مكتبة خطوط عربية للاوتوكاد تعمل علي جميع الاصدارات | Autocad Arabic Fonts

المحولات الكهربائية Electrical transformers

المحولات الكهربائية تعد أحد أهم التقنيات في عالم الكهرباء حيث أنها ساعدت الإنسان على تحقيق أفضل سبل الاستفادة من الكهرباء وسنقوم بعرض هذا المقال من خلال التعريف بها و بأهميتها وطريقة تركيبها و فكرة عملها وكيفية المحافظة عليها وصيانتها

تعريف المحول الكهربائي

هو معدة ساكنة لا تحتوى على أي أجزاء متحركة تستخدم لنقل القدرة الكهربية من جهة إلى جهة أخري وذلك بتغيير قيم مكونات هذه القدرة ( الجهد والتيار) مع المحافظة على التردد وعادة يسمي الملف المتصل بمصدرالجهد بالملف الابتدائي كما يسمي الملف المتصل بالحمل بالملف الثانوي

استخدامات المحولات

تستخدم المحولات لعدة أغراض وعدة استخدامات فتجدها في معظم الدوائر الكهربائية بشكل واسع حيث يتواجد في اغلب الأجهزة الكهربائية مثل التكييفات والغسالات والتليفزيون بل إنها باتت تستخدم في السيارات وصارت جزء أساسيا في نظام عمل السيارات

ومن أهم استخدامتها

1. تستخدم المحولات لنقل القدرة الكهربية لمسافات بعيدة من أماكن توليدها إلى أماكن توزيعها واستخدامها
2. تستخدم المحولات مع أجهزة القياس والوقاية عندما تكون التيارات والجهود الكهربية عالية وذلك بخفض قيم التيارات أو الجهود إلى قيم صغيرة يمكن قياسها والتعامل معها
3.  تستخدم المحولات في العزل الكهربائي بغرض منع الشوشرة الكهرومغناطيسية في الدوائر الإلكترونية
4.  تستخدم المحولات في اغلب الأجهزة الكهربائية والإلكترونية للحصول على جهد تشغيل هذه الأجهزة والتي تعتبر صغيرة جدا بالمقارنة بجهد المصدر
5. تستخدم المحولات أيضا للموائمة بين الممانعات

تركيب المحولات

 تستخدم المحولات الكهربية في كافة التطبيقات إما لرفع الجهد أو خفضه حسب الحاجة.  ففي محطات توليد  الطاقة الكهربية  يتم رفع فرق الجهد إلى قيم مرتفعة جدا تصل إلى35000 فولت عند تيار كهربي صغير وذلك لتقليل الطاقة المفقودة على شكل حرارة I²R. ولتحقيق ذلك نحتاج إلى المحول الكهربي الذي يقوم برفع او خفض الجهد الكهربي والتيار الكهربي دون إحداث تغيير في قيمة حاصل ضرب IV

ويتكون المحول الكهربي Transformer مضلع معدني لنقل الفيض المغناطيسي كما في الشكل السابق بين ملفين يسمى الأول الملف الرئيسي Primary ويسمى الثاني بالملف الثانوي Secondary  يتم توصيل الملف الرئيسي بالمصدر المراد رفع أو خفض قيمة جهده بينما نحصل من الملف الثانوي على النتيجة مثل المحول المستخدم في تشغيل بعض الأجهزة التي تحتاج إلى 9 فولت فيقوم المحول بخفض قيمة الجهد من 220 فولت إلى 9 فولت لتتناسب مع تشغيل الجهاز

بالتحكم بعدد لفات كلا من الملف الرئيسي والملف الثانوي يمكن رفع او خفض الجهد حسب النسبة بين عدد لفات الملفين كما هو موضح في المعادلات التالية:

وينتقل الفيض المغناطيسي من المتولد في الملف الرئيسي عبر مادة المعدن الى الملف الثانوي حيث يتولد فرق جهد يعطى من قانون فراداي على النحو التالي :

بقسمة المعادلتين نحصل على 

وعندما تكون N₂ أكبر من N₁ يكون فرق الجهد الناتج اكبر من فرق جهد المصدر V₂>V₁ وهو ما يعرف بمحول رافع الجهد Step-up transformer.  بينما يحدث العكس إذا كانت N₂ اقل من N₁ ويكون المحول خافضا للجهد Step-down-transformer 

ويتكون المحول من

1. قلب حديدي مصنوع من رقائق من الألواح المصنوعة من الصلب السليكوني
2. ملفين من الأسلاك الكهربية المعزولة أحدهما هو الملف الابتدائي والآخر هو الملف الثانوي ويتم لفهما على جانبي القلب الحديدي

أي انه يمكن اعتبار المحول مكون من دائرتين إحداهما دائرة مغناطيسية والأخرى دائرة كهربية حيث يمثل القلب الحديدي الدائرة المغناطيسية و تمثل الملفات الدائرة الكهربية
 المحولات الكهربائية تتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية وهي : 

1. الملفات الابتدائية primary winding  
2. والملفات الثانوية steel core
3.  والغلاف الحديدي secondary winding 

 ولا يمكن للمحولات الكهربائية أن تعمل إلا مع تمرير التيار الكهربائي المتقطع كما هو معروف بـ AC

أنواع المحولات

هناك نوعان رئيسيان من المحولات الكهربائية الأول الخافضstep down  والآخر الرافع step up ويعمل كلاهما بمثل الغرض الذي تم تسميتهما به فالمحول الخافض يخفض الطاقة الكهربائية العالية إلى طاقة منخفضة والعكس في المحول الرافع

نظرية العمل

عندما يدخل التيار الكهربي المتقطع إلى الملفات الابتدائية يكون موجات مغناطيسية magnetic flux حيث تقوم هذه الموجات بالانتقال والدوران في الغلاف الحديديiron core  متجهه للملفات الثانوية وبفعل التفاوت في ارتفاع وانخفاض التيار المتقطع AC تقوم بقطع الملفات الثانوية كما هو موضح في الصورة, وفي النظرية الكهربية عندما يمر التيار المتقطع في سلك ما فإنه تنبعث منه موجات مغناطيسية وعندما تُقطع هذه الموجات بسلك آخر منفصل يتولد تيار كهربائي في هذا السلك وبمثل هذه النظرية تعمل المحولات الكهربائية

عمل المحولات في السيارات 

عندما يتم تشغيل المحرك يعمل معه المولد الكهربي ( ويطلق عليه الدينامو ) alternator  والذي يقوم بتوليد الكهرباء اللازمة للمحرك وللأجزاء الأخرى فلابد من ان يزود كل جهاز بالقدرالكافي من الطاقة التي يحتاجها ولان القوة الكهربائية التي تخرج من المولد الكهربي كبيرة جداً حيث أنها إذا لم تخفض فقد تسبب ضررا وحرقا لبعض أجزاء الدائرة الكهربائية للسيارة ولهذا السبب ادخل المحول الكهربائي لكي يقوم بإخفاض هذه الطاقة وبذلك نستنتج بأن النوع المستخدم في هذه الحالة هو المحول الخافض step down transformer

ولكن الأمر لا يقتصر على ذلك فحسب فلابد لنا من الحاجة لتيار هائل لكي يقوم بانبعاث الشرارة ذات القدر الكافي لإشعال الوقود في غرفة الاحتراق والطاقة الخارجة من المولد الكهربي لا تكفي لتوليد الشرارة اللازمة لهذا الشأن, ومع هذا فلابد من استخدام المحول الرافع step up  لكي يقوم بهذه المهمة ومن هذا أيضا نفهم أن المحولات الكهربائية بمختلف نوعيها تزود في السيارة لتأدية كلا غرضيها

ومن هذا المنطلق نفهم بأنه لا يمكننا الاستغناء عن المحولات الكهربائية فلولاها لما وجدتالاجهزة المنزلية والاليكترونية التي نستخدمها اليوم في عصرنا الحاضر ومع هذا فإنك لا تجد جهازا كهربائيا لايوجد به محول إلا نادراً 

صيانة وفحص المحولات الكهربية

من دراسة طرق وبرامج الصيانة الخاصة بالمحولات وجد انه لابد من عمل الفحوصات والاختبارات المختلفة بالدقة المطلوبة وعند تجميع المحول وقبل تشغيله يجب ملاحظة الأمور الآتية :

1. صوت المحول
2. مستوى الزيت ولونه وخلوه من الشوائب
3. سلامة العوازل الخارجية والتأكد من استمرارية الأرضي
4. التأكد من ربط المصهرات وصحة وجودة عمل أجهزة الوقاية
5. صحة ربط مخارج الملفات وتوزيعها السليم على الأوجه الثلاثة وعمل مفتاح تحويل الضغط للرفع أو الخفض
6. تسجيل درجة الحرارة المحول عند التشغيل وكذا بعد مرور 10 دقائق من التشغيل للتأكد من صحة عمله
7. فحص الزيت للتأكد من قوة عزله كهربيا ومكوناته الكيماوية وملاحظة مستوى الزيت ولونه

الصيانة الدورية للمحولات

هناك نوعان من الصيانة الدورية للمحولات :

1. الأول لا يحتاج إلى إخراج المحول من خزانه الرئيسي وفترة الصيانة مرة واحدة في السنة تقريبا والنوع الثاني الذي تتطلب الصيانة فيه إلى إخراج المحول من الخزان ويتم ذلك مرة واحدة كل 10 سنوات على وجه التقريب
2. وتتلخص أعمال الصيانة التي تجرى مرة واحدة في السنة على تنظيف وملاحظة الأجزاء الخارجية التالية للمحول وهي :
3. خلو عوازل مخارج التيار من أضرار الكسر أو التشقق أو التصدع وإزالة الأتربة والأوساخ المتراكمة واستبدال غير الصالح منها 
4. تنظيف وضبط ملامسات مصهرات الضغط العالي واستبدال المعطوب منها 
5. انعدام رشح الزيت من مناطق اللحام والتأكد من الإحكام الجيد لها
6. ملاحظة عدم ارتفاع درجة حرارة الزيت عن المعدلات المسموح بها
7. التأكد من سلامة عمل مراوح التهوية ونظافة أنابيب التبريد 
8. يجب أن تكون التهوية جيدة في المحولات العاملة داخل غرف مسقوفة
9. يجب تسجيل الحمل بواسطة أجهزة القياس التابعة للمحول
10. التأكد من سلامة عمل أجهزة الحماية وإشارات التحذير وكذا الإنارة الخارجية
11. يجب التأكد من مطابقة مكونات المحول وأداءه طبقاً للمواصفات والخصائص المذكورة في كتيب الشركة المصنعة 

أما بالنسبة للصيانة التي تجرى مرة واحدة كل 10 سنوات فتشمل العمال التالية :

1. يتم إخراج جسم المحول (القلب الحديدي) من خزانه الرئيسي وإجراء الفحوصات الكهربية علي ملفات المحول للتأكد من مقدار المقاومة وقوة العزل وعدم تواجد حالات قطع كاملة أو ناقصة 
2. عند إخراج الملفات مت القلب الحديدي يتطلب فك الصفائح الحديدية السليكونية وتنظيفها والتأكد من سلامة عزلها ومن ثم تجميعها وربطها بإحكام 
3. إعادة ربط التأريض بإحكام والتأكد استمرارية وتنظيف الدعامة الأمامية للمحول وربطها بإحكام 
4. تجفيف الملفات وتستبدل عوازلها التالفة وتنظف من رواسب الزيت ويعاد تركيبها
5. فك مفتاح تحويل الضغط وتنظيف ملامساته
6. تنظيف نهايات الملفات واستبدال عوازلها التالفة والتأكد من متانة لحاماتها 
7. تنظيف الخزان الرئيسي من رواسب الزيت وإعادة صب جدرانه الخارجية والداخلية بورق التنظيف الخاص والتأكد من عدم تواجد لحامات رديئة والتأكد من عمل عجلات الخزان واستبدال العزل المطاطي على حافة فوهته العلوية
8. تنظيف الغطاء العلوي والخزان المساعد من الزيت والشوائب والتأكد من سلامة مبين درجة الحرارة ومستوى الزيت 
9. فحص أجهزة الوقاية وملاحظة مدى انتظام عملها واستبدال الأجزاء التالفة منها

الفحص الخارجي للمحولات

يتم الفحص على الأجزاء الظاهرية للمحول وفق نظام معين وبعناية ودقة عالية وتشمل فحص الأجزاء الآتية :

1. الخزان الرئيسي : يقوم الفاحص بملاحظة وتسجيل حالة أداة الربط من الصواميل وسلامة سطح الخزان من الانبعاج تحت تأثير قوى خارجية وكذا سطح وأنابيب الإشعاع . أما إذا كان الخزان قد جري استبداله تحت ظروف معينة في هذه الحالة يجب التأكد من القياسات والأبعاد من ارتفاع وعرض وسمك الخزان وكذا عدد مواسير التبريد من أعدادها وترتيبها وأقطارها تعطى اهمية متزايدة للتأكد من عدم تواجد شقوق او ثقوب حتى وان كانت ضئيلة وبسيطة يحتمل رشح الزيت منها إلى جانب طلاء الخزان وتناسقه كوحدة كاملة
2. المشعاع : عند استبدال التالف منها بآخر جديد يجب أن يركز الاهتمام بمعرفة عدد الأنابيب وقطرها والمسافة بين بعضها البعض خلو الرشح من مواضع الربط وكذا مواضع اللحام وسلامة عمل الصنابير 
3. الخزان المساعد : يقوم الفاحص بملاحظة موقع الخزان المساعد والمسافة بينه وبين الأجزاء الحاملة للتيار خلو الخزان من الضرر الميكانيكي الخارجي عدم رشح الزيت في مواضع الربط واللحام وكذا ملاحظة سلامة مبين الزيت والصنابير والشكل العام للخزان
4. ماسورة الحماية الغازية : ملاحظة أبعادها وزاوية ميلها وغطائها الزجاجي وكذا عدم رشح الزيت من مواضع الربط عند قاعدتها وملاحظة جودة أدوات الربط.
5. غطاء المحول : ويشمل على ملاحظة الغطاء نفسه والتأكد من خلوه من الانبعاج أو أي ضرر ميكانيكي آخر وكذلك مناطق اللحام واحتمالات رشح الربط الى جانب فحص أجزاء المحول الأخرى القائمة على غطاء المحول مثل مخارج التيار للضغطين الابتدائي والثانوي خاصة سلامة العزل من التشقق أو الخدش أو التصدع وربطه وإحكامه .
6. ربط أطراف المخارج : التأكد من نوعية العزل المستخدم للضغط الإبتدائي وكذا للضغط الثانوي وعددها وخلو الأطراف من آثار الانصهار (القوس الكهربي ) أو القطع أو الحرارة العالية غير العادية وكذا وضع اللحام ونظافة العزل.
7. مفتاح التحويل للضغط : تفحص ميكانيكية عمل المفتاح وسهولة تمييز أوضاعه الثلاثة
8. نظام التبريد : إذا كان نظام التبريد يعتمد على الهواء المضغوط فتفحص محركات المراوح ويتم التأكد من سلامة عملها في ظروف الأحمال .
9. أجهزة الحماية ومعداتها : المتمم الغازي والمصهرات والمنبه الصوتي الحراري  فيجري التأكد من سلامتها وصحة عملها في الظروف المطلوبة حيث يتم فحص كل جهاز أو معدة على حدة وكذا التأكد من سلامة عمله
10. مفاتيح التشغيل : هل تشغل يدويا أو بواسطة محركات كهربية ، فعندما تفحص جيدا ويتأكد من سلامة عملها بحرية تامة وخلوها من الأضرار الميكانيكية الخارجية، تدون هذه الملاحظات في سجل الفحص الخارجي الدوري للمحول ويسجل تاريخ إجراء تلك الفحوصات وتاريخ ابتداء الفحص القادم مسبقا

خصائص الزيت الجيد للمحولات

تتوقف جودة زيت المحولات على الأمور الآتية :

