مبدأ التشغيل وجهاز محول أحادي الطور

محول بدون تحميل أحادي الطور

تسمى المحولات في الهندسة الكهربائية مثل هذه الأجهزة الكهربائية التي يتم فيها نقل الطاقة الكهربائية بالتيار المتناوب من ملف ثابت من الأسلاك إلى ملف ثابت آخر من الأسلاك غير متصل كهربائيًا بالأول.

الرابط الذي ينقل الطاقة من ملف إلى آخر هو التدفق المغناطيسي ، الذي يتشابك مع الملفين ويتغير باستمرار في الحجم والاتجاه.

أرز. 1.

في التين. يُظهر الشكل 1 أ أبسط محول يتكون من لفتين / و / / مرتبة بشكل محوري واحدة فوق الأخرى. إلى الملف / تسليمها التيار المتناوب من المولد D. يسمى هذا الملف بالملف الأولي أو الملف الأولي. مع اللف // يسمى الملف الثانوي أو الملف الثانوي ، يتم توصيل الدائرة من خلال مستقبلات الطاقة الكهربائية.

مبدأ تشغيل المحولات

عمل المحول على النحو التالي. عندما يتدفق التيار في الملف الأولي / يتم إنشاؤه حقل مغناطيسي، خطوط القوة التي تخترق ليس فقط في اللف الذي أنشأها ، ولكن أيضًا جزئيًا في اللف الثانوي //. تظهر في الشكل صورة تقريبية لتوزيع خطوط القوة الناتجة عن الملف الأولي. 1 ب.

كما يتضح من الشكل ، يتم إغلاق جميع خطوط القوة حول موصلات الملف / ، ولكن بعضها في الشكل. 1 ب ، الأسلاك الكهربائية 1 ، 2 ، 3 ، 4 مغلقة أيضًا حول أسلاك الملف //. وهكذا يتم ربط الملف مغناطيسيًا بالملف / عن طريق خطوط المجال المغناطيسي.

درجة الاقتران المغناطيسي للملفات / و // ، بترتيبها المحوري ، تعتمد على المسافة بينهما: كلما كانت الملفات بعيدة عن بعضها البعض ، كلما قل الاقتران المغناطيسي بينهما ، لأنه كلما قل عدد خطوط القوة على لفائف / التمسك الملف //.

نظرًا لأن الملف / يمر ، كما نفترض ، التيار المتردد أحادي الطور، أي تيار يتغير بمرور الوقت وفقًا لبعض القوانين ، على سبيل المثال ، وفقًا لقانون الجيب ، ثم يتغير أيضًا المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بمرور الوقت وفقًا لنفس القانون.

على سبيل المثال ، عندما يمر التيار في الملف / عبر القيمة الأكبر ، فإن التدفق المغناطيسي الناتج عن ذلك يمر أيضًا عبر القيمة الأكبر ؛ عندما يمر التيار في الملف عبر الصفر ، ويغير اتجاهه ، فإن التدفق المغناطيسي يمر أيضًا عبر الصفر ، ويغير اتجاهه أيضًا.

نتيجة لتغيير التيار في الملف / ، يتم اختراق كلا الملفين / و // بواسطة تدفق مغناطيسي ، مما يؤدي إلى تغيير قيمته واتجاهه باستمرار. وفقًا للقانون الأساسي للحث الكهرومغناطيسي ، لكل تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يخترق الملف ، يتم إحداث تيار متناوب في الملف القوة الدافعة الكهربائية... في حالتنا ، يتم تحفيز القوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي في الملف / ، ويتم تحفيز القوة الدافعة الكهربائية للحث المتبادل في الملف //.

إذا كانت أطراف الملف // متصلة بدائرة من مستقبلات الطاقة الكهربائية (انظر الشكل 1 أ) ، فسيظهر تيار في هذه الدائرة ؛ لذلك سوف تتلقى أجهزة الاستقبال الطاقة الكهربائية. في نفس الوقت ، سيتم توجيه الطاقة إلى الملف / من المولد ، مساوية تقريبًا للطاقة المعطاة للدائرة بواسطة اللف //. بهذه الطريقة ، ستنتقل الطاقة الكهربائية من ملف واحد إلى دائرة الملف الثاني ، وهي غير مرتبطة تمامًا بالملف الأول جلفانيًا (معدني) ، وفي هذه الحالة ، تكون وسيلة نقل الطاقة عبارة عن تدفق مغناطيسي متناوب فقط.

يظهر في الشكل. في الشكل 1 أ ، يكون المحول غير كامل للغاية نظرًا لوجود اقتران مغناطيسي ضئيل بين الملف الأولي / والملف الثانوي //.

يتم تقدير الاقتران المغناطيسي لملفين ، بشكل عام ، من خلال نسبة التدفق المغناطيسي المقترن بالملفين إلى التدفق الناتج عن ملف واحد.

