المحولات الكهربائية

  المحولات الكهربائية

تعتبر المحولات الكهربائية إحدى أهم عناصر الشبكة الكهربائية (1 فاز أو 3 فاز) انتشارا وتنوعا في أشكالها وأحجامها ووظائفها،

حيث تنتشر المحولات الكهربائية على نطاق واسع جداً في منظومة الكهرباء نظرا لأهميتها ودورها في الدوائر الكهربائية.

مقدمة تاريخية عن المحول الكهربائي

كان العالم الكيميائي الإنجليزي مايكل فاراداي أول من اكتشف ظاهرة الحث المتبادل بين الملفين المنفصلين والمتواجدين على قلب مصنوع من مادة مغناطيسية،

وبدأ خلال تجربته بقياس القوة الدافعة الكهربائية (بالإنجليزية: Electric Motive Force) عملياً في أحد الملفين نتيجة تغير التيار في الملف الآخر.

وقد ظهرت لأول مرة عام 1882 محولات صنعت من ملف أولي (ابتدائي) واحد وعدة ملفات ثانوية بهدف الحصول على عدة قيم جهود مختلفة القيمة،

بدأت ظهور محولات القلب المغناطيسي

(بالإنجليزية: magnetic core) لأول مرة عام 1884 ميلادي، وهي عام انطلاق استخدام المحولات في تحويل الطاقة الكهربائية لرفع قيم الجهود ونقلها إلى مسافات بعيدة.

ومن ثم جاء العالم المجري “ويري” بأطلاق اسم المحول على هذه الأجهزة، ومن ثم ابتكر فكرة توصيل المحولات على التوازي،

وقد تم اختراع المحولات الكهربائية 3 فاز على يد العالم الروسي “دوليف دوبروفولسكي”.

تعريف المحول الكهربائي

يعرف المحول (بالإنجليزية: Transformer) على أنه آلة كهربائية استاتيكية (غير حركية) يعمل على تحويل تيار متناوب ذو فولتيه معينة إلى تيار متناوب آخر بفولتيه أخرى وقد تكون الفولتية أعلى أو أقل مع ثبات القدرة والتردد، للقيام بنقل الطاقة الكهربائية من مكان توليدها إلى مكان الاستهلاك.

ويمكن تعريف المحول الكهربائي بصورة أخرى على أنه آلة كهربائية قادر على تحويل القدرة الكهربائية الداخلة إليه بجهد معين إلى قدرة كهربائية تخرج منه بجهد مختلف سواء الزيادة أو النقصان.

المبادئ المغناطيسية للمحولات الكهربائية

 المبادئ المغناطيسية للمحولات الكهربائية

المبادئ المغناطيسية للمحولات الكهربائية، لا بد من أن تعرف تفاصيل التأثير المغناطيسي والمجال الناشئ عن مرور التيار الكهربائي في المحولات الكهربائية.

فهناك بعض القواعد والأسس المغناطيسية التي يجب دراستها قبل الدخول في تفاصيل المحولات، فما هي المبادئ المغناطيسية للمحولات الكهربائية وكيف تعمل.

التأثير المغناطيسي

ينتج عن وجود مغناطيس عادي (بالإنجليزية: Magnet) في مكان ما وجود ما يعرف بمنطقة المجال المغناطيسي، وهي المنطقة التي يظهر فيها ما يعرف بخطوط الفيض (بالإنجليزية: Flux Lines)، والتي تتكون من خطوط تمر من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي للمغناطيس.

ويمكن أن نشعر بها ونرى اتجاهها إذا وضعنا برادة حديد بالقرب من مغناطيس كما هو موضح في الصورة التالية:

المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي والتيار الكهربائي

قد أثبت فاراداي أن أي تيار متردد يمر في سلك كهربائي، سوف ينشأ حوله مجال مغناطيسي يشبه المجال المغناطيسي الذي ينشأ حول مغناطيس عادي.

ويكون اتجاه هذا المجال المغناطيسي محدداً حسب قاعدة فليمنج لليد اليمنى، ومن هنا ظهر مصطلح الكهرومغناطيسية،

والذي يعني أن الكهرباء والمغناطيس لهما علاقات وتأثيرات متبادلة ومتشابهة.

يذكر أنه لا يمكننا الحصول على مجال مغناطيسي قوي من قطع المغناطيس الحديدية،

وقد استغلينا حقيقة أن التيار المار في سلك يصاحبه مجال مغناطيسي، وتم تطبيقه على نفس المبدأ في الملفات،

حيث يكون اتجاه التيار موحداً في كل اللفات، ومن ثم ينشأ عنه مجال مغناطيسي قوى، وهو أقوى من المجال الناشئ من سلك أو سلكين.

وما سبق يحدث في المحولات، حيث يلف اللفات حول ذراع القلب الحديدي فينشأ مجال مغناطيسي قوي فيه والذي يمثل مقطع طولي في القلب الحديدي للمحول.

المجال المغناطيسي المصاحب للتيار الكهربائي

القوة الدافعة المغناطيسية

هناك بعض القوانين والعلاقات التي تحكم عمل هذا المجال المغناطيسي الناشئ بسبب مرور تيار كهربائي، إذ أنه إذا مر تيار كهربائية في ملف عدد لفاته N فينشأ عن ذلك قوى دافعة مغناطيسية يقدر قيمتها بالعلاقة التالية:

MMF = N.I

والقوة الدافعة هي المسؤولة عن دفع خطوط الفيض في القلب الحديدي. فكلما كانت المسافة التي تدفع بها القوة الدافعة المغناطيسية خطوط الفيض قصيرة كلما كانت شدة المجال أكبر.