المحولات الكهربائية

المحوّل الكهربى (Transformer) جهاز في الهندسة الكهربائية، مؤلف من ملفين من الأسلاك المنفصلة الملفوفة حول قضبان حديدية فقط بمسافة بسيطة، يسمى الطرف المرتبط بالمولد الكهربي بالملف الإبتدائي بينما يطلق على الطرف المرتبط بالحمل الملف الثانوي ، و يستخدم المحول لتغيير قيمة الجهد الكهربي في نظام نقل الطاقة الكهربائية الذي يعمل على التيار المتردد حيث لا يمكن أن يعمل المحول في أنظمة التيار المستمر.
 فإذا كان جهد الطرف الثانوي أقل من جهد الإبتدائي كان المحول خافضا للجهد أما لو كان جهد الثانوي أعلى من جهد الإبتدائي كان المحول رافعا للجهد

المبدأ :يقوم مبدأ عمل المحول الكهربي على قانون فرداي للحث الكهرومغناطيسي الذي ينص على أن قيمة القوة المحركة الكهربائية (الجهد الكهربائي) تتناسب طرديا مع معدل تغير التدفق المغناطيسي و لهذا السبب فإن المحول لا يعمل في أنظمة التيار المستمر لإن التيار المستمر يخلق مجالا مغناطيسيا ثابتا مقدار تغيره يساوي الصفر فلا يمكن خلق جهد كهربي حينها بطريقة الحث و هذا أحد الأسباب الرئيسية لتفضيل التيار المتردد على المستمر .
يوصل طرفا الملف الابتدائي بمصدر التيار المتردد ويوصل الملف الثانوي بالحمل المستهلك للطاقة الكهربية
عند غلق دائرة الملف الثانوي فان التيار المار في الملف الابتدائي يحدث سيلا مغناطيسيا متناوبا في القلب الحديدي يولد في كل لفة من كلا الملفين ق ـ د ـ ك ـ واحدة للحث فاذا كان في الملف الابتدائي عدد ـ و1 ـ من اللفات وفي الملف الثانوي عدد ـ و2 ـ من اللفات فان القوة الدافعة الكهربية التأثيرية في كلا الملفين تكون متناسبة طرديا مع عدد اللفات فيهما
ملاحظة
عند فتح دائرة الملف الثانوي فان تيار الملف الابتدائي يكاد ينعدم حيث أن الحث الذاتي للملف الابتدائي يعمل على توليد تيار تأثيري عكسي يكاد يكون مساويا ومعاكسا للتيار الأصلي فينعدم التيار في الابتدائي ولا يحدث استهلاك للطاقة ـ العمل العقيم للمحول ـ idling ـ
نستنتج من هذا أنه أثناء العمل العقيم للمحول يكون الجهد على الملفين متناسب طرديا مع عدد لفات الملفين
عند غلق دائرة الملف الثانوي ( توصيل حمل بالمحول ) فان تيار الملف الثانوي يولد مجالا مغناطيسيا في القلب الحديدي متجها في مقابلة فيض الملف الأبتدائي ويقوم اضعاف الفيض في القلب بتصغير القوة الدافعة الكهربية التأثيرية في الملف الابتدائي ولذلك ينمو التيار فيه الى القيمة ت 1 ويقوم فيها فيضه المغناطيسي بالتعويض عن الفيض المقابل للملف الثانوي فيبقى الفيض الناتج من ذلك في القلب كما كان
الاستخدام رفع أو خفض القوة الدافعة الكهربية المترددة نقل الطاقة الكهربائية من أماكن توليدها الى أماكن استهلاكها
* تصنف المحولات من حيث التردد:-
1 محولات تردد شديد الأنخفاض Very low
frequency Transformer

-2 محولات تردد صوتى Audio frequency Transformer

-3 محولات تردد عالى High frequency Transformer

-4 محولات تردد متوسط IF frequency transformer

النوع الأول يستخدم فى نظم القوى الكهربية .
اما الأنواع الثلاثة الآخيرة فلها عدة استخدامات فى اجهزة الأتصالات و دوائر مصادر التغذية الكهربية ( DC / DC converter ) المستخدمة مع اجهزة الوقاية فى محطات التحويل.

