في السنوات الأخيرة، مع التطور السريع للنمو العلمي والتكنولوجي، تم استخدام معدات الأتمتة على نطاق واسع تدريجيًا في مختلف الصناعات. في عملية بناء وتطوير الهندسة الكهربائية، تعد أتمتة الأجهزة الكهربائية ذات الجهد المنخفض أحد التطبيقات الرئيسية لتكنولوجيا الأتمتة في الهندسة الكهربائية.
من بين أغلب الأجهزة الكهربائية الآلية منخفضة الجهد، تعد المرحلات من المكونات التي لا غنى عنها. ومن خلال استخدام المرحلات، يمكن ضمان التشغيل السلس للأجهزة الكهربائية الآلية منخفضة الجهد بشكل فعال، وبالتالي تعزيز تطوير الهندسة الكهربائية. لذلك، فإن تحليل وفهم أنواع المرحلات يمكن أن يساعدنا في الاستفادة بشكل أفضل من تكنولوجيا الكهرباء الآلية.
التصنيف حسب الغرض:
مرحل التحكم:
يستخدم للتحكم في تشغيل وإيقاف أو تبديل الدائرة.
A تتابع التحكم هو جهاز تحويل كهربائي يستخدم للتحكم في تشغيل وإيقاف الدائرة أو تبديلها. ويتكون عادة من مكون كهرومغناطيسي ونقاط اتصال للتحويل.
عندما يتم تنشيط الملف الكهرومغناطيسي لمرحل التحكم، فإن المجال المغناطيسي الناتج يجذب أو يتنافر مع جهات اتصال المفتاح، مما يتيح تشغيل أو إيقاف تشغيل الأجهزة أو الأحمال الأخرى في دائرة التحكم، وتحقيق وظائف التحكم للدائرة.
على وجه التحديد، عندما يتم تنشيط الملف الكهرومغناطيسي لمرحل التحكم، يتسبب المجال المغناطيسي الناتج في تحريك جهات الاتصال، وبالتالي تحقيق تشغيل وإيقاف الدائرة أو التبديل. يمكن أن يؤدي هذا الإجراء إما إلى إغلاق جهات الاتصال (كما هو الحال في المرحلات المفتوحة عادةً) أو فتحها (كما هو الحال في المرحلات المغلقة عادةً)، اعتمادًا على متطلبات التطبيق المحددة للتحكم في الحمل أو الجهاز في الدائرة.
تُستخدم مرحلات التحكم على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل أنظمة الأتمتة والمعدات الصناعية وأنظمة الطاقة والأجهزة المنزلية. على سبيل المثال، في الأتمتة الصناعية، يمكن استخدام مرحلات التحكم للتحكم في بدء تشغيل/إيقاف الماكينة، والتبديل بين الاتجاهات، وتنظيم السرعة، وغيرها من الوظائف؛ وفي الأجهزة المنزلية، يمكن استخدام مرحلات التحكم للتحكم في تشغيل/إيقاف الأضواء والمراوح ومواقد الحث وغيرها من الأجهزة.
باختصار، تحقق مرحلات التحكم التحكم في الدائرة من خلال المبادئ الكهرومغناطيسية وتمتلك ميزات مثل البنية البسيطة والموثوقية العالية والاستخدام المرن، مما يجعلها واحدة من أكثر الأجهزة المهمة استخدامًا في مجال التحكم الكهربائي.
مرحل الحماية:
يُستخدم لمراقبة حالة الدائرة. بمجرد اكتشاف ظروف غير طبيعية مثل التحميل الزائد أو الدوائر القصيرة، فإنه يقوم بتفعيل إجراءات وقائية لحماية المعدات والدوائر.