تين. 1 ب ، يمكن ملاحظة أن جزءًا فقط من خطوط المجال للملف / مغلق حول الملف //. الجزء الآخر من خطوط الطاقة (في الشكل 1 ب - الخطوط 6 ، 7 ، 8) مغلق فقط حول الملف /. لا تشارك خطوط الطاقة هذه على الإطلاق في نقل الطاقة الكهربائية من الملف الأول إلى الملف الثاني ، فهي تشكل ما يسمى بالحقل الشارد.

من أجل زيادة الاقتران المغناطيسي بين اللفات الأولية والثانوية وفي نفس الوقت لتقليل المقاومة المغناطيسية لمرور التدفق المغناطيسي ، توضع لفات المحولات التقنية على قلب حديد مغلق تمامًا.

يظهر المثال الأول لتنفيذ المحولات بشكل تخطيطي في الشكل. 2 محول أحادي الطور من نوع القضيب المزعوم. توجد ملفاته الأولية والثانوية c1 و c2 على قضبان حديدية أ - أ ، متصلة في النهايات بألواح حديد ب - ب ، تسمى نير. وبهذه الطريقة ، يشكل قضيبان أ ، ونيران ب ، ب حلقة حديدية مغلقة ، يمر فيها التدفق المغناطيسي المحجوب بالملفات الأولية والثانوية. تسمى هذه الحلقة الحديدية جوهر المحول.

أرز. 2.

يظهر التجسيد الثاني للمحولات بشكل تخطيطي في الشكل. 3 محولات أحادية الطور من النوع المدرع. في هذا المحول ، يتم وضع اللفات الأولية والثانوية c ، التي تتكون كل منها من صف من اللفات المسطحة ، على قلب مكون من قضيبين من حلقتين من الحديد a و b. تغطيه الحلقات أ و ب المحيطة باللفات بالكامل تقريبًا بالدروع ، لذلك يُطلق على المحول الموصوف اسم مصفح. ينقسم التدفق المغناطيسي الذي يمر داخل الملفات c إلى جزأين متساويين ، كل منهما محاط بحلقة حديدية خاصة به.

أرز. 3

يحقق استخدام الدوائر المغناطيسية الحديدية المغلقة في المحولات انخفاضًا كبيرًا في تيار التسرب. في مثل هذه المحولات ، تكون التدفقات المتصلة بالملفات الأولية والثانوية متساوية تقريبًا مع بعضها البعض. إذا افترضنا أن الملفين الأولي والثانوي قد تم اختراقهما بواسطة نفس التدفق المغناطيسي ، فيمكننا كتابة تعبيرات بناءً على إجمالي الصدمة المستحثة للقيم الآنية للقوى الدافعة الكهربائية للملفات:

في هذه التعبيرات ، w1 و w2 - عدد لفات الملفين الأولي والثانوي ، و dFt هو مقدار التغيير في اللف المخترق للتدفق المغناطيسي لكل عنصر زمني dt ، لذلك هناك معدل تغير في التدفق المغناطيسي . من التعبيرات الأخيرة ، يمكن الحصول على العلاقة التالية:

أي. المشار إليها في اللفات الأولية والثانوية / و // ترتبط القوى الدافعة الكهربائية اللحظية ببعضها البعض بنفس طريقة عدد لفات الملفات. الاستنتاج الأخير صالح ليس فقط فيما يتعلق بالقيم الآنية للقوى الدافعة الكهربائية ، ولكن أيضًا فيما يتعلق بأعظم قيمها وفعاليتها.

القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في اللف الأساسي ، كقوة دافعة كهربائية للحث الذاتي ، تعمل على موازنة الجهد المطبق على نفس الملف تقريبًا ... إذا أشرت في E1 و U1 إلى القيم الفعالة للقوة الدافعة الكهربائية للملف الأساسي والجهد المطبق عليه ، يمكنك بعد ذلك كتابة:

القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف الثانوي ، في الحالة قيد النظر ، تساوي الجهد عبر طرفي هذا الملف.

إذا قمت ، مثل السابق ، من خلال E2 و U2 بالإشارة إلى القيم الفعالة للقوة الدافعة الكهربائية للملف الثانوي والجهد في نهاياته ، فيمكنك كتابة:

لذلك ، من خلال تطبيق بعض الجهد على ملف واحد للمحول ، يمكنك الحصول على أي جهد في نهايات الملف الآخر ، ما عليك سوى أخذ نسبة مناسبة بين عدد لفات هذه الملفات. هذه هي الخاصية الرئيسية للمحول.

يتم استدعاء نسبة عدد لفات الملف الأولي إلى عدد لفات الملف الثانوي نسبة تحويل المحولات... سوف نشير إلى معامل التحويل kT.

