أنواع مختلفة من المحولات وتطبيقاتها

المحول هو جهاز يستخدم على نطاق واسع في مجال الكهرباء والإلكترونيات. إنه جهاز كهرومغناطيسي يتبع المبدأ الأساسي للكهرومغناطيسية التي اكتشفها مايكل فاراداي. لقد قمنا بتغطية إنشاء وتشغيل المحولات بالتفصيل في البرنامج التعليمي السابق. سنغطي هنا أنواعًا مختلفة من المحولات المستخدمة في أنواع مختلفة من التطبيقات. ومع ذلك ، فإن جميع أنواع المحولات تتبع نفس المبادئ ولكن لها طريقة بناء مختلفة. وبقليل من الجهد ، يمكنك أيضًا بناء المحول الخاص بك ، ولكن أثناء بناء المحول ، يجب على المرء دائمًا اتباع تقنيات حماية المحولات.

أنواع المحولات على أساس مستوى الجهد

يمكن أن يحتوي المحول على أنواع متعددة من الإنشاءات. لا يحتوي المحول على أي توصيل كهربائي من جانب إلى آخر ؛ ومع ذلك ، يمكن للملفين المستقلين كهربائياً توصيل الكهرباء عن طريق التدفق الكهرومغناطيسي. يمكن أن يحتوي المحول على ملفات أو لفات متعددة على الجانب الأساسي وكذلك على الجانب الثانوي. في العديد من الحالات ، تكون الجوانب الأولية المتعددة ، حيث يتم توصيل ملفين في سلسلة ، وغالبًا ما يطلق عليها اسم مركز التنصت. يمكن أيضًا رؤية حالة استغلال المركز هذه على الجانب الثانوي.

يمكن إنشاء المحولات بطريقة يمكنها تحويل مستوى الجهد للجانب الأساسي إلى الجانب الثانوي. اعتمادًا على مستوى الجهد ، يحتوي المحول على ثلاث فئات. تنحى ، تصعيد وعزل المحولات. بالنسبة لمحول العزل ، يكون مستوى الجهد هو نفسه لكلا الجانبين.

1. محول تنحي

يستخدم محول التنحي في كل من مجال الإلكترونيات والكهرباء. يقوم المحول التدريجي بتحويل مستوى الجهد الأساسي إلى جهد أقل عبر الإخراج الثانوي. يتم تحقيق ذلك من خلال نسبة اللفات الأولية والثانوية. بالنسبة لمحولات التدرج ، يكون عدد اللفات أعلى عبر الجانب الأساسي من الجانب الثانوي. لذلك ، تظل نسبة اللف الإجمالية للمرحلة الابتدائية والثانوية دائمًا أكثر من 1.

في مجال الإلكترونيات ، تعمل العديد من التطبيقات بجهد 5 فولت أو 6 فولت أو 9 فولت أو 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت في بعض الحالات. لتحويل جهد مخرج الطاقة أحادي الطور 230 فولت تيار متردد إلى مستوى الجهد المنخفض المطلوب ، يلزم وجود محولات تنحي. في الأجهزة وكذلك في العديد من أنواع المعدات الكهربائية ، يعد محول Step-Down هو المطلب الأساسي لقسم الطاقة. كما أنها تستخدم في محولات الطاقة ودوائر شاحن الهاتف الخلوي.

في مجال الكهرباء ، تُستخدم محولات التنحي في نظام التوزيع الكهربائي الذي يعمل بجهد عالي جدًا لضمان خسارة منخفضة وحلول فعالة من حيث التكلفة لمتطلبات توصيل الطاقة لمسافات طويلة. لتحويل الجهد العالي إلى خط إمداد منخفض الجهد ، يتم استخدام محول Step down.

2. محول تصعيد

محول Step Up هو عكس محول التنحي تمامًا. يعمل محول الصعود على زيادة الجهد الأساسي المنخفض إلى جهد ثانوي مرتفع. مرة أخرى يتم تحقيقه من خلال نسبة نسبة اللف الأولية والثانوية. بالنسبة لمحول Step Up ، تظل نسبة الملف الأولي والملف الثانوي أقل من 1. هذا يعني أن الرقم الذي يتحول في الملف الثانوي أعلى من الملف الأساسي.

في الإلكترونيات ، غالبًا ما تستخدم محولات الصعود في المثبتات والمحولات وما إلى ذلك حيث يتم تحويل الجهد المنخفض إلى جهد أعلى بكثير.

