المحولات

المحولات: Transformer

    المحول هو عنصر كهربي يحول القوة الدافعة المترددة إلى قوة دافعة مترددة منخفضة أو العكس . وهو عبارة عن ملفين أحدهما يمر فيه التيار من المصدر (الدخول) ويسمى الملف الإبتدائي والثاني يمر منه التيار إلى الأجهزة (الخروج) يسمى بالملف الثانوي.

   هناك نوعان من المحولات أحدهما يسمى المحول الرافع والآخر يسمى المحول الخافض وهو الذي يهمنا كعنصر من عناصر الدوائر الكهربية. في المحول الخافض عدد لفات الملف الإبتدائي يكون أكبر من عدد لفات الملف الثانوي.

رموز المحول في الدائرة الكهربية يمثله الشكل التالي:

إستخدامات المحول:

(i) تغيير قيمة الجهد.

(ii) عزل الدوائر.

(iii) حجز التيار المستمر.

(iv) عكس الإشارة.

الأجهزة الكهربية

    قبل الخوض في الأجهزة الكهربية المختلفة ، لنتعرف على وحدتين عياريتين هما الأوم العياري والأمبير العياري.

(i) الأوم العياري:

     يعرف الأوم العياري بأنه مقاومة عمود منتظم المقطع من الزئبق طوله 106.3cm ومساحة مقطعه 1mm2 في درجة الصفر المئوي.

(ii) الأمبير العياري:

    هو شدة اليتار الثابت الذي يرسب 0.0011183 g من الفضة في الثانية الواحدة عند مروره في محلول نترات الفضة.

أجهزة القياسات الكهربية:

الجلڤانومتر: Galvanometer

    هو جهاز تقاس به التيارات الضعيفة، ويعتبر أساس لعمل أجهزة قياس الكهرباء الأخرى. يتركب الجلفانومتر من:

1/ سلك معدني معزول يمر فيه اليار الكهربي.

2/ مغناطيس مثبت من أحد طرفيه وفي طرفه الآخر مؤشر يتحرك على تدريج.

  من أشهر أنواع الجلفانومترات وأهمها الجلفانومتر ذي الملف المتحرك. فكرة عمل هذا الجهاز تبنى على:

   [ عندما يؤثر المجال المغناطيسي الثابت على الملف الذي يمر فيه التيار فإن الملف ينحرف بزاوية تتناسب مع شدة التيار المار فيه ].

طريقة عمله:

    عند مرور تيار مستمر في الملف وهو موضوع في المجال المغناطيسي فإنه يتأثر بقوتين متوازيتين، تعملان على دوران الملف حول السلك.

     يوجد نابض يعمل على إيقاف دوران الملف بحيث يصنع زاوية تتناسب مع شدة التيار.

تركيبه: يتكون من:

1/ ملف معلق مستطيل ملفوف حول أسطوانه من الحديد المطاوع.

2/ سلك تعليق رفيع مصنوع من البرونز الفسفوري.

3/ تجويف مغناطيسي لمغناطيس قوي وثابت.

4/ مرآة صغيرة موضوعة في سلك التعليق.

5/ نابض يعمل على حفظ الملف في موضع الإتزان.

6/ أسطوانة من الحديد المطاوع.

الشكل التالي يمثل مخططاً للجلڤانومتر:

الأميتر: Ammeter

    نسبة لأن الجلڤانومتر لا يقيس التيارات الكبيرة فإنه يلزم إجراء تغيير في تركيبة للقيام بهذه المهمة. وهذا التغيير هو توصيل مقاومة صغيرة نسبياً على التوازي مع ملف الجلفانومتر تسمى مجزئ التيار، ويمر فيها جزء من التيار الكلي فلا يتعرض ملفه للتلف وحينئذ يسمى الجهاز المعدل بالأميتر. يتركب الأميتر من جلڤانومتر يتصل ملفه على التوازي مجزئ تيار. كما يوضح الشكل.

العلاقة بين تيار الملف (I1) والتيار الكلي (I):

  لنفرض أن مقاومة ملف الجلڤانومتر هي (R1) وأقصى تيار يتحمله هو (I1)، ويراد إستخدامه لقياس تيار أكبر (I).

