تستخدم المحولات لرفع أو خفض الجهد أو التيار في الدوائر الكهربائية. و تعتمد المحولات على مايسمى بخاصية الحث التبادلي (Mutual Inductance) في عملها ولذلك سنعطي شرحا للحث التبادلي قبل أن نعطي تفاصيل المحول لأنه لايمكن فهم عمل المحول بدون الاستيعاب الكامل للحث التبادلي
شرحنا سابقاً في قسم الأساسيات بأن الملف (inductor) هو أداة تقوم بمقاومة التغير في التيار بغض النظر عن اتجاه هذا التيار. وعرفنا الحث الذاتي للملف بأنه قدرة الملف على إيجاد جهد فيه ليقاوم أي تغيير في التيار الساري فيه.
كما أنه عندما يمر تيار متردد (ِAC) في الملف فإنه سينتج مجال مغناطيسي حول هذا الملف. فإذا ارتفع التيار ازدادت مسافة المجال المغناطيسي حول الملف وإذا قل التيار قلت المسافة حول الملف.
عندما نضع ملفاً آخر داخل هذا المجال المغناطيسي الذي يزداد وينقص فإن هذا المجال المغناطيسي سوف يولد تيارا في الملف الثاني وهذه الخاصية تسمى بالحث التبادلي (Mutual Inductance)
لاحظ أن التيار المتردد الذي يصل إلى بيوتنا هو ذو تردد يبلغ 50 أو 60 هيرتز. معنى ذلك أن هذا التيار عندما يمر في ملف فإنه يرتفع ويقل 50 أو 60 مرة في الثانية. وبالتالي فإن المجال المغناطيسي في الملف سيزداد وينقص 50 أو 60 مرة في الثانية فهو إذا مجال مغناطيسي متغير.
حقيقة أن أي تغيير في التيار في الملف الأيسر يؤثر في التيار والجهد في الملف الأيمن هي في الواقع مايسمى بالحث التبادلي (Mutual Inductance)
إذا يمكن أن نعرف الحث التبادلي بأنهالخاصية الكهربائية التي تمكن التيار الساري في سلك أو ملف من ايجاد تيار في سلك أو ملف آخر قريب منه.
وهذه الخاصية هي التي يعتمد عليها المحول في عمله
يتكون المحول من الأجزاء الرئيسية التالية:
القلب وهو عبارة عن قطعة من الحديد
الملف الرئيسي: ويمثل مدخل المحول
الملف الثانوي: ويمثل مخرج المحول
والملفان الرئيسي والثانوي عبارة عن سلكين ملفوفين على القلب ولا يلامسان بعضهما البعض.
يعمل المحول فقط مع التيارات المترددة (AC) وليس التيارات الثابتة (DC). فعندما يدخل التيار المتردد عبر الملف الرئيسي ينتج عنه مجال مغناطيسي يكون مركزاً في القلب. هذا المجال المغناطيسي المتغير يقطع لفات الملف الثانوي ويتولد عن ذلك تيار يسري فيه.
ولكن كيف نحدد الجهد والتيار الصادرين من المحول ؟
الجهود والتيارات الداخلة والخارجة من المحول تعتمد على عدد لفات الملفين الرئيسي والثانوي. وهي تخضع للقوانين التالية:
علاقة الجهود بعدد اللفات تخضع لهذا القانون:
أما علاقة التيار بعدد اللفات فتخضع لهذا القانون
فإذا كان عدد لفات الملف الثانوي اكبر من عدد لفات الملف الرئيسي فإن الجهد الخارج من المحول سوف يكون أكبر من الجهد الداخل ، بينما التيار الخارج يكون أصغر من التيار الداخل. في هذه الحالة يستخدم المحول لتكبير الجهد
أما إذا كان عدد لفات الملف الثانوي أقل من عدد لفات الملف الرئيسي فإن الجهد الخارج من المحول سوف يكون أقل من الجهد الداخل ، بينما التيار الخارج يكون أكبر من التيار الداخل. في هذه الحالة يستخدم المحول لخفض الجهد
الحث التبادلي (Mutual Inductance)
شرحنا سابقاً في قسم الأساسيات بأن الملف (inductor) هو أداة تقوم بمقاومة التغير في التيار بغض النظر عن اتجاه هذا التيار. وعرفنا الحث الذاتي للملف بأنه قدرة الملف على إيجاد جهد فيه ليقاوم أي تغيير في التيار الساري فيه.
كما أنه عندما يمر تيار متردد (ِAC) في الملف فإنه سينتج مجال مغناطيسي حول هذا الملف. فإذا ارتفع التيار ازدادت مسافة المجال المغناطيسي حول الملف وإذا قل التيار قلت المسافة حول الملف.