* تصنيف المحولات من حيث نسبة التحويل:

-1محولات رفع Step-up

-2محولات خفض Step-down

ملحوظة: المحول الرافع للجهد خافض للتيار والعكس صحيح ,كما يمكن لأى محول ان يعمل كمحول خافض أو محول رافع أعتمادا على أتجاه التغذية و لا يوجد بين المحول الرافع او المحول الخافض أى اختلاف فى التركيب او التصميم.

وكذلك يمكن معرفة أن كان المحول خافض أو رافع من عدد اللفات ,فإذا كان عدد لفات الملف الثانوي اكبر من عدد لفات الملف الابتدائي فان المحول سيقوم برفع الجهد وعندها يسمى محولا رافعا للجهد والعكس صحيح .
أي إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي اكبر من عدد لفات الملف الثانوي فان المحول سيقوم بخفض الجهد ويسمى عندها المحول خافضا للجهد .
نسبة التحويل : هى نسبة عدد لفات الملف الثانوي (Ns) الى عدد لفات الملف الابتدائي (Np)

=NS / NP
تيار الملف الابتدائى * تيار الملف الثانوى = عدد لفات الملف الأبتدائى * عدد لفات الملف الثانوى

NS * NP = IS * IP

القدرة = قدرة الملف الابتدائى = قدرة الملف الثانوى
P = Pp = Ps

القدرة = جهد الأبتدائى * تيار الأبتدائى
IP * VP = P
القدرة = جهد الثانوى * تيار الثانوى
IS * VS = P

تيار الملف الابتدائى * تيار الملف الثانوى = عدد لفات الملف الأبتدائى * عدد لفات الملف الثانوى
NS * NP = IS * IP

نسبة التحويل هى : عدد ملفات الملف الثانوى / عدد ملفات الملف الأبتدائى =NS/NP
 
جهد الملف الثانوى / جهد الملف الأبتدائى = عدد لفات الملف الثانوى / عدد لفات الملف الأبتدائى
NS / NP = VS / VP
 
* تصنيف المحولات من حيث الوظيفة الكهربية:

-1محولات قدرة ( Power Transformer ) وهى المحولات المستخدمة فى شبكات النقل الكهربية ومحطات التوليد الكهربية.

-2 محولات نوزيع ( Distribution Transformer ) و هى المحولات المستخدمة فى شبكات التوزيع الكهربائية

-3محولات قياس و تنقسم إلى نوعين
أ- محولات جهد Voltage Transformer .
ب- محولات التيار Current Transformer.


• تركيب المحول Construction of Transformer
يتركب المحول من ثلاثة أجزاء رئيسية هى:

- الملف الأبتدائى Primary Winding
- الملف الثانوى Secondary Winding
- القلب الحديدى Core
•

• العناصر الثلاثة المذكورة اعلاه هى اجزاء المحول الأساسية اما فى محولات القدرة  ( Power Transformer ) فيتم إضافة الأجزاء التالية:
 
- خزان الزيت الرئيسى Main Tank
- خزان التمدد Conservator
- ريديتر ( مجموعة مواسير للتبريد الزيت ) Radiator
- طلمبة ضخ الزيت Oil pump
- مجموعة مراوح التبريد Cooling Fan
- منظم الجهد Tap Changer
- عازل أختراق الجهد العالى HV Pushing
 


طرق الوقاية والحماية المستخدمة فى المحول الكهربى: 

1- وقايات كهربية : وهي مجموعة من الوقايات اهمها الوقاية التفاضلية

2- الوقايات الميكانيكية : ومن ضمنها البوخلز ريليه وهو جهار يكون متصل بجسم المحمول بين التانك الرئيسي و تنك الزيت conservator عن طريق انبوبه معدنية متصلية بجسم المحول.
• وظيفة هذا الريليه هي حماية المحمول من القصر الداخلي بين ملفات المحول (internal short circuit between the coils windings) وليس لمستوي الزيت لان مستوي الزيت له قياس زجاجي اعلي المحول يبين مستوي الزيت.
 
