الفيزياء — المحول الكهربائي: المبدأ والاستخدام — الثانية ثانوي (شعب علمية) — بكالوريا — المنهاج الجزائري

المحول الكهربائي جهاز يستخدم لرفع أو خفض التوتر المتناوب. يعتمد على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.

1. مبدأ عمل المحول

المحول يتكون من قلب حديدي (نواة حديدية) ملفوف عليه ملفان: الملف الابتدائي (عدد لفاته N1) والملف الثانوي (عدد لفاته N2). عند تغذية الملف الابتدائي بتوتر متناوب U1، يتولد حقل مغناطيسي متغير يحث توتراً في الملف الثانوي U2.

2. العلاقة بين التوترات وعدد اللفات

في المحول المثالي (بدون ضياع): U2/U1 = N2/N1 = m (نسبة التحويل).

إذا m > 1: محول رافع (U2 > U1). إذا m < 1: محول خافض (U2 < U1).

3. العلاقة بين التيارات

في المحول المثالي، القدرة محفوظة: U1.I1 = U2.I2. إذن: I2/I1 = N1/N2 = 1/m.

4. أنواع المحولات

محول القدرة: يستخدم في شبكات نقل الطاقة الكهربائية لرفع التوتر (لتقليل الضياع) ثم خفضه عند الاستخدام.

محول القياس: يستخدم لقياس التوترات والتيارات العالية بواسطة أجهزة القياس.

محول العزل: يستخدم لعزل دائرة عن أخرى مع تمرير الإشارة.

5. الضياعات في المحول

• ضياع بالتيارات الدوامية (Foucault): في القلب الحديدي.
• ضياع بالتباطؤ المغناطيسي.
• ضياع بالمقاومة الأومية للملفات (تأثير جول).

لتقليل الضياع: نستخدم قلباً حديدياً مصفحاً (شرائح معزولة).

6. مثال بكالوريا

بكالوريا 2021 (شعبة علوم تجريبية): محول مثالي عدد لفات ملفه الابتدائي N1 = 200 لفة والثانوي N2 = 1000 لفة. ربط الابتدائي بتوتر U1 = 220 V.

(1) احسب التوتر U2 في الثانوي.

(2) إذا كان التيار في الثانوي I2 = 2 A، احسب I1.

الحل:

(1) m = N2/N1 = 1000/200 = 5. U2 = m.U1 = 5×220 = 1100 V (محول رافع).

(2) I1 = m.I2 = 5×2 = 10 A. أو باستخدام حفظ القدرة: U1.I1 = U2.I2 يعني I1 = U2.I2/U1 = 1100×2/220 = 10 A.