Coils__Transformers

الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة


الملفات :

ملفات الحث أو الملفات هي إحدي العناصر المستخدمة بكثرة في الدوائر الالكترونية , كما أن لها تطبيقات عديدة في مجال القوي الكهربية .

التركيب :

يتركب الملف من سلك من نحاس معزول علي هيكل عازل له شكل يناسب الغرض الذي يستخدم فيه الملف , وقد يكون قلب الملف هوائي أو حديدي أو قلب فرايت Ferrite .

وعند مرور تيار كهربائي في الملف ينتج فيض مغناطيس في القلب . وتعرف قابلية الملف لإنتاج الفيض المغناطيسي بالحث الذاتي أو للتبسيط بالحث , ويرمز له بالرمز L , ووحدة قياس الحث هي الهنري ,  ويرمز له بالرمز H .

وعند مرور تيار كهربي في الملف ينتج فيض مغناطيسي في القلب . وتعرف قابلية الملف لإنتاج الفيض المغناطيسي بالحث الذاتي أو للتبسيط , ويرمز له بالرمز L , ووحدة قياس الحث هي الهنري , ويرمز له بالرمز H .

1 H = 1000 m H

1 H = 1000 000 µ H

1 m H = 10-3H

1µH = 10-6H

العوامل التي يتوقف عليها حث الملف :

1- عدد اللفات للملف .

2- مساحة مقطع القلب .

3- الطول والمسافة بين اللفات .

4- مادة قلب الملف .

الجدول المبين بالشكل يوضح تأثير العوامل المختلفة علي حث الملف


يمكن إيجاد الحث L للملف من المعادلة الأتية :

حيث أن :

Φ هي الفيض المغناطيسي الناتج .

N عدد لفات الملف .

I التيار المار في الملف .

تتراوح قيم الحث للملفات المستخدمة في الحياة العملية ما بين الميكروهنري للملفات المستخدمة بالدولئر الالكترونية الي مئات الهنري للملفات المستخدمة في شبكات القوي الكهربية .

تأثير القلب المغناطيسي للملف :

لزيادة حث الملف بدون زيادة عدد اللفات يستخدم قلب مصنوع من مادة حديد ومغناطيسية حيث يساعد علي تجميع وتركيز المجال المغناطيسي الناتج من الملف فيزيد الحث . وإذا كان القلب مصمتاً تمر فيه تيارات تسمي بالتيارات الاعصارية نتيجة لـ ق . د  .  ك المتولدة بالحث في القلب , وتتخذ هذه التيارات مسارا دائرياً بالقلب , وهي تمثيل فقد للقدرة ينتج عنها سخونة الملف فيتلف عزله , وخاصة عند التردد العالي .

للتقليل من هذه القدرة المفقودة تستعمل قلوب من رقائق الحديد تجمع معاً وتعزل عن بعضها , وبذلك تزيد مقاومة دائرة الحديد للتيارات الاعصارية ؛ فتقل شدتها إلي الدرجة التي تجعل تأثيرها قليل الضرر . أنظر الشكل


تستخدم أيضاً قلوب مصنوعة من برادة الحديد التي تلتصق مع بعضها بمادة لاصقة , وتشكل علي هيئة القلب المطلوب للملف . وبذلك تكون مقاومة حبيبات برادة الحديد عالية جدا بالنسبة للتيارات الاعصارية . كما تستخدم مواد تعرف بالفرايت كقلوب مغناطيسية في كثير من ملفات الحث في حالة الترددات العالية , ومواد الفرايت هي مواد خزفية لها خواص مغناطيسية مشابهة للحديد ولكنها تعتبر عوازل من الوجهة الافتراضية , وتستخدم الاتصالات اللاسلكية . والشكل يوضح أشكال مختلفة لقلوب ملفات مصنوعة من الفرايت .


أنواع الملفات

يستخدم في الدوائر الكلاسيكية نوعان أساسيان من الملفات :

1- الملفات ذات الحث الثابت : تنقسم إلي ملفات ذات قلب هوائي أو ملفات ذات قلب مغناطيسي .

2- الملفات ذات الحث المتغير : معظم هذه الملفات يكون لها قلب مغناطيسي .

الملف ذات الحث الثابت :

الشكل يبين الأشكال والرموز لأنواع مختلفة من الملفات ذات الحث الثابت ؛ ففي الشكل نري ملف قلب هوائي عبارة عن عدة لفات من السلك السميك ملفوفة بدون هيكل حامل للسلك , ومثل هذه الملفات يكون لها حث صغير جداً , وتستخدم في دوائر التردد العالي .

