بين 1،2. طبعا يفضل استخدام مفتاح لتغيير المكثف حسب التردد مع استخدام مقاومة ذات مدى محدود لضبط التردد فقط مثلا استخدام مقاومة 1ك على التوالى مع مقاومة متغيرة 10 ك و تغيير قيم المكثف حسب التردد المطلوب طبقا للمعادلة
F=1/4.4RC
يلى ذلك مرحلة دائرة التحكم والقيادة وعادة يستخدم فيها إحدى المتكاملات المختصة بالتوائم مع ترانزستورات الخرج مثل فهى تحقق ثلاث أهداف
1- يمكنها الإمداد بالتيار اللازم للترانزستورات العادية أو الجهد الكافى لفتح ترانزستورات MOSFET
2- تشكيل النبضة بحيث يكون انتقالها أسرع ما يمكن من القفل للفتح لتقليل الفقد فى المرحلة الانتقالية بقدر الإمكان.
3- أثناء انتقال مخرج من 1 إلى صفر، ينتقل الآخر من صفر إلى 1 ولا تكون هذه النقلات فجائية ، ولهذا سيكون هناك مرحلة فى الوسط يكون كلا الترانزستورين فى حال التوصيل مما يشكل قصرا على مصدر التغذية و أبسط آثاره هو تلف هذه الترانزستورات، و مهمة هذه المتكاملة حذف هذا الجزء المشترك، يمكن تحقيق هذه الوظيفة باستخدام بوابات XOR Gates
بقى الآن مرحلة الخرج وهى حسب القدرة المطلوبة من زوج أو زوجين من ترانزستورات القدرة، قد تستخدم وحدات على التوازى أيضا فى القدرات الأكبر.
النوع لا يهم رغم أن غالبية التصميمات تستخدم IGBT لدرجة أن البعض يظن أن IGBT لوحدات UPS فقط.
الفكرة أن ترانزستورات MOSFET أسهل بكثير من العادية فى التحكم إلا أن الأجيال القديمة منها كانت تسبب سخونة أعلى ولهذا ابتكرت IGBT حيث الدخل MOSFET لتسهيل التعامل يتحكم فى ترانزيستور عادى لتقليل الحرارة الناجمة عن التيار العالى ، لكن الآن توجد ترانزستورات MOSFET لا تقل جودة عن غيرها.
المهم عندما يذكر الداتا شيت أن الرقم كذا 60 أمبير 400 فولت لا تظن أنه يتحمل 60 أمبير عند 400 فولت، اقرأ الباقى بدقة و اعرف أين الحدود الآمنة لاستخدام الترانزيستور.
تصميم مكبرات القدرة مشروح تفصيلا فى “تصميم الدوائر الإلكترونية” وهو لذا خارج نطاق هذه السلسلة
هذا رابط لتصميم وحدة بقدرة 500 وات
500 Watt Induction Heater
وهذا رابط يشرح وحدات أكبر خطوة بخطوة بما فيها الملف و مجموعة المكثفات
Induction Heating-1-8
المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن وسائل تبريد أخرى غير الهواء


(ماجد عباس محمد) #16

ما هو زيت المحول؟
المحولات ذات القدرات الكبيرة، تولد كثير من الحرارة رغم ارتفاع كفاءتها عن مثيلتها المستخدمة منزليا، إلا أن القيمة المطلقة للفقد ستكون كبيرة، فمثلا لو محول قدرته 100ك ف أ و كفاءته 99% فالفقد هنا 1% فقط ولكنها 1 كيلو وات أيضا ما يوازى مدفأة منزلية أو سخان قوى. لهذا يفضل استخدام حاوية خارجية ذات زعانف تبريد و استخدام وسيط لنقل الحرارة من منبعها (حديد المحول و نحاس الملفات) للمشع وهو جسم المحول الخارجى.

