تتمثل الوظيفة الرئيسية للنواة في المحول في توفير مسار مغناطيسي يربط بين اللفات الأولية والثانوية. تسمح نفاذيته العالية بتغيير التدفق المغناطيسي باتباع هذا المسار مع تيار مغنطيسي قليل نسبيًا. وهذا يدعم الاقتران المغناطيسي الفعال بين اللفات. تؤثر مادة القلب وبنيته أيضًا على فقدان الطاقة، لذلك يتضمن دوره توجيه التدفق المغناطيسي والحد من الحرارة الناتجة أثناء التشغيل.
كيف يربط القلب اللفات الأولية والثانوية؟
عندما يتم تطبيق جهد متناوب على الملف الأولي، يتطور تدفق مغناطيسي متغير في القلب. يربط هذا التدفق أيضًا الملف الثانوي، مما يؤدي إلى إحداث جهد عبر أطرافه. عندما يكمل الحمل الدائرة الثانوية، يمكن أن يتدفق التيار ويتم توصيل الطاقة الكهربائية إلى هذا الحمل.
يوفر القلب مسارًا مغناطيسيًا مشتركًا عبر المناطق المحاطة بالملفين. تشكل أطرافها ونيرها الدائرة المغناطيسية الرئيسية، مما يساعد على تركيز التدفق حيث يمكن ربط الملفات. وتسمى هذه العلاقة بالاقتران المغناطيسي.
كما هو موضح في تفسير OpenStax لتشغيل المحولات ، هو أن التدفق المتغير الذي تتقاسمه اللفات يحفز جهودها. في المحول المثالي، نسبة الجهد تساوي نسبة اللفات. يتيح القلب اقترانًا فعالاً؛ تحدد أعداد اللفات ما إذا كان الجهد يزيد أم ينقص.
على سبيل المثال، المحول المثالي الذي يحتوي على ضعف عدد اللفات الثانوية مثل عدد اللفات الأولية ينتج جهدًا ثانويًا ضعف جهده الأساسي. النواة لا تخلق قوة إضافية. المحولات الحقيقية لديها أيضًا خسائر، لذا فإن طاقة الخرج الخاصة بها أقل من طاقة الإدخال الخاصة بها.
تظل اللفات معزولة كهربائيًا عن القلب. لذلك يعتمد نقل الطاقة بين اللفات المنفصلة على الحث الكهرومغناطيسي بدلاً من التوصيل الموصل عبر المعدن. لا يزال بعض التدفق يفشل في ربط كلا الملفين؛ وهذا ما يسمى تدفق التسرب، ويؤثر عليه أيضًا ترتيب اللف.
ما أهمية المسار المغناطيسي منخفض المقاومة؟
يصف التردد المغناطيسي مدى قوة المسار المغناطيسي في معارضة إنشاء التدفق المغناطيسي. يسمح المسار منخفض التردد للتدفق المطلوب بالتطور بجهد مغنطة أقل. إنها خاصية مغناطيسية، تختلف عن المقاومة الكهربائية التي تقاوم التيار في السلك.
تتمتع المواد الأساسية مثل الفولاذ الكهربائي بنفاذية مغناطيسية أعلى بكثير من الهواء. تصف النفاذية مدى سهولة استجابة المادة للمجال المغناطيسي. وبالتالي فإن استخدام نواة مناسبة يقلل من الممانعة المغناطيسية مقارنة بمسار مكافئ عبر الهواء.
الفائدة العملية هي وجود تيار مغنطيسي أقل : وهو مكون التيار الأولي اللازم لإنشاء التدفق المغناطيسي المتناوب. هذا التيار مطلوب حتى عندما تكون الدائرة الثانوية مفتوحة ولا تصل أي طاقة إلى الحمل.
بالنسبة للمحول المزود بجهد وتردد جيبيين ثابتين، مع عدد ثابت من اللفات الأولية، يتم تحديد التدفق المطلوب تقريبًا بواسطة تلك الظروف. تعمل النفاذية الأعلى بشكل أساسي على تقليل تيار المغنطة اللازم لإنشاء هذا التدفق. لا يقوم برفع الجهد الثانوي تلقائيًا.
الهندسة الأساسية والمفاصل مهمة أيضًا. تزيد الفجوات غير المقصودة من التردد المغناطيسي ويمكن أن تزيد من تيار المغنطة. وبالتالي، يجب أن تعمل خصائص المواد والمسار المغناطيسي المُجمَّع جيدًا معًا.
يستهلك اللب الحقيقي بعض الطاقة كحرارة أثناء المغنطة المتكررة. هناك آليتان رئيسيتان هما فقدان التباطؤ وخسارة التيار الدوامي . إن فهم الاختلافات بينهما يفسر سبب استخدام نوى المحولات لمواد مغناطيسية مختارة وطرق بناء محددة.
يحدث فقدان التباطؤ عندما تنعكس مغنطة المادة بشكل متكرر مع التدفق المتناوب. تعمل المواد الناعمة مغناطيسيًا مع حلقة التباطؤ الضيقة على تقليل الطاقة المتبددة خلال كل دورة. تؤثر معالجة المواد أيضًا على هذا السلوك.
يحدث فقدان التيار الدوامي لأن التدفق المتغير يحفز التيارات الكهربائية المنتشرة داخل قلب موصل. هذه التيارات تولد الحرارة. تعمل الصفائح الفولاذية الرقيقة، المعزولة كهربائيًا عن بعضها البعض، على تقييد مساراتها وتقليل الخسائر المرتبطة بها مقارنة بكتلة الفولاذ الصلبة.
في محولات الطاقة والتوزيع، النوى CRGO و تقدم النوى غير المتبلورة خصائص خسارة مختلفة. ويجب تقييم أدائها بالتردد المقصود وكثافة التدفق المغناطيسي.
يعالج التصفيح في المقام الأول التيارات الدوامية ؛ لا ينبغي وصفه بأنه العلاج الرئيسي لفقدان التباطؤ. تقلل الخسائر الأساسية المنخفضة من الطاقة المهدرة والحرارة التي يجب على نظام التبريد إزالتها.
التعليمات
هل يستهلك النواة الطاقة في حالة عدم توصيل أي حمل؟
نعم. لا يزال المحول المنشط يتمتع بتدفق أساسي متناوب عندما يكون ثانويه مفتوحًا. وبالتالي فإن التباطؤ والتيارات الدوامة تستمر في إنتاج الخسائر، مما يساهم في استهلاك الطاقة بدون تحميل.
هل الخسائر الأساسية هي نفس خسائر النحاس؟
لا. تحدث الخسائر الأساسية في المادة المغناطيسية. خسائر النحاس عبارة عن تسخين مقاوم في اللفات ويزداد مع مربع تيار الملف عندما تكون المقاومة ثابتة.
هل تعني النفاذية الأعلى دائمًا كفاءة أعلى؟
لا، فالنفاذية العالية يمكن أن تقلل من تيار المغنطة، ولكن الكفاءة تعتمد أيضًا على الفقد في القلب، ومقاومة الملف، وظروف التشغيل. النفاذية وحدها لا يمكنها تحديد الكفاءة الكلية للمحولات.
يجمع قلب المحول الفعال بين مسار مغناطيسي مناسب وخسائر يمكن التحكم فيها. وكلاهما ضروري للتشغيل الفعال.
