في تشغيل تحويل وتوزيع الطاقة، تعتبر المحولات عنصراً لا غنى عنه، ومن الضروري جداً الإلمام بإتقان الأساسيات الشائعة للمحولات.
1. ما هو المحول؟
في الدائرة الكهربائية المترددة، يُطلق على الجهاز الذي يرفع أو يخفض الجهد اسم المحول. يمكن للمحول تحويل أي قيمة للجهد إلى قيمة الجهد التي نحتاجها بنفس التردد، لتلبية متطلبات نقل وتوزيع واستخدام الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال، الكهرباء القادمة من محطة توليد الطاقة تكون بمستوى جهد منخفض، ويجب رفع الجهد لنقلها إلى مناطق استهلاك الطاقة البعيدة. كما يجب خفض الجهد في منطقة الاستهلاك إلى مستوى مناسب لتغذية معدات الطاقة والاستخدام اليومي.
2. كيف يحول المحول الجهد؟
يتم صنع المحولات بناءً على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. وهي تتكون من قلب مصنوع من شرائح الحديد السيليكوني (أو الصفائح السيليكونية) ومجموعتين من الملفات الملتفة حول القلب. يكون القلب والملفات معزولين عن بعضهما البعض دون أي اتصال كهربائي. يُسمى الملف المتصل بالمحول وجانب مصدر الطاقة بالملف الأولي (أو الجانب الأولي)، ويُسمى الملف المتصل بالمحول والمعدات الكهربائية بالملف الثانوي (أو الجانب الثانوي). عند توصيل الملف الأولي للمحول بمصدر طاقة متردد، تتولد خطوط قوى مغناطيسية متغيرة في القلب.
نظراً لأن الملف الثانوي ملتف حول نفس القلب، فإن خطوط القوى المغناطيسية تقطع الملف الثانوي، مما يؤدي بالضرورة إلى توليد قوة دافعة كهربائية مستحثة على الملف الثانوي، مسببة ظهور جهد عند طرفي الملف. ونظراً لأن خطوط المجال المغناطيسي متناوبة، فإن جهد الملف الثانوي يكون أيضاً متناوباً. ويكون التردد مطابقاً تماماً لتردد التيار الكهربائي.
لقد أكدت النظرية أن نسبة الجهد بين الملف الأولي والملف الثانوي للمحول ترتبط بنسبة عدد اللفات في الملف الأولي إلى الملف الثانوي، والتي يمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية: جهد الملف الأولي / جهد الملف الثانوي = عدد لفات الملف الأولي / عدد لفات الملف الثانوي. وهذا يوضح أنه كلما زاد عدد اللفات، ارتفع الجهد. لذلك، يمكن ملاحظة أنه إذا كان عدد لفات الملف الثانوي أقل من الملف الأولي، فهو محول خافض للجهد. والعكس صحيح لمحول رافع للجهد.
3. ما هي أنواع تصاميم المحولات؟
(1) حسب عدد الأطوار: هناك محولات أحادية الطور وثلاثية الأطوار.
(2) حسب الاستخدام: هناك محولات الطاقة، محولات الطاقة الخاصة، محولات تنظيم الجهد، محولات القياس (محولات الجهد، محولات التيار)، محولات الطاقة الصغيرة (للمعدات منخفضة الطاقة)، والمحولات الآمنة.
(3) حسب الهيكل: هناك نوعان: نوع القلب ونوع الغلاف. وتنقسم الملفات إلى نوع ذو ملفين ونوع متعدد الملفات، والمحولات الذاتية.
(4) حسب طريقة التبريد: هناك المحولات المغمورة بالزوت والمبردة بالهواء.
4. ما هي مكونات المحول؟
تتكون مكونات المحول بشكل رئيسي من القلب والملفات، بالإضافة إلى الخزان، وسادة الزيت، الأكمام العازلة ورؤوس التوصيل.
