شرح فقدان الطاقة في المحولات: فقدان الطاقة في حالة عدم التحميل مقابل فقدان الطاقة في حالة التحميل
يُعدّ فقدان الطاقة في حالة عدم التحميل وفقدان الطاقة أثناء التحميل في المحوّل الكهربائي شكلين رئيسيين من أشكال فقد الطاقة أثناء تشغيله. فيما يلي شرحٌ مفصّل لكيفية توليد هذه الفقدان وتوزيعها وتبديدها داخل المحوّل.
يحدث فقد الطاقة في حالة عدم التحميل عندما يحمل الملف الابتدائي للمحول تيار إثارة صغيرًا فقط في ظروف عدم التحميل. في هذه الحالة، يكون فقد النحاس ضئيلاً، ويحدث الجزء الأكبر من الفقد في القلب الحديدي، وهو ما يُعرف بفقد الحديد. يتكون فقد الحديد من فقد التخلف المغناطيسي وفقد التيارات الدوامية. ينتج فقد التخلف المغناطيسي عن الانقلاب المستمر للمجالات المغناطيسية داخل القلب الحديدي تحت تأثير مجال مغناطيسي متناوب، مما يستهلك الطاقة ويولد الحرارة. أما فقد التيارات الدوامية فيحدث لأن القلب الحديدي نفسه موصل للكهرباء. فعند تعرضه لمجال مغناطيسي متغير، تتولد قوة دافعة كهربائية في مستويات عمودية على خطوط المجال المغناطيسي، مكونةً حلقات مغلقة تولد تيارات - تُعرف بالتيارات الدوامية - والتي بدورها تولد الحرارة نتيجة لمقاومة مادة القلب الحديدي.
تتركز خسائر اللاحمل بشكل رئيسي في القلب الحديدي، كونه المكون الأساسي للدائرة المغناطيسية، حيث تحدث خسائر التخلف المغناطيسي والتيارات الدوامية داخله. بالإضافة إلى ذلك، تتولد كمية ضئيلة من خسائر النحاس في الملف الابتدائي نتيجة لتيار اللاحمل، ولكنها عادةً ما تكون ضئيلة. تُبدد الحرارة المتولدة عن خسائر اللاحمل بشكل أساسي عن طريق التوصيل الحراري والإشعاع من القلب الحديدي إلى البيئة المحيطة. يتصل القلب الحديدي بزيت المحول أو الهواء، ناقلاً الحرارة إليه. ثم تُنقل هذه الحرارة عبر الحمل الحراري الطبيعي للزيت أو تدفق الهواء، لتتبدد في النهاية في البيئة المحيطة.
تشمل خسائر الحمل خسائر النحاس الأساسية والخسائر الإضافية. خسائر النحاس الأساسية هي الخسائر الناتجة عن مقاومة الملفات عند مرور تيار الحمل فيها. ووفقًا لقانون جول، تتولد حرارة عند مرور التيار في موصل، وتتناسب خسائر الطاقة طرديًا مع مربع شدة التيار. أما الخسائر الإضافية فتشمل خسائر التيارات الدوامية في الملفات، وخسائر التيار الدائري، والخسائر الطفيلية في المكونات الهيكلية، وغيرها، وهي تتناسب طرديًا مع مربع شدة التيار ومربع التردد.
تتوزع خسائر الحمل بشكل أساسي في الملفات والقلب الحديدي. يُولّد تيار الحمل في الملفات خسائر في النحاس، بينما يتعرض القلب الحديدي أيضًا لبعض الخسائر نتيجة لتسرب التدفق المغناطيسي الناجم عن تيار الحمل، على الرغم من أن هذه الخسائر ضئيلة نسبيًا مقارنةً بخسائر النحاس في الملفات. بالإضافة إلى ذلك، يُولّد تسرب التدفق المغناطيسي الناتج عن تيار الحمل خسائر طفيلية في المكونات المعدنية الهيكلية خارج الملفات.
تنتقل الحرارة المتولدة عن فقدان الحمل جزئيًا إلى زيت المحول عبر التوصيل الحراري من الملفات، ثم تُنقل بالحمل الحراري الطبيعي أو الدوران القسري للزيت. ويُبدد جزء آخر في البيئة المحيطة عبر التوصيل الحراري والإشعاع من القلب والمكونات الهيكلية. في المحولات الكبيرة، يُستخدم غالبًا التبريد بالدوران القسري للزيت أو طرق مماثلة لتعزيز تبديد الحرارة، مما يُحسّن كفاءة التشغيل وموثوقية المحول.