الفيزياء – المحول الكهربى و الموتور للصف الثالث الثانوي 2016

رمزه في الدوائر الكهربية  

وظيفته

1-   إعطاء e.m.f  مستحثة كبيرة من e.m.f  مستحثة صغيرة

2-   إعطاء e.m.f  مستحثة صغيرة من e.m.f  مستحثة كبيرة ( محول خافض للجهد )

اى إعطاء الجهد المناسب للجهاز R  من المنبع

3-   نقل الطاقة و القدرة الكهربية من اماكن الانتاج ( التوليد) الى اماكن التوزيع و الاستهلاك

تركبيه ووصفه إجمالا من   3    أجزاء رئيسية

أ‌)       الملف الابتدائى (P)

ب‌)القلب المعدنى

ج) الملف الثانوى(S)

التفاصيل المطلوبة

أ‌)       الملف الابتدائى وهو يتصل طرفاه بالمصدر الكهربي المتردد ( الدينامو) ولفاته المعزولة تكون حول احد أجزاء القلب الحديدى و عدد لفاته N_p وتكون    كبيرة أو صغيره حسب نوع المحول .

ب‌)القلب المعدنى وهو من الحديد المطاوع السيليكونى ويقسم إلى شرائح رقيقة معزولة حتى تتغلب علي التيارات الدوامية ولا يتلف الملفين ويحترق الجهاز ( المحول ) .

ج) الملف الثانوى و هو ملف يتصل طرفاه بالجهاز المراد تشغيله

              ( TV – مصباح – جرس – راديو …..) وعدد لفاته N_s .

الأساس العلمى – المبدأ العلمى – فكره العمل   هو الحث المتبادل بين ملفين

        علل  لا يمكن للمحول الكهربى أن يتعامل مع التيار المستمر ولا بد من تيار كهربى متردديتصل  بملفه  الابتدائى  .

أ‌)       لان التيار المستمر يولد فيضا مغناطيسيا ثابتا لا يتغير إلا لحظتى فتح و غلق الدائرة بالملف الابتدائي وبالتالي لا ينشأ الحث المتبادل بين الملفين إلا لحظتي غلق وفتح دائرة الملف الابتدائي .

أما في حالة استخدام تيار متردد من ( دينامو ) فإننا نضمن وجود فيضاً مغناطيسياً دائم التغير وبالتالي حث متبادل دائم بين الملفين .

شرح عمل المحول الكهربي :

1-   عند غلق المفتاح K بالملف الثانوي :

هنا ينتقل الفيض المغناطيسي المتغير من الملف الابتدائي عبر القلب المعدني إلى الملف الثانوي ويقطع لفاته  فتتولد به e.m.f   مستحثه كبيرة أو صغيرة   .

( حسب N_S    حيث أن  e.m.f   α     N_S     ) وتكون مناسبة للجهاز وهنا يعمل الجهاز    R  .

2-   لحظة فتح المفتاح K بالملف الثانوي :

      هنا يعود الفيض المغناطيسي المتغير بأكمله إلى الملف الإبتدائي فيقطع لفاته وتتولد فيه                          e.m.f  ،   I ذاتية عكسية ( عكس تيار الدينامو ) وتساوي تقريباً تيار الدينامو فتلاشي هذا التيار وعلى هذا تنعدم الطاقة الكهربية المستهلكة في هذه الحالة .

س : علل .. لا يحدث استهلاك يذكر في الطاقة الكهربية عند فتح دائرة الملف الثانوي رغم أن دائرة الملف الابتدائي مغلقة .

لأن الفيض المغناطيسي المتغير يعود بأكمله إلى الملف الإبتدائي فيقطع لفاته وتتولد فيه                          e.m.f  ،   I ذاتية عكسية ( عكس تيار الدينامو ) وتساوي تقريباً تيار الدينامو فتلاشي هذا التيار وعلى هذا تنعدم الطاقة الكهربية المستهلكة في هذه الحالة

أنواع المحولات :

ملحوظة هامة: لو كانت كفاءة المحول 100% فإن طاقة الخرج = طاقة الدخل

أذا كانت كفاءة المحول أقل من 100% فإن :

أسئلة تحتاج لإجابة :

1-   ما هي الأسباب التي تجعل كفاءة المحول الكهربي لا تصل إلى 100%   ( أسباب فقد الطاقة في المحول ) مع توضيح طرق العلاج  ؟

2-   كيف نستخدم المحول الكهربي في نقل الطاقة والقدرة الكهربية من أماكن الإنتاج ( التوليد ) إلى أماكن التوزيع و الاستهلاك ؟

3-   كيف نحول الدينامو إلى موتور ( محرك التيار الكهربي المستمر ) ؟

س: ما هي أسباب فقد الطاقة الكهربية في المحول الكهربي وكيفية الحد منها ؟

ج:

1-   جزء يتحول إلى طاقة حرارية في الأسلاك نتيجة مقاومتها .

