اختراعات


لو نظرنا لتركيب المحول من أعلى أو صنعنا قطاع فى منتصفه، سنجد الصورة كما يلى

فنجد أن كل من الملف الابتدائى و الثانوى محيط بالقلب الحديدى و المجال المغناطيسى المتولد من الملف الابتدائى يقطع الملف الثانوى و القلب الحديدى على السواء، فما يمنع تكون تيار أيضا فى القلب الحديدى باعتباره ملفا ثانويا؟!!
الحقيقة هذا ما يحدث بالفعل إلا أن المشكلة أن هذا الملف عليه قصر فلا يحد التيار المار به سوى مقاومة مادة الحديد وهى وإن كانت أعلى قليلا من النحاس إلا أنها و لكبر مقطع القلب تكون صغيرة جدا مشكلة ما يشبه القصر على المحول. هذه التيارات تسمى تيارات دوّاميه أو إعصارية Eddy Currents وهى من أكبر مسببات الفقد فى المحولات. 
لتقليل هذه التيارات، يجب زيادة مقاومة مسارها و ذلك بعمل القلب من شرائح تقطع مسار هذه التيارات فتؤدى عملها بطريقتين معا، تقليل المساحة التى تولد الجهد المسبب لهذه التيارات و تقطيع مسار التيار مما يجعل من الصعب جدا أن يجد مسار دورة كاملة موازية للملفات والمجال المغناطيسى.

لنصمم الآن محول بالحديد السيليكونى، سنعوض بقيم الحديد فى المعادلة السابقة و التردد = 50 ذ/ث و نصل لعدة معادلات مختصرة 
نبدأ أولابالقدرة المطلوبة للحمل 
الطاقة = تيار الحمل × جهد الحمل = كذا وات.مساحة مقطعحديد المحول = الجذر التربيعى للقدرة 
مثلا لنصمم محول 100 وات يحول من 220 فولت إلى 12 فولت.
محول 100 وات جذرها 10 نستخدم 10سم2
لكن الفراغات لعزل رقائق الحديد تقلل المساحة الفعلية لذلك نفترض المساحة الفعلية 0.9 المساحة المحسوبة فتكون 10 ÷ 0.9 = 11.11 سم2طبيعى قد لا نجد المقاس المطلوب لذا نختار المقاس الأكبر مباشرة أو إذا كناسنصنع البكرة التى سنلف عليها الملف يمكن أن نختار المساحة المحسوبة أو أكبر قليلا لتعويض الفراغات.نفترض أنالمساحة التى وجدناها هى 3سم×4سم=12 سم مربع وهى أكبر قليلا من المطلوب وهذا أفضل
عدد اللفات لكل واحد فولت = 50 ÷ مساحة المقطعن = 50 ÷ 4.16667 = 12 لفة لكل فولت طبعا يمكننا استخدام 4.2 لفة لكل فولت أو أكثرملف 220 يحتاج 220 × 4.2 = 924 لفةملف 12 فولت يحتاج 12 × 4.2 = 50.2 لفة طبعا هنا إما نستخدم 50 لفة أو 51 لفةالآن التيار فى الملف الثانوىقلنا أنه 100 وات و الخرج 12 فولت يكونالتيار = 100 ÷ 12 = 8.333 أمبيريحسب قطر السلك على أساس الفقد الحرارى به كمقاومة بالأوم وهو لسلك النحاس
قطر السلك = 0.8 جذر التيار إن كان داخلى غير جيد التهوية و يمكن أن نصل إلى
قطر السلك = 0.6 جذر التيار إن كان خارجى و جيد التهوية.

ق = 0.8 × جذر 8.333 = 0.8 × 2.887=2.3 مللى متر أو 23 ديزيم
إذا كان ملف جيد التهوية لكونه آخر ملف منالخارج و يمكن تهويته أو تبريده يمكن تقلل 0.8 إلى 0.6 أو حتى 0.5

الآنالملف الابتدائىنعلم أن الدخول أكبر من الخروج لوجود الفقد وفى المحولاتالصغيرة نفترض الكفاءة 80%
إذن الدخول 100 ÷ 0.8 =125 وات
لو الدخول مثلا 220فولت يكون التيار 125 ÷ 220 = 0.57 أمبير
قطر السلك = 0.8 جذر 0.57 = 0.8 × 0.75= 0.6 مم أو 6 ديزيم

هذه العلاقات الرياضية مشتقة من العلاقات الصحيحةالكاملة للمحولات مع التعويض فى معاملاتها بالآتى
التردد = 50 ذ/ث
القلب =حديد سيليكونى - شرائح
السلك من النحاس لأن الألومنيوم له مقاومة نوعيةأعلى
نوع المحول ملفان منفصلان ابتدائى و ثانوى ملفوفان على مشكل واحد أو ثلاثأزواج من الملفات على ثلاث قلوب (3 فاز)
ترانسفورمر 400 هيرتز:فى الأجهزة المحمولة جوا (أى بالطائرات) عادة تستخدم تردد 400 ذ/ث وذلك لتقليل حجم ووزن كل المعدات المستخدمة للحديد و منها المحولات عموما، لهذا فمن المجدى دراسة هذا النوع فالبعض قد يتعرض له.

المعادلة العامة للمحول هى
v=4.44*f*n*β*a*10-4
حيث v هو الفولت و f التردد و n عدد اللفات و a مساحة المقطع و β هو الفيض لنوع الحديد المستخدم
و المعادلة السابقة حسبت بالتعويض عن التردد = 50 و β بالقيمة الخاصة بالحديد السيليكونى ثم وجدنا النسبة 
n÷ v= 10000÷ (4.44 × 50 × β × a ) ≈ 50/ مساحة المقطع لفة لكل فولت
لنفترض أننا نريد عمل نفس المحول السابق ولكن للتردد 400 هيرتز وهو تردد الشائع فى عالم الطيران لتقليل وزن الأجهزة المحمولة جوا
مساحة المقطع = جذر القدرة= جذر 100 = 10
الآن برفع التردد من 50 إلى 400 يزداد معدل تغيير المجال بنفس النسبة و بالتالى ينقل قدرة أكبر بنفس النسبة وهى = 400 ÷ 50 = 8
إذن إما اعتبار أن المحول ينقل 800 وات أو نقلل المقطع فيصبح 10 ÷ 8 = 1.25 سم مربع
عدد اللفات / فولت من المعادلة السابقة بالتعويض عن التردد بالقيمة الجديدة و مساحة المقطع بالقيمة الجديدة
وهى تساوى 50 ÷ ( 8 × 1.25)=50 ÷ 10 = 5 لفات لكل فولت

مما سبق نرى أن مساحة مقطع الحديد نقصت و بالتالى الوزن و عدد اللفات أيضا قل بنفس النسبة مما يقلل وزن النحاس أو سيبقى عدد اللفات مع صغر محيط اللفة محققا أيضا نفس النتيجة وهذا طبعا حسب ما إذا استخدمت نفس القلب للحصول على قدرة أعلى أو قلب أصغر لنفس القدرة.
نفس الكلام يمكن تطبيقه لأى تردد آخر كما سنرى لاحقا فى تطبيقات أخرى
جدير بالذكر أن الحديد السيليكونى يمكن استخدامه حتى 2000 ذ/ث قبل أن تزداد نسبة الفقد بصورة معوقة لكن هذا لا يمنع استخدامه على كافى النطاق الصوتى 20000 ذ/ث.
لتقليل الفقد فى محولات الترددات الأعلى من 50ذ/ث، تصنع من شرائح أقل سمكا من المعتاد.