أنواع المحولات
المحول عبارة عن جهاز كهرومغناطيسي ثابت يحتوي على ملفين إلى عدة ملفات موجودة على دائرة مغناطيسية مشتركة وبالتالي متصلة ببعضها البعض بشكل استقرائي. يعمل كمحول لتحويل الطاقة الكهربائية من التيار المتردد عن طريق الحث الكهرومغناطيسي دون تغيير تردد التيار. تستخدم المحولات لكل من تحويل جهد التيار المتردد و العزلة كلفاني في مختلف مجالات الهندسة الكهربائية والإلكترونية.
في الإنصاف ، نلاحظ أنه في بعض الحالات قد يحتوي المحول على ملف واحد فقط (محول ذاتي) ، وقد يكون اللب غائبًا تمامًا (محول HF) ، ولكن معظم المحولات لها نواة (دائرة مغناطيسية) مصنوعة من لينة المواد المغناطيسية المغناطيسية، واثنين أو أكثر من الشريط المعزول أو لفائف الأسلاك مغطاة بتدفق مغناطيسي مشترك ، ولكن أولاً في المقام الأول. لنلقِ نظرة على أنواع المحولات ، وكيف يتم ترتيبها ولماذا يتم استخدامها.
محول الطاقة
يستخدم هذا النوع من المحولات منخفضة التردد (50-60 هرتز) في الشبكات الكهربائية ، وكذلك في منشآت استقبال وتحويل الطاقة الكهربائية. لماذا تسمى القوة؟ لأن هذا النوع من المحولات يستخدم لتزويد واستقبال الكهرباء من خطوط الكهرباء ومنها ، حيث يمكن أن يصل الجهد إلى 1150 ك.ف.
في الشبكات الكهربائية الحضرية ، يصل الجهد إلى 10 كيلو فولت. من خلال بالضبط محولات قوية منخفضة التردد ينخفض الجهد أيضًا إلى 0.4 كيلو فولت ، 380/220 فولت المطلوبة من قبل المستهلكين.
من الناحية الهيكلية ، قد يحتوي محول الطاقة النموذجي على ملفين أو ثلاثة أو أكثر من اللفات مرتبة على قلب فولاذي كهربائي مصفح ، مع بعض اللفات ذات الجهد المنخفض التي يتم تغذيتها بالتوازي (محول الانقسام).
هذا مفيد لزيادة الجهد المتلقى من مولدات متعددة في وقت واحد. كقاعدة عامة ، يتم وضع محول الطاقة في خزان به زيت محول ، وفي حالة العينات القوية بشكل خاص ، يتم إضافة نظام تبريد نشط.
يتم تركيب محولات طاقة ثلاثية الطور بسعة تصل إلى 4000 كيلو فولت أمبير في المحطات الفرعية ومحطات الطاقة. تعد المراحل الثلاث أكثر شيوعًا ، حيث يتم الحصول على خسائر تصل إلى 15 ٪ أقل من ثلاث مراحل أحادية.
محول التيار الكهربائي
في الثمانينيات والتسعينيات من القرن الماضي ، كان من الممكن العثور على محولات الخطوط في كل الأجهزة الكهربائية تقريبًا. بمساعدة محول التيار الكهربائي (أحادي الطور عادةً) ، يتم تقليل جهد الشبكة المنزلية 220 فولت بتردد 50 هرتز إلى المستوى المطلوب بواسطة جهاز كهربائي ، على سبيل المثال 5 أو 12 أو 24 أو 48 فولت.
غالبًا ما يتم تصنيع محولات الخط باستخدام ملفات ثانوية متعددة بحيث يمكن استخدام مصادر جهد متعددة لتشغيل أجزاء مختلفة من الدائرة. على وجه الخصوص ، يمكن دائمًا (ولا يزال من الممكن) العثور على محولات TN (المحولات المتوهجة) في الدوائر التي توجد بها أنابيب الراديو.
يتم إنشاء محولات الخطوط الحديثة على نوى على شكل حرف W أو على شكل قضيب أو حلقية لمجموعة من الألواح الفولاذية الكهربائية التي يتم لف الملفات عليها. يجعل الشكل الحلقي للدائرة المغناطيسية من الممكن الحصول على محول أكثر إحكاما.
