ما هي الخسائر في المحولات؟

اتصل الآن

تشير خسائر المحولات إلى الطاقة المفقودة في عملية تحويل الجهد. تتميز المحولات عمومًا بالكفاءة، ولكن دائمًا ما تتسرب بعض الطاقة على شكل حرارة أو أنواع أخرى من الطاقة. هذا النوع من فقدان الطاقة، لا يؤثر فقط على أداء المحولات، ولكن أيضًا على نظام التوزيع بأكمله. وإذا لم يتم التعامل مع هذه الخسائر بالشكل الصحيح، فقد نرى تكاليف طاقة أكبر والمزيد من التلوث بالغازات الدفيئة، مما يسبب مشاكل مالية ومشاكل للبيئة.

افهم تلك الخسائر ويمكننا أن نفعل محولًا أفضل. ويمكن للمهندسين وضع استراتيجيات لتقليل هذه الخسائر من خلال النظر في جميع أنواع الخسائر التي من شأنها زيادة كفاءة أنظمة الطاقة بشكل عام. وكلما زادت المعرفة بفقدان المحولات، كلما كان الالتزام بمعايير وقوانين الصناعة أفضل. التأكد من أن المحولات لديها الكفاءة الكافية للمساعدة في توفير الطاقة.
يمكن تصنيف خسائر المحولات إلى خسائر أساسية وخسائر النحاس كنوعين رئيسيين. ستتأثر كل هذه الخسائر ببعض العناصر المختلفة والمحددة، لذا فهي تحتاج إلى نوع من العداد. في حالة الشركات المصنعة للمحولات، فإن تقليل خسائر النحاس ليس فقط الأساسية، بل أيضًا يعني أن المحولات تصبح أكثر كفاءة وتدوم لفترة أطول، مما يؤدي إلى أن تكون أكثر موثوقية وبأسعار معقولة للمرافق العامة والمستهلكين أيضًا.

فقدان اللب هو فقدان اللب، ويحدث فقدان اللب بين جسم قلب المحول. هذه الخسائر ناتجة عن مجال مغناطيسي متناوب في القلب، والذي يعطي الطاقة على شكل حرارة. تعتبر الخسارة الأساسية عاملاً ثابتًا في تشغيل المحول، حيث أنها لا تتغير مع الحمل، ويتم تحديدها بشكل أساسي من خلال المادة الأساسية والخصائص الهيكلية الخاصة بالمحول.
تتكون الخسائر الأساسية بشكل رئيسي من جزأين:

· خسائر التباطؤ:يحدث ذلك بسبب تأخير الأماكن المغناطيسية داخل المادة الأساسية. عندما يتناوب المجال المغناطيسي، فإنه يطلق طاقة مع إعادة ترتيب المجالات. تعتمد قيمة خسائر التباطؤ على المادة الأساسية، ونختار المادة الأساسية ذات خسائر التباطؤ المنخفضة لتقليل خسائر التباطؤ.
· خسائر إيدي الحالية:المجال المغناطيسي عندما ينتج حلقات بسبب التيار الكهربائي داخل المادة الأساسية، فإنه يتم إنشاء خسائر التيار الدوامي. تنتج التيارات مجالات مغناطيسية خاصة بها تعمل عكس المجال الأصلي مما يؤدي إلى الخسارة. في بنية النواة، خاصة من حيث السُمك وما إذا كانت مغلفة بنفس الطريقة، يجب علينا تقليل خسائر التيار الدوامي:

تحدث خسائر النحاس، والتي يشار إليها أحيانًا باسم خسائر اللف، في ملفات المحولات. تنشأ الخسائر من مقاومة الأسلاك النحاسية التي تشكل جزءًا من اللفات. عندما نسمح للتيار بالمرور عبر هذه الأسلاك، فإن بعض الطاقة تتحول إلى حرارة بالتأكيد بسبب المقاومة الكهربائية. يتناسب فقدان النحاس بشكل مباشر مع مربع التيار ويمكن أن يختلف كثيرًا.