عندما نضع ملفاً آخر داخل هذا المجال المغناطيسي الذي يزداد وينقص فإن هذا المجال المغناطيسي سوف يولد تيارا في الملف الثاني وهذه الخاصية تسمى بالحث التبادلي (Mutual Inductance)
لاحظ أن التيار المتردد الذي يصل إلى بيوتنا هو ذو تردد يبلغ 50 أو 60 هيرتز. معنى ذلك أن هذا التيار عندما يمر في ملف فإنه يرتفع ويقل 50 أو 60 مرة في الثانية. وبالتالي فإن المجال المغناطيسي في الملف سيزداد وينقص 50 أو 60 مرة في الثانية فهو إذا مجال مغناطيسي متغير.
ولإيضاح هذه الخاصية تخيل الملفين التاليين كما هو موضح بالصورة
لو مررنا تياراً ثابتا (DC) في الملف الأيسر فسينتج مجالا مغناطيسيا في الملف الأيمن ولكن هذا المجال المغناطيسي مجال ثابت غير متغير لانه ناتج عن تيار ثابت. ولذلك لن ينتج عن ذلك أي جهد في الملف الأيمن.
الآن لو فتحنا المفتاح لايقاف التيار فإن المجال المغناطيسي سيتغير في الملف الأيمن وسينتج عن ذلك جهد يسمى بالجهد المستحث (induced voltage) مما يتسبب في سريان تيار في الملف الأيمن. وكما ذكرنا سابقا فإن الملف يقاوم أي تغيير ولذلك فإن اتجاه هذا التيار سوف يكون بطريقة بحيث يحاول ابقاء المجال المغناطيسي كما هو بدون تغيير.
والآن ماذا سيحدث لو أننا أغلقنا المفتاح مرة أخرى بعد أن يتوقف التيار ؟ سيزداد التيار في الملف الأيسر طبعا وسيحاول الملف الأيمن ابقاء المجال المغناطيسي كما هو ولذلك سيتولد فيه تيار معاكس ينتج عنه ايجاد مجال مغناطيسي معاكس وذلك لمقاومة الزيادة في المجال المغناطيسي.
حقيقة أن أي تغيير في التيار في الملف الأيسر يؤثر في التيار والجهد في الملف الأيمن هي في الواقع مايسمى بالحث التبادلي (Mutual Inductance)
إذا يمكن أن نعرف الحث التبادلي بأنهالخاصية الكهربائية التي تمكن التيار الساري في سلك أو ملف من ايجاد تيار في سلك أو ملف آخر قريب منه.
وهذه الخاصية هي التي يعتمد عليها المحول في عمله
مكونات المحول
يتكون المحول من الأجزاء الرئيسية التالية:
القلب وهو عبارة عن قطعة من الحديد
الملف الرئيسي: ويمثل مدخل المحول
الملف الثانوي: ويمثل مخرج المحول
والملفان الرئيسي والثانوي عبارة عن سلكين ملفوفين على القلب ولا يلامسان بعضهما البعض.
كيف يعمل المحول
يعمل المحول فقط مع التيارات المترددة (AC) وليس التيارات الثابتة (DC). فعندما يدخل التيار المتردد عبر الملف الرئيسي ينتج عنه مجال مغناطيسي يكون مركزاً في القلب. هذا المجال المغناطيسي المتغير يقطع لفات الملف الثانوي ويتولد عن ذلك تيار يسري فيه.
ولكن كيف نحدد الجهد والتيار الصادرين من المحول ؟
الجهود والتيارات الداخلة والخارجة من المحول تعتمد على عدد لفات الملفين الرئيسي والثانوي. وهي تخضع للقوانين التالية:
علاقة الجهود بعدد اللفات تخضع لهذا القانون:
أما علاقة التيار بعدد اللفات فتخضع لهذا القانون
فإذا كان عدد لفات الملف الثانوي اكبر من عدد لفات الملف الرئيسي فإن الجهد الخارج من المحول سوف يكون أكبر من الجهد الداخل ، بينما التيار الخارج يكون أصغر من التيار الداخل. في هذه الحالة يستخدم المحول لتكبير الجهد
أما إذا كان عدد لفات الملف الثانوي أقل من عدد لفات الملف الرئيسي فإن الجهد الخارج من المحول سوف يكون أقل من الجهد الداخل ، بينما التيار الخارج يكون أكبر من التيار الداخل. في هذه الحالة يستخدم المحول لخفض الجهد