إذا قارنا المحولات بنفس القوة الكلية للنوى الحلقية والشكل W ، فإن الحلقة الحلقية سوف تشغل مساحة أقل ، بالإضافة إلى أن سطح الدائرة المغناطيسية الحلقية مغطى بالكامل باللفات ، فلا يوجد نير فارغ ، كما هو الحالة مع نوى مدرعة على شكل حرف W أو شبيهة بالقضيب. تشمل الشبكة الكهربائية ، على وجه الخصوص ، محولات اللحام بقوة تصل إلى 6 كيلو واط. يتم تصنيف المحولات الرئيسية ، بالطبع ، على أنها محولات منخفضة التردد.
محول ذاتي
نوع واحد من المحولات منخفضة التردد هو محول ذاتي يكون فيه الملف الثانوي جزءًا من الأساسي أو الأساسي هو جزء من الثانوي. بمعنى ، في المحول الذاتي ، يتم توصيل اللفات ليس فقط مغناطيسيًا ، ولكن أيضًا كهربائيًا. عدة خيوط مصنوعة من ملف واحد وتسمح لك بالحصول على الفولتية المختلفة من ملف واحد فقط.
الميزة الرئيسية للمحول الأوتوماتيكي هي انخفاض تكلفته ، حيث يتم استخدام سلك أقل للملفات ، وقليل من الفولاذ للقلب ، ونتيجة لذلك يكون الوزن أقل من وزن المحول التقليدي.العيب هو عدم وجود عزل كلفاني للملفات.
تُستخدم المحولات التلقائية في أجهزة التحكم الأوتوماتيكي وتستخدم أيضًا على نطاق واسع في الشبكات الكهربائية عالية الجهد. هناك طلب كبير على المحولات الآلية ثلاثية الطور مع اتصال دلتا أو نجمة في الشبكات الكهربائية اليوم.
محولات الطاقة الذاتية متوفرة بسعات تصل إلى مئات ميغاوات. تستخدم المحولات الآلية أيضًا لبدء محركات التيار المتردد القوية. المحولات الذاتية مفيدة بشكل خاص لنسب التحويل المنخفضة.
المحول الآلي للمختبر
حالة خاصة من المحول الذاتي هي المحول الذاتي للمختبر (LATR). يسمح لك بضبط الجهد الموفر للمستخدم بسلاسة. تصميم LATR هو محول حلقي مع ملف واحد يحتوي على "مسار" غير معزول من المنعطف إلى المنعطف ، أي أنه من الممكن الاتصال بكل دورة من لفات اللف. يتم توفير تلامس الجنزير بواسطة فرشاة كربون منزلقة يتم التحكم فيها بواسطة مقبض دوار.
حتى تتمكن من الحصول على الجهد الفعال بأحجام مختلفة على الحمل. تسمح لك محركات الأقراص النموذجية أحادية الطور بقبول الفولتية من 0 إلى 250 فولت ، وثلاث مراحل - من 0 إلى 450 فولت. تحظى LATRs ذات الطاقة من 0.5 إلى 10 كيلو واط بشعبية كبيرة في المختبرات لغرض ضبط المعدات الكهربائية.
محول الحالي
محول الحالي يسمى المحول الذي يتم توصيل لفه الأولي بمصدر التيار والملف الثانوي بأجهزة الحماية أو القياس ذات المقاومة الداخلية المنخفضة. النوع الأكثر شيوعًا من المحولات الحالية هو محول التيار للأداة.
يتم توصيل اللف الأساسي للمحول الحالي (عادةً دورة واحدة فقط ، سلك واحد) في سلسلة في الدائرة التي تريد قياس التيار المتردد فيها. اتضح أن تيار الملف الثانوي يتناسب مع تيار الملف الأولي ، بينما يجب بالضرورة تحميل الملف الثانوي ، وإلا فإن جهد اللف الثانوي يمكن أن يكون مرتفعًا بما يكفي لكسر العزل. أيضًا ، إذا تم فتح الملف الثانوي لـ CT ، فإن الدائرة المغناطيسية ستحترق ببساطة من التيارات المستحثة غير المعوضة.