يوصل مع الجلڤانومتر على التوازي مجزئ (R2)، فيتوزع التيار (I) إلى تيارين هما (1I) و (I2)، وهما تيار الملف وتيار المجزئ على الترتيب.

   بما أن ملف الجلڤانومتر ومجزئ التيار موصلان على التوازي فإن فرق الجهد بين طرفيهما يكون متساوياً، ومنه:

نضيف بسط كل طرف في المعادلة (2) إلى مقامه فينتج:

أي

المقدار   يسمى معامل ضرب المجزئ للتيار. ويعرف بأنه المقدار الذي إذا ضرب في تيار الملف فإنه يعطي أكبر تيار يمكن أن يقيسه الأميتر.

الڤولتميتر: 

    هو جهاز يعدل بإضافة مقاومة كبيرة نسبياً على التوالي مع ملف الجلڤانومتر.

لإيجاد العلاقة بين جهد المجزئ وجهد الملف فإننا نتبع طريقة مشابهة لما تم في حالة الأميتر.

إذا وصل الڤولتميتر على التوازي مع النقطتين المراد قياس فرق الجهد بينهما ، فإن جزءاً ضئيلاً من التيار (I) يمر في الفولتميتر. فإذا كان فرق الجهد بين طرفي الفولتميتر هو (V1) وفرق الجهد بين طرفي المجزئ هو (V2) فإن:

                                      

            

أي

المقدار   يسمى معامل ضرب المجزئ للجهد.

الأومّيتر: Ohmmeter

    هو جلفانومتر معدل لقياس المقاومة مباشرة. لتحويل الجلفانوميتر إلى أوممتر فإننا نجري مايلي:

1/ يوصل ملف الجلفانوميتر بعمود جاف قوته الدافعة (E) ومقاومة عيارية (Rs).

2/ تدمج المقاومة المراد قياسها في نقطتي التوصيل (AB) . أنظر الشكل.

خطوات عمل الأومميتر:

1. توصل الدائرة قبل إدخال المقاومة (R) ويتم إختبار العمود (E) بحيث يعطي مؤشر الجلفانومتر أقصى إنحراف، وهنا يكون تيار المقاومة العيارية هو:

حيث RI هي مقاومة ملف الجلفانومتر.

2. توصل المقاومة المراد قياسها، فيهبط التيار، ويصبح:

من الملاحظات الجديرة بالإهتمام أن تدريج الأوممتر غير منتظم (غير خطي)، وكذلك فهو معكوس مقارنة بتدريج الجلفانومتر، (علّل لذلك).

مصادر القدرة الكهربية:

الخلية العيارية: Standard Cell

     هي خلية كهربية صغيرة على درجة عالية من الثبات وعدم التغير مع درجة الحرارة أثناء العمل . قوتها الدافعة الكهربية هي (1.01824 V) عند 20˚C ، وهذه القوة تقل فقط بمقدار V   40 لكل إرتفاع في درجة الحرارة مقداره درجة مئوية واحدة.

   تتميز الخلية العيارية بكبر مقاومتها الداخلية، إذ تبلغ بضع الآف أوم مما يقلل التيار الذي يسري فيها إلى حوالي (1 m A).

تركيب الخلية العيارية:

(i) القطب السالب:

      يتكون من خليط من فلزي الزئبق والكادميوم.

(ii) القطب الموجب:

     يتكون من الزئبق وكبريتات الزئبق.

(iii) الإلكترولايت:

     محلول مشبع من كبريتات الكادميوم المحمضة. أنظر الشكل.

منبع القدرة: Power Supply  

    كل الأجهزة الإلكترونية المستخدمة سواء في المجال الطبي أو في المجال الصناعي أو في غيرهما تحتاج إلى قوة دافعة ذات تيار مباشر وصغيرة (5V) مثلاً. يتكون منبع القدرة من الأجزاء الواردة في الشكل.

