ما هي خسائر المحوّل؟

تشمل خسائر محولات الطاقة بشكل رئيسي خسائر النحاس وخسائر الحديد. وذلك لأن أي جهاز كهربائي ينتج عنه خسائر خلال فترة تشغيل طويلة، ومحولات الطاقة ليست استثناءً.

ما هو تلف الحديد؟

على عكس فقد النحاس، فإن فقد الحديد في المحول لا يتأثر بعوامل مثل اللفات أو شدة التيار. ومن حيث التسمية، يرتبط فقد الحديد ارتباطًا وثيقًا بالحديد نفسه، إذ ينتج عن قلب الحديد. يُعرف فقد الحديد في المحول أيضًا باسم "فقد اللاحمل"، وذلك لأنه موجود دائمًا في المحول سواء كان محملًا بالكامل أو بدون حمل، ويُعد من الفقد الثابت فيه. مع ذلك، أثناء عملية التحميل، يقل فقد الطاقة بانخفاض شدة المجال الكهربائي.

تصنيف فقد الحديد في المحولات

ينقسم فقد الحديد في المحول إلى فقد التخلف المغناطيسي وفقد التيار الدوامي.

فقدان التخلف

يعتمد مبدأ عمل المحول على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لتحقيق ارتفاع وانخفاض الجهد وتغيرات التيار. يتدفق التدفق المغناطيسي في المحول على قلب الحديد. ويُظهر قلب الحديد مقاومة مغناطيسية للتدفق المغناطيسي، تمامًا كما يُظهر الموصل مقاومة للتيار. وبالمثل، تتولد حرارة، ويُطلق على هذا الفقد اسم "فقد التخلف المغناطيسي".

فقدان التيار الدوامي

عند تطبيق تيار كهربائي على الملف الابتدائي للمحول، يتدفق التدفق المغناطيسي الناتج عن الملف في القلب الحديدي. ولأن القلب موصل للكهرباء، يتولد جهد كهربائي في مستوى عمودي على خطوط المجال المغناطيسي. يُنشئ هذا الجهد حلقة مغلقة في المقطع العرضي للقلب، مما يُولد بدوره تيارًا كهربائيًا. يعمل هذا التيار كدوامة دوارة، ومن هنا جاءت تسميته "دوامة". يُطلق على الفقد الناتج عن التيارات الدوامية اسم "فقد التيارات الدوامية". ولأن القلب يُولد تيارات دوامية، يُصنع على شكل صفيحة رقيقة. فكلما كان القلب أرق، زادت مقاومته، وانخفض التيار.

العوامل المؤثرة على فقد الحديد في المحولات

• جهد التشغيل والتردد: ترتبط خسائر الحديد بجهد التشغيل وتردد المحول لأن هذه العوامل تؤثر على قوة المجال المغناطيسي والتخلف المغناطيسي في القلب الحديدي.
• مادة القلب: تؤثر خصائص التخلف المغناطيسي لمادة القلب على مقدار فقد الحديد. فإذا لم يتم اختيار مادة القلب بشكل جيد، سيزداد فقد التخلف المغناطيسي.
• عملية التصنيع: تؤثر عملية تصنيع المحول أيضًا على فقد الحديد. فعلى سبيل المثال، تؤثر طريقة تغليف القلب الحديدي ومعالجة العزل، وغيرها، على مقدار فقد الحديد.

كيفية تقليل فقد الحديد في المحول؟

• اختر مادة قلب حديدي عالية الجودة: إن اختيار مادة قلب حديدي ذات فقد تخلف مغناطيسي صغير يمكن أن يقلل من فقد الحديد في المحول.
• تحسين عملية التصنيع: تقليل فقد الحديد عن طريق تحسين طريقة تغليف اللب، ومعالجة العزل، وعمليات التصنيع الأخرى.
• التصميم المعقول: في مرحلة تصميم المحول، يتم تقليل خسائر الحديد عن طريق تحسين التصميم الهيكلي واختيار المعلمات.

فقدان النحاس

يلعب النحاس دورًا هامًا في المحولات الكهربائية. تُستخدم أسلاك النحاس عادةً في ملفات المحولات. يُعرف فقد النحاس في المحول بأنه الفقد الناتج عن أسلاك النحاس، ويُسمى أيضًا فقد الحمل. يُعد فقد الحمل فقدًا متغيرًا.

يتغير ذلك بتغير التيار، وفقدان النحاس (فقدان الحمل) هو فقد متغير، وهو أيضًا الفقد الرئيسي في تشغيل المحول.

العوامل المؤثرة على فقد النحاس في المحولات

• حجم التيار: كما ذكر أعلاه، فإن فقدان النحاس يتناسب طرديًا مع مربع التيار، لذا فإن حجم التيار هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على فقدان النحاس.
• مقاومة الملفات: تؤثر مقاومة الملفات بشكل مباشر على فقد النحاس. فكلما زادت المقاومة، زاد فقد النحاس.
• عدد طبقات الملف: كلما زاد عدد طبقات الملف، زاد طول مسار تدفق التيار في الملف، وستزداد المقاومة تبعًا لذلك، مما يؤدي إلى زيادة فقد النحاس.
• تردد التبديل: يرتبط تأثير تردد التبديل على فقد النحاس في المحول ارتباطًا مباشرًا بمعايير التوزيع وخصائص الحمل. فعندما تكون خصائص الحمل ومعايير التوزيع حثية، يقل فقد النحاس مع زيادة تردد التبديل؛ أما عندما تكون سعوية، فيزداد فقد النحاس مع زيادة تردد التبديل.
• تأثير درجة الحرارة: تتأثر خسائر الحمل بدرجة حرارة المحول. في الوقت نفسه، يتسبب التدفق المتسرب الناتج عن تيار الحمل في خسائر التيار الدوامي في الملفات وخسائر التسرب في الأجزاء المعدنية خارج الملفات.

كيفية تقليل فقد النحاس في المحولات؟

• زيادة مساحة المقطع العرضي للملفات في المحول: تقليل مقاومة الموصل، وبالتالي تقليل فقد النحاس في المحول بشكل فعال.
• استخدم مواد موصلة عالية الجودة: مثل رقائق النحاس أو رقائق الألومنيوم لتقليل مقاومة اللف.
• تقليل وقت تشغيل المحول تحت الحمل الخفيف: إن الحد من نسبة وقت تشغيل المحول تحت الحمل الخفيف سيساعد في تقليل فقد النحاس في المحول.