هل تتعامل مع المحولات الكهربائية؟ يجب أن تكون على دراية بأهم قوانين المحول الكهربائي.
يعد المحول الكهربائي أحد أهم المكونات الأساسية في منظومة شبكة الكهرباء، إذ يستخدم في نقل الطاقة عند مختلف مستويات الجهد والتيار.
كما يستخدم في عدة وظائف حسب طبيعة المحول الكهربائي، مثل محولات القدرة والمحولات الذاتية ومحولات العزل وغيرها.
وتعتمد السعودية على أنواع متعددة من المحولات بغرض الحفاظ على استقرار الجهد وتوزيع مثالي للطاقة خاصة في المناطق الحارة.
في هذا المقال سنتعرف على مبدا عمل المحول الكهربائي وقوانين المحول الكهربائي الأساسية وأهم أنواع المحولات الكهربائية وأنواعها، وأبرز التطبيقات العملية.
مبدأ عمل المحول الكهربائي
يعتمد المحول الكهربائي على مبدأ قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، وهو قانون متعارف عليه في الكتب العلمية.
وينص القانون على أن تغير التدفق المغناطيسي عبر دائرة الكهرباء ينشئ فيها قوة دافعة كهربائية (أي جهد كهربائي).
ويقصد بذلك، عند سريان تيار كهربائي داخل الملف الابتدائي، سوف يتولد فيض مغناطيسي متغير داخل القلب الحديدي.
وبمجرد نشوء هذا الفيض يقطع الملف الثانوي لإحداث جهد كهربائي، وبهذا يحصل انتقال للطاقة الكهربائية لأطراف الملف الثانوي.
ونشير هنا إلى أن الملف الثانوي يتكون من ملفين أحدهما ملف ابتدائي يوصل بمصدر الكهرباء والآخر الملف الثانوي يوصل بالملف الثانوي.
ولكن قد يتساءل البعض هل يمكن استخدام المحول الكهربائي في دوائر التيار المستمر DC؟
الإجابة: المحول لا يعمل بالتيار المستمر (DC)؛ لأن الحث الكهرومغناطيسي يقتضي تغيراً متواصل في التيار كما هو الحال بالتيار المتردد (AC).
قوانين المحول الكهربائي الأساسية
قانون نسبة الجهود في المحول
الجهد في الملفين يتناسب طردياً مع عدد لفات المحول وفق العلاقة التالية:
(Np÷Ns) = (Vp÷Vs)
حيث:
- Vp: يمثل جهد الملف الابتدائي.
- Vs: يمثل جهد الملف الثانوي.
- Np: عدد لفات الملف الابتدائي للمحول.
- Ns: عدد لفات الملف الثانوي للمحول.
بمعنى إذا كان عدد لفات الملف الابتدائي أكبر من عدد لفات الثانوي فإن المحول يكون خافض للجهد والعكس كذلك.
قانون استقرار الطاقة
نظرياً يمكن افتراض أن المحول المثالي الذي لا يوجد به خسائر يمكن تمثيله كالتالي:
= تيار الملف الابتدائي (Ip) × جهد الملف الابتدائي (Vp) = تيار الملف الثانوي (Is) × جهد الملف الثانوي (Vs)
ما يعني أن الطاقة الداخلة تساوي الطاقة الخارجة، ولكن في الواقع العملي يوجد فقد بسيط في الطاقة نتيجة الحرارة والمغنطة.
قانون لينز
عادة نستخدم هذا القانون في تحديد اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة.
حيث يظهر أن الجهد المستحث في ملف المحول الثانوي يعاكس التغير في التدفق الذي كان سببه. وذلك لكي يضمن حفظ الطاقة ويمنع التوليد الذاتي.
أنواع المحولات الكهربائية
إليك أبرز المحولات الكهربائية المستخدمة بكثرة في شبكات الكهرباء المنزلية والمصانع وشبكات الكهرباء:
- محول كهربائي 1 فاز: مناسب للاستخدام المنزلي وكافة الأنظمة الكهربائية 1 فاز.
- محول كهربائي 3 فاز: يستعمل في محطات التوليد وخطوط النقل والتوزيع، وهو الأكثر استخداماً في شبكات الكهرباء في السعودية.