تعتبر مرحلات الحماية أجهزة مهمة في الأنظمة الكهربائية تستخدم لمراقبة حالة الدوائر واتخاذ التدابير الوقائية عند اكتشاف أي خلل لمنع تلف المعدات أو أعطال الدوائر. وتشمل وظائفها ما يلي:
- مراقبة حالة الدائرة: تقوم مرحلات الحماية بمراقبة المعلمات مثل التيار والجهد والتردد في الدوائر لضمان التشغيل الطبيعي.
- اكتشاف الشذوذ: بمجرد حدوث شذوذ مثل الحمل الزائد أو ماس كهربائي أو أعطال أرضية في الدائرة، تقوم مرحلات الحماية باكتشافها والاستجابة وفقًا لذلك.
- الإجراء الوقائي: عند اكتشاف أي خلل، تبدأ مرحلات الحماية باتخاذ إجراءات وقائية مثل قطع الطاقة، أو فصل الدوائر المعيبة، أو إصدار إنذارات لحماية الدوائر والمعدات.
تشمل أنواع مرحلات الحماية ما يلي:
- مرحلات حماية الحمل الزائد:قم بمراقبة التيار في الدائرة، واعتباره بمثابة حمل زائد إذا تجاوز القيمة المقدرة.
- مرحلات حماية الدائرة القصيرة: مراقبة التيار في الدائرة، واعتباره بمثابة دائرة قصيرة إذا وصل إلى الحد المحدد أو تجاوزه.
- مرحلات حماية الأعطال الأرضية: مراقبة حالة التأريض في الدائرة واتخاذ التدابير الوقائية عند اكتشاف عطل أرضي.
- مرحلات الحماية من الجهد الزائد والجهد المنخفض: مراقبة الجهد في الدائرة، واتخاذ التدابير الوقائية في حالة تجاوزه أو انخفاضه عن الحد المحدد.
- مرحلات حماية التردد الزائد والتردد المنخفض: مراقبة التردد في الدائرة، واتخاذ التدابير الوقائية في حالة تجاوزه أو انخفاضه عن نطاق التردد المحدد.
يتضمن مبدأ العمل ما يلي:
- الحصول على معلومات معلمات الدائرة من خلال أجهزة الاستشعار مثل محولات التيار ومحولات الجهد.
- إدخال معلومات المعلمات في المقارنات أو وحدات التحكم في مرحلات الحماية.
- مقارنة المعلمات مع الحدود المحددة مسبقًا.
- تشغيل إجراءات الحماية عندما تتجاوز المعلمات الحدود المحددة مسبقًا أو تصل إليها.
تتضمن تطبيقات مرحلات الحماية أنظمة الطاقة (المولدات والمحولات وأنظمة التوزيع) والأنظمة الصناعية (المحركات وأنظمة التحكم)، وأنظمة البناء (المصاعد، وأنظمة تكييف الهواء).
تتضمن مزايا مرحلات الحماية تحسين سلامة الدائرة وموثوقيتها، ومنع تلف المعدات وأخطاء الدائرة، وضمان المراقبة في الوقت الفعلي والاستجابة السريعة للمواقف غير الطبيعية لحماية سلامة المعدات والأفراد.
باختصار، تلعب مرحلات الحماية دورًا حاسمًا في الأنظمة الكهربائية من خلال مراقبة حالة الدائرة واتخاذ التدابير الوقائية عند حدوث أي خلل، مما يضمن التشغيل الآمن للدوائر والمعدات.
تتابع الوقت:
تحتوي على وظيفة تأخير الوقت، وتقوم بتفعيل الإجراء بعد فترة زمنية محددة.
مرحل الوقت هو جهاز كهربائي مزود بوظيفة تأخير الوقت، والذي ينفذ إجراءات محددة بعد وقت تأخير محدد مسبقًا.
وظائف:
- وظيفة تأخير الوقت: يمكن لمرحلات الوقت تأخير تنفيذ إجراءات محددة لفترة زمنية محددة، مثل توصيل الدائرة أو فصلها.
