الفرق بين المحول الرافع و الخافض للجهد

المحول هو جهاز ساكن (لا يحتوي على اجزاء متحركة) ينقل الطاقة الكهربائية من دائرة إلى أخرى بنفس التردد، لكن مع تغيير مستوى الجهد إما لقيمة أعلى أو لقيمة أقل.

وبفضل المحولات يمكن نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة بكفاءة عالية، حيث يمكن زيادة الجهد وخفض التيار بنفس الوقت لتقليل مفاقيد القدرة بسبب مقاومة الأسلاك على طول خطوط النقل التي تربط محطات التوليد بالأحمال.

في نهاية خطوط النقل، عند الأحمال، يتم خفض مستويات الجهد بواسطة المحولات ليكون الإستهلاك أكثر أمانًا، والمعدات، والأجهزة الكهربائية أقل تكلفة.

ويتم رفع وخفض الجهد باستخدام المحول الرافع (step-up transformer)، والمحول الخافض (step-down transformer).

الفرق بين المحول الرافع و الخافض للجهد

يتمثل الفرق الرئيسي بين محول الرفع والخفض للجهد في أن محول الرفع يزيد من جهد الخرج (output voltage)، بينما يقلل محول الخفض من جهد الخرج (output voltage).

وسيتم شرح بعض الاختلافات الأخرى في المقال، مع الأخذ في الاعتبار العديد من الاختلافات من حيث الجهد، والتيار وعدد اللفات، وسمك الموصل والتطبيق.

قبل أن ابدأ في شرح كل محول على حدى هناك مفاهيم يجب توضيحها بشكل أكبر. حتى يسهل عليك فهم كيف تتم عملية خفض ورفع الجهد في المحول.

العلاقة بين الجهد والتيار وبين عدد اللفات  

رفع وخفض الجهد يعتمد على عدد كلٍ من الملفات الابتدائية والثانوية ويمكن صياغة العلاقة التي تربط بين عدد لفات الملفين للمحول وقيمة الجهد كالتالي:

حيث أن:

• N1 عدد اللفات الابتدائية.
• N2 عدد اللفات الثانوية
• V1 الجهد في الملف الابتدائي.
• V2 الجهد في الملف الثانوي

ومن العلاقة السابقة يتضح لنا أنه كلما زاد عدد اللفات زاد الجهد المستحث فيها لذا اذا اردنا جهد اكبر في الجانب الثانوي يجب زيادة عدد لفاته لتكون اكثر من عدد لفات الابتدائي.

بينما علاقة التيار مع عدد اللفات كالتالي:

• N1  عدد اللفات الابتدائية.
• N2  عدد اللفات الثانوية
• I1 التيار في الملف الابتدائي.
• I2  التيار في الملف الثانوي

من العلاقة السابقة يتضح أنه كلما زاد عدد اللفات قل التيار المار فيها. والعكس عندما تقل عدد اللفات.

ومن خلال العلاقتين السابقتين يتضح أن العلاقة عكسية بين التيار والجهد أي أن أي انخفاض للجهد يصاحبه ارتفاع في قيمة التيار والعكس عند زيادة الجهد.

لماذا علاقة الجهد (الفولتية) والتيار في المحولات عكسية؟

وفقًا لقانون أوم فإن الجهد يتناسب طرديًا مع التيار، إذا قمنا بزيادة الفولتية فإن التيار سيزداد أيضًا، ولكن في المحولات كما لاحظنا سابقًا لنقل نفس مقدار القدرة، إذا قمنا بزيادة الجهد سينخفض ​​التيار والعكس صحيح.

وحقيقة أن الجهد والتيار يتغيران في اتجاهين متعاكسين (أحدهما لقيمة أكبر، والآخر لأقل) منطقي تمامًا عندما تتذكر أن القدرة تساوي الجهد مضروبًا في التيار، وتدرك أن المحولات لا يمكنها إنتاج الطاقة، فقط تقوم بتحويلها.

أي جهاز يمكن أن ينتج طاقة أكبر مما يستهلك يخالف قانون حفظ الطاقة في الفيزياء:

لا يمكن للطاقة أن تُفنى أو تُستحدث، بل يتم تحويلها فقط من صورة لأخرى

كما هو الحال عند نقل كمية ثابتة من القدرة في المحول إذا قمنا بزيادة الجهد سينخفض ​​التيار والعكس صحيح. لذلك تظل القدرة ثابتة كما هي في طرفي الدخول والخروج للمحول، بإهمال الطاقة المفقودة في الملفات والقلب الحديدي للمحول.

وفيما يلي أهم الإختلافات بين محول الرفع والخفض للجهد

المحول الرافع للجهد (step-up)

هو محول كهربائي يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية ذات الجهد الأقل والتيار العالي في الطرف الأولي إلى طاقة ذات جهد مرتفع وتيار منخفض في نفس الوقت على الجانب الثانوي.

• عدد ملفاته الابتدائية قليلة ومساحة مقطعها كبيرة لأن التيار المار فيها كبير.
• عدد الملفات الثانوية كبيرة ومساحة مقطعها صغيرة لأن التيار المار فيها أقل.

المحول الخافض للجهد (Step-down)

المحول الخافض للجهد بتحويل الطاقة ذات الجهد العالي والتيار المنخفض في الطرف الابتدائي إلى طاقة منخفضة الجهد وعالية التيار على الطرف الثانوي.

• لديه عدد ملفات كبيرة في الجانب الابتدائي.
• عدد لفاته أقل في الجانب الثانوي.
• مقطع السلك في الجانب الثانوي أكبر بسبب زيادة التيار.
• الملفات الابتدائية لا تحمل نفس القدر من التيار، لذا يكون مصنوعًا من سلك ذي مساحة مقطع أصغر.

تطبيقات المحول الرافع والخافض للجهد

• يُستخدم المحول الرافع عند محطات التوليد حيث يعمل على رفع الجهد المتولد ليتم نقله عبر خطوط النقل.
• في نهاية خطوط النقل يتم استخدام المحول الخافض لخفض الجهد وتوزيعه للمستهلكين.
• تستخدم المحولات ذات الحجم والقدرة الصغيرة في مختلف الأجهزة الإلكترونية.