المحول ومبادئه

A محول هو مكون سلبي ينقل الطاقة الكهربائية من دائرة إلى دائرة أو دوائر أخرى. تغيير التيار في أي ملف من محول ينتج تدفقًا مغناطيسيًا متغيرًا في قلب المحول ، مما يحث على تغيير قوة الكهرومتر (EMF) على أي جرح لفائف أخرى على نفس النواة. يمكن نقل الطاقة الكهربائية بين ملفات منفصلة دون وجود صلة معدنية (موصلة) بين الدائرتين التدفق المغناطيسي المحيط باللف.تُستخدم المحولات لتغيير مستوى جهد التيار المتردد ، ويعرف هذا النوع من المحولات كنوع خطوة أو لأباع لزيادة أو تقليل مستوى الجهد على التوالي. وتستخدم المحولات أيضًا لتوفير العزلة الجلفانية بين الدوائر ، وإلى مراحل زوجين من دوائر معالجة الإشارات. لأن اختراع أول محول محتمل ثابت في عام 1885 ، أصبح المحولات جزءًا مهمًا من انتقال وتوزيع واستخدام التيار المتناوب. تتم مواجهة مجموعة واسعة من تصاميم المحولات في تطبيقات الإلكترونيات وتطبيقات الطاقة. يتراوح حجم المحولات من محولات التردد الراديوي التي تقل عن سنتيمتر مكعب إلى وحدات تزن مئات الأطنان لشبكات الطاقة المترابطة.

مبادئ

إن المحول المثالي هو اقتران مثالي خطي ، بدون خسارة ومقرن مثالي بشكل مثالي ، ينطوي على نفاذية جوهرية عالية بلا حدود وحواف متعرج وقوة مغناطيسية صافية (أي IPNP - ISNS = 0).يخلق التيار المتغير في اللف الأولي للمحول تدفقًا مغناطيسيًا متغيرًا في قلب المحولات ، والذي يحيط به أيضًا اللف الثانوي. هذا التدفق المتغير في اللف الثانوي يؤدي إلى تغيير EMF أو الجهد في اللف الثانوي. هذه الظاهرة من الحث الكهرومغناطيسي هي الأساس لعمل المحولات ، ووفقًا لقانون لينز ، فإن التيار الثانوي المتولد وبالتالي يولد تدفقًا مغناطيسيًا على قدم المساواة وعكس ذلك الناتج عن اللف الابتدائي. يتم الجرح على جوهر حديدي مع مغناطيسي مرتفع بلا حدود إلى حد ما. نفاذية ، لذلك يمر جميع التدفق المغناطيسي عبر اللفات الأولية والثانوية. يتم توصيل مصدر الجهد باللف الأولية ، ويتم توصيل الحمل باللف الثانوي ، وتدفق تيار المحول في الاتجاه المحدد ، وقوة المغناطيسية للحديد الأساسي يلغي إلى الصفر.وفقًا لقانون فاراداي ، نظرًا لأن نفس التدفق المغناطيسي يمر عبر اللفات الأولية والثانوية لمحول مثالي ، فإن الجهد الذي يتناسب مع عدد اللفات التي يسببها في كل لف.المحول المثالي هو تقريب معقول لمحول تجاري نموذجي ، مع نسب الجهد ونسب المنعطفات المتعرجة التي تتناسب عكسيا مع النسب الحالية المقابلة.مقاومة الحمل للدائرة الأولية تساوي مربع نسبة المنعطفات مضروبة في مقاومة الحمل للدائرة الثانوية.

محول حقيقي

الانحراف عن المحولات المثالية

يتجاهل نموذج المحول المثالي الجوانب الخطية الأساسية التالية للمحولات الحقيقية:

وتشمل الخسائر الأساسية ، التي يشار إليها مجتمعة على أنها خسائر التيار المغناطيسية.

خسائر التباطؤ بسبب التأثيرات المغناطيسية غير الخطية في قلب المحولات ، وترانه خسارة التيار الدوامة بسبب تسخين جول في قلب الحديد يتناسب مع مربع الجهد المطبقة على المحول.

على عكس النموذج المثالي ، فإن اللفات في محول حقيقي لها مقاومة وحث غير صفري:

1. خسائر جول بسبب المقاومة الأولية والثانوية

2. تدفق التسرب الذي يهرب من النواة ومن خلال تعويذة واحدة لا يسبب سوى مقاومة تفاعلية أولية وثانوية.

3. على غرار الحث ، تحدث ظاهرة الطفيليات وظاهرة الرنين الذاتي بسبب توزيع المجال الكهربائي. وعادة ما يتم النظر في ثلاثة أنواع من السعة الطفيلية ويتم توفير معادلات الحلقة المغلقة.