- إعداد الوقت: يمكن للمستخدمين ضبط وقت التأخير حسب الحاجة، عادةً بالثواني أو الدقائق أو الساعات.
- التحكم في الحركة: يمكن لمرحلات الوقت التحكم في إجراءات مختلفة للمعدات الكهربائية، مثل التبديل، وتوصيل الدائرة أو فصلها، وبدء تشغيل المحركات أو إيقافها، وما إلى ذلك.
الأنواع:
- مرحل التأخير ON: يبدأ التوقيت بعد فصل إشارة التشغيل، وينفذ الإجراءات بعد وقت التأخير المحدد.
- مرحل التأخير OFF: يبدأ التوقيت بعد توصيل إشارة التشغيل، وينفذ الإجراءات بعد وقت التأخير المحدد.
- إعادة تعيين التتابع: يبدأ التوقيت بعد اختفاء إشارة التشغيل، وتنفيذ الإجراءات بعد وقت التأخير المحدد.
مبدأ العمل:
- تتكون مرحلات الوقت عادةً من مؤقت ومرحل ودائرة تحكم.
- عندما يتم تشغيل إشارة الإدخال، يبدأ المؤقت في العد.
- بعد الوصول إلى وقت التأخير المحدد، تقوم دائرة التحكم بتنشيط التتابع لأداء الإجراء المقابل.
- بعد اكتمال الإجراء، يعود التتابع إلى حالته الأولية، في انتظار إشارة التشغيل التالية.
التطبيقات:
- التحكم في بدء التشغيل: يستخدم لتأخير بدء تشغيل المحركات أو المعدات الأخرى لتجنب الأضرار الناجمة عن التقلبات في جهد الشبكة.
- التحكم في الحماية: يؤخر فصل الدائرة عند حدوث أعطال في النظام، مما يسمح للنظام بالتعافي أو الخضوع للإصلاحات اللازمة.
- التحكم في السلامة: يستخدم لتفعيل أجهزة السلامة أو أنظمة الإنذار، مما يسمح للموظفين بالإخلاء من المناطق الخطرة.
المزايا:
- يوفر تحكمًا مرنًا في تأخير الوقت مناسبًا لمختلف سيناريوهات التطبيق.
- يزيد من موثوقية وسلامة الأنظمة الكهربائية.
- يمكن أن يقلل من التأثير على المعدات، مما يؤدي إلى إطالة عمرها الافتراضي.
تُستخدم مرحلات الوقت على نطاق واسع في مجالات التحكم الصناعي والأتمتة، حيث توفر التحكم الدقيق في الوقت والوظائف الأساسية والحماية لمختلف الأنظمة الكهربائية.
التتابع الحراري:
يتحكم في الدوائر من خلال الاستجابة الحرارية.
A التتابع الحراري هو جهاز كهربائي يتحكم في الدوائر من خلال الاستجابة الحرارية. ويستخدم الحرارة الناتجة عن مرور التيار عبر المرحل للتحكم في تشغيله.
مبدأ العمل:
- تشتمل المرحلات الحرارية عادةً على مكون حساس للحرارة مثل المقاوم الحراري أو الصمام الثنائي الحراري.
- عندما يمر التيار عبر التتابع، يسخن المكون الحساس للحرارة، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة.
- عندما تصل درجة حرارة المكون الحساس للحرارة إلى حد معين، فإن ذلك يؤدي إلى إطلاق الحرارة داخل التتابع، مما يؤدي إلى تشغيل التتابع.
- يمكن أن تكون عملية التتابع هي توصيل الدائرة أو فصل الدائرة أو تنفيذ إجراءات تحكم أخرى، اعتمادًا على سيناريو التصميم والتطبيق الخاص بالتتابع الحراري.
المميزات:
- الحماية من الحمل الزائد: تُستخدم عادةً مرحلات حرارية للحماية من الحمل الزائد. فعندما يتجاوز التيار القيمة المقدرة، يؤدي إطلاق الحرارة داخل المرحل إلى تشغيله، مما يؤدي إلى فصل الدائرة لحماية المعدات والدوائر.
