يعتبر المحول الكهربائي من أهم العناصر الكهربائية وأكثرها انتشارًا في الشبكة الكهربائي، وهناك الكثير من الأنواع المختلفة والمتعددة من حيث الشكل والنوع والوظيفة التي تؤديها، وفي هذا المقال ستتعرف على أهم هذه الأنواع واستخداماتها.
تصنيف المحولات الكهربائية
يمكن تصنيف المحولات طبقًا للآتي:
- حسب الإستخدام: محولات قدرة ومحولات توزيع، ومحولات قياس.
- حسب عدد الأوجه: محولات أحادية الطور ومحولات ثلاثية الطور.
- حسب نسبة التحويل: محول رفع، ومحول خفض.
- حسب نوع العزل: محولات جافة، ومحولات زيتية.
- حسب عدد اللفات: محولات ثنائية اللف، ومحولات ثلاثية اللف.
- حسب نوع القلب الحديدي: محول Core Type، محول Shell Type.
أنواع المحولات الكهربائية
مهما اختلفت انواع المحولات الكهربائية فإنها تعمل بنفس المبدأ وتركيبها متشابه مع وجود اختلاف بسيط في بعض الانواع ومن أهم أنواع المحول الكهربائي مايلي:
محولات القدرة
محولات القدرة هي عبارة عن محولات رفع تستخدم في محطة التوليد لرفع الجهد المتولد ويكون تصنيف هذه المحولات أكبر من 500kVA وهي موجودة بين محطات التوليد وخطوط النقل. ويختلف تركيبها باختلاف قيمة قدرتها المقننة وباختلاف مكان تثبيتها، بحيث التي تستخدم في الهواء الطلق، عادة ما تكون مغمورة بالزيت بينما المخصصة للاستخدام الداخلي فهي من النوع الجاف في الغالب.
وتصنف محولات القدرة لثلاثة أنواع بحسب قدرتها
محولات القدرة الصغيرة: 500 إلى 7500kVA ، محولات القدرة المتوسطة: 7500kVA إلى 100MVA، محولات القدرة الكبيرة: كبر من 100MVA.
ويعمل محول القدرة عند الحمل الكامل بصفة مستمرة لذلك عند تصنيعه يُراعى أن تكون كفائته القصوى عند نسبة تحميل 100%، أي عند التحميل الكامل.
محولات التوزيع
تقوم محولات التوزيع بإمداد الكهرباء للمستهلكين في مستويات الجهد المطلوبة. وهي عبارة عن محولات خافضة أي أن وظيفتها خفض الجهد من شبكات النقل إلى مستويات أقل، لتوزيعه للاستهلاك الصناعي والتجاري والمنزلي. وتكون أحادية وثلاثية الطور وعلى الرغم من أن المعايير الصناعية تحدد تصنيف محولات التوزيع إلى 500kVA، إلا أنه يتم أيضًا تصنيعها بمستويات أعلى.
ويعمل محول التوزيع على أحمال مختلفة، ومن الممكن أن يعمل لمدة كبيرة عند اللاحمل لذا يتم تصميم محولات التوزيع لتعمل بأقصى كفاءة عند نسبة تحميل تتراوح من 60 إلى 70٪ من التحميل الكامل.
المحول الرافع والخافض للجهد
المحولات الرافعة للجهد (Step Up Transformer)
وهي المحولات الني يكون الجهد في ملفها الثانوي أكبر من الجهد في الملفت الابتدائي، ويكون فيه عدد لفات الملف الثانوي أكثر من ملفات الملف الابتدائي، وقيمة الجهد فيه تعتمد على عدد اللفات في كل من الملفين
تعمل محولات رفع الجهد على تحويل الجهد المنخفض (LV) والتيار العالي من الجانب الأولي للمحول إلى جهد عالي (HV) وتيار منخفض على الجانب الثانوي للمحول.
المحولات الخافضة للجهد (Step Down Transformer)
وهي المحولات الني يكون الجهد في ملفها الثانوي أقل من الجهد في الملفت الابتدائي، ويكون فيه عدد لفات الملفت الثانوي أقل من ملفات الملفت الابتدائي، وقيمة الجهد فيه تعتمد على عدد اللفات في كل من الملفين
وتقوم محولات الخفض بتحويل الجهد العالي (HV) والتيار المنخفض من الجانب الأولي للمحول إلى جهد منخفض (LV) وتيار عالي على الجانب الثانوي للمحول.
محولات القياس
تستخدم محولات القياس لتوفير العزل بين دوائر الجهد و التيار العالي وأجهزة القياس والحماية. وتنقسم لنوعين:
- محولات التيار (Current Transformers): وهي عبارة عن محولات مصممة لتوفير تيار صغير في الملف الثانوي المتصل مع أحهزة القياس والوقاية، يتناسب طرديًا مع التيار الكبير المار في الجانب الأولي المتصل مع الجهد العالي.
- محولات الجهد (Potential Transformers): ويتصل الملف الأولي بالجهد العالي بينما يتصل الجانب الثانوي بأجهزة القياس والوقاية ويحمل جهد منخفض بحسب نسبة التحويل.
المحولات الجافة
في المحول الجاف (Dry Transformer) لا يتم غمر الملفات والقلب الحديدي بالزيت وإنما توضع في الهواء مباشرة. وهذا يجعل قدراته محدودة أقل من 30MVA. وعند مقارنتها بالمحولات المغمورة بالزيت، تكون المحولات الجافة أخف وزنًا وغير قابلة للاشتعال. وتستخدم في المباني السكنية والمستشفيات والمطارات للحماية من الحرائق التي يمكن أن تحدث مع المحولات الزيتية. ولكن تكلفتها أعلى من المحولات الزيتية.
المحولات المغمورة بالزيت
جميع محولات القدرة والتوزيع ماعدا المحولات الجافة هي محولات مغمورة بالزيت. ويوفر زيت المحولات عزلًا أفضل ويعمل على تبريد القلب واللفات. وهي أرخص وتتوفر بقدرات أعلى من الجافة.
محولات التأريض
توضع محولات التأريض (Grounding transformers) في أي مكان في الشبكات المعزولة والغير مؤرضة، وتعمل على توفير نقطة تأريض، ويمكن أن يساعد هذا في تقليل الجهود العابرة (voltage transients) عند حدوث أعطال أرضية.
محولات العزل
محول العزل (Isolation Transformer) هو نوع من المحولات المستخدمة لعزل بين دائرة الملف الابتدائي و الثانوي، ولا يقوم محول العزل بتحويل الجهد لأي مستوى. يظل الجهد الابتدائي والجهد الثانوي لمحول العزل دائمًا بنفس القيمة لأن نسبة التحويل تساوي 1:1، وهذا يعني أن عدد اللفات الأولية والثانوية متساوية.
ويعمل على فلترة التيار المستمر المصاحب للإشارة ومنعه من المرور من دائرة إلى أخرى. ويوجد في أجهزة امداد التيار المستمر ( DC power supplies) ودوائر الاتصالات.
المحول الذاتي
المحول الذاتي (Autotransformer) هو محول أحادي اللف(single winding)، بخلاف المحولات التقليدية التي تحتوي على ملفين أحدهما خاص بالجانب الأولي وملف آخر خاص بالثانوي، يتكون المحول الذاتي من ملف واحد يعمل كملف أولي وملف ثانوي.
ويتميز على المحولات التقليدية أنه بالنسبة لنفس تصنيف VA، تحتاج المحولات الذاتية إلى موصلات نحاسية أقل للفات. وأيضًا لديها خسائر أقل وكفاءة أعلى من المحولات العادية.
يستخدم المحول الذاتي للتحكم في المحركات الحثية و أجهزة تثبيت وتغيير الجهد.
محول النوع القلبي Core Type
ويتكون من ثلاثة أعمدة يلف الملف الابتدائي والثانوي لكل وجه من الأوجه الثلاثة على عمود منفصل، حيث يوضع الملف الابتدائي (الجهد المنخفض) ملاصقًا للقلب الحديدي ثم يوضع فوقه الملف الثانـوى (الجهد العالي).
يُستخدم النوع القلبي في محولات القدرة متوسطة الحجم والتي تتراوح قدراتها تقريبا بين kVA 500 و100MVA. يوضح الشكل محولاً قلبياً ثلاثي الأوجه، ويحتوي على ملف ابتدائي وملف ثانوي لكل وجه وهما ملفوفان معًا على نفس الساق.
محول نوع الغلاف Shell Type
ويشبه النوع الأول من حيث الأعمدة والملفات. ولكن يختلف عنه من حيث طريقة التصنيع فـيما يلي: أ) يوجد في النوع الأول ذي الوجه الواحـد عدد 2 فرع Limbs، بينمـا يوجـد 3 أفـرع فـي النوع الثـاني، ب) الطول المتوسط للقلب الحديدي أطول منه في النوع الثاني بينمـا الطول المتوسط لملف النحاس أقـصـر مساحة، د) القلب الحديدي للنوع الثاني أكبر بينما عدد لفات النحاس أقل، ج) النوع الثاني له قدرة أكبر على تحمل القـوى الناتجة من حالة القصـر داخل المحول بينما صيانتها أصعب.
بستخدم نوع الغلاف في محولات القدرة كبيرة الحجم وذات القدرات العالية. يوضح الشكل محول Shell ثلاثي الأوجه، ويحتوي على ملف ابتدائي وملف ثانوي لكل وجه ملفوفين معاً على نفس الساق،
وفي بعض محولات القوى كبيرة القدرة تستخدم أحيانا محولاً قلبياً بخمسة أعمدة ويسمى باسم المحول ذو القلب والغلاف Core and Shell Type Transformer،
وذلك بهدف خفض ارتفاع المحول وتقليل حجمة وتسهيل عملية نقله،
كيفية اختيار أنواع المحول الكهربائي المناسب
أهم عامل يحدد نوع المحول المناسب لك هو نوع التطبيق الذي تحتاج فيه محول وطبيعة المكان ونوع الأحمال التي سيغذيها المحول، مثلًا في المباني السكنية والتجارية تعد المحولات الجافة خيارًا ممتازًا وأكثر أمانًا من أي نوع آخر، بينما في الأماكن الخارجية في أنظمة نقل الكهرباء يكون المحول الزيتي الخيار المناسب.
والعامل الثاني هو نظام الكهرباء الذي سيعمل فيه المحول، هل هو أحادي الطور أم ثلاثي الطور.
وبعد ذلك يتم تحديد قدرة المحول المناسبة ويفضل أن تكون أكبر من قدرة الأحمال حتى يتمكن من تغذية اي أحمال اضافية مستقبلًا.