لذلك ، يمكن للمرء أن يكتب:

المحول الذي تكون نسبة تحويله أقل من واحد يسمى محول الصعود ، لأن جهد الملف الثانوي ، أو ما يسمى بالجهد الثانوي ، أكبر من جهد الملف الأولي ، أو ما يسمى الجهد الأولي . يُطلق على المحول الذي تكون نسبة تحويله أكبر من واحد محولًا متدرجًا ، نظرًا لأن جهده الثانوي أقل من الجهد الأساسي.

تشغيل محول أحادي الطور تحت الحمل

أثناء تباطؤ المحول ، يتم إنشاء التدفق المغناطيسي بواسطة تيار اللف الأساسي أو بالأحرى بواسطة القوة الدافعة المغناطيسية للملف الأولي. نظرًا لأن الدائرة المغناطيسية للمحول مصنوعة من الحديد وبالتالي فهي تتمتع بمقاومة مغناطيسية منخفضة ، ويفترض عمومًا أن عدد لفات الملف الأولي كبير ، فإن تيار عدم التحميل للمحول صغير ، فهو 5- 10٪ من المعدل الطبيعي.

إذا قمت بإغلاق الملف الثانوي لبعض المقاومة ، فعند ظهور التيار في الملف الثانوي ، ستظهر أيضًا القوة الدافعة المغناطيسية لهذا الملف.

وفقًا لقانون لينز ، تعمل القوة الدافعة المغناطيسية للملف الثانوي ضد القوة الدافعة المغناطيسية للملف الأساسي

يبدو أن التدفق المغناطيسي في هذه الحالة يجب أن ينخفض ​​، ولكن إذا تم تطبيق جهد ثابت على الملف الأولي ، فلن يكون هناك تقريبًا أي انخفاض في التدفق المغناطيسي.

في الواقع ، القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف الأولي عند تحميل المحول تكاد تكون مساوية للجهد المطبق. هذه القوة الدافعة الكهربائية تتناسب مع التدفق المغناطيسي.لذلك ، إذا كان الجهد الأساسي ثابتًا من حيث الحجم ، فيجب أن تظل القوة الدافعة الكهربائية تحت الحمل تقريبًا كما كانت أثناء عملية عدم التحميل للمحول. يؤدي هذا الظرف إلى ثبات شبه كامل للتدفق المغناطيسي تحت أي حمل.

وبالتالي ، عند القيمة الثابتة للجهد الأساسي ، فإن التدفق المغناطيسي للمحول بالكاد يتغير مع تغير الحمل ويمكن افتراض أنه يساوي التدفق المغناطيسي أثناء عملية عدم التحميل.

يمكن أن يحافظ التدفق المغناطيسي للمحول على قيمته تحت الحمل فقط لأنه عندما يظهر التيار في الملف الثانوي ، فإن التيار في الملف الأولي يزداد أيضًا ، لدرجة أن الفرق بين القوى الدافعة المغناطيسية أو المنعطفات الأمبيرية الأولية والثانوية تظل الملفات مساوية تقريبًا للقوة الدافعة المغناطيسية أو لفات الأمبير أثناء التباطؤ ... وبالتالي ، فإن ظهور قوة دافعة مغناطيسية لإزالة المغناطيسية أو لفات الأمبير في الملف الثانوي يترافق مع زيادة تلقائية في القوة الدافعة المغناطيسية للملف الأولي.

نظرًا لأنه ، كما ذكر أعلاه ، يلزم وجود قوة دافعة مغناطيسية صغيرة لإنشاء تدفق مغناطيسي للمحول ، يمكن القول أن الزيادة في القوة الدافعة المغناطيسية الثانوية مصحوبة بزيادة في القوة الدافعة المغناطيسية الأولية ، والتي هي تقريبًا نفس الحجم.

لذلك ، يمكن للمرء أن يكتب:

من هذه المساواة ، يتم الحصول على السمة الرئيسية الثانية للمحول ، وهي النسبة:

حيث kt هو عامل التحول.

لذلك ، فإن نسبة تيارات اللفات الأولية والثانوية للمحول تساوي واحدًا مقسومًا على نسبة التحويل.

لذا، الخصائص الرئيسية للمحول مرتبط

و

إذا ضربنا طرفي العلاقة الأيسر في بعضنا البعض والطرف الأيمن في بعضنا البعض ، نحصل على

و

تعطي المساواة الأخيرة السمة الثالثة للمحول ، والتي يمكن التعبير عنها بكلمات مثل هذه: الطاقة التي يوفرها الملف الثانوي للمحول في فولت أمبير تساوي تقريبًا القدرة التي يتم تسليمها إلى الملف الأولي أيضًا في فولت أمبير. .

إذا تجاهلنا فقد الطاقة في نحاس اللفات وفي حديد قلب المحول ، فيمكننا القول إن كل الطاقة الموفرة للملف الأولي للمحول من مصدر الطاقة يتم نقلها إلى ملفه الثانوي ، و الارسال هو التدفق المغناطيسي.