شرح شامل لـ المحول الكهربائي


#1

المحول الكهربائي هوعبارة عن جهاز كهربائي استاتيكى غير متحرك والسبب في تسميه أستاتيكى انه لا يحتوى بداخله على أي أجزاء متحركة و يستخدم المحول لتحويل الجهد المتردد من قيمة معينة الي قيمة اخري(أعلى أو أقل) مع ثبات القدرة ويتكون المحول بصورة عامة من دائرتين وهما الدائرة الكهربائية والدائرة المغناطيسيه حيث الدائرة الكهربية تتكون من ملفين وهما الملف الابتدائي الذي يوصل بالمصدر والملف الثانوي الذي يوصل بالأحمال اما الدائرة المغناطيسية تتكون من شرائح معدنية يتم تصنيعها من الحديد السليكوني عالي الجودة حيث يتم لف ملفات كلا من الجهد العالي والجهد المنخفض للمحول علي هيئة قرص دائري ويتم تجميع تلك الاقراص مع بعض علي شكل اسطوانة فيتم لف 3 اسطوانات تمثل ملفات الجهد العالي و 3 ملفات تمثل الجهد المنخفض بحيث يكون قطر ملفات الجهد المنخفض اقل من قطر ملفات الجهد العالي ويوجد حيث تكون هذة الشرائح هي على شكل E مجموعة من الشرائح الحديدية متصلة مع بعض مكونة حرف التي تحمل الملفات حيث يتم تسقيط ملف الجهد المنخفض ثم يتم تسقيط الافراص العازلة ثم يتم تسقيط ملف الجهد العالي ثم يتم قفل الشرائح من اعلي كما هو موضح بالشكل اسفله:

نظرية عمل المحول

يقوم مبدأ عمل المحول الكهربي على قانون فرداي للحث الكهرومغناطيسي الذي ينص على ان قيمة الجهد الكهربائي تتناسب طرديا مع معدل التغير المغناطيسي وفقا لقاعدة اليد اليمنى.

ومن هذا نجد ان الطاقة الكهربية تمر في الدوائر الكهربية بفعل تشابك الخطوط المغناطيسية بهذه الدوائر إذا سلط جهد متردد على ملف ابتدائي فإنه يمر به تيار يؤدى إلى مجال مغناطيسي متردد تتجمع كل خطوطه داخل القلب الحديدي وتخترق الملفات الثانوية فتتولد فيها قوة دافعة كهربية وعند تحميل الملف الثانوي يمر به تيار متردد مع العلم بأن القدرة الداخلة تساوى القدرة الخارجة + المفاقيد.

الدائرة المكافئة للمحول

الشكل القادم يوضح الدائرة المكافئة التي تمثل المحول حيث تتكون من جزأين رئيسيين جزء يمثل الملف الابتدائي ويتكون من ممانعة ومقاومة (R1-X1-R0-X0 ) والجزء الآخر يمثل الملف الثانوي وتكون مكوناته هي(R2.X2) أما مجموعة التوازي R0 وX0 يمثلان المقاومة و المحاثة المتكونتان في القلب الحديدي و التيار المار بهما هو تيار اللا حمل و يرمز له I0 وعادة يكون صغير جدا مقارنة بتيار الحمل الكامل فهو لا يتجاوز النصف أمبير في المحولات الصغيرة . ولا يتجاوز 10 أمبير في محولات نقل الطاقة . و يعود صغر هذا التيار إلي كبر ممانعة التوازي.

عندما نسأل انفسنا لماذا تقاس سعة المحولات بالكيلو فولت امبير KVA ولا تقاس بالكيلو واط KW والسبب في ذلك هو ان المحول يعتمد على الجهد والتيار فقط ولا يعتمد على معامل القدرة.
فالتيار هو المسبب للخسائر النحاسية و الجهد هو المؤثر للخسائر الحديدية ومجموع الخسارتين أعلاه تمثل خسائر المحول على شكل حرارة وهي المحدد لطاقة تغذية المحول.
ونلاحظ ان معامل القدرة ليس له أي تأثير حيث تقاس اغلب مصادر التغذية بالقدرة الظاهرية مثل مولدات الطاقة والمحولات نظراً لعدم معرفة نوعية الأحمال التي تتغذى منها KVA هل هي أحمال خطيه أو غير خطيه وهل معامل القدرة منخفض أم مرتفع.
لذا تحسب القدرة ( KVA ) ك ف أ.