الصيغة المستخدمة لحساب خسائر النحاس هي (I^2R). (ط) هو التيار. (ص) هي المقاومة. وهذه العلاقة تعطينا لمحة عن كيفية التحكم في التيار والمقاومة حتى لا نفقد أي طاقة. لتقليل فقد النحاس في المحول وبالتالي تحسين كفاءته واعتماديته، نحتاج إلى الاختيار الصحيح لمادة الموصل بالإضافة إلى تحسين تصميم الملف.

يتم تحديد كفاءة المحول من خلال مقدار الطاقة المدخلة التي تتغير إلى طاقة الخرج دون خسائر.

ثم ترتفع الخسائر، وستنخفض الكفاءة أيضًا. وهذا يعني ارتفاع نفقات التشغيل وأداء أسوأ. تحتاج المحولات غير الفعالة إلى المزيد من طاقة الإدخال للحصول على نفس الكمية من طاقة الخرج، لذا فهي تستخدم المزيد من الطاقة وتكلف المزيد من المال. سوف تتراكم أوجه القصور هذه بمرور الوقت وتؤدي إلى تأثير مالي كبير على شركات المرافق وكذلك المستهلكين.

يريد تصميم المحولات الفعالة تقليل هذه الخسائر للحصول على نتائج أفضل. تصبح عملية نقل الطاقة أكثر كفاءة مع تحسن فقدان النقل الإجمالي، مما يعني تكاليف أقل وأضرار أقل على البيئة. تقدر أسواق الطاقة التنافسية التكلفة والاستدامة، لذا فإن تحسين كفاءة المحولات أمر مهم لتحقيق النجاح.

قد يكون هناك العديد من العوامل التي تسبب المحول:
· مستوى التحميل:يعتبر المحول هو الأكثر كفاءة عند التشغيل بالسعة المقدرة الكاملة أو بالقرب منها. إذا تجاوز هذا المستوى كثيرًا أو أقل بكثير منه، فسوف ترتفع الخسائر. سيؤدي تحديد حجم المحولات بشكل صحيح لمطابقة ملفات تعريف الحمل إلى أقل قدر من الخسائر وأقصى قدر من الكفاءة.
· تكرار:كلما زاد التردد، زادت خسائر التباطؤ والتيار الدوامي. تعمل المحولات عادة بترددات محددة، وإذا انحرفت عنها فإنها لن تعمل بشكل جيد وسيكون هناك خسارة معينة.
· درجة حرارة: عندما ترتفع درجة الحرارة، يمكن أن يزيد ذلك من صعوبة حرق اللفات، مما يؤدي إلى فقدان المزيد من النحاس.

هناك حاجة إلى إدارة حرارية جيدة للحفاظ على ظروف عمل جيدة ومنع حدوث أشياء سيئة بسبب الحرارة حتى يعمل المحول بشكل جيد.
ينبغي تقليل خسائر المحولات لتحسين الكفاءة وخفض التكلفة. فيما يلي بعض التقنيات المستخدمة لتقليل فقد المحولات:

اختر-مواد أساسية عالية الجودة مع فقد منخفض للتباطؤ لتقليل خسائر التباطؤ. مثل السيليكون الصلب، يتم استخدام الفولاذ غير المتبلور أيضًا لذلك. تتمتع هذه الأشياء بصفات مغناطيسية أفضل، لذا فهي تستهلك طاقة أقل وتكون أكثر فعالية. يتم استثمار المواد الأساسية ذات الجودة الجيدة من قبل الشركات المصنعة حتى يتمكنوا من صنع محولات ذات أداء أفضل وتدوم لفترة أطول.
يتمتع القلب بالشكل الصحيح والتصفيح حتى نتمكن من تقليل خسائر التيار الدوامي. يمكن أن يؤدي استخدام الصفائح الرقيقة وتصفيح الصفائح الأساسية أيضًا إلى الحد من المسارات وبالتالي تأثير التيار الدوامي. تتضمن بعض تقنيات التصنيع الأكثر تقدمًا استخدام القطع بالليزر والتجميع الدقيق للتصميم الأساسي بحيث يكون هناك القليل من فقدان الطاقة أو لا يوجد أي فقدان للطاقة.
استخدم أسلاكًا أكثر سمكًا، أي استخدم أسلاكًا ذات مقاومة أقل لتقليل فقد النحاس. كما أن استخدام تقنية اللف المتطورة يساعد أيضًا في تقليل الخسائر الناتجة عن المقاومة وتوزيع التيار بالتساوي. هناك حاجة إلى تشذير ونقل واستخدام مواد عالية التوصيل وما إلى ذلك في صنع اللفات ذات الخسارة الأقل في المحولات.