- التحكم في درجة الحرارة: يمكن أيضًا استخدام مرحلات حرارية للتحكم في درجة الحرارة. عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة حدًا معينًا، يقوم تشغيل المرحل بإجراءات التحكم المقابلة مثل بدء تشغيل المراوح أو السخانات أو إيقاف تشغيلها للحفاظ على المعدات ضمن نطاق درجة حرارة آمن.
- الحماية الحرارية: في بعض الحالات، يمكن أيضًا استخدام مرحلات الحرارة لمنع المخاطر الأمنية الناجمة عن ارتفاع درجة حرارة المعدات، مثل حماية المحرك من ارتفاع درجة الحرارة.
التطبيقات:
- حماية المحرك: تستخدم لحماية المحركات من الحمل الزائد لمنع التلف الناتج عن الحمل الزائد.
- أنظمة تكييف الهواء: تستخدم لحماية الضاغط في أنظمة تكييف الهواء لمنع تلف الضاغط بسبب الحمل الزائد أو ارتفاع درجة الحرارة.
- معدات التدفئة: تستخدم للتحكم في درجة حرارة معدات التدفئة لضمان التشغيل الآمن ضمن نطاق درجة حرارة محددة.
- أنظمة الإضاءة: تستخدم لحماية المصابيح من الحمل الزائد لمنع تلف المصابيح بسبب الحمل الزائد.
المزايا:
- بسيطة وموثوقة: مبدأ عمل مرحلات الحرارة بسيط وموثوق به، ولا يتأثر بالظروف البيئية الخارجية.
- استجابة سريعة: نظرًا للتحكم من خلال الاستجابة الحرارية، فإن مرحلات الحرارة عادةً ما تتمتع بسرعة استجابة سريعة.
- التنوع: يمكن تطبيق المرحلات الحرارية على مختلف الدوائر والأجهزة، مع مجموعة واسعة من التطبيقات.
في الختام، تعمل مرحلات التحكم الحرارية على التحكم في الدوائر من خلال الاستجابة الحرارية، مما يوفر وظائف مثل الحماية من الحمل الزائد والتحكم في درجة الحرارة. وهي أجهزة حماية شائعة الاستخدام وفعالة لمختلف المعدات والأنظمة الكهربائية.
التصنيف حسب الهيكل:
التتابع الميكانيكي:
يقوم بتشغيل الاتصالات الميكانيكية من خلال القوة الكهرومغناطيسية لتحقيق تبديل الدائرة.
A مرحل ميكانيكي هو جهاز كهربائي يتحكم في الدائرة الكهربائية من خلال استخدام القوة الكهرومغناطيسية لتحريك جهات الاتصال الميكانيكية. ويستخدم المجال المغناطيسي الناتج عن مرور التيار عبر ملف التتابع لجذب أو تحرير المكونات الميكانيكية، وبالتالي التحكم في حالة الفتح والإغلاق لجهات الاتصال.
بناء:
يتكون المرحل الميكانيكي عادةً من مكونات مثل الملف، والنواة الحديدية، وجهات الاتصال، والينابيع.
- الملف: يولد مجالًا كهرومغناطيسيًا عند تنشيطه، مما ينتج عنه قوة كافية لتحريك قلب الحديد والاتصالات.
- النواة الحديدية: تتحرك تحت تأثير القوة الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى تغيير حالة التلامسات.
- نقاط الاتصال: متصلة بالنواة الحديدية، وهي تعمل على تشغيل أو قطع الدائرة عند حدوث حركة ميكانيكية.
مبدأ العمل:
- عندما يتدفق التيار عبر ملف التتابع، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا، مما يتسبب في جذب قلب الحديد.