يعتمد انتقال الحرارة عبر الوسيط على
مساحة السطح – فرق درجات الحرارة و نفترض ثبوتها للمقارنة

كتلة الوسيط و الزيت له كتلة أكبر من الهواء لنفس الحجم
ضغط التلامس وهو للزيت بتأثير وزنه أعلى من الهواء
قابلية انتقال الحرارة أو جودة التوصيل
درجة سيولة مقبولة لسهولة الحركة فى دورة تيارات الحمل والتى تنقل الحرارة خارجه
بقاء السيولة لأطول فترة ممكنة أى لا يتأثر مع الزمن و يتأكسد و يتجمد
و لكونه فى وسط كهربى فيجب أن يكون ذو عزل عالى
غير قابل للاشتعال أو نقطة الالتهاب تكون عالية
غير قابل للتفاعل الكيمائى مع مكونات المحول
عازل للكهرباء وجيد التوصيل للحرارة
فى الرابط التالى خواص زيت فيلبس الخاص بالمحولات و المكثفات الخ[COLOR=black]

http://www.phillips66lubricants.com/NR/rdonlyres/76E8776D-55CA-4F27-89DD-6B6FA657F93F/0/TransformerOil.pdf[/color]

المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن محول التيار


(ماجد عباس محمد) #17

محول التيار Current Transformer:

كما سبق الشرح فالمحولات كلها نوعين إما ذاتى Auto Transformer أو عادى مكون من ملف ابتدائى وآخر ثانوى أو أكثر
تعطى مسميات كثيرة للمحولات حسب الاستخدام ولكن كلها لا تخرج عن كونها محول تقليدى و الاستخدام مختلف

لو رجعنا لشرح كاوية المسدس سنجد هذا الرسم

والذى يشرح المقاومة على جانبى المحول و للتذكرة نجد أن فى جانب الملف الابتدائى يكون
جهد الدخول ف وتيار الدخول ت ،
وفى جانب الخروج يضرب الجهد × ن و يقسم التيار على ن حيث ن هى نسبة عدد اللفات

المقاومة = الجهد ÷ التيار = ج × ن ÷ (ت ÷ ن) = ج ÷ ت × ن × ن
أى أن المعاوقة فى الخروج = مربع نسبة اللفات × معاوقة الدخول
إن كانت النسبة أكبر من واحد يكون الجهد أعلى و المقاومة أعلى و التيار أقل
إن كانت النسبة أقل من واحد يكون الجهد أقل و المقاومة أقل والتيار أعلى

يمكننا استغلال هذه الظاهرة لقياس تيار كبير مار فى كابل حيث يصعب استخدام وسيلة قياس على التوالى لضخامة قطر السلك و ذلك بجعل الابتدائى لفة واحدة من السلك الغليظ والثانوى 500 لفة مثلا
نسبة اللفات 500:1=500
وبالتالى لو كان التيار فى الابتدائى 500 أمبير سيكون فى الثانوى 1 أمبير و يمكن قياس 1 أمبير بسهولة
و النقطة الهامة فى الموضوع أن مقاومة جهاز القياس ستكون مقسومة على 500×500 أى 250000 مما يجعلها لا توثر على مسار التيار فى الكابل

عمليا يكون الابتدائى نصف لفة أو ثلث لفة أو حتى ربع لفة والسبب بسيط هو جعل الملف الابتدائى عبارة عن الكبل ذاته مار داخل المحول كما بالصورة

نرى فى الصورة ثلاث وحدات واحدة لكل فاز و الكبل يمر داخلها أما المتعادل (الرابع) فلا يقاس عادة
ماذا يوضع إذن أو يوصل به
عادة الهدف منه أحد أمرين، إما القياس المباشر وهو غالبية الأحوال و إما التحكم فى التيار و الحماية
فى حال القياس ، فطبعا يوصل به مقياس وهو أميتر و هذه الأجهزة عياريه و محددة مثلا 5 أمبير،10أمبير، 25 أمبير ، 35 ، 45،60 أمبير الخ و يرجى الرجوع للجداول القياسية لها للحصول على القيم الدقيقة
لذا فعند 200 أمبير أو 300 مثلا لن يكون من السهل عمل مقياس لذا تصنع هذه المحولات لتستخدم مع جهاز 5 أمبير لقياس 500 أمبير فيحقق عدة ميزات
1- قلة التكلفة لأن مقياس 500 أمبير لاشك مكلف
2- مرونة الاستخدام حيث الوحدات تعتبر قياسية و متوفرة كما أن هناك وحدات مثل النوع الأول بالصورة العليا يمكن تركيبها و فكها دون التعرض للكابل المار به التيار – أى دون قطع الخدمة
3- عند تلف المقياس أو المحول لا يتسبب ذلك فى قطع الإمداد بالتيار
4- لا توجد جهود عالية تهدد حياة العاملين أثناء صيانتها
5- يمكن استبدالها أثناء الخدمة
6- القراءة عن بعد ، فإن تطلب الأمر وضع مقياس فى غرفة مراقبة بعيدة، سيكون المطلوب مد سلك يتحمل تيار المقياس 5 أمبير لا أن نمرر كابل التيار العالى والذى يكون عادة شريط من النحاس يسمى Buss Bar وقد يكون عالى الجهد الخ
7- يمكن توفير وحدات لجهود أعلى – فقط تحسين العزل مثل النوع الثانى ، و ذلك دون تغيير المقياس.

الهدف الآخر وهو التحكم فيستخدم مع الدوائر الإلكترونية للعمل كمقياس التيار فعند وصوله لحد معين يتم التحكم فى الدائرة للحد من اندفاع التيار فى دوائر تستخدم التغذية العكسية ، وكثيرا ما تستخدم فى دوائر مولدات النبضات أو الموحدات الخ

السهم فى الصورة يشير لمحول تيار للتحكم فى تيار خرج وحدة تغذية 20 أمبير حيث نجد قلب من الفرايت حلقى الشكل و عليه عدد من اللفات تمثل خرج المحول أو الملف الثانوى وهناك نصف لفة من سلك غليظ هى التى تمثل الملف الابتدائى والذى يمر فيه التيار المراد قياسه

طبعا هنا نوع الفرايت يتناسب مع التردد المار فى المحول و فى وحدات التغذية غالبا يكون 100 ك ذ/ث
قطر القلب و سمك الدائرة حسب التيار المار به لأنه ليس من المفروض أن يصل لحد التشبع.

هيه، لقد استخدمت محول تيار مثل هذا فى تطبيق ما، ووجدت أنه من الصعب جدا استخدام الفولت الناتج فى أى عملية كالقياس أو التقويم أو ما شابه، وفشلت التجربة.
نعم ماذا تقول؟ فولت؟ هذا محول تيار و الخارج منه تيار و ما لم يوضع له حمل مناسب يحول هذا التيار إلى جهد مناظر، توقع منه عدم الاستقرار فهو ينتج جهد عالى جدا ولكن يسقط بشدة عند التحميل.
إن لم تكن تعلم المقاومة المناسبة له كحمل (مقاومة المقياس القياسى له) ابدأ بمقاومة عادية 100 أوم 0.25 وات ثم قلل قيمتها مثلا 10 أوم ثم أوم واحد إن لم تحصل على خطية القياس المطلوبة.
استخدمت أحدها لتحسس ما إن كانت لمبة منارة سليمة (تسحب تيار) أم محترقة.
مزيد من التطبيقات المرة القادمة إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #18

بنسة قياس التيار Clip on \ Clamp Meter
بنسة قياس التيار هى وسيلة لقياس التيار المتردد أو المستمر المار فى سلك ما أو موصل من أى نوع لذا هى مقياس عادى أو رقمى له فك من شرائح الحديد و يد جانبية و مفتاح أو زر على الواجهة، و مفتاح لاختيار المدى.

بالضغط على اليد للداخل، يفتح الفك لإدخاله حول السلك أو الموصل المراد قياس التيار المار به، ثم رفع الضغط عن اليد لتغلق بواسطة زنبرك قوى لغلق الدائرة المغناطيسية.
بداخل الجهاز ملف مما يجعلها فى الواقع مجرد محول تيار بسيط عادى و موحد لتوحيد التيار الخارج منه ثم قياسه بالمبين.
المفتاح أو الزر الجانبى (أحيانا أمامى) لتثبيت القراءة وهذه ميزة هامة حيث يمكنك القياس فى مكان يصعب القراءة فيه داخل معدة مثلا ثم تثبيت القراءة و إخراج البنسة للقراءة.

لتسهيل العمل تزود بمداخل لاستخدامه لقياس الفولت والمقاومة حتى يمكن الاستغناء عن جهاز آفو عند اللزوم.
قد يبدو لك أنها ليست فى مجال الإلكترونيات ولكن لو تصنع وحدة تغذية تمد بتيار عالى فهى الأنسب للقياس دون الحاجة لإدخال مقياس على التوالى مع الحمل.
أيضا لقياس التيار الفعلى من مكبر ذو قدرة كبيرة للحمل فى الترددات الصوتية.