العلاج : نستخدم أسلاك النحاس ( له مقاومة نوعية صغيرة ) وتكون غليظة في صناعة ملفات المحول .

2-   جزء آخر يتحول إلى طاقة حرارية بسبب التيارات الدوامية  .

العلاج : نقطع القلب المعدني الحديدي إلى شرائح معزولة وبالتالي نقلل من التيارات الدوامية نظرا لزيادة مقاومة الحديد المطاوع السيليكوني ووجود الفواصل العازلة .

3-   تسرب بعض خطوط الفيض خارج القلب الحديدي فلا تقطع الملف الثانوي .

العلاج : حل هندسي نجعل الملف الإبتدائي داخل الثانوي أو قريب منه .

4-   جزء يستهلك على هيئة طاقة ميكانيكية تحرك جزيئات القلب الحديدي .

العلاج : نستخدم الحديد المطاوع السيليكوني وذلك لسهولة تحريك جزيئاته .

س: كيف يتم تبريد المحولات ؟

ج: – لوكانت المحولات صغيرة ( تعرض للهواء الجوي فتفقد حرارتها بالاشعاع والحمل .

-         لو كانت المحولات كبيرة ( توضع في صناديق مملوءة بزيت معدني ويكون بالصناديق زعانف خارجية تعمل على زيادة مساحة السطح المعرض للتبريد فتفقد حرارتها بسهولة للهواء .

س: كيف تستخدم المحولات في نقل الطاقة والقدرة الكهربية من مكان التوليد إلى مكان التوزيع ؟

ج: أ -  عند مكان التوليد والإنتاج :   ( محطات السد العالي مثلا )

توضع محولات رافعة للجهد خافضة لشدة التيار فتقل الطاقة المفقودة فى الاسلاك على شكل حرارة فتقل تكاليف النقل

 ب – عند أماكن التوزيع والاستهلاك :

نستخدم محولات خافضة للجهد رافعة للتيار فتزداد شدة التيار ويمكن توزيعها ( تفريغها ) على التوازي في الأسلاك لتغذية المدن والمصانع والشوارع ويظل فرق الجهد ثابت بعد خفضه إلى (220 V   تقريبا

س: كيف يمكن أن نحول الدينامو إلى محرك كهربي ( موتور ) ؟

ج: يتم استبدال   R_L   في الدائرة الخارجية لدينامو التيار المستمر ( التيار المتردد بعد تقويمه بإدخال تعديلات عليه ) بمصدر لتيار كهربي مستمر .

شرح العمل :

• عند غلق المفتاح K يمر التيار التقليدي من ( ف 1 ) إلى أضلاع الملف أ ب ج د

وبتطبيق قاعدة فلمنج لليد اليسرى على الأضلاع الطويلة أب ، ج د  نجد أن الملف يتأثر بعزم إزدواج يدير الملف كما بالرسم .

• بدوران الملف يقل عزم الازدواج تدريجيا لنقص البُعد العمودي بين القوتين حتى يصبح مستوى الملف عمودي على المجال فينعدم عزم الازدواج ولكن الملف يستمر في الدوران بالقصور الذاتي .

• نلاحظ في نصف الدورة الثاني ينعكس اتجاه التيار في الملف ولكن يستمر دوران الملف في نفس اتجاه دورانه السابق .

• لزيادة قدرة الموتور على الدوران نستخدم عدة ملفات بين مستوياتها زوايا صغيرة وتقسم الاسطوانة المعدنية إلى عدد من القطع ضعف عدد الملفات بحيث يتصل طرف كل ملف بقطعتين متقابلتين .

ويراعى أن تلامس الفرشتين ف1 ، ف2 القطعتين المعدنيتين المتقابلتين في حالة لو كان الملف المتصل بهما مستواه يوازي المجال حتى يكون تأثره بعزم ازدواج قيمة عظمى فتزيد سرعة الدوران

  ملحوظة هامة:

بما أن :  الملف ( وهو جزء من دائرة مغلقة ) يدور في فيض مغناطيسي

إذن : هذا الفيض يقطع أسلاكه وبالتالي تتولد فيه e.m.f  مستحثة عكسية ( عكس تيار بطاريته )

وهذا التيار والقوة الدافعة العكسية هي سبب انتظام سرعة دوران الموتور . حيث أن

[url=http://cairodar.youm7.com/flashes/PDFfiles/physics arabis ch 3 l 1.pdf] لتحميل الدرس بصيغة PDF اضغط هنا..[/url]