إن بناء المحول الحالي عبارة عن نواة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع من السليكون الرقائقي المدلفن على البارد والذي يتم فيه جرح واحد أو أكثر من اللفات الثانوية المعزولة. غالبًا ما يكون الملف الأساسي عبارة عن قضيب أو سلك به تيار مُقاس يمر عبر نافذة الدائرة المغناطيسية (بالمناسبة ، يتم استخدام هذا المبدأ بواسطة مقياس التيار الكهربائي الشابكالسمة الرئيسية لمحول التيار هي نسبة التحويل ، على سبيل المثال 100/5 أ.
تستخدم المحولات الحالية على نطاق واسع للقياس الحالي وفي دوائر حماية الترحيل. إنها آمنة لأن الدوائر المقاسة والثانوية معزولة جلفانيًا عن بعضها البعض. عادة ، يتم تصنيع محولات التيار الصناعي بمجموعتين أو أكثر من اللفات الثانوية ، إحداهما متصلة بأجهزة واقية ، والأخرى بجهاز قياس ، مثل العدادات.
محول النبض
في جميع مصادر الطاقة الحديثة تقريبًا ، في مختلف المحولات ، في آلات اللحام وغيرها من المحولات الكهربائية منخفضة الطاقة والطاقة ، يتم استخدام محولات النبض.اليوم ، استبدلت الدوائر النبضية بالكامل تقريبًا المحولات الثقيلة منخفضة التردد بقلب فولاذي مصفح.
محول النبض النموذجي هو محول أساسي من الفريت. يمكن أن يكون شكل القلب (الدائرة المغناطيسية) مختلفًا تمامًا: حلقة ، قضيب ، كوب ، على شكل حرف W ، على شكل حرف U. إن ميزة الفريت على فولاذ المحولات واضحة - يمكن للمحولات القائمة على الفريت أن تعمل بترددات تصل إلى 500 كيلو هرتز أو أكثر.
نظرًا لأن المحول النبضي عبارة عن محول عالي التردد ، يتم تقليل أبعاده بشكل كبير مع زيادة التردد. مطلوب سلك أقل للملفات ويكون تيار المجال كافيًا للحصول على تيار عالي التردد في الحلقة الأولية ، IGBT أو ترانزستور ثنائي القطب ، أحيانًا عدة ، اعتمادًا على طوبولوجيا دائرة إمداد الطاقة النبضية (أمامي - 1 ، دفع وسحب - 2 ، نصف جسر - 2 ، جسر - 4).
لكي نكون منصفين ، نلاحظ أنه في حالة استخدام دائرة إمداد طاقة عكسية ، فإن المحول هو في الأساس خنق مزدوج ، حيث يتم فصل عمليات تراكم وإطلاق الكهرباء في الدائرة الثانوية في الوقت المناسب ، أي أنها لا تستمر في نفس الوقت ، مع دائرة التحكم flyback ، فإنه لا يزال خانقًا ولكنه ليس محولًا.
تم العثور على دوائر النبض مع المحولات وخنق الفريت في كل مكان اليوم ، من كوابح المصابيح الموفرة للطاقة وشواحن الأدوات المختلفة ، إلى آلات اللحام والمحولات القوية.
محول تيار النبض
لقياس حجم و (أو) اتجاه التيار في دوائر النبض ، غالبًا ما تستخدم محولات التيار النبضي ، والتي تكون نواة من الفريت ، غالبًا على شكل حلقة (حلقي) ، مع ملف واحد.يتم تمرير السلك عبر حلقة القلب ، والتيار الذي يجب فحصه ، ويتم تحميل الملف نفسه على المقاوم.
على سبيل المثال ، تحتوي الحلقة على 1000 لفة من الأسلاك ، فإن نسبة تيارات السلك الأساسي (السلك الملولب) والملف الثانوي ستكون 1000 إلى 1. إذا تم تحميل لف الحلقة على المقاوم بقيمة معروفة ، عندها سيكون الجهد المقاس عبره متناسبًا مع تيار الملف ، مما يعني أن التيار المقاس يساوي 1000 ضعف التيار عبر هذا المقاوم.
تنتج الصناعة محولات التيار النبضي بنسب تحويل مختلفة. يحتاج المصمم فقط إلى توصيل المقاوم ودائرة القياس بمثل هذا المحول. إذا كنت تريد معرفة اتجاه التيار ، وليس حجمه ، فإن لف المحول الحالي يتم شحنه ببساطة بواسطة ثنائيات زينر متعارضة.
الاتصال بين الآلات الكهربائية والمحولات
يتم تضمين المحولات الكهربائية دائمًا في دورات الآلات الكهربائية التي تمت دراستها في جميع تخصصات الهندسة الكهربائية في المؤسسات التعليمية. في جوهره ، المحول الكهربائي ليس آلة كهربائية ، بل جهاز كهربائي ، حيث لا توجد أجزاء متحركة ، ووجودها هو سمة مميزة لأي آلة كنوع من الآلية. ولهذا السبب ، فإن الدورات المذكورة ، في لتجنب سوء الفهم ، ينبغي أن يسمى "دورات الآلات الكهربائية والمحولات الكهربائية".
إن إدراج المحولات في جميع دورات الآلات الكهربائية لسببين.أحدهما من أصل تاريخي: نفس المصانع التي صنعت آلات كهربائية تعمل بالتيار المتردد قامت أيضًا ببناء المحولات ، لأن مجرد وجود المحولات أعطى آلات التيار المتردد ميزة على آلات التيار المستمر ، مما أدى في النهاية إلى هيمنتها في الصناعة. والآن من المستحيل تخيل تركيب مكيف كبير بدون محولات.
ومع ذلك ، مع تطور إنتاج آلات ومحولات التيار المتردد ، أصبح من الضروري تركيز إنتاج المحولات في مصانع المحولات الخاصة. الحقيقة هي أنه بسبب إمكانية نقل التيار المتردد باستخدام المحولات لمسافات طويلة ، كانت الزيادة في الجهد العالي للمحولات أسرع بكثير من الزيادة في الجهد من الآلات الكهربائية ذات التيار المتردد.
في المرحلة الحالية من تطوير الآلات الكهربائية ذات التيار المتردد ، يكون أعلى جهد منطقي لها هو 36 كيلو فولت. وفي نفس الوقت بلغ أعلى جهد في المحولات الكهربائية المنفذة بالفعل 1150 ك.ف. أدت هذه الفولتية العالية للمحولات وتشغيلها على خطوط الطاقة العلوية المعرضة للصواعق إلى مشاكل محولات محددة للغاية تكون غريبة عن الآلات الكهربائية.
أدى هذا إلى إنتاج مشاكل تكنولوجية مختلفة تمامًا عن المشكلات التكنولوجية للهندسة الكهربائية لدرجة أن فصل المحولات إلى إنتاج مستقل أصبح أمرًا لا مفر منه. وهكذا ، اختفى السبب الأول - الاتصال الصناعي الذي جعل المحولات قريبة من الآلات الكهربائية.
السبب الثاني ذو طبيعة أساسية ويتكون من حقيقة أن المحولات الكهربائية المستخدمة في الممارسة ، وكذلك الآلات الكهربائية ، تعتمد على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي (قانون فاراداي)، - لا يزال رابطًا لا يتزعزع بينهما. في الوقت نفسه ، من أجل فهم العديد من الظواهر في آلات التيار المتناوب ، فإن معرفة العمليات الفيزيائية التي تحدث في المحولات ضرورية للغاية ، وعلاوة على ذلك ، يمكن اختزال نظرية فئة كبيرة من آلات التيار المتردد إلى نظرية المحولات ، وبالتالي تسهيل نظرهم النظري.
لذلك ، في نظرية آلات التيار المتردد ، تحتل نظرية المحولات مكانًا قويًا ، ومع ذلك ، لا يتبع ذلك أنه يمكن تسمية المحولات بالآلات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المحولات لها إعداد مختلف للأهداف وعملية تحويل الطاقة عن الآلات الكهربائية.
الغرض من الآلة الكهربائية هو تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية (مولد) أو ، على العكس من ذلك ، الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية (محرك) ، وفي الوقت نفسه ، في المحولات ، نتعامل مع تحويل نوع من الطاقة الكهربائية الحالية المتناوبة إلى طاقة كهربائية متناوبة الطاقة الكهربائية الحالية. تيار من نوع مختلف.