أنواع أجهزة رفع وخفض الجهد الكهربائي “الفولتية”

أنواع أجهزة رفع وخفض الجهد الكهربائي (الفولتية) – لا يمكننا اليوم تجاهل دور الكهرباء في حياتنا اليومية من منازلنا إلى مصانعنا، حيث تمتد خيوط الكهرباء لتغذي كل جزء من حياتنا، ومع التقدم التكنولوجي تزايدت احتياجاتنا لـ الطاقة بشكل ملحوظ، مما جعل من الأمر ضرورة ملحة فهم كيفية رفع وخفض الجهد الكهربائي.

واليوم في هذه المقالة، سنستكشف أنواع أجهزة رفع وخفض الجهد الكهربائي (الفولتية) بشكل مفصل، لنفهم كيفية تلبية هذه التقنيات المتطورة لاحتياجاتنا المتنوعة لـ الكهرباء في حياتنا اليومية وفي الصناعات، تابع معنا لمعرفة دور أجهزة رفع وخفض الفولتية في تحقيقها، والفرق بينهما.

أنواع أجهزة رفع وخفض الجهد الكهربائي

اليك الأن مجموعة من أبرز أنواع أجهزة رفع وخفض الجهد الكهربائي، والتي تأتي بالشكل التالي:

1. المحولات
2. محولات العزل
3. محولات الجهد الثابت
4. محولات العاكس
5. محولات الخطوة أسفل
6. محولات الخطوة لأعلى
7. محولات العزل الجافة
8. محولات الزيت
9. محولات التحكم

المحولات

المحولات هي أجهزة كهربائية مهمة تُستخدم لنقل الطاقة الكهربائية بين دوائر كهربائية مختلفة عن طريق تحويل الجهود الكهربائية.

أقرأ أيضاً: أنواع المحولات الكهربائية ومكوناتها وآلية عملها

تعتمد عملية المحولات على التلاقي الكهرومغناطيسي بين لفات موصولة مصنوعة من مواد نصف موصلة، وهي تلعب دورًا حيويًا في الأنظمة الكهربائية المعقدة.

هناك مجموعة متنوعة من المحولات تُستخدم لأغراض مختلفة، والتي تأتي بالشكل التالي:

• محول الجهد الثابت (Step-Up/Step-Down Transformers): الذي يرفع أو يخفض الجهد الكهربائي بين لفاته الرئيسية والثانوية حسب الحاجة.
• محولات العزل (Isolation Transformers): التي تُستخدم لفصل دوائر الكهرباء وتوفير حماية إضافية.
• محولات القدرة (Power Transformers): والتي تستخدم لنقل الطاقة الكهربائية بين الشبكات الكهربائية ذات الجهود المختلفة.
• محولات الأوتوترانسفورمر (Autotransformers): والتي تستخدم لتحويل الجهد بين مستويين مختلفين باستخدام لفة واحدة تشمل جزءًا مشتركًا للجهدين.
• محولات الألمنيوم (Aluminum Transformers): التي تستخدم مواد الألمنيوم في بنائها، وتُعد حلاً فعالاً لنقل الطاقة الكهربائية.
• محولات البتراء (Petrarch Transformers) التي تحول الطاقة من البتراء إلى طاقة كهربائية.
• محولات الراجعة (Buck-Boost Transformers) التي تُستخدم لتعويض التقلبات في الجهد وتوفير فولتية مستقرة للأحمال في حالات عدم توفر الفولتية المناسبة.

تلعب هذه المحولات دورًا حيويًا في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الأنظمة المنزلية وانتهاءً بالصناعات الكبيرة، وتُعد جزءًا لا يتجزأ من البنية التحتية للكهرباء في العالم الحديث.

محولات العزل

محولات العزل هي أجهزة كهربائية تستخدم لفصل الدوائر الكهربائية أو للحد من التيار الكهربائي بين أجزاء معينة في الدائرة.

تهدف هذه المحولات إلى حماية الأشخاص والأجهزة من التيارات الزائدة أو التيارات الخطرة التي قد تتداخل في الدوائر الكهربائية.

تأتي محولات العزل في عدة أنواع مختلفة، منها:

1. محولات العزل الجافة: تتميز هذه المحولات بعدم احتوائها على سوائل عازلة وغالبًا ما تستخدم في الأماكن التي قد تكون معرضة لحدوث حرائق، وتُستخدم هذه المحولات للحماية في الأماكن ذات المخاطر النارية.
2. محولات العزل السائلة: تحتوي هذه المحولات على سوائل عازلة مثل الزيت، وتلعب هذه السوائل دورًا في تبريد المحول وتحسين أدائه الحراري، ويتم استخدامها في الأماكن التي تحتاج إلى تحمل تيارات عالية وتبريد فعال.
3. محولات العزل الصناعية: تُستخدم هذه المحولات في البيئات الصناعية حيث تكون هناك تيارات عالية وحاجة مستمرة للطاقة الكهربائية.
4. محولات العزل ذات الفائدة الخاصة: تم تصميم هذه المحولات لأغراض خاصة، مثل الاستخدام في الأنظمة الطبية أو الأنظمة الصوتية.

أقرأ أيضاً: استخدامات المحول الكهربائي

يُشدد على أهمية اختيار النوع المناسب من محولات العزل وفقًا لاحتياجات الفرد أو الشركة، وذلك بناءً على متطلبات السلامة والأمان في الموقع الذي يُستخدم فيه هذه المحولات.

محولات الجهد الثابت وأنواعها

محولات الجهد الثابت هي أجهزة تستخدم لتحويل الجهد الكهربائي من مستوى إلى آخر بثبات، مما يعني أنها تحافظ على جهد مستقر وثابت في الناتج بغض النظر عن التغييرات في الجهد الكهربائي الوارد.

تستخدم هذه المحولات في مجموعة واسعة من التطبيقات حيث يكون الثبات في الجهد ضروريًا.

هناك عدة أنواع من محولات الجهد الثابت، والتي تشمل:

• محولات الجهد الثابت القائمة على الملفات: تستخدم هذه المحولات مبدأ الرنين المغناطيسي للحفاظ على جهد الناتج ثابتًا، إنها تقاوم التغييرات في الجهد الوارد وتوفر جهدًا مستقرًا في الناتج.
• محولات الجهد الثابت الإلكترونية: تستخدم هذه المحولات الإلكترونيات للتحكم في الجهد والحفاظ على الجهد الناتج بشكل دقيق، وتوفر هذه المحولات جهدًا ثابتًا ودقيقًا وتستخدم عادة في التطبيقات الحساسة.
• محولات الجهد الثابت ذات النواة الصلبة: هذه المحولات تحتوي على لفات ملف ملتفة حول نواة صلبة، وهي تستخدم لتوفير جهد ثابت في التطبيقات التي تتطلب عزلًا جيدًا وثباتًا في الجهد.
• محولات الجهد الثابت ذات النواة المفتوحة: تحتوي هذه المحولات على لفات ملف ملتفة حول نواة مفتوحة، وهي تستخدم في التطبيقات حيث يمكن التعامل مع تغيرات في الجهد الكهربائي الوارد.

يتم اختيار نوع المحول الثابت المناسب بناءً على متطلبات التطبيق الخاصة والبيئة التشغيلية، حيث يمكن أن يؤثر اختيار المحول المناسب على كفاءة النظام واستقراره.

محولات العاكس

محولات العاكس هي أجهزة تستخدم لتحويل التيار المستمر (DC) إلى التيار المتردد (AC).

تعمل العاكس عن طريق توليد موجة تيار متردد من التيار المستمر، مما يسمح باستخدام الأجهزة الكهربائية التي تعتمد على التيار المتردد حتى عندما يكون مصدر الطاقة هو التيار المستمر، كما هو الحال في الألواح الشمسية والبطاريات.

أقرأ أيضاً: مميزات المحولات الكهربائية

تشمل محولات العاكس عدة أنواع، منها:

• محولات العاكس الرباعية الأقطاب: تُستخدم لتوليد موجات تيار متردد نقية تحاكي الطاقة المنزلية العادية.

هذه الموجات تكون نماذج مثل الموجة الجيبية (Sine Wave)، وتقترب إلى حد كبير من التيار المتردد الذي يُزَوَّد من شبكات الكهرباء العامة.

• محولات العاكس المربعة: تولد موجات مربعة بدلاً من الموجات الجيبية، وتُستخدم في التطبيقات البسيطة التي لا تحتاج إلى جودة عالية للتيار المتردد.
• محولات العاكس المعدلة: تقدم موجات تيار متردد تميل إلى أن تكون مربعة مع بعض التعديلات لتقديم تيار متردد أقرب إلى الموجة الجيبية. توفر توازنًا بين الأداء والكلفة.
• محولات العاكس النقي: تُعد هذه المحولات الأكثر تقدمًا والتي تولد موجات تيار متردد نقية تمامًا مثل التيار المتردد الذي يُزَوَّد من شبكات الكهرباء العامة.

يمكن استخدامها في جميع التطبيقات بما في ذلك الأجهزة الحساسة مثل الكمبيوترات وأجهزة التلفاز.

اختيار نوع المحول يعتمد على التطبيق المحدد والأجهزة التي سيُشَغَّلها، في حالات الاستخدامات الحساسة مثل المعدات الطبية أو الأجهزة الإلكترونية الحساسة، يُفضل استخدام محولات العاكس النقي لتجنب أي مشاكل في الأداء.

محولات الخطوة أسفل

محولات الخطوة أسفل (Step-Down Transformers) هي نوع من محولات الجهد الكهربائي التي تستخدم لتخفيض جهد التيار الكهربائي من مستوى إلى مستوى آخر.

أقرأ أيضاً: آلية عمل جهاز الفولتميتر وأنواعه ومكوناته

تعمل هذه المحولات عندما يكون لديك مصدر كهربائي بجهد عالي وتحتاج إلى توصيله بجهاز يعمل بجهد أقل، ويُستخدم ذلك عادة عند توصيل أجهزة كهربائية وإلكترونية تم تصنيعها للعمل عند جهود كهربائية محددة.

أنواع محولات الخطوة أسفل:

1. محولات الخطوة أسفل العادية: تقوم هذه المحولات بتقليل الجهد بنسبة ثابتة وتُستخدم في معظم التطبيقات الأساسية.
2. محولات الخطوة أسفل الأوتوترانسفورمر: تحتوي هذه المحولات على لفتين متصلتين مما يجعلها أكثر كفاءة من حيث الحجم والوزن. تُستخدم عادة في التطبيقات حيث يكون هناك حاجة إلى توفير تخفيض جهد بسيط.
3. محولات الخطوة أسفل العازلة: توفر هذه المحولات عزلاً جالبًا بين الدائرتين وتخفض الجهد، وهي تستخدم في التطبيقات التي تتطلب عزلًا كهربائيًا بين المصدر والحمل.
4. محولات الخطوة أسفل ذات النواة المفتوحة: تتميز هذه المحولات بأنها تحتوي على نواة مفتوحة، وتستخدم عادة في التطبيقات حيث يمكن التعامل مع تغيرات في الجهد الكهربائي الوارد.

يُختار نوع محول الخطوة أسفل المناسب بناءً على احتياجات التطبيق المحددة، مثل الجهد المتاح والتيار المطلوب للحمل.

محولات الخطوة لأعلى لرفع الجهد الكهربائي 

محولات الخطوة لأعلى، المعروفة أيضًا بمحولات الرفع (Step-Up Transformers)، هي نوع من المحولات التي تستخدم لرفع جهد الكهرباء من مستوى إلى آخر.

تعتبر هذه المحولات أساسية في العديد من التطبيقات حيث يحتاج جهاز معين إلى جهد أعلى من الجهد المتاح.

وتأتي أنواع محولات الرفع كـ التالي:

• محولات الرفع ذات التردد الثابت، والتي تستخدم لرفع الجهد بنسبة ثابتة مهما كان التردد.
• محولات الرفع ذات التردد المتغير، والتي تستخدم في التطبيقات حيث يكون هناك حاجة إلى تغيير التردد بالإضافة إلى رفع الجهد، مثل التطبيقات الصناعية المتقدمة.
• محولات الرفع الأوتوترانسفورمر، والتي تستخدم لرفع الجهد باستخدام لفة واحدة مع نقاط مختلفة للاتصال، مما يسمح بتغيير نسبة الرفع.
• محولات الرفع التلقائي، والتي تستخدم لضمان ثبات الجهد الكهربائي بين الحملات المختلفة وفي حالات التقلبات الكبيرة في الجهد.
• محولات الرفع البيئية، تستخدم في الأماكن التي تتطلب حماية خاصة من الظروف البيئية القاسية، مثل المناطق الصحراوية أو المحيطية.
• محولات الرفع العازلة، تستخدم لعزل الأنظمة الكهربائية ورفع الجهد بنسبة محددة.

تُستخدم محولات الرفع في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك نقل الطاقة عبر مسافات طويلة، وتوليد الطاقة في المحطات الكهرومائية، وفي الأنظمة الصناعية المتقدمة التي تحتاج إلى جهد كهربائي مرتفع لتشغيل أجهزة مثل الليزر وأجهزة التفريغ الكهربائي.

محولات العزل الجافة

محولات العزل الجافة (Dry-type isolation transformers) هي نوع من المحولات الكهربائية التي تستخدم الهواء أو المواد العازلة الجافة لعزل لفات المحولات بدلاً من استخدام السوائل العازلة مثل الزيت.

تعتبر هذه المحولات أكثر أمانًا وصديقة للبيئة نظرًا لأنها لا تحتوي على مواد عازلة سائلة.