1. جهد انهيار العزل للزيت: يحدد هذا الجهد الخواص الكهربية للزيت كمادة عازلة اذ أن هذا الضغط الى حدود معينة يدل على ارتفاع نسبة الرطوبة والأحماض بالزيت فالضغط يجب ألا يقل عن 35 ك فولت للزيت الجديد الذي لم يستعمل بعد للمحولات ذات الجهد من 10 الى 35 ك.ف  ويجب الأ يقل عن 40 ك.ف للمحولات جهد 220 ك.ف ، و50 ك.ف للمحولات جهد 500 ك.ف
2. درجة حرارة اشتعال الأبخرة والغازات : درجات حرارة اشتعال الأبخرة والغازات الناتجة من الزيت حيث أن انخفاض هذه الدرجات يشير الى تحلل الزيت واحتمال اشتعاله، لذا يجب أن لا تقل حرارة اشتعال الأبخرة عن 135 درجة مئوية
3. لزوجة الزيت : إن زيادة هذه اللزوجة تعوق دورة التبريد وتحد من سرعته، لذا يجب ألا تتعدى درجة اللزوجة 4.2 وذلك عند 20 درجة مئوية ، ولا تتعدى درجة اللزوجة 1.8 وذلك عند 50 درجة مئوية
4. حمضية الزيت : ينتج عن هذه الأحماض تلف العوازل للملفات ، وأكسدة وتآكل القضبان والصفائح الحديدية ويجب ألا يتعدى الرقم الحمضي للزيت عن 0.05 ملليجرام [ مقدار المليجرام من ايدروكسيد البوتاسيوم التي تعادل حمضية واحد كيلوجرام من الزيت ]
5. الشوائب الميكانيكية المختلفة : الشوائب الميكانيكية كثيرة ومختلفة الناتجة عن اتساخ الملفات ومجاري الزيت من جسيمات الكربون والشوائب الأخرى

مواعيد فحص الزيت ومواصفاته

تختلف مواعيد فحص الزيت من فترة لأخرى تبعا لاختلاف جهد المحولات بالطرق التالية :

1. يتم اجراء فحص للزيت مرة واحدة كل ثلاث سنوات للمحولات والمعدات ذات الجهد 11 ك.ف
2. بالنسبة للمحولات التي جهدها 35 ك.ف تختبر قوة العزل مرة واحدة في السنة ويجرى التحليل الكامل مرة كل ثلاث سنوات 
3. يجرى تحليل الزيت للمعدات مرة كل سنة لجهد اكبر من 35 ك.ف 
4. يجرى تحليل الزيت مرة كل سنة بالنسبة لمخارج حاملة التيار المملوءة بالزيت 
5. يجرى تحليل الزيت عقب كل عمرة للمحولات والمعدات الأخرى

أما الحدود التالية للجهد الكهربي الذي يجب أن يتحمله الزيت قبل انهياره فتعتبر حدود صغرى يجب المحافظة عليها بحيث بدونها يعتبر الزيت غير صالح للاستخدام :

1. يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 20 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 11 ك.ف 
2. يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 25 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 35 ك.ف 
3. يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 35 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 220 ك.ف 
4. يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 45 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 500 ك.ف 

طريقة إجراء الفحص الكهربي للزيت

اختبار عزل الزيت يتم وفق الخطوات التالية :

1. الفحص يجرى بين كرتين ذات قطب مختلف على كل كرة قطر الكرة المعدنية 25 مم والمسافة بين الكرتين 2.5 مم
2. قنينة الزيت تمزج جيداّ بطريقة الرج دون توليد فقاعات هوائية 
3. وعاء الفحص ينظف بزيت المحولات مرتين أو ثلاث مرات 
4. يسكب الزيت في وعاء الفحص حتى يصل الى مستوى 20 مم من فوهته العليا ويجب أن يجري السكب بالشكل الذي يمنع تكون فقاعات هوائية ثم يترك الوعاء على جهاز الفحص لمدة 10-15 دقيقة كي تتلاشى احتمالات وجود فقاعات هوائية 
5. بعد سكون حركة الزيت في الوعاء الفاحص يفتح على الكرتين الجهد الكهربي تدريجيا بمعدل 2-5 ك.ف/ثانية مع ملاحظة جهاز الفولتميتر ويستمر الرفع حتى انهيار عزل الزيت وعندها تفصل الدائرة الكهربية تلقائياّ ويسجل جهد انهيار العزل تعاد عملية الفحص من 2- 5 مرات بين فترات زمنية ما بين 5 الى 10 دقائق بين فحص وآخر والضغط المتوسط هو الذي يعمل به 
6. لتأكيد أهمية الفحص يمنع منعا باتا لمس الزيت قبل الفحص أو لمس الكرتين بالأصابع ويمنع تنظيف وعاء الفحص بقطعة قماش لمنع احتمالات سقوط شعيرات القماش وتلاصقها بجدران الوعاء

نتمني ان ينال اعجابكم 👍