إن الحاجة لنقل قدرات كهربائية كبيرة وإلى تخفيض فعال في مفاقيد النقل وتحسين المردود يدفعنا إلى استخدام محولات ترفع الجهد عند نقل القدرة الكهربائيّة في محطات التوليد لتصل إلى مئات الكيلو فولت، فكيف يصل الجهد إلينا بمستوى منخفض؟ يعود ذلك إلى نوع من المحولات اسمه المحول الخافض للجهد.
المحول الخافض للجهد step-down transformer
السبب الرئيسي في تحويل الجهد إلى مستوى عالي جداً هو أن الجهد الأعلى يعني تيارات أقل لنفس الاستطاعة وبالتالي تنخفض الخسائر على طول الشبكة. عند الاقتراب من أماكن الاستهلاك يتم تخفيض الجهد مجدداً إلى جهد منخفض يكون أكثر أماناً وقابل للاستخدام. بينما التيارات تصعد إلى حدود عالية بحيث يمكن الاستفادة منها بما يناسب الأجهزة العاملة على الطاقة الكهربائية دون وقوع أضرار. كل العمليات تتم بواسطة المحول الكهربائي.
المحول هو جهاز كهربائي كهرومغناطيسي ساكن بسيط للغاية يعمل على أساس قانون فاراداي للحث عن طريق تحويل 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.
المحول الخافض للجهد هو نوع من المحولات ، يحول الجهد العالي HV والتيار المنخفض من الجانب الأولي للمحول إلى الجهد المنخفض LV والتيار العالي على الجانب الثانوي للمحول. بالنسبة لجهد التشغيل يتم تقسيم تطبيقات المحول الخافض للجهد إلى مجموعتين: الجهد منخفض لا يتجاوز 1 كيلو فولت والجهد عالي أكبر من 1كيلو فولت.
وكما المحول الخافض يخفض الجهد يوجد أيضاً محول رافع يرفع الجهد عند انتقاله من الأولي إلى الثانوي. ويترادف كل محول مع نسبة تدعى (n) تدعى نسبة التحويل، ولها العلاقة التالية:
N= Vp/Vs= Np/Ns
حيث Vp هو جهد الملف الأولي و Vs هو جهد الملف الثانوي. وأيضاً Np هو عدد لفات الملف الأولي وNs هو عدد لفات الملف الثانوي. تساعد هذه العلاقة على حساب الجهد في الطرف الثانوي أو حساب عدد الملفات للملف الثانوي.
مبدأ عمل المحول
يتكون محول الجهد من ملفين كهربائيين أحدهما هو الملف الأساسي والآخر هو الملف الثانوي. هذان الملفان ليسا على اتصال كهربائي مع بعضهما البعض. وبدلاً من ذلك يتم لفهما معاً حول دائرة حديد مغناطيسية مشتركة تسمى النواة. يكون هذا اللب الحديدي مكون من صفائح فردية متصلة ببعضها البعض للمساعدة في تقليل خسائر اللب.
يتم عزل ملفي الملف الكهربائي عن بعضهما البعض ولكن يتم ربطهما مغناطيسياً من خلال القلب المشترك ما يسمح بنقل الطاقة الكهربائية من ملف إلى ملف آخر.
عندما يمر تيار كهربائي عبر الملف الأولي يتم إنتاج مجال مغناطيسي يمر في القلب الحديدي فيتغير التدفق المغناطيسي في الملف الثانوي. ووفقاً لقانون فارادي للحث الكهرومغناطيسي في الملف الثانوي ستنشأ قوة دافعة كهربائية في الملف الثانوي هي الجهد الكهربائي المطلوب.
في المحولات الخافضة للجهد يكون عدد لفات الملف الأولى أكبر من عدد لفات الملف الثانوي وهو السبب في انخفاض الجهد عند انتقال القدرة. ويكون مقطع السلك في الجانب الثانوي أكبر من الأولي لكي تتحمل الأسلاك التيار الكبير الذي سيمر بها عند انخفاض الجهد لأن القدرة الكهربائية تبقى ثابتة بين الملفين.
أنواع المحول الخافض للجهد
يمكن تصنيف المحولات الخافضة في ثلاثة أنواع رئيسية:
- المحول أحادي الطور: يستخدم هذا النوع لخفض معدل التيار وجهد الدخل ويعطي جهد وتيار ومنخفض على الخرج. مثال 12v.
- المحول أحادي الانقسام : يجتوي هذا النوع من المحولات على ملف أولي وشق مركزي في الملف الثانوي ليعطي جهد خرج متعدد. مثال: 12v-0v-12v.
- المحول متعدد الانقسام: يحتوي على عدة نقاط انقسان في الملف الثانوي. يستخدم للحصول عدة جهود خرج. مثال: 0v-12v-0v-18v.
تطبيقات
المحول
الخافض للجهد
- يستخدم المحول الخافض للجهد في خطوط النقل الكهربائي لتخفيض الجهد بعدما تم رفعه إلى حدود عالية وخفض التيار بهدف تقليل الضياعات. تساعد محولات الجهد على ربط أنظمة النقل بمستويات جهد مختلفة لأنها تقلل الجهد ضمن مستويات محددة مثل (756kv/220) أو (410/220 kv). هذه المحولات تكون ضخمة ولها طاقة اسمية عالية جداً قد تصل إلى 1000 ميجا فولت أمبير.
- يتم استخدام محولات خافضة عند محطات التوزيع (220/20kv) (110/20kv) وتكون الطاقة الاسمية لهذه المحولات بين 20 و60 ميغا فولت أمبير.
- تحويل الجهد إلى مستويات الجهد المنزلي هو أيضاً من مهمة المحولات الخافضة للجهد. وتسمى هذه المحولات بمحولات التوزيع الصغيرة بطاقة اسمية بين 1و5 ميغا فولت أمبير فقط. وتكون قيم الجهد الأولي هنا هي 10و20و35kv وعلى الجانب الأخر يكون الجهد الثانوي بين 200 و400 فولت فقط.
- المحولات المستخدمة في مستوى الجهد المنخفض غالباً ما تستخدم في الأجهزة الإلكترونية التي تعمل على جهد منخفض جداً على سبيل المثال 5 فولت. لهذا من الضروري وجود محول خافض للجهد لتغذية الإلكترونيات بالجهد . من خلال تحويلها من الجهد المنزلي (من 120إلى 230 فولت) إلى قيمة محددة.
مزايا وعيوب
المحولات الخافضة للجهد
- يخفض الجهد ما يجعل طاقة النقل أسهل وأرخص.
- منخفض التكلفة.
- يمتلك موثوقية عالية ومتانة مرتفعة.
- يتطلب الكثير من الصيانة ما يسبب الضرر بالمحول وزيادة تكاليف المواد الأولية.
- يستغرق تصحيح أي عطل وقتاً كبيراً.
مقالات ذات صلة:
