التحويلة (الكهربائية)

المحول هو جهاز مصمم لتوفير مسار ذي مقاومة منخفضة للتيار الكهربائي في الدائرة . يُستخدم عادةً لتحويل التيار بعيدًا عن النظام أو المكون لمنع زيادة التيار . تُستخدم المحولات الكهربائية في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك أنظمة توزيع الطاقة، وأنظمة القياس الكهربائي، وتطبيقات السيارات والبحرية. تتخذ المحولات أشكالًا فيزيائية متعددة حسب استخدامها. في قياس التيار، يكون المحول عبارة عن مقاوم ذي مقاومة منخفضة جدًا ولكن معروفة بدقة، موصول بالتوازي مع جهاز القياس، مما يسمح بقياس التيارات الكبيرة بشكل غير مباشر عن طريق فرق الجهد عبره. في حماية الدوائر، تحمي أجهزة التحويل، مثل دوائر الحماية من زيادة الجهد، من خلال إحداث قصر في دائرة التغذية. تُستخدم المكثفات كمحولات لإعادة توجيه الضوضاء الكهربائية عالية التردد إلى الأرض. في الخلايا الكهروضوئية ، يصف المصطلح قصر الدائرة غير المرغوب فيه داخل الخلية الشمسية ، بينما في الحماية من الصواعق، تعمل الأنابيب المملوءة بالغاز كمحولات لتوصيل طاقة الصواعق بأمان إلى الأرض. في السفن الحربية، يتم تركيب وصلات قصيرة للمعركة عبر الصمامات الخاصة بالمعدات الأساسية قبل دخول المعركة.

أحد الأمثلة على ذلك هو أضواء عيد الميلاد المصغرة الموصولة على التوالي . عندما يحترق فتيل أحد المصابيح المتوهجة ، يظهر جهد التيار الكهربائي الكامل على المصباح المحترق. عندئذٍ، يقوم مقاوم التحويلة ، الموصول بالتوازي مع الفتيل قبل احتراقه، بتمرير التيار لتجاوز الفتيل المحترق والسماح لبقية سلسلة الأضواء بالإضاءة. ولكن إذا احترق عدد كبير من المصابيح، فسيحترق مقاوم التحويلة أيضًا، مما يستدعي استخدام جهاز قياس متعدد لتحديد نقطة العطل.

في مجال الخلايا الكهروضوئية ، يُستخدم المصطلح على نطاق واسع لوصف حدوث دارة قصر غير مرغوب فيها بين نقاط التلامس الأمامية والخلفية للخلايا الشمسية ، والتي عادة ما تحدث بسبب تلف الرقاقة .

يمكن استخدام أنبوب مملوء بالغاز كوصلة تحويل، خاصةً في مانع الصواعق . يتميز النيون ، كغيره من الغازات النبيلة ، بجهد انهيار عالٍ ، لذا لا يمر التيار الكهربائي عبره عادةً. مع ذلك، فإن ضربة صاعقة مباشرة (كما في حالة هوائي برج راديو ) ستؤدي إلى حدوث شرارة كهربائية في وصلة التحويل ، مما يسمح بتوصيل كمية هائلة من الكهرباء إلى الأرض ، وبالتالي حماية أجهزة الإرسال والمعدات الأخرى.

يستخدم نوع آخر قديم من مانعات الصواعق فجوة شرارة ضيقة وبسيطة، يقفز فوقها قوس كهربائي عند وجود جهد عالٍ. ورغم أنها حل منخفض التكلفة، إلا أن جهد التشغيل العالي فيها لا يوفر أي حماية تقريبًا للأجهزة الإلكترونية الحديثة ذات الحالة الصلبة التي تعمل بالدائرة المحمية.

تُستخدم المكثفات كوصلات تحويل لإعادة توجيه الضوضاء عالية التردد إلى الأرض قبل أن تنتشر إلى الحمل أو مكونات الدائرة الأخرى.

يُستخدم مصطلح "التوصيل التفرعي" في دوائر الترشيح والدوائر المشابهة ذات البنية السلمية للإشارة إلى المكونات الموصولة بين خط الإشارة والخط المشترك. ويُستخدم هذا المصطلح في هذا السياق لتمييز مكونات التوصيل التفرعي الموصولة بين خطي الإشارة والعودة عن المكونات الموصولة على التوالي على طول خط الإشارة. وبشكل أعم، يمكن استخدام مصطلح "التوصيل التفرعي" للإشارة إلى مكون موصول بالتوازي مع مكون آخر. على سبيل المثال، يُعدّ نصف المقطع المشتق من التوصيل التفرعي (m) مقطعًا مشتركًا في المرشح من طريقة معاوقة الصورة في تصميم المرشحات. ^{[ 1 ]}

في الحالات التي تكون فيها الأجهزة عرضة لانعكاس قطبية الإشارة أو مصدر الطاقة، يمكن استخدام الصمام الثنائي لحماية الدائرة. عند توصيله على التوالي مع الدائرة، فإنه يمنع ببساطة مرور التيار المعكوس، أما عند توصيله على التوازي، فإنه قد يحول التيار المعكوس، مما يؤدي إلى فتح المصهر أو أي دائرة أخرى تحد من التيار.

تحتوي جميع ثنائيات أشباه الموصلات على جهد عتبة - يتراوح عادةً بين 0.5  و1  فولت - يجب تجاوزه قبل أن يمر تيار كبير عبر الثنائي في الاتجاه المسموح به عادةً. يمكن استخدام ثنائيين متوازيين عكسيًا (واحد لتمرير التيار في كل اتجاه) للحد من الإشارة المارة عبرهما بحيث لا تتجاوز جهد العتبة، وذلك لحماية المكونات اللاحقة من التحميل الزائد.

عندما يتطلب الأمر حماية دائرة كهربائية من الجهد الزائد، وفي حال وجود أعطال في مصدر الطاقة قد تُسبب هذا الجهد الزائد، يُمكن حماية الدائرة بجهاز يُعرف باسم دائرة الحماية من التيار الزائد . عند اكتشاف هذا الجهاز لجهد زائد، يُحدث قصرًا كهربائيًا بين مصدر الطاقة ودائرة العودة. يُؤدي ذلك إلى انخفاض فوري في الجهد (لحماية الجهاز) وتيار عالٍ فوري، يُتوقع أن يُؤدي إلى فصل جهاز حساس للتيار (مثل المصهر أو قاطع الدائرة ). سُمي هذا الجهاز بدائرة الحماية من التيار الزائد لأنه يُشبه إسقاط عتلة كهربائية حقيقية على مجموعة من قضبان التوصيل (موصلات كهربائية مكشوفة).

في السفن الحربية، من الشائع تركيب وصلات قصيرة للتيار الكهربائي عبر الصمامات الخاصة بالمعدات الأساسية قبل دخول المعركة. وهذا يُلغي الحماية من التيار الزائد في وقت لا يكون فيه فصل الطاقة عن المعدات رد فعل مناسباً.

يوضح هذا الشكل أنه ينبغي فهم مصطلح "مقاومة التحويلة" في سياق ما تقوم بتحويله.

في هذا المثال، يمكن فهم المقاومة R _L على أنها "مقاومة التوازي" (إلى الحمل L)، لأن هذه المقاومة ستمرر التيار حول الحمل L. يتم توصيل R _L بالتوازي مع الحمل L.

مع ذلك، فإن المقاومتين الموصولتين على التوالي RM1 _و RM2 هما مقاومتان منخفضتا المقاومة (كما هو _موضح في الصورة) مصممتان لتمرير التيار حول الجهازين M1 وM2، وتعملان كمقاومتين متوازيتين لهما. RM1 _و RM2 _{موصولتان} على التوازي مع M1 وM2. لو تم النظر إلى الدائرة بدون الأجهزة، لكانت هاتان المقاومتان موصولتين على التوالي .

تسمح المقاومة التحويلية للأميتر بقياس قيم التيار التي يصعب قياسها مباشرةً بواسطة أميتر معين. في هذه الحالة، يتم توصيل مقاومة تحويلية منفصلة، ​​وهي مقاومة ذات قيمة منخفضة جدًا ولكنها معروفة بدقة ، بالتوازي مع فولتميتر ، بحيث يمر معظم التيار المراد قياسه عبر المقاومة التحويلية (شريطة أن تكون المقاومة الداخلية العالية جدًا للفولتميتر ضئيلة جدًا بحيث يمكن إهمالها). يتم اختيار المقاومة بحيث يكون انخفاض الجهد الناتج قابلاً للقياس ولكنه منخفض بما يكفي لعدم التأثير على الدائرة . يتناسب الجهد عبر المقاومة التحويلية طرديًا مع التيار المار بها، وبالتالي يمكن معايرة الجهد المقاس لعرض قيمة التيار مباشرةً. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

تُصنّف المقاومات التحويلية حسب أقصى تيار وانخفاض الجهد عند ذلك التيار. على سبيل المثال، مقاومة مقاومة مقاومة تحويلية 500  أمبير، 75 مللي فولت هي مقاومة 150  ميكرو أوم ، تيار أقصى مسموح به 500 أمبير ، وعند هذا التيار يكون انخفاض الجهد 75 ملي فولت . بحسب المتعارف عليه، تُصمم معظم المقاومات التحويلية لخفض الجهد بمقدار 50  أو 75  أو 100  ملي فولت عند التشغيل بكامل تيارها المقنن، وتتكون معظم أجهزة قياس التيار من مقاومة تحويلية وفولتميتر بانحرافات كاملة تبلغ 50 أو 75 أو 100  ملي فولت. جميع المقاومات التحويلية لها عامل تخفيض للقدرة للاستخدام المستمر (أكثر من دقيقتين)، 66% هو الأكثر شيوعًا، لذا لا ينبغي تشغيل المقاومة التحويلية المذكورة أعلاه بتيار يزيد عن 330  أمبير (وانخفاض جهد 50  ملي فولت) لفترة أطول من ذلك.

