لا يمكن للطاقة أن تفنى أو تستحدث بل يتم تحويلها من صورة إلى أخرى. اعتماداً على هذا يتم إنتاج الطاقة الكهربائية في محطات التوليد من خلال التحويل من أشكال الطاقة الأخرى. تكون هذه المحطات في مناطق بعيدة جداً عن أماكن استخدامها وخوفاً من هدر الطاقة في النقل يتم استخدام محول كهربائي رافع للجهد لتقليل هذه الضياعات.
المحول الرافع للجهد
المحول الرافع للجهد هو نوع من المحولات التي تحول الجهد المنخفض LV والتيار العالي على الملف الأولي للمحول إلى جهد عالي HV وتيار منخفض على الملف الثانوي للمحول. باختصار المحول هو مكون كهربائي يحول القدرة الكهربائية في الملف الأولي إلى طاقة مغناطيسية داخل القلب ومرة أخرى يعيدها إلى طاقة كهربائيّة.
تكون الاستطاعة (القدرة الكهربائية) على جانبي المحول متساوية والتردد ذاته أيضاً بينما العامل الحاسم في التحويل هو قيم الجهد والتيار.
يشترك المحول الرافع والخافض في التصميم والبناء. يتكون محول الجهد أحادي الطور من ملفين كهربائيين أحدهما هو الملف الأولي وهو الذي تأتي الطاقة الكهربائية إليه أولاً والآخر هو الملف الثانوي. هذان الملفان ليسا على اتصال كهربائي مع بعضهما البعض بل يتم لفهما حول النواة المكونة من دائرة حديد مغناطيسية عبارة عن صفائح فردية متصلة ببعضها البعض للمساعدة في تقليل خسائر اللب. يتصل الملفان الكهربائيات ببعضهما البعض مغناطيسياًمن خلال القلب المشترك بعد أن يتم عزلهما ما يسمح بنقل الطاقة الكهربائية بينهما.
من الناحية النظرية يمكن تشغيل أي محول كمحول رافع أو خافض وذلك يعتمد على اتجاه تدفق الطاقة. لكن في الواقع تحتوي ملفات الجهد العالي HV على لفات أكبر مقارنةً بملفات الجهد المنخفض LV. ويكون مقطع الأسلاك أكبر في هذه الملفات أيضاً لأنها تتحمل تيار أكبر بينما يمر تيار منخفض نسبياً في ملفات الجهد العالي ما يتطلب مقاطع أسلاك أصغر وهذا العامل هو الأساسي في وظيفة المحول.
نسبة التحويل في المحولات هي أساسية وهي تمثل نسبة عدد لفات الأولي على عدد لفات الثانوي ولها العلاقة الآتية:
N= Vp/Vs= Np/N
حيث Vp و Vs هو جهد الملف الأولي والثانوي ، وأيضاً Np و Ns هو عدد لفات الملف الأولي والثانوي بالترتيب.
مبدأ عمل المحول
المحول هوجهاز كهربائي كهرومغناطيسي ساكن بسيط للغاية يعمل على أساس قانون فاراردي للحث الذي ينص على أن قيمة القوة المحركة الكهربائية تتناسب طرداً مع معدل تغير التدفق المغناطيسي. لهذا المحول لا يعمل في أنظمة التيار المستمر لأنه يولد مجال مغناطيسي ثابت بتغير تبلغ قيمته صفر .وبالتالي لا يمكن توليد جهد كهربي بطريقة الحث وهذا السبب تفضيل التيار المتردد على المستمر. يقوم المحول بتحويل الطاقة الكهربائيّة من قيمة إلى أخرى. المحولات قادرة على زيادة أو خفض مستويات الجهد والتيار دون تغيير في التردد وكمية الطاقة التي يتم نقلها من ملف إلى آخر عبر الدائرة المغناطيسية.
بمرور التيار الكهربائي عبر الملف الأولي يتم إنتاج مجال مغناطيسي يمر عبر القلب الحديدي فيتغير التدفق المغناطيسي في الملف الثانوي. فتنشأ قوة دافعة كهربائية في الملف الآخر هي الجهد الكهربائي المطلوب تتم هذه العملية وفق قانون فاراردي للحث الكهرومغناطيسي؟
السبب الرئيسي في تحويل الجهد إلى مستوى عالي جداً هو أن الجهد الأعلى يعني تيارات أقل لنفس الاستطاعة وبالتالي تنخفض الخسائر على طول الشبكة. يتم خفض الجهد ليكون أكثر أماناً وقابل للاستخدام عند الاقتراب من أماكن الاستهلاك. بينما التيارات تصعد إلى حدود عالية بحيث يمكن الاستفادة منها بحيث يناسب الأجهزة العاملة على الطاقة الكهربائية دون وقوع أضرار. كل العمليات تتم بواسطة المحول الكهربائي.
تطبيقات محولات رفع الجهد
- أهم تطبيق للمحول الرافع هو محطات التوليد. يتم زيادة قيمة الجهد الذي تم توليده ليتم نقله لمسافات كبيرة جداً. الطرف الأول لهذا المحول يكون بمستوى جهد من 6 إلى 20 كيلو فولت والتيار قد يصل إلى 30 كيلو أمبير. بينما في الطرف الثانوي يكون مستوى الجهد 110و220 و410 كيلو فولت. نرفع الجهد لأننا لا نستطيع نقل الطاقة في هذا التيار لأن المفاقيد تتناسب طرداً مع التيار.
- يستخدم المحول الرافع في الأجهزة الإلكترونية والكهربائية حيث يلزم زيادة الجهد.
أهم مزايا محولات الرافع للجهد
- يمتاز هذا المحول بالاقتصادية عند النقل الكهربائي الطويل.
- تستطيع المحولات من هذا النوع العمل بشكل مستمر بفعالية عالية.
- صيانة المحول الرافع منخفضة.
- يعمل المحول بشكل سريع بمجرد توصيل الكهرباء به.
- كفاءة المحول الرافع للجهد تصل إلى 95%.
عيوب محولات الرافع للجهد
- يحتاج إلى نظام تبريد لضمان فعاليته عند العمل المستمر.
- كلّما زاد الفولت زاد حجم المحول لهذا فإنه يحتاج إلى مساحة تركيب واسعة.
- لا يعمل أبداً في نظام التيار المستمر.