لكن الملف لا يناسب قياس التيار المستمر فهو لا ينقل المجال الثابت، لذا بدأت شركة “فلوك” عمل أول نموذج لقياس التيار المستمر بطريقة كانت تستخدم فيما عرف بالمكبر المغناطيسى Magnetic Amplifier وهى عمل ملفين معا و تغذى أحدهما بنبضات تكفى لتشبع حديد المحول (الفك)، عند التشبع أيضا لا ينقل المحول أى تغير، إذن سينقل حتى التشبع فقط ، لذا ففى وجود مجال من سلك به تيار مستمر سيكون المدى حتى التشبع أقل من حال عدم وجوده و هكذا تم القياس. لاشك أنها تستهلك تيار من البطارية وليست دقيقة حتى اكتشف عالم يدعى “هال” ما عرف بجهاز هال Hall Device وهو شريحة من أشباه الموصلات، عند تعرضها للمجال المغناطيسى، يتغير مسار التيار بها فتتغير مقاومة الشريحة.

تصنع حساسات هال بحيث تزود الشريحة بمكبر داخلى يكبر هذا الأثر لقيمة يمكن استخدامها و بالتالى يتوفر منها نوعين. الأول تماثلى وهو يعطى فولت يتناسب مع شدة المجال وهو يستخدم فى قياس التيار المستمر فى هذه البنسة ، كما يستخدم أيضا فى البوصلات الإلكترونية و عديد من التطبيقات منها لاقط صوت من السماعات و الهاتف الخ و حيثما تريد قياس شدة مجال مغناطيسى.
الثانى به مقارن بدلا من المكبر فيعمل كمفتاح ON/OFF يعطى قصر لو زاد المجال عن حد معين ثم يعود مفتوح عندما ينقص وهو مستخدم فى كل مراوح الحاسبات إما لتحسس ما إن كانت تدور أو لضبط سرعتها أو قياس معدل دورانها فالمراوح بها مغنطيسات دوارة تجعلها تعطى نبضات مناسبة لعدد الدورات.
البنسة ذات التيار المستمر تستخدم حساس هال ولذا تستخدم بطارية و مكبر و إن كان استهلاكها لا يذكر فتبقى فيها البطارية 9 فولت شهورا، لكن هذه التقنية تتيح استخدام دوائر متقدمة لتسجيل أقصى قراءة فلو زاد التيار لحظيا قبل أن يستجيب المؤشر لها، تستطيع هذه الدوائر التقاط القيمة و الاحتفاظ بها للتدوين والقراءة.
محولات التردد العالى موضوعنا القادم إن شاء الله


(ماجد عباس محمد) #19

محولات التردد العالى
المحولات المصنوعة من شرائح الحديد تناسب العديد من الترددات لكن كلما ارتفع التردد، يزداد الفقد فى الشرائح، والسبب كما ذكرنا، التيارات الدوامية.
ما هى التيارات الدوامية؟ ببساطة كما نعرف أن عمل المحول مبنى على أن الجهد الموقع على الملف الابتدائى يولد تيار مناظر فى الملف الابتدائى فيولد مجال مغناطيسى مطابق للجهد الموقع عليه. تغير الجهد لكونه متردد يغير المجال مسببا لهذا المجال أن يقطع كل الوسط المحيط.