جهاز الآفوميتر ذو المؤشر: Avometer

     هو الأنموذج التجاري لأحد الأجهزة التي تقيس شدة التيار بالأمبير (A) وفرق الجهد الفولت (V) والمقاومة بالأوم (O). وهذا الجهاز يملك إمكانية قياس التيار المستمر والممتردد، وكذلك الجهد المباشر والمتردد وجهاز الآفوميتر يتكون بصورة عامة من:

1- التدريج ويحتوي على عدة تدريجات:

1.1  تدريج المقاومة ومداه من (0- ∞).

1.2 ثلاثة تدريجات لقياس الجهد المستمر في المدى: (0-10 ,,0-50 ,,0-250)

1.3 تدريج لقياس الجهد المتردد غالباً في المدى (2.5-0)

2- مفتاح ضبط المؤشر على الصفر (0 Adj) ويستخدم هذا المفتاح لضبط الجهاز عند الصفر عند إستخدامه كهجاز أوميتر لقياس المقاومات، لتعويض إنخفاض جيد جهد بطارية الجهاز.

3- مفتاح الإختيار ويستخدم وظيفة الجهاز مثل : قياس جهد متردد (ACV)، أو قياس جهد مستمر (DCV)، أو قياس تيار مستمر (DCV)، أو قياس مقاومة (OHM).

4- أطراف توصيل الجهاز هي أربعة أطراف توصيل كما يلي:

    طرف عام (COM)، وطرف للجهد والمقاومة والتيار (V-Ω -A) وعند الحاجة لقياس جهد متردد يصل إلى 1000VAC يستخدم الطرف AC 1KV . وعند الحاجة لقياس جهد مستمر يصل إلى 1000VDC يستخدم الطرف DC 1KV.

6- مرآة لتسهيل أخذ قراءة الجهاز.

7- مسمار لضبط وضع المؤشر عند صفر التدريج.

طريقة إستخدام الجهاز:

1- عند إستخدام الجهاز لقياس جهد متردد توضع موصلات الجهاز في أطراف (V-Ω-A) - COM، ثم توضع مفتاح الإختيار(3) على وظيفة ACV عند الجهد 500 V ، ثم توصل وصلات الجهاز مع النقطتين المطلوب تعيين فرق الجهد (V)  بينهما مع ضرب قراءة الجهاز في النسبة (أقصى قراءة / أقصى تدريج).

أي أن:

  

حيث:

       R  تمثل أقصى قراءة.

       S   تمثل أقصى تدريج.

 V1          تمثل القراءة على الجهاز   

مثلاً، إذا كانت قراءة الجهاز 1.1 على تدريج AC فإن قيمة الجهد الفعلية هي:

الجدير بالملاحظة أنه إذا كانت قراءة الجهاز صغيرة جداً، يمكن تغيير وضع مفتاح الإختيار عند الوضع (250V) أو (500V) وهكذا.

*  إستخدام الجهاز لقياس جهد مستمر لا يختلف عن إستخدام الجهاز لقياس الجهد المتردد عدا في موضع مفتاح الإختيار (3) حيث يوضع على الوظيفة DCV.

*  لإستخدام الجهاز لقياس قيمة مقاومة توضع وصلات الجهاز عند الأطراف COM , V -Ω - A ، ثم يوضع مفتاح الإختيار على الوظيفة OHM على الوضع X1 ثم نلمس موصلات الجهاز معاً فيتحرك المؤشر من ∞ إلى 0، ويتم ضبط المؤشر على الصفر تماماً بواسطة مفتاح (Adj)، وبعد ذلك توصل موصلات الجهاز مع طرفي المقاومة المطلوب قياسها ويستخدم التدريج(∞ إلى 0) في القياس، وقراءة الجهاز تمثل قيمة المقاومة فإذا كان المؤشر يقترب من ∞ نغير وضع مفتاح الإختيار إلى الوضع X10  ونضرب قراءة الجهاز في العدد 10.

إذا كان مؤشر الجهاز يقترب من ∞ نغير وضع مفتاح الإختيار إلى الوضع X 100 ونضرب القراءة في 100، أو نغير مفتاح الإختيار إلى الوضع X1K، ونضرب القراءة في 1000 حتى نحصل على قراءة دقيقة للجهاز .

