ما هو محول الطاقة؟

محول الطاقة هو جهاز كهربائي ساكن ينقل الطاقة الكهربائية بين دائرتين أو أكثر من خلال مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. وهو عنصر أساسي في أنظمة الطاقة، إذ يُمكّن من نقل وتوزيع واستخدام الطاقة الكهربائية بكفاءة من خلال ضبط مستويات الجهد مع الحفاظ على ثبات التردد (في معظم الحالات).

الوظائف الرئيسية لمحولات الطاقة

تحويل الجهد:

محولات رفع الجهد: تزيد الجهد للنقل لمسافات طويلة. يُقلل الجهد العالي التيار (بنسبة P = VI)، مما يُقلل من فقد الطاقة (I 2 R) في خطوط النقل.

محولات خفض الجهد: تُخفض الجهد إلى مستويات أكثر أمانًا وقابلية للاستخدام في التطبيقات الصناعية والتجارية والسكنية (على سبيل المثال، من خطوط التوزيع بجهد 110 كيلو فولت إلى إمدادات الطاقة المنزلية بجهد 230 فولت).

العزل:

تعزل هذه المحولات الدوائر كهربائيًا (الملفات الأولية والثانوية غير متصلة ماديًا)، مما يُعزز السلامة ويُقلل التداخل.

مطابقة المعاوقة:

تُحسّن نقل الطاقة بين الدوائر من خلال مطابقة معاوقة المصادر والأحمال، مما يُحسّن الكفاءة. البنية الأساسية
يتكون محول الطاقة من المكونات الأساسية التالية:
القلب: عادةً ما يكون مصنوعًا من صفائح حديدية أو فولاذية مغلفة لتقليل خسائر التيار الدوامي. ويوفر مسارًا منخفض الممانعة للتدفق المغناطيسي.

الملفات: ملفات موصلة (عادةً من النحاس أو الألومنيوم) ملفوفة حول القلب.

الملف الابتدائي: متصل بجهد الدخل (المصدر).

الملف الثانوي: ينقل جهد الخرج المحول.

الخزان: غلاف واقٍ (غالبًا ما يكون مملوءًا بزيت عازل) يبرد المحول ويعزل الملفات.

نظام التبريد: أنظمة تعتمد على الزيت أو الهواء لتبديد الحرارة المتولدة أثناء التشغيل (وهو أمر بالغ الأهمية للكفاءة وطول العمر).

المواد العازلة: ورق أو زيت أو مواد صناعية لعزل الملفات ومنع حدوث قصر كهربائي.
مبدأ العمل
تعمل محولات القدرة وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي:
عند مرور تيار متردد عبر الملف الابتدائي، يُولّد تدفقًا مغناطيسيًا متغيرًا في القلب.
يُحفّز هذا التدفق المتغير قوة دافعة كهربائية (EMF) في الملف الثانوي. نسبة جهد الملف الابتدائي إلى جهد الملف الثانوي تساوي نسبة عدد لفاتهما: V s V p = N s N p حيث V p / V s = جهد الملف الابتدائي/الثانوي، و N p / N s = عدد لفات الملف الابتدائي/الثانوي.

أنواع محولات القدرة: مُصنّفة حسب حالة الاستخدام أو التصميم أو الطور:

حسب التطبيق:

محولات التوزيع: تُخفّض جهد التوزيع المحلي (مثل: محولات التوزيع المحلية).

محولات القدرة: تُستخدم في شبكات النقل عالية الجهد (مثل: من 220 كيلو فولت إلى 500 كيلو فولت).

محولات القياس: تقيس الجهد/التيارات العالية (مثل: محولات التيار، محولات الجهد).
حسب الطور:
أحادي الطور: للاستخدام السكني (تيار متردد أحادي الطور).
ثلاثي الطور: للأنظمة الصناعية وأنظمة النقل (تيار متردد ثلاثي الطور، أكثر كفاءة للطاقة العالية).
بالتبريد:
مغموس بالزيت (وهو الأكثر شيوعًا للطاقة العالية).
جاف (مبرد بالهواء، يُستخدم في الأماكن المغلقة حيث يكون الزيت خطرًا).
أهميته في أنظمة الطاقة
بدون محولات الطاقة، سيكون نقل الكهرباء لمسافات طويلة بكفاءة مستحيلًا. يقلل نقل الجهد العالي من فقدان الطاقة، مما يجعل من الممكن توفير الكهرباء من محطات الطاقة (مثل الطاقة الكهرومائية، والطاقة الشمسية، والطاقة الحرارية) إلى المدن والبلدات البعيدة. وبالتالي، تُعتبر هذه المحولات العمود الفقري لشبكات الكهرباء الحديثة.