ويبين الشكل نوع خاص من الملفات ذات الحث الثابت ؛ حيث يتكون الملف بأنه يمكن تكوينه أثناء صناعة الدائرة المطبوعة , وأيضا مثل هذا النوع من الملفات يكون له حث صغير جداً , ويستخدم في دوائر التردد العالي .

في الشكل نري ملف حثي خانق ذو قلب حديدي له حث ثابت , وهذا النوع يمكن الحصول منه علي حث بقيم كبيرة لأن القلب الحديدي



يعمل علي تجميع وتركيز  خطوط المجال المغناطيسي , وبذلك يزيد الحث , ويستخدم مثل هذا النوع من الملفات من الملفات في تطبيقات التيار المستمر والتيار المتغير ذي التردد المختص .


يبين الشكل ملف قلب مغناطيسي علي شكل حلقة مصنوع من الفرايت , ويستخدم هذا النوع من الملفات في كل من تطبيقات التردد المنخفض والعالي .

في الشكل نري ملف ذا حث ثابت عبارة عن سلك موصل يمر خلال إسطوانة (خرزة) من الفرايت . حيث تعمل خرزة الفرايت علي تجميع خطوط المجال المغناطيسي الناشئ حول السلك نتيجة مرور التيار به , وبذلك يزيد الحث .

وبرغم أن الحث الذي نحصل عليه من مثل هذه الملفات يكون صغيراً , إلا أن هذه القيم الصغيرة للحث تكون مفيدة جداً في إستخدامات التردد العالي .


الملفات ذات الحث المتغير :


الملف ذو الحث المتغير هو الذي يمكن تغير قيمة الحث له , وتتكون معظم هذه الملفات من سلك ملفوف علي هيكل حامل يتحرك بداخله قلب من الفرايت بواسطة سن قلاوظ , ويتم التحكم في قيمة الحث عن طريق تحريك قلب الفرايت إلي الداخل ( يزيد الحث ) أو الخارج ( يقل الحث ) , وتستخدم هذه الملفات بكثرة في دوائر التنغيم بأجهزة الإستقبال .

توصيل الملفات :

يتم توصيل الملفات علي التوالي , أو علي التوازي للحصول علي قيمة حث معين , ويكون الحث الكلي كما هو الحال عند توصيل المقومات .

توصيل الملفات علي التوالي :

توصيل الملفات علي التوازي :

الحث المتبادل Mutual Inductance :

إذا تم وضع ملفين L1 و L2 متجاورين كما في الشكل فإنه عند توصيل تيار متردد بطرفي الملف L1 ينشأ حوله مجال مغناطيسي متغير أيضاً , وتقطع بعض خطوط هذا المجال المغناطيسي الناشئ لفات الملف L2 ؛ فيتولد بها جهد متغير هذا الجهد في مرور تيار بالملف L2 , وهذا هو أساس عمل المحول , وكذلك إذا وصل الملف L2 بجهد متغير فإنه سيتولد جهد حثي في الملف L1 , وهكذا يحدث التأثير من الجانبين , وتسمي هذه الظاهرة ( الحث المتبادل ) , ونقول أن الملفين حدث بينهما ترابط Coupling .


ويعتمد الحث المتبادل علي ثلاثة عوامل هي :

1- حث الملف الأول .

2- حث الملف الثاني .

3- عدد خطوط القوي الناتجة عن الملف الأول والتي تقطع لفات الملف الثاني ومعادلة الحث المتبادل M هي :


حيث K معامل الترابط ( نسبة مئوية للترابط )

ولا تعتمد درجة الترابط علي المسافة بين الملفين فقط , ولكنها تعتمد علي وضع الملفين بالنسبة لبعضهما كما في الشكل , ويلاحظ أن الترابط بين الملفين يكون أقل ما يمكن عندما يتعامد محور الملفين علي بعضهما البعض , ويستفاد من ذلك في الأجهزة الألكترونية عندما نريد وضع ملفين متجاورين بحيث لا يؤثر مجال أحدهما علي الأخر.


المحولات Transformars

المحول هو وسيلة لتحويل التيار المتردد من مستوي معين لمستوي أخر أعلي , أو أقل بنفس قيمة التردد .

ويتكون المحول أساساً من ملفين بينهما ترابط مغناطيسي , والملفان ملفوفان علي قلب مغناطيسي أو قلب هوائي حسب نوع المحول . والملف المتصل بالمصدر المتغير يسمي ( الملف الابتدائي Primary Coil ) , أما الملف الأخر الذي نأخذ منه الجهد بعد تحويله فيسمي (الملف الثانوي Secondary Coil ) كما في الشكل وعموما يختلف التركيب من محول لأخر حسب نوع المحول الذي يتحدد وفق غرض الاستخدام .


نظرية عمل المحول :

تبني نظرية عمل المحول علي كل من الحث النفسي والمتبادل ؛ فعند توصيل الملف الإبتدائي بمنبع تيار متردد كما في الشكل ينشأ حوله مجال مغناطيسي يقطع لفات الملف الابتدائي مولداً به قوة دافعة كهربية E.m.F1 بالحث النفسي متناسبة مع عدد لفاته N1 , وفي نفس الوقت يقطع هذا المجال لفات الملف الثانوي مولداً به E.m.F2 بالحث المتبادل متناسبة مع عدد لفاته N2 .

نسبة تحويل الجهد :

حيث أن :

E.m.f1 متناسبة مع N1

E.m.f2 متناسبة مع N2


وبإهمال المفقود في الجهد يمكن إعتبار أن :

V1 ≂ E.m.f1      ,       V2 ≂ E.m.f2

∴ تكون نسبة تحويل الجهد :


نسبة تحويل القدرة :

في حالة إهمال مفاقيد المحول تكون قدرة الثانوي P2 مساوية لقدرة الابتدائي P1 : أي تكون نسبة التحويل للقدرة مساوية للواحد . ولكن يجب  أن يؤخذ في الإعتبار أن المحول لا يستطيع رفع القدرة . أي أننا لا نستطيع أن نأخذ من الثانوي قدرة أكبر من القدرة المعطاة للإبتدائي , ولذلك عندما يرفع المحول الجهد ؛ فإنه في نفس الوقت يخفض التيار .

نسبة تحويل التيار :

كما سبق أن علمنا أنه في حالة إهمال مفاقيد المحول تكون :

P1 = P2

أي أن  V1 x  I1 =   V2 x   I2

ومن المعادلة السابقة نري أنه إذا زاد الجهد للثانوي V2 يقلل تيار الثانوي I2 , والعكس صحيح , أي أن نسبة تيار الثانوي إلي الابتدائي تكون عكس جهديهما , والمعادلة التي تمثل ذلك هي :


نسبة التحويل للمعاوقة :

كما أن نسبة التحويل لكل من الجهد والتيار تعتمد علي نسبة عدد اللفات الإبتدائية إلي اللفات الثانوية ؛ فإن نسبة التحويل للمعاوقة تعتمد أيضا علي نسبة عدد اللفات كالأتي :

وعلي ذلك يمكن استخدام المحول لعمل توافق ( مواءمة ) بين معاوقتين مختلفتين في القيمة مثل عمل توافق بين ممانعة سماعة منخفضة القيمة ومكبر خرج الصوت بجهاز راديو كما في الشكل .

لا يستعمل المحول مع التيار المستمر ؛ لأن التيار المستمر ينتج عنه مجال مغناطيسي ثابت القيمة والاتجاه , وبالتالي لا تتولد ق . د . ك مستنتجة بالثانوي عند توصيل تيار مستمر بالإبتدائي . هذا فضلاً عن أن التيار المار في الملف الابتدائي يتوقف علي مقاومته , وهي صغيرة جداً بالنسبة للتيار المستمر ( مقاومة مادية فقط , لذلك فإن التيار يكون مما يؤدي إلي تلف المحول أو حرقه

.

علاقة الشكل الموجي لدخل وخرج المحول :

ينظر بشكل عام علي أن المحول يعكس الوجه لموجة الدخل , ولكن هذا غير حقيقي دائما حيث تتوقف قطبية الجهد المولد بالثانوي علي إتجاه لفات الثانوي , وعلي كيفية توصيل الأطراف الخارجية للملف الثانوي .

والشكل يوضح إحدي الطرق التي توضح علاقة الشكل الموجي لدخل وخرج المحول , تعرف هذه الطريقة باسم ( علاقة النقطة ) حيث توضع نقطة عند نهاية الملف الذي يكون له نفس القطبية للجهد عند لحظة معينة .

مفاقيد المحول :

تنقسم المفاقيد التي تحدث في المحول إلي :

1- المفاقيد النحاسية : وهي عبارة عن القدرة المفقودة في أسلاك كل من الملف الابتدائي والثانوي , وسميت بهذا الاسم لأن أسلاك المحول تصنع عادة من النحاس .


2- مفاقيد القلب الحديدي : وهي ناتجة عن التيارات الإعصارية ( أنظر الشكل ) , والتعويق المغناطيسي الذي يزيد بزيادة تردد التيار .