5. ما فائدة زيت المحول؟
دور زيت المحول هو:
(1) العزل
(2) التبريد
(3) إخماد القوس الكهربائي
6. ما هو المحول الذاتي؟
يحتوي المحول الذاتي على مجموعة واحدة فقط من الملفات، ويتم أخذ التوصيل الثانوي من الملف الأولي. بالإضافة إلى نقل الحث الكهرومغناطيسي، ينقل الملف الثانوي أيضًا الكهرباء مباشرة. يحتوي هذا المحول على صفائح حديدية وأسلاك نحاسية أقل مقارنة بالمحولات العادية، ويُستخدم غالبًا لضبط الجهد.
7. كيف يتم ضبط منظم الجهد؟
هيكل منظم الجهد مشابه للمحول الذاتي، لكن القلب الحديدي مصنوع على شكل حلقي، ويتم لف الملف حول القلب الحلقي.
يستخدم توصيل الملف الثانوي فرشاة انزلاقية للتماس، مما يسمح للاتصال بالانزلاق بشكل دائري على سطح الملف لتحقيق ضبط سلس للجهد.
8. ما هي علاقة التيار بين الملف الأولي والملف الثانوي للمحول؟
عندما يعمل المحول تحت حمل، فإن تغير تيار الملف الثانوي يتسبب في تغير مماثل في تيار الملف الأولي. وفقًا لمبدأ توازن القوة المغناطيسية، فإن تيار الملفين الأولي والثانوي يتناسب عكسيًا مع عدد لفات الملف، فالجانب ذو اللفات الأكثر يكون تياره أصغر، والجانب ذو اللفات الأقل يكون تياره أكبر. يمكن التعبير عن ذلك بالمعادلة: تيار الملف الأولي / تيار الملف الثانوي = عدد لفات الملف الثانوي / عدد لفات الملف الأولي.
9. ما هو معدل تغير الجهد في المحول؟
معدل تغير الجهد هو أحد المؤشرات الرئيسية لأداء المحول. عندما يزود المحول الحمل بالطاقة، فإن الجهد عند طرف الحمل سينخفض حتمًا. بمقارنة قيمة الجهد المنخفضة مع قيمة الجهد المقنن، تكون النسبة المئوية هي معدل تغير الجهد، ويمكن التعبير عنها بالمعادلة: معدل تغير الجهد = [(الجهد المقنن الثانوي - جهد طرف الحمل) / الجهد المقنن الثانوي] × 100%. عندما يكون محول الطاقة العادي متصلًا بحمل مقنن، يكون معدل تغير الجهد بين 4% إلى 6%.
10. كيف يتم ضمان خروج الجهد المقنن من المحول؟
الجهد المرتفع جدًا أو المنخفض جدًا يؤثر على التشغيل الطبيعي وعمر خدمة المحول، لذا يجب ضبط الجهد.
طريقة ضبط الجهد هي إخراج عدة نقاط توصيل في الملف الأولي وتوصيلها بمبدل النقاط. يغير مبدل النقاط عدد لفات الملف عن طريق تدوير نقاط التلامس. بمجرد تدوير موضع مبدل النقاط، يمكن الحصول على قيمة الجهد المقنن المطلوبة. من المهم ملاحظة أن ضبط الجهد يجب أن يتم عادة بعد فصل الحمل المتصل بالمحول.
11. ما هو المحول الصغير الشائع الاستخدام؟ وأين يُطبق؟
المحولات الصغيرة تشير إلى المحولات أحادية الطور ذات سعة أقل من 1 كيلو فولت أمبير، وتُستخدم غالبًا كمحولات طاقة للتحكم في المعدات الكهربائية، ومحولات طاقة للمعدات الإلكترونية، ومحولات طاقة للإضاءة الآمنة.
