ما هي وظيفة الصمامة؟
A فتيل هو أحد مكونات الحماية الكهربائية المثبتة في الدائرة لضمان التشغيل الآمن للدائرة. يستخدم على نطاق واسع في أنظمة توزيع الطاقة وأنظمة التحكم، وخاصة للحماية من ماس كهربائي أو حماية من الحمل الزائد. إنه جهاز كهربائي يستخدم موصلًا معدنيًا كصمامة لفصل الدائرة وتوصيلها على التوالي في الدائرة. عندما تفشل الدائرة أو تكون غير طبيعية، يستمر التيار في الزيادة، وقد يؤدي التيار المتزايد إلى إتلاف بعض المكونات المهمة أو القيمة في الدائرة، أو حرق الدائرة، أو حتى التسبب في نشوب حريق.
إذا كان الصمام هو تم وضعها بشكل صحيح في الدائرة، ثم عندما يمر تيار الحمل الزائد أو ماس كهربائي عبر المصهر، فإن المصهر سوف يذيب نفسه ويقطع التيار عندما يرتفع التيار بشكل غير طبيعي إلى ارتفاع معين وفي وقت معين، وبالتالي حماية نظام الطاقة والمعدات الكهربائية المختلفة والأجهزة المنزلية في حالة الحمل الزائد أو ماس كهربائي.
لها مبدأ تتمثل الطريقة الرئيسية في استخدام التأثير الحراري للتيار (Q=I²Rt)، حيث Q هي الحرارة المتولدة بالجول (J)، I هو التيار المار عبر المقاوم بالأمبير (A)، R هي قيمة مقاومة المقاوم بالأوم (Ω)، وt هو الوقت الذي يمر فيه التيار عبر المقاوم بالثواني (s). توضح هذه الصيغة أنه عندما يمر التيار I عبر المقاوم R، يمكن حساب الحرارة Q المتولدة في الوقت t عن طريق ضرب مربع التيار في قيمة المقاومة والوقت. يمكن أن تتسبب هذه الحرارة في ذوبان المصهر وفصل الدائرة، مما يؤدي إلى التحكم في التأثيرات الضارة للتيار الزائد إلى مستوى مقبول.
هيكل الصمامة
بشكل عام، تتكون الصمامات من أربعة أجزاء.
العنصر الأول هو عنصر المصهر، وهو جوهر المصهر.
عنصر الصمامة يعادل سلكًا خاصًا متصلًا على التوالي في الدائرة. عندما يحدث قصر في الدائرة أو زيادة في الحمل، يكون التيار كبيرًا جدًا، ويذوب الصمام بسبب ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي يتم قطع الدائرة. لذلك، بالنسبة لمادة الصمامة ذات الجهد العالي، فإن المتطلب هو أن يكون لها نقطة انصهار منخفضة وخصائص مستقرة وسهلة الذوبان وسهلة إطفاء القوس.
تشمل المواد المستخدمة في صناعة الصمامات عالية الجهد النحاس والفضة والزنك والرصاص وسبائك الرصاص والقصدير وما إلى ذلك. كما تختلف نقاط انصهار هذه المواد، لذا فإن التيارات المختلفة تتطلب مواد مختلفة، وتتوافق درجات انصهارها مع 1080 درجة مئوية و960 درجة مئوية و420 درجة مئوية و327 درجة مئوية و200 درجة مئوية على التوالي. التعليمات الخاصة باستخدام هذه المواد المختلفة هي كما يلي:
① نقطة انصهار المعادن مثل الزنك والرصاص وسبائك الرصاص والقصدير منخفضة نسبيًا، لكن المقاومة الكهربائية عالية نسبيًا. لذلك، فإن مساحة المقطع العرضي لعنصر الصمامة المراد استخدامه كبيرة نسبيًا، ويتم توليد المزيد من بخار المعدن عند ذوبانه، وهو ما لا يساعد على إطفاء القوس. يستخدم بشكل أساسي في الدوائر التي تقل عن 1 كيلو فولت.
② النحاس والفضة لهما نقاط انصهار عالية، ولكن مقاومتهما منخفضة، وموصلية كهربائية وحرارية جيدة. لذلك، فإن مساحة المقطع العرضي لعنصر الصمامة المراد استخدامه صغيرة، وبخار المعدن الناتج عن الذوبان صغير، مما يسهل إطفاء القوس ويمكن استخدامه في الدوائر ذات الجهد العالي والتيار العالي. ومع ذلك، إذا كان التيار المار كبيرًا جدًا وكانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا لفترة طويلة، فمن السهل أن يتسبب في تلف المكونات الأخرى في الصمامة.
لكي يذوب عنصر الصمامة بسرعة، يجب أن يتدفق تيار كبير من خلاله، وإلا فإنه سيطيل وقت الذوبان، وهو أمر غير جيد لحماية المعدات. من أجل القضاء على هذا النقص، غالبًا ما يتم لحام كرة صغيرة من القصدير أو الرصاص على النحاس أو الفضة المصهورة لتقليل درجة حرارة ذوبان المصهورة وتحسين الأداء الوقائي للمصهورة.
بالنسبة للصمامات من نفس النوع والمواصفات، يجب أن تكون المادة هي نفسها، والأبعاد الهندسية هي نفسها، وقيمة المقاومة يجب أن تكون صغيرة قدر الإمكان ومتسقة، والأهم من ذلك، أن تكون خصائص الصمامات متسقة.
الجزء الثاني هو جزء الاتصال، والذي عادة ما يكون له اثنان.
إنه مكون مهم يربط بين المصهور والدائرة، ويجب أن يتمتع بموصلية جيدة ولا ينبغي أن ينتج مقاومة اتصال واضحة أثناء التركيب.
الثالث هو غلاف الصمامات.
إن عنصر الصمامة رقيق وناعم بشكل عام. وتتمثل وظيفة الغلاف في تثبيت عنصر الصمامة وجعل الأجزاء الثلاثة وحدة صلبة لسهولة التركيب والاستخدام. ويجب أن يتمتع بقوة ميكانيكية جيدة وعزل ومقاومة للحرارة ومقاومة للهب، ويجب ألا ينكسر أو يتشوه أو يحترق أو يحدث له ماس كهربائي أثناء الاستخدام. وبهذه الطريقة فقط يمكنه مقاومة درجة حرارة القوس وتأثير القوة الميكانيكية والحفاظ على سلامة الصمامة بشكل عام.
يتكون جسم الأنبوب بشكل عام من أنبوب سيراميكي أو ميلامين. تستخدم أنواع الصمامات المختلفة مواد مختلفة.
على سبيل المثال، الصمامات القياسية البريطانية تُستخدم بشكل أساسي في المعدات المنتجة في دول الكومنولث. الغلاف مصنوع من مادة سيراميكية. يتميز المنتج بالحجم الصغير والأداء العالي التكلفة ويفضله بشكل خاص مصنعو أجهزة UPS التي تقل عن 240 فولت.
الصمامات الأمريكية الشمالية تعد هذه الصمامات الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، وتغطي معظم المنتجات الإلكترونية القوية. يتكون غلاف الصمامات القياسي لأمريكا الشمالية من قماش شبكي من الميلامين وعملية التصفيح الخزفي، مع مقاومة قوية للصدمات وقيمة تكامل جول صغيرة وفقدان طاقة منخفض وأداء تيار مستمر ممتاز. تُستخدم على نطاق واسع في محطات الطاقة الفرعية والمركبات الكهربائية وغيرها من المناسبات.
تشير الصمامات ذات الجسم المربع القياسي الأوروبي مصنوع من مادة سيراميكية. يتميز هذا المنتج بانخفاض درجة حرارة التشغيل وانخفاض فقدان الطاقة وقيمة تكامل جول صغيرة. وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب بنية مدمجة وأداءً فائقًا وقوة عالية، وخاصة في المركبات الكهربائية وشحن المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة وغيرها من المجالات.
الرابع هو قاعدة المصهر (الدعم)، والذي عادة ما يستخدم لتثبيت أو حماية المصهر.
لا تحتوي الصمامات المستخدمة في دوائر الطاقة والمعدات عالية الطاقة على الأجزاء الأربعة للصمامة العامة فحسب، بل تحتوي أيضًا على جهاز إطفاء القوس. نظرًا لأن الدوائر المحمية بهذا النوع من الصمامات لا تحتوي فقط على تيار عمل كبير، بل تحتوي أيضًا على جهد عالٍ عبر الطرفين عندما ينفجر الصمام، فغالبًا ما يحدث أن يذوب الصمام (ينفجر) أو حتى يتبخر، لكن التيار لا ينقطع.