استخدام قلب حديدى يجمع غالبية المجال داخله فى محاولة لتركيزه على ملف الخرج و لكن لن يكون 100% وهو أحد أسباب عدم وصول الكفاءة إلى 100% . و طبعا أحد الأسباب أن الحديد لن يغلف كل الملف ليحتوى كل خط مجال متولد كما أن بعض الخطوط ستكون داخل الملف ولن تذهب للحديد بسبب سمك الملف .
قطع خطوط المجال لأى وسط يولد فيه جهد كهربى لأن هذا المجال الكهربى يسبب انحراف للإلكترونات حول الذرات لكن إن كان الوسط عازلا ، فهذا يعنى أن هذه الإلكترونات مرتبطة جيدا بالنواة و لن تتحرك مسببة تيار كهربى و بالتبعية يكاد يستحيل قياسه أما إن كان الوسط موصلا ، فهذه الإلكترونات تكون حرة قابلة للحركة وتسبب مرور تيار يمكن قياسه و استخدامه و طبقا لقانون أوم هذا التيار يتناسب مع المقاومة لكن الفولت سيكون دوما ثابت لأنه يعتمد على شدة المجال و معدل التغير.
مما سبق نجد أن الجهد يتولد فى السلك النحاسى بنفس المعدل الذى يتولد فى الحديد ولو نظرنا للقلب الحديدى داخل المحول نجد أنه يمثل لفة واحدة كاملة ، وعلى هذا يتولد فيه نفس الفولت المتولد على لفة واحدة من السلك و من المعدلات السابقة نجد أن هذا الفولت قليل فى المحولات ذات القدرة القليلة و المقطع الصغير و تزيد بزيادة القدرة و بالحساب بالنسبة للمحولات 50ذ/ث نجد أن
القدرة بالوات = مربع مساحة القلب
و عدد اللفات لكل فولت = 50 على مساحة المقطع
فمثلا فى محول صغير لجهاز كاسيت 4 وات مثلا تكون مساحة المقطع 2 سم مربع و عدد اللفات = 50 ÷2 25 لفة / فولت و بالتالى لكل لفة يتولد 1 ÷ 25 فولت أى 40 مللى فولت
أما فى محول جهاز ستريو 100 وات مثلا تكون
مساحة المقطع 10 سم2 و عدد اللفات/فولت = 50÷10 =5 لفة/فولت و بالتالى يتولد لكل لفة 0.1 فولت
وهذا أكبر بكثير من القيمة السابقة ، فما بالك بمحول ذو قدرة 500 وات أو 1000 أو أكثر؟!
طبعا ستقول أنه فى الحالة الأولى أفضل من الثانية و فى كلاهما لا يذكر!!
الإجابة ببساطة لا فقانون أوم يقول أن الخطر جسيم لأن المقاومة صغيرة جدا – ربما بضع مللى أوم.
كيف نتخلص من هذا الفولت وآثاره الضارة؟
لا يمكن التخلص منه لكن يمكن تقليل آثاره الضارة بزيادة المقاومة وذلك بجعل الحديد شرائح صغيرة معزولة عن بعضها فلا يستطيع التيار العبور من واحدة لأخرى و يقل ذلك من تأثيره بشدة. عند محاولة إعادة لف محول أو البدء من الصفر حاول أن تتأكد من هذا العزل فلو اتصلت الشرائح كهربيا – ببساطة – لا تجدى.
مجرد زيادة التردد، يزداد الفولت لكل لفة و بالتدريج يزداد الفولت و التيار و يأكل التحسن الذى صنعناه بالشرائح، و عند تردد 1000 أى أعلى 20 مرة من المعتاد يزداد الفولت بنفس النسبة فيصبح المثال الأول 40×20=800 مللى فولت و 0.1×20=2 فولت و بالتبعية التيار يزداد بنفس النسبة و الطاقة المفقودة = الفولت × التيار ستكبر 20×20= 400 مرة !! رقم كبير جدا
أى لو كان المحول الصغير يفقد 0.1 وات سيفقد 40 أى يصبح كاوية لحام.
هذا يفرض تقليل سمك الشريحة لزيادة مقاومة مسار التيار الدوامى. و من هنا نرى أن القلب الأصغر قد يكون أنسب لحاجته لعدد لفات لكل فولت أكبر، لكن القدرة الكلية تقل بسبب التردد العالى و ما يولده من تيارات دوامية.
قد تظن أن الحل فى زيادة لفات الملف الابتدائى عما يجب فيقل عدد اللفات/فولت. بينما يبدو حلا مناسبا إلا أن الحث للملف يتناسب مع مربع عدد اللفات فلو ضربنا اللفات ×2 سيضرب الحث ×2×2 أى ×4 وهذا يقلل أداء المحول كما أنه يزيد السعة بين لفات الملف الابتدائى و الثانوى.
حقا لم نذكر كثيرا عن السعة سابقا لأن التردد كان 50 ذ/ث لكن مع زيادة التردد سيبدو أثرها واضحا.