- تؤدي حركة القلب الحديدي إلى تنشيط المكونات الميكانيكية، مما يؤدي إلى إغلاق أو فتح جهات الاتصال.
- يتحكم التغيير في حالة جهات الاتصال في تشغيل وإيقاف الدائرة، مما يؤدي إلى تحقيق الوظيفة المقابلة.
الأنواع:
- مرحل أحادي القطب أحادي الاتجاه (SPST): يحتوي على مجموعة واحدة فقط من جهات الاتصال، قادر على التحكم في تشغيل وإيقاف دائرة واحدة.
- مرحل أحادي القطب مزدوج الاتجاه (SPDT): يحتوي على مجموعة واحدة من جهات الاتصال ولكنه يمكنه التحكم في دائرتين مختلفتين، مما يتيح التبديل بين التشغيل والإيقاف.
- مرحل ثنائي القطب ومزدوج التوجيه (DPDT): يحتوي على مجموعتين من جهات الاتصال، قادر على التحكم في دائرتين مختلفتين للتحكم في التشغيل والإيقاف الأكثر تعقيدًا.
التطبيقات:
- أنظمة التحكم الآلي: تستخدم للتحكم المنطقي ونقل الإشارات في أنظمة التشغيل الآلي.
- أنظمة الطاقة: تستخدم للحماية والتحكم وتنظيم أنظمة الطاقة.
- المعدات الصناعية: تستخدم للتحكم الكهربائي وعمليات التبديل في مختلف المعدات الصناعية.
- الأجهزة المنزلية: تستخدم لوظائف التحكم في الأجهزة المنزلية مثل مكيفات الهواء والغسالات.
المزايا:
- موثوقية عالية: تتمتع المرحلات الميكانيكية بموثوقية عالية، وهي مناسبة لمختلف البيئات وظروف العمل.
- الفعالية من حيث التكلفة: عادةً ما تكون تكاليف المرحلات الميكانيكية أقل مقارنة بأنواع المرحلات الأخرى.
- التنوع: يمكن استخدام المرحلات الميكانيكية في دوائر مختلفة وسيناريوهات تطبيق مختلفة، مما يجعلها تتميز بتنوع قوي.
باختصار، تتحكم المرحلات الميكانيكية في الدائرة من خلال تشغيل وإيقاف الحركة من خلال دفع حركة المكونات الميكانيكية من خلال القوة الكهرومغناطيسية، وبالتالي التحكم في فتح وإغلاق جهات الاتصال. وتجد تطبيقات واسعة النطاق في أنظمة التشغيل الآلي وأنظمة الطاقة والمعدات الصناعية والأجهزة المنزلية.
تتابع الحالة الصلبة:
يستخدم أجهزة أشباه الموصلات (مثل الثايرستورات، MOSFETs، وما إلى ذلك) للتحكم، بدون أجزاء ميكانيكية متحركة، ويتميز بالاستجابة السريعة وعمر طويل.
مرحل الحالة الصلبة (SSR) هو جهاز كهربائي يستخدم مكونات أشباه الموصلات مثل الثايرستور أو الترانزستورات ذات التأثير الميداني للتحكم. يفتقر إلى الأجزاء المتحركة الميكانيكية ويحقق التحكم في الدائرة من خلال توصيل أو حجب أجهزة أشباه الموصلات.
مبدأ العمل:
المكون الأساسي لمرحل الحالة الصلبة هو عادةً جهاز أشباه الموصلات، وعادةً ما يكون عبارة عن الثايرستور أو الترانزستور ذي التأثير الميداني.
عندما يتم تطبيق إشارة تحكم على طرف التحكم في SSR، يتم تنشيط الجهاز أشباه الموصلات، مما يتسبب في حدوث تغيير في حالة تشغيل وإيقاف الدائرة.
