دروس جافاسكريبت بالعربي _ الحلقة ١

المفقودات فى المحول الكهربي     Transformer Losses

يوجد بالمحول الكهربائى نوعين من المفقودات و هما:

              1. مفقودات الحديد iron losses وهى نوعان :

·         مفقودات التيارات الاعصارية Eddy current losses

·         مفقودات التخلف Hysteresis losses

  2. مفقودات النحاس Copper losses

و سيتم توضيح هذه المفاقيد كالاتى:

أولا مفقودات الحديد:

ويقصد بمفقودات الحديد هو القدرة المفقودة فى القلب الحديدى للمحول الكهربى و تتكون بسبب مرور الفيض المغناطيسى داخل القلب الحديدى و تنقسم الى نوعان هما مفقودات التيارات الاعصارية و مفقودات التخلف.

       1.      مفقودات التيارات الاعصارية Eddy current losses   :

عند مرور الفيض المغناطيسى _mΦ فى القلب الحديدى للمحول و الذى يعتبر ايضا من الموصلات الكهربية فانة ينتج تيار كهربائى فى القلب الحديدى يتحرك فى مستوى عمودى على إتجاه الفيض تبعا لقاعدة اليد اليمنى كما بالشكل.

و لتقليل التيارات الدوامية او الاعصارية يصنع القلب الحديدى من شرائح ذات سمك صغير (تقريبا 0,3 مم) و مغطاه من الوجهين بمادة عازلة (غالبا الورنيش) و بذلك تقل المساحة العمودية على اتجاة سريان الفيض و تقل تبعا لها التيارات الدوامية.

و تسبب هذه التيارات إرتفاع درجة حرارة القلب الحديدى و بالتالى زيادة الفاقد، و تعتمد قيمة التيارات الاعصارية على قيمة كثافة الفيض B و نوع المادة المستخدمة فى شرائح القلب و مدى فاعلية المادة العازلة بين شرائح القلب.

ايضا يصنع القلب الحديدى من الصلب السيليكونى الذى يتمتع بمقاومة كهربية عالية تساعد فى الحد من التيارات الدوامية.

و لكن لابد من الاخذ فى الاعتبار العيوب الاتية لتقليل سمك الشرائح:

أ‌-        كلما قل سمك الشرائح، فان مجموع سمك المادة العازلة المستخدمة بين الشرائح سيزيد و هذا يؤدى الى معامل حيز صغير Poor space factor.

ب‌-    كلما قل سمك الشرائح فيصعب تجميع القلب الحديدى للمحول و ايضا سيكون ضعيف ميكانيكيا.

لذلك لابد من الموازنة بين الامرين حتى تتم الفائدة.

       2.      مفقودات التخلف فى شرائح القلب الحديدى Hysteresis loss

نتيجة مرور التيار المتردد فى ملفات المحول يتمغنط القلب فى إتجاهين متعاكسين و كلما تغير إتجاه المغنطة تتغير اقطاب الجزيئات المغناطيسية و هذا يؤدى الى فقد فى قدرة المحول.

الشكل يوضح منحنى المغنطة للقلب الحديدى و نلاحظ أن اتجاه المغنطة يتغير فى كل دورة مرتين و لحساب القدرة المفقودة نجد انها تتبع المعادلة الاتية:

P_h = 1/2 B_m H V_c f

حيث:

P_h: القدرة المفقودة فى القلب الحديدى

B_m:  أقصى كثافة فيض مغناطيسى

H : شدة المجال المغناطيسى

V_c: حجم القلب الحديدى

f: التردد

و هذا النوع من المفقودات يعتمد بشكل كبير على نوع المادة المستخدمة، و تمثل المنطقة داخل المنحنى كمية الفقد فى القلب فكلما كانت ارفع كلما قلت المفقودات.

يوضح الشكل منحنى المغنطة لثلاث مواد مختلفة و طبعا افضلها بالنسبة للمحولات هى المادة الاولى من اليمين لانها تمثل اقل فاقد.

ثانيا مفقودات النحاس Copper Losses:

1.             ينتج هذا الفاقد نتيجة مرور التيار فى ملفات المحول حيث تكون لها مقاومة أومية R بالتالى يحدث فاقد يساوى I²R.
2.            التيار المار فى ملفات المحول عبارة عن مكونين ، الاول هو تيار الحمل أما الثانى فهو تيار المغنطة او تيار اللاحمل No load Current و يتم التعبير عنه بنسبة من تيار الحمل المقنن و عادةً لا تتعدى هذه النسبة 5% من تيار الحمل المقنن اما فى المحولات الكبيرة فلا تتعدى هذه النسبة  1 - 2% من التيار المقنن و بذلك يكون الفقد الناتج عن تيار اللاحمل صغير جداً و يمكن اهماله.
3.           عند تصميم المحولات يؤخذ فى الاعتبار أن تكون كثافة الفيض المغناطيسى فى القلب أقل من نقطة التشبع الحرجة و كذلك تصميم الشرائح بحيث لا تحتوى على اى ثغرات هوائية غير مرغوبة للحفاظ على قيمة ثابتة تقريبا لتيار اللاحمل.
4.                    مما سبق يتضح أن السبيل الوحيد لتقيل مفقودات النحاس هو التحكم فى مقاومة الملفات ويتم هذا عن طريق تكبير مساحة المقطع او تقليل الطول الكلى للملف.

            لوحظ ايضا انه عند زيادة مساحة المقطع تزداد المفاقيد المغناطيسية و عليه فان تقليل طول الملفات الكلية  هو الطريقة الافضل لتقليل فقد I²R و كذلك الحفاظ على حجم مناسب للمحول.

انواع اخرى من المفاقيد:

يوجد انواع اخرى من المفقودات فى المحول و لكن يمكن اهمالها بسبب صغرها و منها:

     1.   فقد التيارات الاعصارية الشاردة فى رباطات و مسامير القلب Eddy current loss in core clamps and bolts

       و يكون هذا الفاقد اقل ما يمكن اذا تم الاعتناء برباطات و تجميع القلب اثناء صناعة المحول.

           2.      فقد التيارات الاعصارية الشاردة فى الخزان    Eddy current loss in tank

يشبة الفقد فى الرباطات و المسامير الا انه يزيد من قيمة مفقودات الحديد و هذا النوع يحدث نتيجة الفيض المغناطيسى الشارد الذى يقطع جسم الخزان و يظهر فى حالة الاحمال العالية و تكون قيمتة مرتفعة نسبيا.

لتقليل هذا الفقد يجب بذل عناية خاصة عند تركيب أطراف الجهد المنخفض و كذلك العوازل و يمكن استخدام مواد غير مغناطيسية عند الاماكن المجاورة لشفة العازل لتقليل هذا الفاقد.