السبب هو أنه في لحظة النفخ، يحدث قوس كهربائي بين قطبي الصمامة تحت تأثير الجهد والتيار. يجب أن يكون جهاز إطفاء القوس الكهربائي هذا معزولًا بقوة وموصلًا حراريًا جيدًا، وأن يكون مشحونًا سلبًا. رمل الكوارتز هو مادة إطفاء قوس كهربائية شائعة الاستخدام.
يمكنه امتصاص الموصل وتخفيف درجة حرارة القوس والتأثير الميكانيكي، وتقسيم القوس وتبريده، وتوليد كمية كبيرة من ضغط الغاز، مما له تأثير إزالة الأيونات على القوس ويطفئ القوس بسرعة، وبالتالي قطع الدائرة أو عزل المعدات المعيبة عن شبكة الطاقة، مما يضمن التشغيل الآمن للمناطق الأخرى أو المعدات الأخرى على شبكة الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك، تحتوي بعض الصمامات على جهاز مؤشر النفخ، وهو عبارة عن خط موصل متوازي. عندما ينفجر عنصر الصمام الرئيسي، فإنه ينفجر معًا. تعمل درجة الحرارة المرتفعة على تحفيز البارود أو القوة المرنة المخزنة، مما يعطي إزاحة مرئية أو يشير إلى عمل المفتاح. وظيفتها هي أنه عندما يتم تشغيل الصمام (النفخ)، يتغير مظهره إلى حد معين، وهو أمر يسهل على أفراد الصيانة العثور عليه، مثل: التوهج، وتغير اللون، وظهور مؤشر صلب، وما إلى ذلك.
عملية إنتاج الصمامات
اختيار المواد الخام
تتطلب صناعة الصمامات استخدام مواد ذات موصلية كهربائية جيدة ومقاومة للهب، مثل المواد المعدنية مثل النحاس والفضة والألمنيوم والتنغستن والمواد غير المعدنية مثل السيراميك والألياف الزجاجية. عند اختيار إحدى هذه المواد، من الضروري الاختيار وفقًا لخصائص ومتطلبات الدائرة الفعلية، والتأكد من إمكانية تلبية التيار المقدر وقدرة القطع للصمام.
مكونات التصنيع
تتضمن مكونات الصمامات بشكل أساسي عنصر الصمامة، جهات الاتصال، غلاف الأنبوب، حامل الصمامة وأجزاء أخرى. تحتاج هذه المكونات إلى المرور عبر تصنيع القالب، وقولبة الحقن، والتبريد، وفك القالب وغيرها من العمليات لضمان دقة مظهرها وحجمها. من بينها، يعتمد تصنيع الصمامات عادةً على الختم والقولبة واللكم وغيرها من العمليات لإعداد عنصر الصمامة. من الضروري التحكم بدقة في لزوجة المادة وقطرها وطولها وغيرها من المعلمات لضمان التيار المقدر وقدرة قطع الدائرة للصمام.
جمعية
يعتبر التجميع جزءًا مهمًا للغاية من إنتاج الصمامات. من الضروري تجميع كل مكون وفقًا لمتطلبات التصميم وضمان التشغيل الطبيعي للمكونات. كما يلزم إجراء فحص الجودة أثناء عملية التجميع. يجب أن تلبي جميع المعلمات متطلبات الجودة قبل الانتقال إلى الخطوة التالية.
الاختبار
إنه رابط مهم في عملية تصنيع الصمامات، بما في ذلك بشكل أساسي اختبار الأداء الكهربائي واختبار الأداء الميكانيكي. في اختبار الأداء الكهربائي، من الضروري الكشف عما إذا كانت التيار المقدر للصمام وسعة قطع الدائرة والمعلمات الأخرى تلبي المعايير، وما إذا كان هناك تسرب ومشاكل أخرى. في اختبار الأداء الميكانيكي، من الضروري الكشف عما إذا كانت القوة الميكانيكية للصمام تلبي متطلبات الاستخدام.
التعبئة والتغليف والشحن
أخيرًا، بعد اكتمال إنتاج الصمامة، يجب تعبئتها وشحنها لضمان سلامتها أثناء النقل والاستخدام. ويجب الانتباه بشكل خاص إلى عدم استخدام مواد خشنة قد تتسبب في إتلاف الصمامة.