12. ما هي الفقدات في المحول أثناء التشغيل؟ وكيف يمكن تقليلها؟
تشمل الفقدات في تشغيل المحول جزأين:
(1) ناتج عن القلب الحديدي. عندما يمر تيار في الملف، يتسبب المجال المغناطيسي المتناوب في حدوث تيارات دوامية وفقدان بالحث في القلب الحديدي. يُشار إلى هذا الفقدان مجتمعًا باسم فقدان الحديد.
(2) ناتج عن مقاومة الملف نفسه. عندما يمر تيار عبر الملف الأولي والثانوي للمحول، يحدث فقدان في الطاقة. يُسمى هذا الفقدان فقدان النحاس.
مجموع فقدان الحديد وفقدان النحاس هو فقدان المحول، وهذه الخسائر مرتبطة بسعة المحول والجهد واستخدام المعدات. لذلك، عند اختيار محول، يجب أن تكون سعة المعدات متوافقة قدر الإمكان مع الاستخدام الفعلي لتحسين معدل استخدام المعدات، مع الحرص على عدم تشغيل المحول تحت حمل خفيف.
13. ما هي لوحة بيانات المحول؟ وما هي البيانات الفنية الرئيسية الموجودة عليها؟
تشير لوحة بيانات المحول إلى أدائه ومواصفاته الفنية ومجالات تطبيقه، وتُستخدم لتلبية اختيار المستخدم. عادةً، البيانات الفنية الرئيسية التي يجب الانتباه إليها هي:
(1) السعة المقدرة بالكيلو فولت أمبير. أي قدرة خرج المحول في الحالة المقدرة. مثل سعة المحول أحادي الطور المقدرة = جهد الخط × تيار الخط؛ سعة المحول ثلاثي الطور = جهد الخط × تيار الخط.
(2) الجهد المقدر بالفولت. يتم تحديد جهد طرفي الملف الابتدائي وجهد طرفي الملف الثانوي (عند عدم التوصيل بالحمل) على التوالي. لاحظ أن جهد طرفي المحول ثلاثي الطور يشير إلى قيمة جهد الخط U.
(3) التيار المقدر بالأمبير. يشير إلى قيمة تيار الخط I الذي يسمح بمروره طويلاً عبر الملف الابتدائي والثانوي تحت ظروف السعة المقدرة والارتفاع المسموح في درجة الحرارة.
(4) نسبة التحويل. تشير إلى نسبة الجهد المقدر للملف الابتدائي إلى الجهد المقدر للملف الثانوي.
(5) طريقة التوصيل. للمحولات أحادية الطور مجموعة واحدة فقط من ملفات الجهد العالي والمنخفض، وهي متاحة فقط للاستخدام أحادي الطور، بينما للمحولات ثلاثية الطور نوع Y/△. بالإضافة إلى البيانات الفنية المذكورة أعلاه، هناك التردد المقدر للمحول، وعدد الأطوار، وارتفاع درجة الحرارة، ونسبة المعاوقة للمحول، إلخ.
14. كيف يتم اختيار المحول؟ وكيف يتم تحديد السعة المناسبة للمحول؟
أولاً، يجب دراسة جهد إمداد الطاقة في مكان الاستخدام، والحمل الكهربائي الفعلي للمستخدم، وظروف المكان، ثم الاختيار واحدًا تلو الآخر وفقًا للبيانات الفنية المشار إليها على لوحة بيانات المحول. بشكل عام، يجب النظر بشكل شامل في سعة المحول، والجهد، والتيار، وظروف البيئة. من بينها، يجب اختيار السعة. يجب اختيار سعة المحول وفقًا لسعة المعدات الكهربائية للمستخدم وطبيعتها ووقت استخدامها لتحديد الحمل المطلوب. أثناء التشغيل العادي، يجب أن يكون الحمل الكهربائي للمحول حوالي 75-90٪ من السعة المقدرة للمحول. أثناء التشغيل، إذا تم قياس أن الحمل الفعلي للمحول أقل من 50٪، فيجب استبداله بمحول ذو سعة أصغر. إذا كان الحمل المقاس أكبر من السعة المقدرة للمحول، فيجب استبداله فورًا بمحول أكبر.