عندما يتم تطبيق إشارة التنشيط على محطة التحكم، يقوم الجهاز شبه الموصل بالتوصيل، مما يؤدي إلى إغلاق الدائرة؛ وعندما تتوقف إشارة التنشيط، يقوم الجهاز شبه الموصل بالتوقف، مما يؤدي إلى فتح الدائرة.
المزايا:
- الاستجابة السريعة: تتميز مرحلات الحالة الصلبة، الخالية من الأجزاء الميكانيكية المتحركة، بأوقات استجابة سريعة للغاية، حيث تكمل الإجراءات عادةً في غضون ميكروثانية أو ميلي ثانية.
- عمر افتراضي طويل: بسبب غياب الحركة الميكانيكية، تتمتع مرحلات الحالة الصلبة عمومًا بعمر افتراضي أطول مقارنة بالمرحلات الميكانيكية، وهي قادرة على إجراء المزيد من عمليات التبديل.
- عدم الضوضاء: نظرًا لعدم وجود حركات ميكانيكية، تعمل مرحلات الحالة الصلبة دون توليد ضوضاء، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الحساسة للضوضاء.
- عدم وجود تآكل بسبب التلامس: لا تحتوي مرحلات الحالة الصلبة على أي اتصالات، وبالتالي تجنب الوصلات الضعيفة أو الأعطال المرتبطة بتآكل التلامس، مما يؤدي إلى استقرار وموثوقية أفضل.
التطبيقات:
- أنظمة الأتمتة: تستخدم في أتمتة المصانع، والتحكم في الآلات، وما إلى ذلك، لتحقيق التحكم السريع والدقيق في المعدات.
- أنظمة الطاقة: تستخدم في أنظمة الطاقة للحماية والتنظيم والتحكم، مثل دوائر التبديل أو التحكم في المحركات.
- المعدات الطبية: نظرًا لقلة ضوضاءها وعمرها الطويل، فإن مرحلات الحالة الصلبة مناسبة لتطبيقات المعدات الطبية التي تتطلب ضوضاء منخفضة واستقرارًا عاليًا.
- الأجهزة المنزلية: تستخدم في وظائف التحكم في الأجهزة المنزلية مثل الأفران وأفران الميكروويف وسخانات المياه وما إلى ذلك.
الأنواع:
- مرحل الحالة الصلبة أحادي القناة: يحتوي على قناة تحكم واحدة فقط، وهو مناسب للتحكم في دائرة واحدة.
- مرحل الحالة الصلبة متعدد القنوات: مزود بقنوات تحكم متعددة، قادر على التحكم في دوائر أو أجهزة متعددة في وقت واحد.
وفي الختام، تحقق مرحلات الحالة الصلبة التحكم السريع والموثوق به في الدوائر من خلال أجهزة أشباه الموصلات، مما يوفر مزايا مثل الاستجابة السريعة وعمر الخدمة الطويل وعدم الضوضاء. وتجد تطبيقات في مجالات مختلفة مثل أنظمة التشغيل الآلي وأنظمة الطاقة والأجهزة المنزلية.
الحد الأدنى
باختصار، يوفر تصنيف المرحلات الصناعية فهمًا شاملاً لأنواعها ووظائفها. تلعب مرحلات التحكم والحماية والوقت والحرارة والميكانيكا أدوارًا حاسمة في تحقيق التحكم الدقيق في الدائرة وحماية المعدات وتوفير وظيفة التأخير الزمني وضمان التشغيل الموثوق به في الأنظمة الكهربائية المختلفة.
قم بتحسين أنظمتك الكهربائية وتحسين كفاءة التشغيل الآلي باستخدام حلولنا للمرحلات الصناعية. سواء كنت بحاجة إلى التحكم أو الحماية أو الوقت أو الحرارة أو المرحلات الميكانيكية، فنحن نوفر لك ما تحتاجه. اتصل بنا الآن لمناقشة احتياجاتك المحددة وتحسين أنظمتك الكهربائية لتحقيق النجاح.