3- مفاقيد الهروب المغناطيسي : وهي ناتجة عن هروب بعض خطوط التدفق المغناطيسي الناتج من الملف الابتدائي خارج قلب المحول .

جودة المحول :

جودة المحول هي نسبة قدرة الخرج إلي قدرة الدخل , وحيث أن عملياً تحدث مفاقيد في المحول ؛ فإن قدرة الخرج تكون أقل من قدرة الدخل دائما , ولهذا تكون جودة المحول أقل من 100% .

النسبة المئوية للجودة η :

أنواع المحولات

يمكن تصنيف المحولات المستخدمة في الدوائر الالكترونية إلي :

1- محولات القدرة .

2- محولات الترددات السمعية .

3- محولات التردد العالي .

1- محولات القدرة Power Transfomers

[like_to_read]

يعمل هذا النوع من المحولات عند ترددات ما بين 50Hz إلي 60Hz ,ويستخدم محول القدرة قلب حديدي يتكون من رقائق مصنعة من سبيكة خاصة من الصلب , ومعزولة عن بعضها , وذلك لتقليل مفاقيد القلب للمحول . أنظر الشكل

وفي بعض الأحيان يكون لمحول القدرة أكثر من ملف ثانوي للحصول علي جهود مختلفة من المحلول , كما يمكن أن يكون للملف الثانوي طرف متوسط للحصول منه علي 6  –  0   –  6V مثلاً , أو الحصول علي 12V بين الطرفين الخارجين .


2- محولات التردد السمعي Audio Frequency Transfomers :

هي محولات صغيرة بالمقارنة مع محولات القدرة , وتتكون من ملف إبتدائي وأخر ثانوي ملفوفين علي قلب حديدي , ومصممة لكي تعمل علي مدي الترددات السمعية ] 20Hz – 20KHz  [ .

تستخدم هذه المحولات للربط بين مراحل الدوائر الالكترونية التي تعمل في نطاق التردد السمعي , وكذلك عمل توافق بين معاوقتين مختلفتين مثل معاوقة خرج مكبر ومعاوقة السماعة كما في الشكل .

3- محولات التردد العالي  Radio Frequency Transfomers :

تلف ملفات هذا النوع من المحولات حول هيكل مادة عازلة , ويكون القلب إما هوائي كما في الشكل , أو من الفرايت , ويكون القلب هوائي عادة عند ترددات أعلي من 2MHz , ولا يستخدم القلب الحديدي بمحولات التردد العالي لتقليل مفاقيد القلب التي تزيد بزيادة التردد .

وغالباً ما تكون محولات التردد العالي قابلة للتنغيم بالنسبة لأحد الملفات , للملفين معاً , ويتم ذلك عن طريق تحريك قلب الفرايت إلي داخل أو خارج اللفات وذلك بواسطة سن مقلوظ متصل بالقلب المصنوع من الفرايت كما في الشكل .

يجدر الإشارة هنا إلي أن المحولات التي يطلق عليها إسم ( محولات التردد المتوسط ( I F Transformers ) والمستخدمة بأجهزة الاستقبال ما هي إلا محولات للتردد العالي منغمة علي قيمة التردد المتوسط الخاص بجهاز الاستقبال المركب به المحول .


المحول الذاتي ( النفسي ) Auto – transformer

المحول الذاتي هو نوع خاص من المحولات حيث لا يكون هناك عازل بين ابتدائي وثانوي المحول , ويتكون من ملف واحد ملفوف علي قلب حديدي , ويستخدم جزء من هذا الملف كملف ابتدائي بينما يستخدم الملف الكلي كملف ثانوي أو العكس كما في الشكل .


وتكون نسب تحويل كل من الجهد , التيار , المعاوقة , و اللفات كما هو الحال بالنسبة للمحول العادي . ويستعمل المحول الذاتي في الحالات التي تحتاج إلي رفع أو خفض بسيط للجهد .

ومن مميزات المحول الذاتي قلة عدد اللفات وقلة المفاقيد النحاسية وبساطة التركيب وبالتالي رخص الثمن , ولكن هذا المحول وجود إتصال كهربي مباشر بين الابتدائي والثانوي .

أسئلة علي الباب الثالث

1- أكمل الأتي بكلمات مناسبة :

(أ) وحدة قياس الحث هي …………………..

(ب) يزيد حث الملف كلما ………….. عدد اللفات , وكلما ……………. المسافة بين اللفات

(جـ) تستخدم الملفات متغيرة الحث في …………….. ويصنع القلب لهذه الملفات من ………………

2- ما هو المقصود بحث الملف ؟ أذكر العوامل التي يتوقف عليها .