في الوقت نفسه، عند اختيار المحول، يتم تحديد قيمة جهد الملف الابتدائي للمحول وفقًا لإمداد طاقة الخط، ويتم اختيار قيمة جهد الملف الثانوي وفقًا للمعدات الكهربائية. من الأفضل اختيار إمداد طاقة ثلاثي الطور بأربعة أسلاك بجهد منخفض. هذا يمكنه توفير الطاقة للإضاءة والطاقة للأحمال في نفس الوقت.
أما بالنسبة لاختيار التيار، فيجب ملاحظة أن الحمل يمكنه تلبية متطلبات المحرك عند بدء تشغيله (لأن تيار بدء تشغيل المحرك أكبر بـ 4 إلى 7 مرات من تيار التشغيل المستقر).
15. لماذا لا يمكن تحميل المحول فوق طاقته؟
التشغيل فوق الحمل يشير إلى تشغيل المحول بما يتجاوز قيمة التيار المحددة على لوحة البيانات.
ينقسم الحمل الزائد إلى حمل زائد عادي وحمل زائد طارئ. الأول يشير إلى زيادة استهلاك الطاقة للمستخدم تحت ظروف إمداد الطاقة العادية. غالبًا ما يزيد من درجة حرارة المحول، ويعجل من شيخوخة عزل المحول، ويقلل من عمره الافتراضي. لذلك، لا يُسمح بتشغيل المحول فوق طاقته.
في ظروف خاصة، يجب ألا تتجاوز عملية التحميل الزائد للمحول في وقت قصير 30% من الحمل المقنن (في الشتاء)، وألا تتجاوز 15% في الصيف.
16. ما هي أنواع الاختبارات التي يجب أن يجريها المحول أثناء التشغيل؟
لضمان التشغيل الطبيعي للمحول، يجب إجراء الاختبارات التالية بشكل متكرر:
(1) اختبار درجة الحرارة. سواء كانت حالة تشغيل المحول طبيعية أم لا، تعتبر درجة الحرارة مهمة جدًا. تنص اللوائح على ألا تتجاوز درجة حرارة الزيت العلوية 85 درجة مئوية (أي أن ارتفاع درجة الحرارة هو 55 درجة مئوية). عادةً ما تكون المحولات مجهزة بأجهزة قياس درجة حرارة خاصة.
(2) تحديد الحمل. لتحسين معدل استخدام المحول وتقليل فقد الطاقة، أثناء تشغيل المحول، يجب تحديد قدرة التغذية الكهربائية التي يمكن للمحول تحملها فعليًا. عادةً ما يتم إجراء أعمال القياس خلال فترة الذروة لاستهلاك الكهرباء في كل موسم، ويتم استخدام مقياس التيار الكلابي للقياس المباشر. يجب أن تكون قيمة التيار 70% إلى 80% من التيار المقنن للمحول. إذا تجاوزت ذلك، فهذا يعني وجود حمل زائد ويجب تعديله فورًا.
(3) قياس الجهد. تشترط اللوائح أن يكون نطاق تغير الجهد ضمن ±5% من الجهد المقنن. إذا تم تجاوز هذا النطاق، فيجب استخدام نقاط التوصيل (Taps) للتعديل لجعل الجهد ضمن النطاق المحدد. عادةً ما يتم استخدام الفولتميتر لقياس جهد طرف الملف الثانوي وجهد طرف المستخدم النهائي.
(4) تحديد مقاومة العزل. للحفاظ على المحول في حالة تشغيل طبيعية، يجب إجراء قياس مقاومة العزل لمنع شيخوخة العزل والحوادث. عند القياس، يُحاول إيقاف تشغيل المحول، ويستخدم مقياس المقاومة (الاهتزازي) لقياس قيمة مقاومة العزل للمحول. يشترط ألا تكون المقاومة المقاسة أقل من 70% من القيمة المقاسة سابقًا. عند اختيار مقياس المقاومة، يمكن استخدام ملف الجهد المنخفض بمستوى جهد 500 فولت.