أقرأ أيضاً: جهاز الانفرتر لتحويل التيارات الكهربائية – كل ما يهمك عنه

أبرز أنواع محولات العزل الجافة تشمل:

1. محولات العزل الجافة القياسية، تستخدم هذه المحولات للعديد من التطبيقات العامة وتعمل بكفاءة في بيئات مثل المستشفيات والمدارس والمكاتب.
2. محولات العزل الجافة ذات الجهد المنخفض، تُستخدم هذه المحولات في النظم ذات الجهد المنخفض مثل النظم الصناعية والتجارية.
3. محولات العزل الجافة ذات الجهد المرتفع، وتستخدم في التطبيقات ذات الجهد الكهربائي المرتفع مثل الصناعات الثقيلة وأماكن توليد الطاقة.
4. محولات العزل الجافة للأمان الخاص، تُصمم هذه المحولات خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب مستويات عالية من السلامة والحماية.

محولات العزل الجافة تتميز بالتشغيل الهادئ والكفاءة العالية والحاجة المنخفضة للصيانة، ولهذا فهي شائعة في العديد من التطبيقات المختلفة.

محولات الزيت

محولات الزيت هي نوع من محولات الجهد الكهربائي التي تستخدم الزيت كمادة عازلة بين لفات المحول.

يُستخدم الزيت لتبريد المحول وعزل لفاته، ويساعد في حمايته من الحرارة الناتجة عن التيار الكهربائي العالي المار به.

إليك بعض الأنواع الرئيسية لمحولات الزيت:

1. محولات الزيت القياسية، وتستخدم هذه المحولات الزيت كعازل وسائل تبريد، يمكن استخدامها في التطبيقات العامة والصناعية.
2. محولات الزيت ذات النواة الصلبة، تحتوي هذه المحولات على نواة صلبة مصنوعة من مواد مثل الصلب السليكوني، وتُستخدم في التطبيقات التي تتطلب استقرارًا عاليًا للتيارات الكهربائية.
3. محولات الزيت ذات النواة المتفاوتة، تحتوي هذه المحولات على نواة دائرية أو قشرية تحيط بلفات المحول، وتُستخدم في تطبيقات الطاقة الكبيرة.
4. محولات الزيت المُجمعة، تأتي هذه المحولات مع أجزاء داخلية مجزأة تزيد من سهولة الصيانة وتحمي المحول من تسرب الزيت.
5. محولات الزيت المبردة بالهواء، تستخدم هذه المحولات الهواء المضغوط لتبريد الزيت داخل المحول، وتُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تبريدًا فعالًا.

يُختار نوع محول الزيت المناسب بناءً على احتياجات التطبيق المحددة، مثل التيار الكهربائي المار به ودرجات الحرارة المحيطة والبيئة التشغيلية.

محولات التحكم (Control Transformers)

محولات التحكم هي نوع من المحولات الكهربائية المستخدمة لتوفير جهد كهربائي منخفض وتيار لتشغيل أجهزة التحكم والأتمتة في الصناعة والأنظمة الكهربائية.

أقرأ أيضاً: طاقة الرياح: كيف تعمل وما فوائدها وما عيوبها

تُستخدم هذه المحولات لتوفير جهد منخفض وتيار لأجهزة مثل الأردوينو والريلاي والأجهزة الأتمتية الصناعية وغيرها من الأجهزة التي تحتاج إلى تيار وجهد منخفض للتشغيل.

والأن اليك مجموعة من أبرز أنواع محركات التحكم، والتي جاءت كـ التالي:

1. محولات التحكم الثابتة، والتي تُستخدم لتوفير جهد وتيار ثابت للأجهزة التي تحتاج إلى تشغيل مستمر بدون تغيير في الجهد أو التيار.
2. محولات التحكم ذات التردد المتغير، والتي تُستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى تغيير في تردد الكهرباء إلى جانب التحكم في الجهد والتيار.
3. محولات التحكم الدقيق، والتي تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية في التحكم، مثل الأجهزة الطبية والأتمتة الدقيقة في الصناعة.
4. محولات التحكم ذات الجهد المتعدد، حيث تُصمم لتوفير مجموعة من الجهود المنخفضة المختلفة لتلبية احتياجات متعددة.
5. محولات التحكم المتطورة، والتي تحتوي على ميزات إضافية مثل الحماية من التيار الزائد والتحكم في التردد وغيرها من الميزات المتقدمة.

محولات التحكم تلعب دورًا حيويًا في ضمان التشغيل السليم للأجهزة الأتمتة وأجهزة التحكم الصناعية، وتحسن هذه المحولات كفاءة الأنظمة وتحسن دقة التحكم، مما يجعلها جزءًا أساسيًا في العديد من الصناعات والتطبيقات التكنولوجية المتقدمة.

وهنا نكون قد وصلنا الى نهاية مقالنا بعد ان استعرضنا كافة أنواع أجهزة رفع وخفض الجهد الكهربائي بالتفاصيل.