3- علل لكل مما يأتي :

(أ) يعمل القلب المغناطيسي علي زيادة حث الملف .

(ب) لا يستخدم الملف ذو القلب الحديدي في الترددات العالية .

(جـ) يصنع القلب الحديدي علي هيئة رائح معزولة عن بعضهما .

4- اذكر أربعة أنواع لملفات الحث مع بيان إستخدام كل منها .

5- أوجد الحث الكلي للدائرة الموضحة  بالشكل


6- ضع علامة ( √ ) أو علامة ( X ) أمام كل عبارة من الأتي :

(أ) يتغير حث الملف عند تحريك القلب المغناطيسي داخل وخارج الملف .

(ب) يزيد حث الملف عند زيادة المسافة بين اللفات .

(جـ) المحول لا يستطيع رفع القدرة الكهربية .

(د) يمكن إستخدام المحول لعمل توافق بين معاوقتين مختلفتين .

7- أكمل الأتي بكلمات مناسبة

(أ) في محول الرفع يكون عدد لفات الثانوي ………………. من عدد لفات الابتدائي .

(ب) في حالة إهمال المفاقيد للمحول , تكون …………….. الثانوي مساوية لـ ………… الابتدائي . ولهذا فإن المحول الذي يرفع الجهد , لابد من أن يخفض …………. وعلي ذلك فإن نسبة تحويل التيار ……………. نسبة تحويل الجهد .

8- في الشكل يكون جهد الثانوي احدي القيم الآتية , فما هي ؟


(أ) 400V                                     (ب) 100V

(جـ) 6.25V                                  (د) 50V

9- وظيفة المحول المبين في الشكل هي :


(أ) محول قدرة .

(ب) محول مواءمة ( توافق ) .

(جـ) محول تردد عالي .

10- ما هي وظيفة القلب الحديدي للمحول ؟ ولماذا لا يستخدم القلب الحديدي بمحولات التردد العالي ؟

11- هل يمكن توصيل المحول بالتيار المستمر ؟ وضح السبب .

12- لماذا لا يجوز إستعمال المحول مع التردد الأعلى أو الأقل من التردد المصمم عليه ؟

13- بين بالرسم محول ذاتي :

(أ) كمحول رفع .                       (ب) كمحول خفض .

ثم أذكر مزايا وعيوب وأهم استخدامات هذا النوع من المحولات

[/like_to_read]

.

تحرير / أبوبكر علام

abopakr_allam@yahoo.com

فريق :- مجموعة فرحات الهندسية

نُشرت بواسطة

farahat

الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 سهــري لتـنـقـيـح الـعـلـوم ألـذ لي من وصل غـانـيةٍ وطيـب عنـاق وصـرير أقـلامي علـى صفحـاتـهـا أحــلـــى مـن الـدّوكـاء والعـشاق وألــــذ مـن نـقـر الفـتـاة لـدفـهــا نـقـري لألـقي الـرمل عن أوراقـي وتـــمـايـلي طرباً لحـل عويصـةٍ في الدرس أشهى من مدامة ساقي وأبـــيت سـهـران الدجـى وتبيتـه نـــومــاً وتبغي بـعــد ذلـك لحاقـي

13 رأي على “الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة”

    1. شكرا على هذه المعلومات واود معلومات عن الثنائيات البلورية وحساب التيار فيها مع الشكر

  1. يقول بارك الله فيك نريد كيف يتم صنعة كشف المعادن وتوصيل الجهاز بشاشة لو تكرمت نريد الشرح مع الرس جزك الله خير:

    بارك الله فيك نريد كيف يتم صنعة كشف المعادن وتوصيل الجهاز بشاشة لو تكرمت نريد الشرح مع الرس جزك الله خير

  2. بعدالتحية بارك اللة فيكم وجزاكم اللة خيرا ويسدنى ان انضم الليكم لو تكرمتم على ولكن تعليقى عاوز شرح كامل طرقة وقانول لف المحول الذاتى لقدرات واحال مختلقة من20حصان الى150حضان رفع250فولت الى400فولت وجزاكم اللة خيرا

  3. السلام عليكم و رحمة الله و بركاتة
    طبعا لكم جزيل الشكر على المعلومات التى يتم توفيرها
    ولى سؤال ذكرتم ان الكتب بى دى أف (PDF) و للأسف لم أجدة

أضف تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

يمكنك استخدام أكواد HTML والخصائص التالية: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>