17. ما هي قطبية المحول؟ وما دورها في الاستخدام العملي؟
تُستخدم قطبية المحول لتمييز العلاقة النسبية بين جهود أطراف ملف الملف الأولي وأطراف ملف الملف الثانوي في نفس اللحظة. لأن حجم واتجاه القوة الدافعة الكهربائية يتغيران في أي وقت، في لحظة معينة، يجب أن يكون للملفات الأولية والثانوية طرفان لهما جهد عالٍ في نفس الوقت، وطرفان لهما جهد منخفض في نفس الوقت. يُطلق على الطرفين المتوافقين في الجهد العالي اسم طرفي القطبية نفسها للمحول. يتضح من ذلك أن قطبية المحول تحدد اتجاه لف الملف، وعندما يتغير اتجاه اللف، تتغير القطبية أيضًا. عمليًا، تعد قطبية المحول أساس التوصيل المتوازي للمحولات. وفقًا للقطبية، يمكن دمجها في أشكال جهد متعددة. إذا انعكست القطبية، فغالبًا ما يحدث تيار قصر كبير، مما يؤدي إلى احتراق المحول. لذلك، عند استخدام المحول، يجب الانتباه إلى العلامات الموجودة على لوحة البيانات.
18. كيف يمكن تحديد قطبية المحول؟
عندما تكون لوحة بيانات المحول غير واضحة أو إذا كان المحول قديمًا، يمكن تحديد ذلك عن طريق الاختبار. هناك طريقتان:
(1) طريقة التيار المستمر.
عند اختبار محول أحادي الطور، يتم توصيل بطارية جافة 1.5 فولت على الجانب الأولي، ثم يتم توصيل مقياس ملي فولتميتر مستمر على الجانب الثانوي. عند إغلاق المفتاح K، تتأرجح الإبرة في الاتجاه الموجب (أو تتأرجح الإبرة في الاتجاه السالب عند فتح المفتاح)، مما يشير إلى أن الطرف الموجب للبطارية له نفس القطبية، أو الطرف المتماثل. لتحديد قطبية ومستوى محولات ثلاثية الطور، تُستخدم طريقة التيار المستمر في الغالب.
(2) طريقة التيار المتردد.
قم بتوصيل زوج من الأطراف ذات الاسم نفسه للملف الابتدائي والملف الثانوي بواسطة أسلاك. ثم أدخل جهدًا مترددًا منخفضًا بين ملفات AX الابتدائية لسهولة القياس. استخدم مقياس الفولتميتر لقياس قيمة الجهد V1 بين AX، وقيمة الجهد V2 بين XX، وقيمة الجهد V3 بين ax. إذا كانت قيمة V2 هي الفرق بين جهود V1 و V3، فإن Aa هي الطرف ذو القطبية المتماثلة؛ إذا كانت قيمة V2 هي مجموع جهود V1 و V3، فإن AX هي الطرف ذو القطبية المتماثلة. محتويات في جولة تفتيش المحول. ما إذا كان صوت المحول طبيعيًا؛ ما إذا كان هناك تسرب وتسرّب للزيت؛ ما إذا كانت علامة الزيت ومستوى الزيت طبيعيين؛ ما إذا كان هناك غاز داخل مرحل الغاز؛ ما إذا كان جهاز التنفس كاملاً؛ ما إذا كان عامل مقاومة الرطوبة قد تعطل وتغير لونه؛ ؛ ما إذا كان الصوت الداخلي للمحول طبيعيًا؛ ما إذا كانت الكابلات والناقل الرصاصي مسخنة، أو متحركة، أو مشوهة، إلخ.
شركة كينغران لأجهزة المحولات المحدودة
المزيد من أجهزة اختبار المحولات من كينغران