يعتمد البوخلز في عملة علي فكرة ان التيار الكهربي العالي يسخن الزيت الموجود داخل المحول مما ينشا عنه تحلل للزيت وتحوله من الحالة السائلة الي الحالة الغازيه وكما تعرف ان الغازات اقل كثافة من السوائل لذلك يتصاعد الي اعلي مندفعا تجاه اعلي جسم المحول وهو تنك الزيت conservator وبذلك سيمر بالبوخلز و الذي يحتوي علي عوامتين موضوعتين بطريقة معينة احداهما متصلة بدائرة انذار والأخري بدائرة الفصل tripping ,المتصلة بدائرة الإنذار تعمل في حالة ان يكون تيار القصر صغير مما نتج عنه كميه صغيرة من الغازات والتي بكونها لا تستطيع ان تحرك عوامة الفصل لانها تتطلب قوي اكبر من الغازات حتي تتحرك لتلامس الlimit switch ليقفل دائرة الفصل.
اذن في النهاية فان البوخلص هو جهاز يعمل علي وقاية المحول من تيارات القصر الداخلية معتمدا في عمله علي البخرة و الغازات الناتجة عن احتراق الزيت الموجود داخل المحول نتيجة التيارات العالية سواء قصر او حمل عالي علي المحول overloading
 
 • والسؤال الان :هل اى متمم يناسب اى محول؟• والجواب لا لأن كل محول له متمم يتناسب مع ال rating الخاص به لان المحولات ليست متساوية الحجم فكل باور ولها حجمها وكذلك حسب الشركة المصنعة للمحول فهناك ABB,siemens ,Alstom,schnider  وغيرها كثير ولكن نفس فكرة العمل ثابتة للكل

• الطاقة المفقودة في المحول وكيفية الحد منها

• جزء من الطاقة الكهربية يتحول الى طاقة حرارية بسبب مقاومة الأسلاك

• للحد من الفقد بسبب المقاومة تصنع الملفات من النحاس الذي له مقاومة نوعية منخفضة• جزء يفقد بسبب التيارات الدوامية المتولدة في القلب الحديدي

• يصنع القلب الحديدي من شرائح رقيقة من الحديد المطاوع السليكوني معزولة عن بعضها للحد من التيارات الدوامية• تسرب جزء من خطوط الفيض خارج القلب الحديدي فلا تقطع الملف الثانوي

• يوضع الملف الابتدائي داخل الملف الثانوي ويعزل عنه

• جزء يفقد في صورة طاقة ميكانيكية تستنفذ في تحريك الجزيئات المغناطيسية للقلب الحديدي

• للحد من الفقد يصنع القلب من الحديد المطاوع لسهولة حركة جزيئاته المغناطيسية
كفاءة المحول
هي النسبة بين الطاقة الكهربائية في الملف الثانوي الى الطاقة الكهربائية في الملف الابتدائي أو هي النسبة بين قدرة الملف الثانوي وقدرة الملف الابتدائي

استخدام المحول في نقل القدرة الكهربية:

لا يمكن تحقيق الاستعمال الفعال للطاقة الكهربائية الا بواسطة نقلها لمسافات بعيدة بأقل خسارة ممكنة ويجب لهذا نقل الطاقة تحت جهد عالي جدا حيث توجد محولات رافعة عند أماكن توليد الطاقة وتنقل الطاقة عبر الأسلاك والأبراج الهوائية الى أماكن الاستهلاك حيث توجد محولات لخفض القوة الدافعة

كفاءة النقل ـ هي النسبة بين الطاقة الكهربائية التي تصل الى أماكن الاستهلاك والطاقة الكهربية الناتجة في محطات التوليد

وأخيرأ اللهم علمنا ما ينفعنا وأنفعنا بما علمتنا
ااااااااميييييييين