هل يمكن تشغيل المحول على جهد مستمر DC:

عند تغذية الملف الابتدائي للمحول بجهد مستمر فسنجد ان قيمة الجهد على الملف الثانوي تساوى صفر وهذا لا يصلح لذلك يتم استخدام الجهد المتغير حيث يتميز الجهد المتغير بالزيادة والنقصان في شكل الموجة:

انواع المحولات الكهربائية

تصنف المحولات وفقا إلي الآتي:

1- من حيث الوظيفة
A-محول رفع للجهد
من اسمه نجد انه محول يستخدم لرفع الجهد من قيمة الي قيمة اخري ويتميز هذا النوع من المحولات بان عدد ملفات الملف الابتدائي اقل من عدد ملفات الملف الثانوي ولذلك نجد ان التيار المار بالملف الابتدائي اكبر من التيار المار بالملف الثانوي وفقا للقاعدة
P = V * I
وبتطبيق تلك القاعدة علي الرسمة القادمة نجد ان القيم علي الملف الابتدائي تمثل قيمة القدرة وهي 1000 وات والجهد هو 100 فولت فيكون قيمة التيار هو 10 امبير ونجد ان القيم الاخري علي الملف الثانوي وهى ان القدرة ثابتة وتساوي 1000 وات وطبعا الجهد يزيد الي 400 فولت نتيجة لزيادة عدد اللفات للملف الثانوي الي 20 لفة وفقا للقاعدة السابقة بزيادة الجهد من 100 فولت الي 400 فولت يقل التيار من 10 امبير حتي يصبح 2.5 امبير مع ثبات القدرة 1000.

B-محول خفض للجهد.

من اسمه نجد انه محول يستخدم لخفض الجهد من قيمة الي قيمة اخري ويتميز هذا النوع من المحولات بان عدد ملفات الملف الابتدائي اكبر من عدد ملفات الملف الثانوي
وفقا للقاعدة P = V * I.
وبتطبيق تلك القاعدة علي الرسمة القادمة نجد ان القيم علي الملف الابتدائي تمثل قيمة القدرة وهي 1000واط والجهد هو 400 فولت فيكون قيمة التيار هو 2.5 امبير ونجد ان القيم الاخرى علي الملف الثانوي وهى ان القدرة ثابتة وتساوي 1000 وات وطبعا الجهد يقل الي 100 فولت نتيجة لانخفاض عدد اللفات للملف الثانوي الي 5 لفات وفقا للقاعدة السابقة بانخفاض الجهد من 400 فولت الي 100 فولت يزيد التيار من 2.5 امبير حتي يصبح 10 امبير مع ثبات القدرة 1000 وات

2-من حيث النوع
محولات القدرة- محولات التوزيع- محولات الأجهزة –محولات الاوتو- محولات التاريض.

3- من حيث العزل.
محول معزول بالزيت- محول معزول بالهواء- محول معزول بالغاز SF6.

4- من حيث مكان تركيب.
محول داخل غرفة - محول بالخارج ( محول بالعراء - محول معلق على أعمدة)

5- من حيث أطراف التوصيل
محول ذات أطراف توصيل خارجية- محول ذات أطراف توصيل بدخل صندوق

الشكل القادم يوضح ترتيب المحولات في المنظومة الكهربائية:

من خلال الشكل السابق نرى وجود مدينة سكنية حيث المنطقة الاولي يوجد بها محطات التوليد والتي يتم تركيب فيها محول قدرة يعمل علي رفع جهد التوليد الي جهد النقل مثلا من 11 ك ف الي 220 ك ف وهذا لو كان المطلوب تغذية مدن اخري اما لو كانت محطة التوليد لتعذية مدينة فقط فلا يطلق علية نقل ولكن يطلق علية توزيع حيث ان التغذية تكون في نفس حيز مكان محطة التوليد حيث يتم رفع جهد التوليد من 11 ك ف الي جهد التوزيع الابتدائي 33 ك ف ثم يتم نقل هذا الجهد من منطقة الي اخري بداخل حيز المدينة حيث يتم تركيب في كل منطقة محول قدرة وهذا المحول يعمل علي خفض جهد النقل الي جهد الاستهلاك الابتدائي مثلا من 33 ك ف الي 11 ك ف وطبعا كما هو معروف ان كل منطقة يوجد بها كثير من الاحياء السكنية والابنية والخدمات العامة حيث يركب في كل مما سبق محولات تسمى محولات التوزيع لتعذية جميع الاحياء بداخل كل منطقة حيث يعمل على تحويل جهد الاستهلاك الابتدائي 11 ك ف الى جهد المستهلك 433 فولت وبعد ان تعرفنا على اماكن وضع المحولات وناتى الان لمناقشة أنواع المحولات من حيث النوع: