المحولة

المحولات Transformer
تعتبر المحولات من القطع الكهربائية الواسعة الاستعمال في دوائر التيار المتناوب فهي تستعمل لرفع أو خفض الفولتية. فالمحول يتكون من مجموعة من الشرائح الحديدية يطلق عليها قلب المحول Core، يلتف حولها ملفان منفصلان، الملف الابتدائي عبارة عن عدد بسيط من لفات سلك النحاس المعزول بالورنيش والملف الثانوي عدد كبير نسبياً من لفات السلك المعزول بالورنيش أيضا ولكن اقل من ذلك المستعمل في الملف الابتدائي انظر الشكل (3) .











إذا وصل طرفا الملف الابتدائي للمحول بمصدر للجهد المتناوب مقداره 220V وكان عدد لفات هذا الملف 100لفة، فانه يمكن الحصول على فرق جهد متناوب قدره 2200V على طرفي الملف الثانوي إذا كان عدد لفات هذا الملف 1000لفة في دائرة مفتوحة (لا يوجـد حمل متصل بالملف الثانوي) كما في الشكل (4). وبالطبع يمكن الحصول على أية قيمة من فرق الجهد على طرفي الملف الثانوي للمحول إذا غيَّرنا من عدد لفات هذا الملف ، إذ أن فرق الجهد المتولد عليه يتناسب مع عدد اللفات والجهد على الملف الابتدائي تبعاً للعلاقة الآتية :
…….…(4)
حيث تمثل T نسبة التحويل وE1 وE2 فرق الجهد حول الملف الابتدائي والثانوي على التوالي، وان N1 وN2 عدد لفات الملف الابتدائي والثانوي على التوالي.
لاحظ أن تردد فولتية الملف الثانوي هو نفس تردد فولتية الملف الابتدائي. ويطلق على هذا النوع من المحولات الذي يكون فيه قيمة فرق الجهد وعدد لفات الملف الثانوي اكبر من فرق الجهد وعدد لفات الملف الابتدائي بالمحول الرافع للجهد (Step-up Transformer).










يمكن أيضا استعمال المحول في خفض قيمة الجهد الواصل إلى طرفي ملفه الابتدائي إلى قيم معينة. في المثال السابق يمكن الحصول على فرق جهد متناوب مقداره 22V فقط إذا كان عدد لفات الملف الثانوي 10لفات، ويطلق على المحول في هذه الحالة المحول الخافض للجهد (Step-Down Transformer).
إن العلاقة (4) تصح في مجال محدود من الترددات فالنسبة E2/E1 تصبح صفراً عند مرور تيار مستمر في الملف الابتدائي وكذلك تقترب من الصفر في حالة استعمال الترددات العالية جداً عند مدخل المحول ذو القلب الحديدي المغلق. يكون المحول رافعاً للفولتية عندما T>1 ويكون خافضاً لها عندما T<1 ويستفاد من ذلك في كثير من الاستعمالات بالدوائر الكهربائية و في نقل الطاقة من المولدات إلى مناطق الاستهلاك.
أن المحولات لا تستعمل إلا في رفع وخفض قيمة الجهد أو التيار المتناوب (A.C.) فقط و لا تعمل على التيار المستمر (D. .C) وذلك لان تغير قطبية التيار المتناوب الموصل إلى طرفي الملف الابتدائي تتسبب في نشوء مجال مغناطيسي متغير يتدفق في الشرائح الحديدية المكونة لقلب المحول ويتسبب قطعه لأسلاك الملف الثانوي في توليد جهد ذاتي يتناسب مع شدة هذا المجال في عدد لفات هذا الملف.
ولتوضيح العلاقة بين التيار المار في الملف الابتدائي والثانوي للمحول و قدرة وكفاءة المحول لنقل هذه القدرة نتأمل المحول الخافض المبين دائرته في الشكل (5). من خلال معطيات الدائرة وقيمة التيار المار في الملف الثانوي وهي 1A يمكن استنتاج العلاقة العكسية التي تربط التيار المار في ملفي المحول وعدد لفات كل منهما :
…………(5)














حيث I¬1 و I2 تيار الملف الابتدائي والثانوي على التوالي، ويمكن أيضا استنتاج أن القدرة power في الملف الابتدائي (I1V1) تساوي القدرة في الملف الثانوي (I2V2) حيث ، شدة التيار بالأمبير في فرق الجهد بالفولت = القدرة بالواط.
I1V1 = I2V2 ………..(6)
ولكن في الواقع العملي فان قدرة الملف الثانوي تكون اقل بنسبة ضئيلة عنها في الملف الابتدائي، والفرق بين القدرة الداخلة Input إلى الملف الابتدائي والقدرة الخارجة Output من الملف الثانوي يطلق عليه مقدار فقد الطاقة، إذ تفقد على شكل حرارة نتيجة لمقاومة أسلاك الملفات و التيارات الدوامة Eddy Currents التي تمر في قلب المحول الحديدي وتظهر الطاقة المفقودة كطاقة حرارية تسخِّن قلب المحول إضافة إلى نضوح خطوط الفيض والهسترة في القلب الحديدي.وللتقليل من مقدار الفقد ورفع كفاءة المحول في نقل الطاقة يصنع قلب المحول من الحديد السليكوني وعلى هيئة شرائح معزولة بالورنيش وذلك لان الحديد السليكوني له خواص كهربائية تجعله أصلح المعادن، لذلك غالباً ما تكون كفاءة المحولات التي تصنع بهذه الطريقة عالية وتصل إلى %98.
وفي دائرة المحول الذي يتصل ملفه الثانوي بحمل مستهلِك للطاقة وبفرض تحويل جميع القدرة الداخلة إلى الملف الثانوي، فان ممانعة الملف الثانوي Z2 تحسب من العلاقة:
…….....(7)
حيث Z1 تمثل ممانعة مدخل المحول (دائرة الملف الابتدائي). وعليه يمكن الاستفادة من المحول كمغيِّر لممانعة الحمل حيث تعتمد على تردد الإشارة المستعملة عند مدخل المحولة.
هناك بعض الاستعمالات يكون فيها للمحول أكثر من ملف ثانوي وذلك لتغذية دوائر مختلفة في الأجهزة الكهربائية بجهود مختلفة وتكون قدرة خرج مثل هذه المحولات تساوي مجموع قدرات الملفات الثانوية