يحافظ نظام التبريد الفعال على درجة الحرارة عند الحاجة إليها، مما يقلل من المقاومة في اللفات وبالتالي تفقد كمية أقل من النحاس. وبشكل عام، استخدم طرقًا مثل تبريد الزيت وتبريد الهواء، كما أنها يمكن أن تساعد في عدم التسخين الزائد وإطالة عمر المحول والحفاظ على أجزائه بنفس الطريقة حتى عند تغير الحمل.
لا تشتمل المحولات على المحولات نفسها فحسب، بل تشمل أيضًا أنظمة الطاقة إلى حد ما. وإليك الطريقة:
· زيادة التكاليف التشغيلية:عندما تكون الخسائر مرتفعة، يتم إهدار الكثير من الطاقة وهذا يجعل تكلفة الكهرباء على المرافق والعملاء أكثر. كما أنه سيشكل ضغطًا على الموارد المالية، ويزيد أسعار الكهرباء للمستهلكين العامين والتجاريين.
· الأثر البيئي:الطاقة التي يتم فقدها مع ارتفاع الحرارة تزيد من درجة الحرارة في الخارج مما يعني أننا سنحتاج إلى المزيد من التبريد وبالتالي استخدام المزيد من الطاقة. هذه الدورة من استخدام المزيد من الطاقة وتسخينها يمكن أن تجعل تغير المناخ والهواء القذر أسوأ.
· موثوقية الشبكة:يمكن أن تؤدي المحولات غير المستقرة إلى انخفاضات في الجهد ومشاكل في جودة الطاقة، مما يؤثر على الاستقرار العام والاعتمادية لشبكة الطاقة. هناك حاجة إلى أداء جيد باستمرار للحفاظ على استقرار الشبكة، ويعد تقليص خسائر المحولات جزءًا كبيرًا من تحقيق ذلك.

نعم، هناك معايير دولية تحدد الحدود الدنيا المقبولة لخسائر المحولات. هناك أيضًا شركات مثل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، التي تقدم إرشادات بشأن كفاءة المحولات واختبارها. تساعد هذه المعايير على ضمان تصنيع المحولات واستخدامها بمستويات خسارة مقبولة، بحيث يتم إهدار الطاقة بشكل أقل وتعمل بشكل أفضل.

لكي يتوافق المصنعون والمشغلون مع المعايير التنظيمية ويحصلون على ثقة العملاء وأصحاب المصلحة الآخرين، يجب عليهم الالتزام بالمعايير المحددة. علاوة على ذلك، فهو يدفع الابتكار والتحسينات في تكنولوجيا المحولات نحو تطوير حلول طاقة أكثر كفاءة واستدامة.

تعتبر خسائر المحولات جانبًا مهمًا في تصميم المحولات وتشغيلها. من خلال معرفة أنواع النفايات وأسبابها والطريقة التي يمكننا من خلالها تقليلها، سنكون قادرين على إنتاج محول أفضل، والمساهمة في الحصول على نظام طاقة موثوق وبأسعار معقولة. أنت طالب أو مهندس أو في أنظمة الطاقة، ومعرفة فقدان المحولات يمكن أن تجعل لعبتك الكهربائية أفضل؛
تذكر أن هذه المحولات الفعالة لا توفر الطاقة فحسب، بل تقلل التكاليف والأثر البيئي أيضًا، مما يجعلها أجزاء رائعة جدًا من أنظمة الطاقة المستدامة. مع تزايد الطلب على الكهرباء، تلعب المحولات الفعالة دورًا متزايد الأهمية في توفير مستقبل ثابت وقوي وصديق للبيئة. يمكن لقطاع الطاقة أن يتعلم من أخطائه، ويخلق طرقًا جديدة ويمنح الناس والأرض خيارات الطاقة من خلال الدراسة والإبداع المستمرين.