كما يستخدم محول تصاعدي في توزيع الطاقة الكهربائية. الجهد العالي مطلوب للتطبيقات المتعلقة بتوزيع الطاقة. يستخدم محول الخطوة في الشبكة لزيادة مستوى الجهد قبل التوزيع.

3. محول العزلة

لا يقوم محول العزل بتحويل أي مستويات جهد. يظل الجهد الأساسي والجهد الثانوي لمحول العزل دائمًا كما هو. هذا لأن نسبة اللف الأولية والثانوية تساوي دائمًا 1. هذا يعني أن عدد الدورات في الملف الأولي والثانوي هو نفسه في محول العزل.

يستخدم محول العزل لعزل الابتدائي والثانوي. كما تمت مناقشته سابقًا ، لا يحتوي المحول على أي توصيلات كهربائية بين الابتدائي والثانوي ، ويستخدم أيضًا كحاجز عزل حيث يحدث التوصيل فقط مع التدفق المغناطيسي. يتم استخدامه لأغراض السلامة وإلغاء نقل الضوضاء من المرحلة الابتدائية إلى الثانوية أو العكس.

أنواع المحولات على أساس المواد الأساسية

ينقل المحول الطاقة عن طريق إجراء تدفق كهرومغناطيسي عبر مادة أساسية. تنتج المواد الأساسية المختلفة كثافة تدفق مختلفة. اعتمادًا على المواد الأساسية ، يتم استخدام عدة أنواع من المحولات في مجال الطاقة والإلكترونيات.

1. محول قلب الحديد

يستخدم محول قلب الحديد العديد من ألواح الحديد الناعمة كمادة أساسية. نظرًا للخصائص المغناطيسية الممتازة للحديد ، فإن وصلة التدفق لمحول قلب الحديد عالية جدًا. وبالتالي ، فإن كفاءة محول قلب الحديد عالية أيضًا.

يمكن أن تكون الألواح الأساسية المصنوعة من الحديد الناعم متوفرة بأشكال وأحجام متعددة. لفائف الجرح الأولي والثانوي أو ملفوفة على ملف سابق. بعد ذلك ، يتم تركيب آلة تشكيل الملف في ألواح من الحديد الناعم. اعتمادًا على الحجم والأشكال الأساسية ، يتوفر نوع مختلف من الألواح الأساسية في السوق. بعض الأشكال الشائعة هي E ، I ، U ، L ، إلخ. ألواح الحديد رفيعة ، ويتم تجميع الألواح المتعددة معًا لتشكيل اللب الفعلي. على سبيل المثال ، يتم تصنيع النوى من النوع E بألواح رقيقة بمظهر الحرف E.

تستخدم محولات قلب الحديد على نطاق واسع وعادة ما تكون أثقل في الوزن والشكل.

2. المحولات الأساسية الفريتية

يستخدم المحول الأساسي الفريت قلبًا من الفريت بسبب نفاذية مغناطيسية عالية. يوفر هذا النوع من المحولات خسائر منخفضة جدًا في التطبيقات عالية التردد. نتيجة لذلك ، تُستخدم محولات قلب الفريت في التطبيقات عالية التردد مثل مصدر طاقة وضع التبديل (SMPS) ، والتطبيقات ذات الصلة بالترددات اللاسلكية ، إلخ.

تقدم محولات قلب الفريت أيضًا نوعًا مختلفًا من الأشكال ، والأحجام حسب متطلبات التطبيق. يستخدم بشكل رئيسي في الإلكترونيات بدلاً من التطبيقات الكهربائية. الشكل الأكثر شيوعًا في المحولات الأساسية الفريتية هو E core.

3. محول النواة الحلقي

يستخدم محول النواة الحلقي مادة أساسية على شكل حلقي ، مثل قلب الحديد أو قلب الفريت. Toroids عبارة عن مادة أساسية على شكل حلقة أو دونات وتستخدم على نطاق واسع لتحقيق أداء كهربائي فائق. نظرًا لشكل الحلقة ، يكون محاثة التسرب منخفضة جدًا وتوفر عوامل حث عالية جدًا وعوامل Q. اللفات قصيرة نسبيًا والوزن أقل بكثير من محولات التصنيف التقليدية.

4. محول الهواء الأساسية

لا يستخدم محول Air Core أي قلب مغناطيسي مادي كمادة أساسية. يتم إجراء وصلة التدفق لمحول الهواء الأساسي بالكامل باستخدام الهواء.

