الملفات والمحولات مع أمثلة وتمارين محلولةCoils and Transformars

كتبها : laser تاريخ الموضوع : الخميس، 21 فبراير 2013 في : الالكترونيات | عدد التعليقات :

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

47 1 300x267 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

يمكن إيجاد الحث L للملف من المعادلة الأتية :

47 2 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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

48 300x115 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

49 300x102 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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

501 193x300 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 :

51 300x171 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 :

52 2 300x147 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

53 1 300x149 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 :

53 2 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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.

54 1 300x146 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

54 2 300x103 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

55 1 300x197 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

نسبة تحويل الجهد :

حيث أن :

E.m.f₁ متناسبة مع N₁

E.m.f₂ متناسبة مع N₂

55 2 300x79 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

وبإهمال المفقود في الجهد يمكن إعتبار أن :

V1 ≂ E.m.f1 , V2 ≂ E.m.f2

∴ تكون نسبة تحويل الجهد :

56 1 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

56 2 300x105 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 :

57 1 300x93 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 :

57 2 300x272 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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

58 1 300x176 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

58 2 300x110 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 :

59 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

60 300x136 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

61 1 300x229 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

61 2 300x166 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 .

62 300x136 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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

63 300x162 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

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 ؟

64 1 300x231 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

(أ) 400V (ب) 100V

(جـ) 6.25V (د) 50V

9- وظيفة المحول المبين في الشكل هي :

64 2 الملفات والمحولات Coils and Transformars مع أمثلة وتمارين محلولة

(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

لا تنس التعليق علي الموضوع

غرد لأصحابك في تويتر :)

شارك عبر جوجل بلس ;)

شير علي الفيس بوك ( )

انطلق على تويتر
Follow @كونترول بى

كونترول بى على الفيس

Rzaito