يعود هذا القيد إلى حدود حرارية يتوقف عندها عمل المقاومة التحويلية بشكل صحيح. بالنسبة للمنجنين ، وهو مادة شائعة الاستخدام في المقاومة التحويلية،  يبدأ الانحراف الحراري عند 80 درجة مئوية،  ويصبح مشكلة كبيرة عند 120 درجة مئوية، حيث يمكن أن تصل نسبة الخطأ، اعتمادًا على تصميم المقاومة التحويلية، إلى عدة بالمئة، وعند 140  درجة مئوية، تتلف سبيكة المنجنين بشكل دائم نتيجةً للتلدين، مما يؤدي إلى تذبذب قيمة المقاومة صعودًا أو هبوطًا.

إذا كان التيار المقاس ذا جهد عالٍ، فسيكون هذا الجهد موجودًا أيضًا في أسلاك التوصيل وفي جهاز القراءة نفسه. ^{[ 2 ]} في بعض الأحيان، يُركّب مُقاوِم التيار في خط العودة ( الجانب المؤرض ) لتجنب هذه المشكلة. توفر بعض البدائل لمقاوِمات التيار عزلًا عن الجهد العالي من خلال عدم توصيل جهاز القياس مباشرةً بدائرة الجهد العالي. من أمثلة الأجهزة التي توفر هذا العزل: مجسات التيار ذات تأثير هول ومحولات التيار (انظر أجهزة قياس التيار المشبكية ). تُعتبر مقاوِمات التيار أكثر دقة وأقل تكلفة من أجهزة تأثير هول. تتراوح مواصفات الدقة الشائعة لهذه الأجهزة بين ±0.1% و±0.25% و±0.5%.

استُخدمت المقاومة التحويلية ذات الجدار المزدوج من نوع توماس، والمقاومة التحويلية من نوع MI (تصميم مُحسَّن من نوع توماس)، من قِبَل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ومختبرات المعايير الأخرى كمرجع قانوني للأوم حتى تم استبدالها في عام 1990 بتأثير هول الكمي . ولا تزال المقاومات التحويلية من نوع توماس تُستخدم كمعايير ثانوية لإجراء قياسات دقيقة للغاية للتيار، نظرًا لأن استخدام تأثير هول الكمي عملية تستغرق وقتًا طويلاً. تُقاس دقة هذه الأنواع من المقاومات التحويلية بوحدة جزء في المليون (ppm) أو أقل من جزء في المليون (ppm) من الانحراف السنوي للمقاومة المُحددة. ^{[ 4 ]}

عندما تكون الدائرة مؤرضة من جانب واحد، يمكن إدخال مقاومة تحويل لقياس التيار إما في الموصل غير المؤرض أو في الموصل المؤرض. يجب عزل مقاومة التحويل في الموصل غير المؤرض لضمان وصول جهد الدائرة الكامل إلى الأرض؛ ويجب أن يكون جهاز القياس معزولًا بطبيعته عن الأرض، أو أن يتضمن مقسم جهد مقاومي أو مضخم عزل بين جهد الوضع المشترك العالي نسبيًا والجهود المنخفضة داخل الجهاز. قد لا تكشف مقاومة التحويل في الموصل المؤرض عن تيار التسرب الذي يتجاوزها، ولكنها لن تتعرض لجهد الوضع المشترك العالي إلى الأرض. يتم بذلك إبعاد الحمل عن مسار مباشر إلى الأرض، مما قد يُسبب مشاكل لدائرة التحكم، أو يؤدي إلى انبعاثات غير مرغوب فيها، أو كليهما.

• 
  يمكن أن يؤدي الإدخال الجانبي المنخفض إلى التخلص من جهد الوضع المشترك، ولكن إذا كانت هناك مسارات أخرى إلى الأرض، فلن يقيس المحول تيار التسرب هذا.
• 
  يسمح الإدخال عالي الجانب بقياس كل التيار، بما في ذلك تيار التسرب، ولكنه يضمن جهد الوضع المشترك.
• 
  تعمل المضخمات المعزولة على حل جميع الصعوبات والقيود المتعلقة بقياسات تحويل التيار على الجانب العالي أو المنخفض.

• جهد الحمل
• مولد تحويلة
• محرك ذو ملفات تحويلة
• وصلة تحويل
• وصلة صفر أوم
• الفيوز (الكهربائي)
• خرزة (كهربائية)