- محولات الرفع والخفض:
- محولات الرفع (Step-Up): يقصد بها محولات رفع الجهد، تستخدم بكثرة في محطات التوليد لرفع الجهد أثناء نقل الطاقة لخفض الخسائر.
- محولات الخفض (Step-Down): هي محولات تستخدم لخفض الجهد بعد الانتهاء من نقل الطاقة لغرض استخدامها في تغذية الأحياء السكنية والمصانع.
من أهم التطبيقات العملية في شبكات السعودية، اعتماد محطات التحويل على المحولات الكهربائية 3 فاز ذات القدرات العالية.
كما تستخدم محولات التوزيع في خفض الجهد بما يتناسب مع جهد التغذية سواء 1 فاز أو 3 فاز.
مقال ذات صلة: شرح المحولات الكهربائية (3 فاز)
حسابات المحول الكهربائي.. مثال تطبيقي
إذا كان هناك محول كهربائي 3 فاز، يحتوي على عدد لفاته الابتدائية 2000 لفة، و80 لفة في الملف الثانوي، علماً أن الجهد الابتدائي 11000 كيلو فولت.
السؤال: احسب خرج الجهد الثانوي للمحول الكهربائي؟
الحل:
جهد الملف الثانوي = جهد الملف الابتدائي × (عدد لفات الملف الثانوي ÷ عدد لفات الملف الابتدائي)
الجهد الثانوي= 11000 × (80 ÷ 2000)
= 11000 × 0.04
= 440 فولت
تعريف كفاءة المحول الكهربائي وكيفية قياسها
كفاءة المحول الكهربائي تعرف بأنها النسبة بين القدرة الخارجة إلى القدرة الداخلة، وتكتب كالتالي:
كفاءة المحول = (القدرة الخارجية ÷ القدرة الداخلة) × 100%
وأبرز العوامل التي تزيد من نسبة الخسائر في المحولات الكهربائية والتي بدورها تخفض من كفاءتها التشغيلية:
- فقد الحديد الناتج عن التغيير في المجال المغناطيسي.
- فقد النحاس الناتج عن مقاومة الملفات.
- التسخين الزائد نتيجة زيادة التحميل.
وعلى هذا الأساس تراعي الجهات المختصة في السعودية موضوع الأجواء الحارة بحيث تشترط وضع أنظمة تبريد فعالة حتى تحافظ على كفاءة المحول وزيادة عمره الافتراضي في ظل الارتفاع المتزايد في درجات الحرارة.
مقال ذات صلة: محولات التيار ومحولات الجهد | الفروق الأساسية في أنظمة كهرباء السعودية
الخلاصة
المحول الكهربائي عنصر مهم في أنظمة نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية، كما يستخدم في التطبيقات المنزلية والصناعية.
ولكونه مهم في شبكة الكهرباء فإن وجوه له دور أساسي في رفع وخفض الجهد والتيار بما يتناسب مع نوع التطبيق.
وعند تعاملك معه لا بد من أن تكون على علم تام بقوانين المحول الكهربائي.
وللحفاظ على كفاءة المحول الكهربائي يتطلب تشغيله ضمن نطاق التشغيل المثالي والالتزام بالصيانة الدورية له.
وهنا نود التذكير بأن اختيار المحول الكهربائي يتم وفق المواصفات السعودية للمواصفات والمقاييس والجودة.
ونوصى بإجراء فحص متكامل لنظام عزل المحول ونظام التبريد بشكل دوري دون انقطاع لضمان كفاءة الطاقة واستقرار شبكة الكهرباء.
أسئلة شائعة حول المحولات الكهربائية
ما أهمية المحولات الكهربائية؟
تكمن أهميته في نقل الطاقة الكهربائية من محطات التوليد إلى شبكات التوزيع من ثم نقلها إلى المستهلك ضمن مستويات جهود تناسب كل محطة.
ما أهمية تبريد المحولات الكهربائية؟
تبريد المحول الكهربائي له دور بارز في استقرار درجة حرارته بالتالي خفض نسبة الخسائر والفقد.
ما هي كفاءة المحول الكهربائي؟
تمثل نسبة الطاقة الخارجة إلى الطاقة الخارجة، وتقاس كفاءة المحول بالنسب المئوية التي تتراوح بين 97% حتى 99%.
مقال ذات صلة: متطلبات اختيار المحول الكهربائي في السعودية
المصدر: الشركة السعودية للكهرباء