الحل الاستمرار فى التصغير و بدلا من الشرائح نستخدم برادة الحديد وتعزل بالمادة الماسكة و تكون ذات طبيعة سيراميكية أو إيبوكسية لتوفير الصلابة وعدم الانصهار.
هناك مسميات عديدة حسب التركيب و الخواص و تقع تحت اسم فرايت و كل نوع له أنسب نطاق ترددى يعمل فيه ، فالخامات التى تستخدم للتعامل مع ترددات التليفزيون و الدش لا تناسب الميكرو ويف وهما لا يناسبان التردد 100 ك ذ/ث المستخدمة مع وحدات القدرة الحالية كتلك المستخدمة فى الحاسب و الشواحن الحالية.
القدرة لا تحسب بالطرق السابقة فقط تحدد كم وات تريد نقلها ثم تبحث لدى منتج ما عن قلب يستطيع ذلك وهو الذى يوضح ذلك و أيضا أفضل تردد و عدد اللفات/فولت أو حاول مع غيرة فالسوق ملئ .
عند لفها يراعى عدة عوامل حيث تلعب السعة الشاردة بين اللفات دورا خطيرا فى العملية
لو تريد أكفأ نقل، عادة “يبرم أو يضفر” الابتدائى والثانوى معا لكن إن شئت العزل الأفضل نضحى بقليل من الكفاءة مقابل العزل .
هذه النوعية من المحولات غزت مجال أجهزة عدم انقطاع التغذية UPS حيث يمكن تشكيل الخرج على تردد عالى يصل 100ك ذ/ث مما يحسن الكفاءة بشكل ملحوظ و أيضا يقلل الوزن والحجم و بالتالى تكليف الشحن و يجعل استخدامها أسهل .


(ماجد عباس محمد) #20

تصميم محولات التردد العالى:
أيضا تسمى محولات بلص أو درايفر – لاين – فرايت الخ
مازالت المعادلة الأساسية للمحولات لم تتغير وهى
ف1÷ ن1= ف2÷ ن2 = ف3÷ ن3 ولكن المشكلة كيف نحدد هذه النسبة و المسماة لفة/فولت
مازالت أيضا المعادلة التى سبق ذكرها سارية ولكن مشكلتها فى تحديد قيمة β للخامة المستخدمة.
فى حالة الحديد السيليكونى كان لدينا خامة واحدة هى الحديد و يضاف إلية مواد أخرى بنسب مختلفة ولكنها لم تغير خواصه بنسبة كبيرة و أصبح اختيار قيمة وسطية ممكنا.
استخدام البرادة يرفع التردد حتى بضع آلاف ذ/ث، لذلك كان لابد من البحث عن مواد جديدة تناسب مئات الآلاف ذ/ث و مدى الميجا سيكل و الأعلى من ذلك لاستخدامها فى الهوائيات للتليفزيون و الأقمار.
لو راجعنا الروابط التالية سنجد أن هناك مواد كثيرة مختلفة بدء من برادة الحديد لمكونات لا يدخل عنصر الحديد أصلا فى تركيبها
هذه المواد و خواصها ليست قياسية بمعنى كل مصنع له أبحاثه و نتائجه والتى تختلف عن غيره
http://lib.tkk.fi/Diss/2003/isbn9512265877/isbn9512265877.pdf

http://www.mag-inc.com/
http://www.mag-inc.com/ferrites/ferrites.asp
http://www.mag-inc.com/pdf/fc-s1.pdf

https://www.amidoncorp.com/pages/specifications
https://www.amidoncorp.com/specs/2-40.pdf

هذا الخلاف الكبير يجعل حساب كل قيمة للمواد عملية غير مجدية خاصة وان قيمة β أصلا لحساب عدد اللفات/فولت
نظرا لأن حساب اللفات/فولت أصلا مرتبط ارتباطا وثيقا بمساحة المقطع كما ذكرنا سابقا، كانت هناك جدوى من الحسابات لتحديد مساحة المقطع المناسبة للقدرة المطلوبة بالوات و أخيرا “تفصيل” مساحة المقطع أو قلب المحول بزيادة عدد الشرائح المستخدمة
لكن فى هذا النوع فالقلب محدد ولا تستطيع تغييره لذا لو راجعت الروابط السابقة ستجد كل منهم يضع قائمة بمنتجاته طبقا للقدرة فمثلا لو شئت 15 وات أو 40 الخ تختار هذا المدى من القدرة
داخل هذه القدرة ستجد عدد من القطاعات كل منها مناسب لتردد معين، و أيضا تجد عدد اللفات / فولت المناسب لهذا القطاع، و من ثم نحدد عدد اللفات الكلى بضرب اللفات / فولت × الفولت المستخدم.
فى حال وجود مركبة للتيار المستمر تمر فى الملف الابتدائى، فنفس التقنية المستخدمة مع الحديد السيليكونى تستخدم هنا، وهى الفجوة الهوائية Air Gap وذلك بوضع شريحة بالسمك المطلوب من مادة تتحمل الحرارة التى قد تتولد فى القلب و تناسب التردد العالى المستخدم مثل الميكا.
و يجب أن نتذكر أن كلما زاد التردد، زادت المشاكل الناجمة عن شكل الملف نتيجة السعة الشاردة.