اتجاه تطوير تكنولوجيا الصمامات
مع تطور التقنيات الناشئة مثل الطاقة الجديدة والطاقة المتجددة، يتم طرح متطلبات جديدة باستمرار للصمامات. يحتاج مصنعو الصمامات إلى تحسين مستوى المواد وعمليات التصنيع بشكل مستمر لتلبية سلامة الدائرة وحماية المعدات بشكل أفضل، وهو ما ينعكس بشكل أساسي في الجوانب التالية.
1. متطلبات الأداء الأعلى
مع تنوع المنتجات الإلكترونية وتحديثها، طرح الناس أيضًا العديد من متطلبات الحماية الجديدة للدوائر. ونتيجة لذلك، ستظهر العديد من الأنواع الجديدة من الصمامات ذات وظائف الحماية الجديدة واحدة تلو الأخرى، مثل سرعة عمل الصمامات، ومقاومة النبض القوية، والتيار المقنن الصغير أو التيار المقنن الأكبر، والحجم الأصغر، وما إلى ذلك.
2. التطور نحو الذكاء والتصغير
أنواع الحماية الجديدة: الحماية الكهروستاتيكية، الحماية من الصواعق، الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي، إلخ. قد يتجه تطوير الصمامات نحو التصغير، والتركيب السطحي، والتكامل متعدد الوظائف أو متعدد الدوائر، لتصبح منتجًا جديدًا يتمتع بخصائص حماية من التيار الزائد وخصائص حماية الدوائر الأخرى، وحتى مع وظائف قابلة لإعادة الاستخدام.
3. التطور نحو اتجاه أكثر صداقة للبيئة
تحتوي الصمامات الكهربائية اليوم عادة على الرصاص والكادميوم والمعادن الثقيلة الأخرى، والتي تلوث البيئة وتتسبب في ضرر لجسم الإنسان. ومع تقدم التكنولوجيا، وخاصة تطوير المواد الجديدة، ستصبح الصمامات الكهربائية صديقة للبيئة بشكل متزايد، وتتخلص تدريجيًا من هذه المعادن الثقيلة التي تلوث البيئة.
4. سيتم تحسين أداء السلامة بشكل أكبر.
عند انقطاع التيار، قد تنفجر الصمامات الحالية، وتتناثر الأقواس الكهربائية، وما إلى ذلك بسبب التيار الرنيني التوافقي الزائد، مما يتسبب في ضرر للبيئة. نعتقد أنه مع تطور التكنولوجيا، سيتم حل هذه المشاكل.
5. الاتجاهات الرقمية
رقمنة عملية التصميم في التصنيع: أي محاكاة عملية التصنيع واستخدام وظيفة الحوسبة القوية لأجهزة الكمبيوتر لاختبار تجربة الأجزاء، وذلك لترشيد التصميم وتحسين الأجزاء والعمليات بشكل دقيق، مما يوفر وقت التصميم والاختبار.
تحقيق عملية الإنتاج الرقمية: استخدام أجهزة الكمبيوتر لتحقيق الأتمتة الكاملة لعملية الإنتاج، والجمع بين نظام الإنتاج بأكمله ونظام النقل اللوجستي لإكمال عملية إنتاج التصنيع بأكملها.
6. الصقل
مع التحسين المستمر لأساليب التصنيع، تتحسن الدقة باستمرار. على سبيل المثال، في القرن العشرين، تم تقليل ما يسمى بخطأ التصنيع فائق الدقة إلى 20 ميكرومتر، ثم إلى 10 ميكرومتر، ثم إلى 1 ميكرومتر. في نهاية القرن، وصل إلى 0.1 ميكرومتر، والآن وصل إلى 0.01 نانومتر. مع التحسين المستمر لتكنولوجيا النانو في المستقبل، ستدخل عملية التصنيع أيضًا عصر النانو بالكامل.
7. اتجاه تطوير التكامل والأتمتة
إن تطوير التكامل هو نتاج الأتمتة العالية، أي أن عملية التصنيع بأكملها تتحول من التصنيع اللامركزي الأصلي إلى التصنيع المتكامل والمستمر. وسيكون التكامل المستقبلي هو التصنيع المتكامل للمنتج النهائي بالكامل، مما يتيح إكمال عملية التصميم والإنتاج والتجميع وفحص المنتج النهائي والتسليم بالكامل في نظام آلي.
