نظرية محول التيار عند التشغيل تحت الحمل وعدم الحمل

تعريف المحول

يُعرَف المحول بأنه جهاز كهربائي ينقل الطاقة الكهربائية بين دائرتين أو أكثر من خلال الاستقراء الكهرومغناطيسي.

نظرية المحول في حالة عدم وجود الحمل

بدون مقاومة لفائف ودون عكس السعة

لنفترض محولاً به خسائر مركزية فقط، مما يعني أنه ليس لديه خسارة نحاس أو عكس سعة. عندما يتم تطبيق مصدر تيار متردد على الطرف الأول، فإنه يوفر تيارًا لتغذية المغناطيسية للمركز.

لكن هذا التيار ليس التيار المغناطيسي الفعلي؛ فهو أكبر قليلاً من التيار المغناطيسي الفعلي. يتكون التيار الكلي المُمدَّد من المصدر من مكونين، أحدهما هو التيار المغناطيسي المستخدم فقط لتغذية المغناطيسية للمركز، والمكون الآخر من تيار المصدر يستهلك لتعويض الخسائر المركزية في المحولات.

بسبب مكون الخسارة المركزية، لا يتأخر التيار الكلي للمصدر بدون حمل عن الجهد الم alimentado exactamente por 90°, sino por un ángulo θ, que es menor que 90°. El corriente total Io tiene un componente Iw en fase con el voltaje de suministro V1, que representa el componente de pérdida del núcleo.

يتم أخذ هذا المكون في طور مع الجهد المصدر لأنَّه مرتبط بخسائر فعالة أو عمل في المحولات. المكون الآخر من تيار المصدر يُشار إليه كـ Iμ.

هذا المكون ينتج المجال المغناطيسي المتغير في المركز، لذا فهو بلا واط؛ أي إنه الجزء التفاعلي من تيار مصدر المحول. لذا سيكون Iμ في زاوية قائمة مع V1 وفي طور مع المجال المغناطيسي المتغير Φ. لذا يمكن تمثيل التيار الأولي الكلي في المحول في حالة عدم وجود الحمل كما يلي:

لقد رأيت الآن كيف يكون شرح نظرية المحول في حالة عدم وجود الحمل بسيطًا.

نظرية المحول تحت الحمل

بدون مقاومة لفائف وعكس السعة

الآن سنفحص سلوك المحول المذكور تحت الحمل، مما يعني أن الحمل متصل بالطرف الثاني. لنفترض محولاً به خسائر مركزية ولكن بدون خسارة نحاس أو عكس سعة. كلما تم توصيل حمل إلى اللفة الثانوية، سيبدأ تيار الحمل في التدفق عبر الحمل وكذلك عبر اللفة الثانوية.

يعتمد هذا التيار بشكل كامل على خصائص الحمل وكذلك على الجهد الثانوي للمحول. يسمى هذا التيار بتيار ثانوي أو تيار الحمل، ويُشار إليه هنا بـ I2. بما أن I2 يتدفق عبر الثانوي، سيتم إنتاج قوة مغناطيسية ذاتية في اللفة الثانوية. هنا هو N2I2، حيث N2 هو عدد دورات اللفة الثانوية للمحول.

تنتج هذه القوة المغناطيسية الذاتية في اللفة الثانوية مجالًا مغناطيسيًا φ2. سيقوم هذا المجال المغناطيسي φ2 بمعارضة المجال المغناطيسي الرئيسي وتقليله مؤقتًا ومحاولة تقليل الجهد الذاتي الأولي E1. إذا انخفض E1 دون الجهد المصدر V1، سيكون هناك تيار إضافي يتدفق من المصدر إلى اللفة الأولية.

ينتج هذا التيار الأولي الإضافي I2′ مجالًا مغناطيسيًا إضافيًا φ′ في المركز الذي سيحييد المجال المغناطيسي الثانوي المضاد φ2. وبالتالي، يبقى المجال المغناطيسي الرئيسي للمركز Φ ثابتًا بغض النظر عن الحمل. لذا يمكن تقسيم التيار الكلي الذي يسحبه المحول من المصدر إلى مكونين.

المكون الأول يستخدم لتغذية المغناطيسية للمركز وتعويض خسارة المركز، أي Io. وهو المكون الأولي بدون حمل. المكون الثاني يستخدم لتعويض المجال المغناطيسي المضاد لللفة الثانوية.

يُعرف باسم المكون الأولي تحت الحمل. لذا يمكن تمثيل التيار الأولي الكلي بدون حمل I1 لمحول الطاقة الكهربائي بدون مقاومة لفائف وعكس سعة كما يلي:

حيث θ2 هو الزاوية بين الجهد الثانوي والتيار الثانوي للمحول. الآن سننتقل خطوة أخرى نحو الجانب العملي الأكثر للمحول.

نظرية المحول تحت الحمل، مع مقاومة لفائف ولكن بدون عكس السعة

الآن، دعنا نعتبر مقاومة لفائف المحول ولكن بدون عكس السعة. حتى الآن، تحدثنا عن المحول الذي له لفائف مثالية، أي لفائف بدون مقاومة وعكس سعة، لكن الآن سنأخذ في الاعتبار محولًا له مقاومة داخلية في اللفائف ولكن بدون عكس سعة. بما أن اللفائف مقاومة، سيكون هناك هبوط في الجهد في اللفائف.

لقد أثبتنا سابقًا أن التيار الأولي الكلي من المصدر تحت الحمل هو I1. الهبوط في الجهد في اللفة الأولية مع المقاومة R1 هو R1I1. بالطبع، الجهد الذاتي عبر اللفة الأولية E1 ليس مساوياً تماماً للجهد المصدر V1. E1 أقل من V1 بمقدار الهبوط I1R1.

مرة أخرى في حالة الثانوي، الجهد الذاتي عبر اللفة الثانوية E2 لا يظهر تمامًا عبر الحمل لأنه يسقط بمقدار I2R2، حيث R2 هي مقاومة اللفة الثانوية وI2 هو التيار الثانوي أو تيار الحمل.

وبشكل مماثل، ستكون معادلة الجهد للجانب الثانوي للمحول كالتالي:

نظرية المحول تحت الحمل، مع مقاومة وعكس السعة

الآن سنعتبر الحالة عندما يكون هناك عكس السعة للمحول وكذلك مقاومة لفائف المحول.

لنفترض أن عكس السعة لللفة الأولية والثانوية للمحول هما X1 وX2 على التوالي. لذا يمكن تمثيل المعاوقة الكلية لللفة الأولية والثانوية للمحول مع المقاومة R1 وR2 على التوالي كما يلي:

لقد أقمنا بالفعل معادلة الجهد للمحول تحت الحمل، مع وجود مقاومات فقط في اللفائف، حيث يحدث الهبوط في الجهد في اللفائف بسبب الهبوط المقاوم فقط.

لكن عندما نعتبر عكس السعة للمحول، يحدث الهبوط في الجهد في اللفائف ليس فقط بسبب المقاومة ولكن أيضًا بسبب المعاوقة للمحول. لذا يمكن تحديد معادلة الجهد الفعلية للمحول بسهولة عن طريق استبدال المقاومات R1 & R2 في المعادلات السابقة للمعادلات Z1 وZ2.

لذلك، تكون معادلات الجهد كالتالي:

تكون الهبوطات المقاومة في اتجاه متجه التيار. لكن الهبوط التفاعلي سيكون عموديًا على متجه التيار كما هو موضح في المخطط المتجهي أعلاه للمحول.