    فإن كانت قراءة الجهاز للمقاومة 3 وكان مفتاح الإختيار على الوضع (X 100) فإن:

R = 3 X 100 = 300 ohm

أما إذا كانت قراءة الجهاز 7 ومفتاح الإختيار عند الوضع (X 1K)

 R = 7 X IK = 7 K Ω

فحص مكونات الدوائر الكهربية بجهاز الآفوميتر:

أولاً: فحص المكثف:

      قبل بدء الفحص قم بتفريغ شحنة المكثف وذلك بإستخدام جهاز الآفوميتر ، حيث يوصل طرفا المكثف مع موصّلات جهاز الآفوميتر مع وضع مفتاح الإختيار للجهاز على وظيفة OHM على الموضع X10 فإذا كان المكثف سليماً يتحرك مؤشر الجهاز جهة اليمين ثم يبدأ بالعودة تدريجياً إلى اليسار ، وهذا يدل على أن المكثف قام بعملية الشحن. وإذا كان المكثف مفتوحاً لا يتحرك المؤشر ، أما إذا كان المكثف به قصر داخلي يتحرك المؤشر إلى الصفر ويثبت عند هذا الوضع، وهذا يعني أن المكثف تالف ويتم تغييره ويراعى أثناء عمل القصر بين طرفي المكثف معاً فيحدث تفريغ على هيئة شرارة.

ثانياً: فحص الملف:

      لا يختلف فحص الملف عن طريقة قياس المقاومة.

ثالثاً: فحص الثنائيات:

     يتم فحص الثنائي بإستخدام جهاز الآفوميتر ، وذلك بوضع مفتاح الإختيار للجهاز على وظيفة OHM عند الموضع X10 . فعندما يكون الثنائي سليماً فإن القراءة تكون مالانهاية (∞) عند عكس التوصيل، وخلاف ذلك يكون الثنائي تالفاً.

    يمكن إختيار دائرة التقويم بنفس طريقة إختبار الثنائي فتكون قراءة الجهاز ما لانهاية (∞) في الحالة الأولى، في حين تكون قراءة الجهاز قريبة من الصفر في الحالة الثانية.

رابعاً: فحص الفيوزات والمفاتيح والموصلات:

     لا تختلف طريقة فحص المنصرات (الفيوزات) والمفاتيح والموصلات عن طريقة إختبار المقاومات حيث يتم ضبط الجهاز على وظيفةOHM  عند وضع XI ، فإذا كانت قراءة الجهاز (Ω 0) دل ذلك على سلامة الفيوز أو أن المفتاح مغلق أو أن الموصل سليم.

    وإذا كانت قراءة الجهاز (∞) دل ذلك على إحتراق المنصهر أو أن المفتاح مقطوع.

حساسية الجلڤانومتر

1. للتيار:

      تعرف حساسية الجلڤانومتر بأنها مقدار الإنحراف (θ) في الملف مقسوماً على قيمة التيار (I)، أي زاوية الفتل لوحدة التيار، وتعطي بالعلاقة:

حيث:

(B) هي كثافة الفيض المغناطيسي

(N) هي عدد لفات الملف

(A) هي مساحة سطح الملف

(k) ثابت يعتمد على نوع سلك الملف

ولزيادة الحساسية يلزم:

1. زيادة كثافة الفيض المغناطيسي (أي تقليل المسافة بين القطبين).

2. زيادة مسافة سطح الملف.

3. زيادة عدد اللفات.

4. تقليل قيمة K (بإنقاص سمك السلك أو إنقاص قساوة مادته).

2. للجهد:

      إذا افترضنا أن مقاومة ملف الجلفانومتر هي (R)، ومن العلاقة السابقة :

بعد القسمة على R:

ولكن IR=V، وعليه فإن :

   العلاقة السابقة تسمى حساسية الجلڤانومتر للجهد وتعرف بأنها مقدارا لتغير في زاوية الفتل لوحدة الجهد.