في المحولات الهوائية الأساسية ، يتم تزويد الملف الأساسي بتيار متناوب ينتج عنه مجال كهرومغناطيسي حوله. عندما يتم وضع ملف ثانوي داخل المجال المغناطيسي ، وفقًا لقانون فاراداي للحث ، يتم تحفيز الملف الثانوي بمجال مغناطيسي يستخدم بشكل أكبر لتزويد الحمل بالطاقة.

ومع ذلك ، ينتج محول الهواء الأساسي محاثة متبادلة منخفضة مقارنة بالمواد الأساسية المادية مثل الحديد أو قلب الفريت.

يتم استخدامه في الإلكترونيات المحمولة وكذلك في التطبيقات ذات الصلة بالترددات الراديوية. نظرًا لعدم وجود مادة أساسية فيزيائية ، فهي خفيفة جدًا من حيث الوزن. يستخدم محول الهواء الأساسي المضبوط بشكل صحيح أيضًا في حلول الشحن اللاسلكي ، حيث يتم إنشاء اللفات الأولية داخل الشاحن والملفات الثانوية داخل الجهاز المستهدف.

أنواع المحولات على أساس ترتيب اللف

يمكن تصنيف المحول باستخدام أوامر اللف. أحد الأنواع الشائعة هو محولات اللف التلقائي.

محول لف السيارات

حتى الآن ، تم إصلاح الملف الأولي والثانوي ، ولكن في حالة وجود محول ذاتي الملء ، يمكن توصيل الملف الأولي والثانوي في سلسلة وتكون العقدة التي يتم ضغطها في المركز قابلة للحركة. اعتمادًا على موضع النقر المركزي ، يمكن تغيير الجهد الثانوي.

لا يعد auto هو الشكل المختصر لـ Automatic ؛ بل هو إخطار الذات أو الملف الواحد. يشكل هذا الملف نسبة تتكون من جزأين ، أساسي وثانوي. يحدد موضع عقدة الصنبور المركزية النسبة الأولية والثانوية وبالتالي تغيير جهد الخرج.

الاستخدام الأكثر شيوعًا هو V ARIAC ، وهي أداة لإنتاج تيار متردد متغير من مدخل تيار متردد ثابت. يتم استخدامه أيضًا في التطبيقات المتعلقة بنقل وتوزيع الطاقة حيث يلزم تغيير خطوط الجهد العالي بشكل متكرر.

أنواع المحولات على أساس الاستخدام

هناك عدة أنواع من المحولات متاحة أيضًا والتي تعمل في مجال معين. كل من قطاعي الإلكترونيات والكهرباء ، يتم استخدام العديد من المحولات المخصصة كمحول تنحي أو تصاعدي بناءً على تطبيق التطبيق. لذلك ، يمكن تصنيف المحولات على النحو التالي بناءً على الاستخدام:

1. مجال الطاقة

• محول الطاقة
• محول القياس
• محول التوزيع

2. مجال الإلكترونيات

• محول النبض
• محول إخراج الصوت

1. المحولات المستخدمة في مجال الطاقة

في مجال الكهرباء ، يتعامل مجال الطاقة مع توليد الطاقة والقياس والتوزيع. ومع ذلك ، فهو مجال كبير جدًا حيث تعد المحولات جزءًا أساسيًا لاستيعاب التحويل الآمن للطاقة وإيصال الطاقة بنجاح إلى المحطة الفرعية والمستخدمين النهائيين.

يمكن أن تكون المحولات المستخدمة في مجال الطاقة خارجية وداخلية ولكن في الغالب خارجية.

(أ) محول الطاقة

محولات الطاقة أكبر حجمًا وتستخدم لنقل الطاقة إلى المحطة الفرعية أو إمدادات الكهرباء العامة. يعمل هذا المحول كجسر بين مولد الطاقة وشبكة التوزيع الأولية. اعتمادًا على تصنيف الطاقة والمواصفات ، يمكن أيضًا تصنيف محولات الطاقة إلى ثلاث فئات: محولات الطاقة الصغيرة ومحولات الطاقة المتوسطة ومحولات الطاقة الكبيرة. يمكن أن يكون التصنيف أكثر من 30KVA إلى 500-700KVA أو في بعض الحالات يمكن أن يكون مساويًا أو أكثر من 7000KVA لمحول الطاقة المصنف الصغير. يمكن أن يصل معدل محول الطاقة المتوسط ​​التصنيف إلى 50-100 ميجا فولت أمبير بينما تكون محولات الطاقة ذات التصنيف الكبير قادرة على التعامل مع أكثر من 100 ميجا فولت أمبير.

