كيفية حساب كفاءة المحولات؟

كيفية حساب كفاءة المحولات؟

تواجه المحولات، مثل جميع الأجهزة الكهربائية، بعض فقدان الطاقة أثناء التشغيل. في حين أن المحولات المثالية ستكون بلا خسارة، فإن المحولات في العالم الحقيقي تعاني من فقدان الطاقة الذي يظهر على شكل حرارة، مما يستلزم حلول التبريد. الأنواع الرئيسية لفقد الطاقة في المحولات هي فقدان المقاومة، وفقدان التيار الدوامي، وفقدان التباطؤ، وفقدان التدفق.

خسارة مقاومة

تحدث الخسارة المقاومة، والمعروفة أيضًا بخسارة \(I^2R\) أو خسارة النحاس، بسبب المقاومة الموجودة في اللفات النحاسية للمحول. تتسبب الترددات العالية في هجرة الإلكترونات نحو سطح الموصل (تأثير الجلد)، مما يؤدي إلى زيادة فقدان المقاومة. هذا النوع من الخسارة هو نفسه كما هو الحال في أي موصل ويتم حسابه باستخدام الصيغة:

ف = أنا²R

أين:

P هو فقدان الطاقة (بالواط، W)

I هو التيار (بالأمبير، A)

R هي المقاومة (بالأوم، Ω)

مثال:

إذا كان الملف الأولي للمحول يتكون من 100 قدم من 12 سلك نحاسي يحمل 15 أمبير، فيمكن حساب خسارة المقاومة. إذا كانت مقاومة 12 سلكًا نحاسيًا مقدارها 1.588 Ω لكل 1000 قدم عند درجة حرارة الغرفة، فإن مقاومة 100 قدم من السلك تساوي 0.1588 Ω.

P = I²R = 15² × 0.1588 = 35.7 واط

لذلك، فإن الملف الأولي للمحول يهدر 35.7 واط كحرارة.

إيدي الخسارة الحالية

ينشأ فقدان تيار إيدي من التيارات المستحثة في الأجزاء المعدنية للمحول عن طريق تغيير المجالات المغناطيسية. هذه التيارات تولد الحرارة داخل القلب. يزداد الفقد مع مربع التردد، مما يعني أن التوافقيات الأعلى تعزز تأثيرات التسخين بشكل كبير. يتم تقليل هذه الخسارة عن طريق بناء القلب من صفائح رقيقة معزولة من سبائك الحديد والسيليكون أو سبائك الحديد والنيكل، والتي تحد من تدفق التيار داخل الصفائح الفردية، مما يقلل من التيارات الدوامة الشاملة.

فقدان التباطؤ

يرجع فقدان التباطؤ إلى المغناطيسية المتأخرة في المادة الأساسية للمحول بعد إزالة قوة التمغنط. تتماشى المجالات المغناطيسية داخل المادة مع المجال المغناطيسي، وتستهلك الطاقة عندما تتغير قطبية المجال. عملية إعادة التنظيم هذه، والتي تفاقمت بسبب التوافقيات، تسبب الاحتكاك والحرارة. إن استخدام مواد أساسية مغناطيسية عالية النفاذية يمكن أن يقلل من فقدان التباطؤ.

فقدان التدفق

يحدث فقدان التدفق عندما لا تمر بعض خطوط التدفق المغناطيسي من الملف الأولي عبر القلب إلى الملف الثانوي، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. يمكن أن يحدث هذا بسبب تشبع اللب أو التردد المتأصل للقلب مقابل الهواء. في المحولات المصممة جيدًا، يكون فقدان التدفق في حده الأدنى.

كفاءة المحولات

كفاءة المحول هي نسبة طاقة الخرج للمحول إلى طاقة الإدخال، ويتم التعبير عنها عادةً كنسبة مئوية. إنه يعكس تأثير جميع خسائر الطاقة.

η= العبوس/الدبوس ×100%

أين:

η هي كفاءة المحول (بالنسبة المئوية)

العبوس هو طاقة الخرج (بالواط)

الدبوس هو طاقة الإدخال (بالواط)

مثال:

لمحول بقدرة خرج 1500 واط وطاقة دخل 1525 واط:

η= 1500 واط/1525 واط × 100% = 98.36%

تتمتع محولات الطاقة عادةً بكفاءات تتراوح من 97% إلى 99%. إجمالي طاقة الإدخال يساوي مجموع طاقة الخرج والخسائر المختلفة (المقاومة، والتيار الدوامي، والتباطؤ، وخسائر التدفق).

يغطي هذا التفسير المنقح الجوانب الأساسية لكفاءة المحولات وفقدان الطاقة، مما يوفر فهمًا واضحًا وموجزًا ​​للموضوع.