بحث عن المحولات الكهربائية

تصنف كل الأجهزة الكهربائية وفقًا للطاقة الأعظمية التي قد تستهلكها أو تولدها أو تنقلها، وتستخدم في ذلك وحدة الكيلو واط (KW) لبعض الأجهزة بينما تستخدم وحدة الكيلو فولت أمبير (KVA) أو الفولت أمبير (VA) لتصنيف بعضها الآخر، على سبيل المثال تستخدم الأحمال الكهربائية مثل المحركات والمصابيح والسخانات وحدة الكيلو واط في تصنيفها بشكل دائم، بينما تستخدم المحولات الكهربائية الكيلو فولت أمبير أو الفولت أمبير وليس الكيلوواط، يوضح المقال التالي نبذة عن المحولات الكهربائية، مع إيضاح السبب في تصنيف المحولات بالكيلو فولت أمبير وليس بالكيلو واط.

تعد المحولات الكهربائية واحدة من أقدم الاختراعات الهندسية في المجال الكهربائي، وهي عبارة عن جهاز كهربائي يستخدم لنقل الطاقة من دارة كهربائية إلى دارة أخرى دون أن يكون هناك أي اتصال مادي بينهما ومن دون تغيير الخصارص الفيزيائية للتيار المنقول كالتردد والطور، وهو أحد الأجهزة الأساسية في عمل دارات نقل الطاقة الكهربائية.

يتكون المحول الكهربائي بأنواعه من دارتين رئيسيتين، دارة أولية ودارة ثانوية واحدة أو أكثر، في حين يعتمد في عمله على قوانين فاراداي في التحريض الكهرومغناطيسي، أي يتم الاعتماد على ظاهرة الحث المتبادل بين ملفين أو أكثر لتحويل الطاقة من دارة لأخرى، حيث يتناسب معدل تغيير تدفق التيار خلال زمن معين مع القوة المحركة الكهربائية الناتجة عن الحقول الكهرومغناطيسية المستحثة في موصل أو ملف ما وذلك وفقًا لقوانين فاراداي الذي يعبر عنه بالعلاقة التالية:

E = N dϕ / dt

حيث:

يُعرف الكيلو فولت أمبير بشكل بسيط بأنّه حاصل ضرب شدة التيار الذي يُقاس بالأمبير بـ 1000 فولت التي تعبر عن الجهد الكهربائي، ويسمى حاصل ضرب هاتين القيمتين بالاستطاعة أو القدرة الظاهرية ويُىمز لها بالرمز S، في حين يعبر الواط عن وحدة قياس الاستطاعة الفعلية وهي الاستطاعة الحقيقية التي يمكن استخلاصها من الدارة الكهربائية، والتي يرمز لها بالرمز P.

تتساوى الاستطاعة الفعلية مع الظاهرية عندما يتوافق كل من الجهد والتيار في دارة ما، فعندما لا يتوافق الجهد والتيار في دارة فإنّ قسمًا من الاستطاعة الظاهرية تتم إضاعتها في خطوط النقل، لذا فإنّ الاختلافات بين قيم الواط والكيلو فولت تظهر بسبب عدم الكفاءة في نقل الكهرباء.

يُعبر عن عدم الكفاءة الناتجة في النقل الكهربائي كنسبة تسمى عامل الاستطاعة، حيث يُعرف ذلك بأنّه نسبة الاستطاعة الفعلية على الاستطاعة الظاهرية (Cos Ф = P/S) وهو عدد بين الصفر والـ1، في حال كان العامل مساويًا للواحد فإنّ الاستطاعة الفعلية تساوي الاستطاعة الظاهرية، أمّا في حال كان العامل مساويًا 0.5 فإنّ الاستطاعة الفعلية ستساوي تقريبًا نصف الاستطاعة الظاهرية.

يعود السبب في ذلك إلى أنّه يتم تصنيف أي قطعة من المعدات الكهربائية بناءً على مقدار التيار الذي يمكنها التعامل معه عند جهد معين والضياعات التي تحدث فيه، الأمر نفسه ينطبق على المحولات؛ حيث يتم تصنيف المحولات اعتمادًا على الطاقة القصوى التي يمكنها نقلها من الجاتب الأساسي إلى الجانب الثانوي مع دخول الضياعات في الحساب.

يوجد نوعان للضياعات في المحولات الكهربائية؛ ضياع في الملفات النحاسية، وضياع في القلب الحديدي أو العزل، حيث تتعلق الضياعات في الملفات النحاسية (I²R) بالتيار الذي يمر عبرها بينما تعتمد الضياعات في القلب الحديدي أو الضياعات الأساسية أو ضياعات العزل على الجهد، وبالتالي فإنّ إجمالي الضياعات يتعلق بالجهد (V) والتيار (I) الذي يتم التعبير عنه بالفولت أمبير (VA) ولا يتعلق بعامل الاستطاعة، أي بمعنى أخر يتعلق بالاستطاعة الظاهرية وليس بالاستطاعة الفعلية، هذا هو السبب في قياس قدرة المحول بواحدة VA أو kVA وليس بالـ W أوkW.

السبب الآخر لذلك، أنّه عند تصميم المحولات لا يكون لدى المصممين أي فكرة عن نوع الحمل الذي سيتم ربطه مع المحول، من الممكن أن يكون مقاومة (R) أو ملفًا (L) أو مكثفًا (C) أو حملاً مختلطًا يضم جميع ما سبق، في هذه الحالة سيختلف عامل الاستطاعة باختلاف الحمل، لذا يستخدم KVA أو VA لقياس القدؤة بدلًا من KW.