مبدأ عمل المحول الكهربائي: من الفيض إلى نسبة الجهد

ما الذي يصل بين الملفين؟

في المحول ذي الملفين الملف الابتدائي متصل بالمصدر، والثانوي بالدائرة التي تستقبل الطاقة. يمثل القلب مسارًا يساعد على ربطهما بفيض مشترك. لا يحتاج هذا الترتيب إلى اتصال سلكي مباشر بين الملفين؛ الربط هنا مغناطيسي. لا نعمم العزل على كل جهاز يحمل اسم محول، فالمقال يصف النموذج المحدد. ^[1]

وفق قانون فاراداي، يرتبط الجهد المستحث بمعدل تغير الفيض. وجود مجال ثابت وحده ليس كافيًا لجهد مستحث مستمر في ملف ثابت. وإذا تغير التيار عند تشغيل مصدر أو فصله قد يظهر تأثير عابر؛ لذلك نقول إن تيارًا مستمرًا ثابتًا لا يعطي التحويل المستمر نفسه، ولا ننفي كل لحظة عابرة. ^[2]

متى نستخدم علاقة عدد اللفات؟

يفترض النموذج المثالي أن الفيض يربط جميع اللفات، وأن خسائر القلب والأسلاك مهملة. نكتب V_s/V_p=N_s/N_p، حيث p للابتدائي و s للثانوي. في المثال الجيبي نستخدم القيم الفعالة للجهد على الطرفين، لا نخلطها بالقيم العظمى. ^[1]

إذا كان N_s>N_p يرتفع الجهد في الثانوي، وإذا كان N_s<N_p ينخفض. الوصف رافع أو خافض يشير إلى الجهد، لا إلى زيادة الطاقة المتاحة. كما أن تغيير الملف الذي نغذيه يغير تعريف الابتدائي والثانوي في المسألة. ^[1]

ومن العلاقة الزمنية v_s(t)=(N_s/N_p)v_p(t) نفهم أن ضرب موجة جيبية في ثابت يغير سعتها ولا يغير زمنها الدوري في النموذج. لذا ليس المحول العادي في هذا الوصف جهازًا لتحويل 50 هرتز إلى تردد آخر. ^[1]

مثال مستقل لمحول خافض

افترض محولًا مثاليًا مع حمل مقاومي؛ عدد لفات الابتدائي 600 والثانوي 150، والجهد الفعال الابتدائي 48 فولت. النسبة N_s/N_p=150/600=1/4، ولذلك V_s=48×1/4=12V.

إذا كان التيار الفعال في الابتدائي 0.4 أمبير، فإن مساواة القدرتين تعطي V_pI_p=V_sI_s، أي 48×0.4=12×I_s. إذن I_s=1.6A. تحقق أيضًا من النسبة العكسية I_s/I_p=600/150=4. ^[1]

القدرة في المثال 48×0.4=12×1.6=19.2W. لم نحصل على جهد أقل مع طاقة مفقودة بالضرورة؛ في هذا النموذج يقابله تيار أكبر. المثال فرض وجود حمل مقاومي وتيار معلوم، ولا يقول إن 1.6 أمبير يمر بلا حمل في كل محول.

ولو كانت الموجة ذات تردد 50 هرتز، فزمنها الدوري T=1/50=0.020s=20ms على الطرفين. الرسم الداخلي يعرض قيمتي السعة المتناسبتين مع الفترة نفسها؛ التيار ليس منحنى جهد آخر.

ما الذي يتغير في المحول الحقيقي؟

تذكر دراسة النموذج المثالي خسائر أسلاك وقلب وتيارات دوامية وهسترة تهمل في الحساب المبسط. في الجهاز الحقيقي لا نساوي القدرة الناتجة بالداخلة من غير بيان للخسائر وشروط التشغيل. ^[1]

ولا تنقل حساب الجهد والتيار إلى اختيار جهاز اعتمادًا على النسبة وحدها؛ القدرة المسموح بها والتردد والعزل والحرارة وخصائص الحمل بيانات أخرى. هنا استعملنا حملًا مقاوميًا كي تصح كتابة القدرة الفعلية P=VI بالقيم الفعالة دون عامل طور إضافي. ^[1]

ابدأ أي مسألة بتسمية الملفين، وتحديد نوع القيم، ثم احسب نسبة الجهد وافحص القدرة. إذا حصلت على قدرة خارجة أكبر من الداخلة في نموذج يخلو من مصدر آخر، فراجع المعطيات أو قلب نسبة التيار.