المحوِّلات
2013 تبسيط علم الإلكترونيات
ستان جيبيليسكو
مؤسسة الكويت للتقدم العلمي
في الولايات المتحدة، تستعمل معظمُ المنازل فولطيةَ تيار متناوب قدرها 117V و234V (RMS).
وتأتي هذه الفولطياتُ المنخفضة نسبياً من فولطيات أعلى باستعمال محولات خافضة (Step-down Transmission) تُخفِض فولطيةَ خطوط التوتر العالي (100 kV أو أكثر) إلى آلاف قليلة من الفولط للتوزيع على البلديات.
ولأنها تتحمل قدرةكبيرة، تكون هذه المحوّلات كبيرة الحجم والكتلة ويمكن وضع بعضٍ منها في بناء أو مساحة مسيجة ويذهب نتاجها إلى خطوط الطاقة التي تحاذي شوارع المدينة.
تُخفِض محوِّلات أصغر تُركَّب عادة على أعمدة الكهرباء العامة أو تحت الأرض فولطيةَ البلديات إلى 234V (RMS) للتوزيع إلى المنازل والأعمال.
وتتألف الكهرباء 234V من ثلاث موجات تيار متناوب منفصلة تسمى الأطوار وتظهر في علبة توزيع كل بناء. وتتحرك كلُّ موجة بزاوية 120° خارج الطور بالنسبة للموجتين الأخريتين، مما يشكّل ما يسمى التيار المتناوب الثلاثي الأطوار.
وتعمل الآلات الكبيرة مثل الأفران المنزلية والصناعية وآلات التنظيف بواسطة كهرباء تيار متناوب 234V (RMS)، وتوفِّر المآخذُ الحائطية الشائعة في الولايات المتحدة كهرباءَ تيارٍ متناوبٍ وحيد الطور 117V فعّال (RMS).
المسألة 2-8 :
لنفترض أن طول خط توتر عالي عام يتمتع بمقاومة فعلية قدرها 100 أوم وأن الخطّ ينقل 500 V RMS. ما هو هدر الطاقة؟
الحل:
لا يمكننا الإجابة على هذا السؤال إلا عندما نعرف كمية القدرة الإجمالية التي يطلبها المستهلكون النهائيون أو أيضاً التيار الذي ينقله الخط. وإذا لم توجد قدرةمطلوبة في الحمل، فلن يمر تيار في الخط، ولن يحصل هدر.
ومع ذلك، إذا كانت القدرة المطلوبة في الحمل عند نهاية الخط هامة، فإن الخط يجب أن يُمرِّر تياراً كبيراً. ومع زيادة القدرة المطلوبة (وبالتالي تيار الخط)، يزداد الهدر في الخط.
المسألة 2-9 :
في الحالة التي وُصِفَت في المسألة 2-8، لنفترض أن المستهلكين في نهاية الخط يحتاجون 500 كيلو واط (500 kW أو 500000 W). ما هو هدر الخط؟
الحلّ:
يمكننا استعمال علاقة ضياع القدرة Ploss بدلالة قدرةالحمل Pload ومقاومة الخط R وفولطية الخط E. وفي هذه الحالة، لدينا
Pload = 500000 W
R = 100 Ω
E = 500000 V
نحسب Ploss على النحو
Ploss = (Pload)2 R/E2
Ploss = 5000002 x 100/5000002
= 100 W
يُظهر خط الطاقة هذا فعالية ملفتة، أليس كذلك؟ من أجل توريد نصف مليون واط إلى المستهلكين، يجب أن ينتج مولد القدرة فقط 100 واط إضافية كي يعوِّضَ الهدر الأومي في الأسلاك.
فكرة مفيدة: كما يمكنك الظن، اخترتُ أرقاماً مثيرة في المسألة 2-9 وفي حلها. في "الواقع الحقيقي" لنقل الطاقة العام، نادراً ما تتحقق الأشياء جيداً كهذا.