نظرًا لتوليد الطاقة العالية جدًا ، يعد بناء محول الطاقة أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. يشمل البناء أجهزة طرفية عازلة صلبة ونظام تبريد متوازن. تمتلئ محولات الطاقة الأكثر شيوعًا بالزيوت.

المبدأ الرئيسي لمحول الطاقة هو تحويل التيار العالي الجهد المنخفض إلى تيار منخفض عالي الجهد. هذا مطلوب لتقليل فقد الطاقة في نظام توزيع الطاقة.

معلمة أخرى مهمة لمحول الطاقة هي توفر المرحلة. عادةً ما تعمل محولات الطاقة في نظام ثلاثي الطور ، ولكن في بعض الحالات ، تُستخدم أيضًا محولات الطاقة الصغيرة أحادية الطور. تعد محولات الطاقة ثلاثية الطور هي الأكثر تكلفة وكفاءة من محولات الطاقة أحادية الطور.

(ب) محول القياس

غالبًا ما يشار إلى محول القياس على أنه محول أداة. هذه أداة قياس أخرى شائعة الاستخدام في مجال الطاقة. يتم استخدام محول القياس لعزل الطاقة الرئيسية وتحويل التيار والجهد بنسبة أقل إلى ناتجها الثانوي. من خلال قياس الإخراج ، يمكن قياس الطور والتيار والجهد الفعلي لخط الطاقة.

تظهر الصورة أعلاه بناء المحول الحالي.

(ج) محول التوزيع

يستخدم هذا في المرحلة الأخيرة من نظام توزيع الطاقة. محولات التوزيع هي محول تنحي ، والذي يحول جهد الشبكة العالي إلى الجهد المطلوب للعميل النهائي ، 110 فولت أو 230 فولت. يمكن أن تكون أيضًا مرحلة واحدة أو ثلاث مراحل.

يمكن أن تكون محولات التوزيع أصغر في الشكل وكذلك أكبر ، اعتمادًا على قدرة التحويل أو التصنيفات.

يمكن تصنيف محولات التوزيع بشكل أكبر بناءً على نوع العزل الذي تستخدمه. يمكن أن يكون نوعًا جافًا أو يمكن أن يكون مغمورًا في السائل. إنه مصنوع باستخدام ألواح فولاذية مغلفة مبنية في الغالب على شكل C كمادة أساسية.

يحتوي محول التوزيع أيضًا على نوع مختلف من التصنيف بناءً على الموقع الذي يتم استخدامه فيه. يمكن تركيب المحول على عمود مرافق ، إذا كان الأمر كذلك ، يطلق عليه محولات التوزيع المثبتة على العمود. يمكن وضعها داخل غرفة تحت الأرض ، مثبتة على وسادة خرسانية (محول توزيع مثبت على وسادة) أو داخل صندوق فولاذي مغلق.

بشكل عام ، يكون تصنيف محولات التوزيع أقل من 200 كيلو فولت أمبير.

2. المحولات المستخدمة في مجال الإلكترونيات

في الإلكترونيات ، يتم استخدام العديد من المحولات المصغرة الصغيرة التي يمكن تركيبها على ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو يمكن تثبيتها داخل حاوية المنتج الصغيرة.

(أ) محول النبض

محولات النبض هي واحدة من أكثر المحولات المثبتة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تنتج نبضات كهربائية في اتساع ثابت. يتم استخدامه في الدوائر الرقمية المختلفة حيث يلزم توليد النبض في بيئة معزولة. لذلك ، تقوم المحولات النبضية بعزل النبضات الأولية والثانوية وتوزيع النبضات الأولية على الدائرة الثانوية ، وغالبًا ما تكون بوابات أو محركات منطقية رقمية.

يجب أن تحتاج المحولات النبضية التي تم إنشاؤها بشكل صحيح إلى عزل كلفاني مناسب بالإضافة إلى تسرب صغير وسعة شاردة.

(ب) محول إخراج الصوت

محول الصوت هو محول آخر شائع الاستخدام في مجال الإلكترونيات. يتم استخدامه بشكل خاص في التطبيقات ذات الصلة بالصوت حيث تكون مطابقة المعاوقة مطلوبة. يوازن محول الصوت بين دائرة مكبر الصوت والأحمال ، وعادة ما يكون مكبر الصوت. يمكن أن يحتوي محول الصوت على عدة ملفات أولية وثانوية ، منفصلة أو مركزية.

لذلك قمنا بتغطية أنواع مختلفة من المحولات ، بخلاف أن هناك بعض المحولات الأخرى ذات الأغراض الخاصة ولكنها خارج نطاق هذه المقالة.