4. السعة بين المنعطفات المجاورة في أي طبقة ؛

5. السعة بين الطبقات المجاورة ؛

6. السعة بين النواة والطبقات المجاورة للنواة ؛

إن دمج السعة في نموذج المحولات معقد ونادراً ما تحاول ؛ لا تشمل الدائرة المكافئة لنموذج المحولات "الحقيقي " الموضح أدناه السعة الطفيلية. ومع ذلك ، يمكن قياس التأثير السعوي من خلال مقارنة الحث على الدائرة المفتوحة (أي تحطيم اللف الأولي عند فتح الدائرة الثانوية) إلى) محاثة الدائرة القصيرة لللف الثانوي عندما يتم تقصيرها.

تسرب تدفق

يفترض نموذج محول مثالي أن كل التدفق الذي تم إنشاؤه بواسطة اللف الأوائل يربط جميع المنعطفات لكل متعرج ، بما في ذلك نفسه. في الممارسة حث في سلسلة مع لفائف المحولات المتبادلة بشكل متبادل. يتسبب تدفق السرق في تخزين الطاقة بالتناوب في الحقل المغناطيسي لكل دورة من مزود الطاقة. الجهد الذي لا يتناسب مع الجهد الأساسي ، وخاصة في الحملات الثقيلة. لذلك ، عادة ما يتم تصميم المحولات مع حث تسرب منخفض للغاية.في بعض التطبيقات ، يلزم زيادة التسرب ، وقد يتم إدخال مسارات مغناطيسية طويلة ، وفجوات الهواء ، أو عمليات التغلب المغناطيسي عن عمد في تصميم المحولات للحد من تيار الدائرة القصيرة التي سيتم توفيرها. المقاومة السلبية ، مثل الأقواس الكهربائية ، ومصابيح الزئبق والصوديوم ، وأضواء النيون ، أو للتعامل مع الأحمال بأمان قصيرة الدائرة ، مثل لحام القوس.تُستخدم فجوات الهواء أيضًا لمنع تشبع المحولات ، وخاصة محولات الصوت في الدوائر التي تحتوي على مكونات DC في اللفات. يستخدم المفاعل القابل للتشبع تشبع قلب الحديد للتحكم في التيار المتناوب.

تكون معرفة حث التسرب مفيدة أيضًا عند تشغيل المحولات بشكل متواز تصنيفات كل منها. ومع ذلك ، فإن المحولات التجارية لديها تحمل مقاومة واسعة. أيضا ، تميل المعاوقة ونسبة x/r من المحولات ذات الأحجام المختلفة إلى أن تكون مختلفة.

• دائرة مكافئة

• بالإشارة إلى هذا الرقم ، يمكن تمثيل السلوك المادي للمحول الحقيقي بنموذج دائرة مكافئ ، والذي يمكن أن يشمل محولًا مثاليًا.

• يتم تمثيل خسائر Joule المتعرج وتفاعل التسرب بمقاومة حلقة السلسلة التالية للنموذج:

• اللف الابتدائي: RP ، XP

• اللفات الثانوية: RS ، XS.

• في التحولات المكافئة للدائرة العادية ، عادة ما يتم إحالة RS و XS إلى الجانب الأساسي عن طريق ضرب هذه المقاومة بواسطة مربع نسبة المنعطفات (NP/NS) 2 = A2.

• يتم تمثيل خسائر الحديد والتفاعل من خلال مقاومة فرع التحويلة التالية للنموذج:

• فقدان الحديد أو فقدان الحديد: RC.

• تفاعل المغناطيسية: xm.

يشار إلى RC و XM بشكل جماعي باسم الفرع المغنطيسي للنموذج.

يحدث الخسارة الأساسية في المقام الأول بسبب التباطؤ وتأثيرات التيار الدوامة في القلب وتتناسب مع مربع التدفق الأساسي الذي يعمل بتردد معين. يكون التيار المغنطيسي في الطور مع التدفق المغناطيسي ، والعلاقة بين الاثنين غير خطي بسبب تأثيرات التشبع . 142 بالنسبة لمصدر الطاقة الجيبي ، يتخلف التدفق الأساسي عن قوة الثروة الكهربائية المستحثة بمقدار 90 درجة. عندما يكون اللف الثانوي مفتوحًا ، فإن تيار فرع الإثارة I0 يساوي تيار عدم التحميل للمحول.

إن النموذج الناتج ، بينما يطلق عليه أحيانًا "الدائرة المكافئة " الدقيقة استنادًا إلى افتراض الخطي ، يحتفظ بالعديد من التقريب ، يمكن أن يبسط التحليل من خلال افتراض أن مقاومة الفرع المغنطيسي مرتفع نسبيًا وتنقل الفرع إلى يسار الأساسي المعاوقة. هذا يقدم الأخطاء ، ولكنه يسمح بالجمع بين المقاومة الثانوية والمرجعية الابتدائية والتفاعل من خلال جمع ببساطة كقوف سلسلة.يمكن الحصول على معلمات نسبة المعاوقة للدائرة ونسبة التحول من خلال الاختبارات التالية: اختبار الدائرة المفتوحة ، اختبار الدائرة القصيرة ، اختبار مقاومة اللف ، اختبار نسبة التحول.