ما هو الصمام شبه الموصل؟

هل تساءلت يوما كيف الصمامات شبه الموصلة كيف تحمي الأجهزة الكهربائية الحساسة؟ دعونا نستكشف الدور الرئيسي الذي تلعبه.
الصمامة شبه الموصلة هي جهاز حماية يستخدم لحماية الإلكترونيات الحساسة مثل وحدات الطاقة أشباه الموصلات عن طريق مقاطعة تدفق التيار الزائد.
استمر في القراءة لفهم المميزات الفريدة مبدأ العمل ومزايا الصمامات شبه الموصلة مقارنة بالصمامات التقليدية.

ما هو الصمام شبه الموصل؟

يلعب الصمام شبه الموصل دورًا مهمًا في حماية الأجهزة الإلكترونية ومنع التلف الناتج عن ظروف التيار الزائد.
تم تصميم الصمامات شبه الموصلة خصيصًا لحماية الدوائر الإلكترونية الحساسة من الدوائر القصيرة أو التحميل الزائد.

الغوص بشكل أعمق

عندما يتعلق الأمر بفهم الصمامات شبه الموصلة، يجب علينا أولاً التعرف على تصميمها والغرض منها. على عكس الصمامات التقليدية، يتم تصنيع الصمامات شبه الموصلة للاستجابة بشكل أسرع وأكثر كفاءة لمواقف التحميل الزائد، وخاصة في تطبيقات التيار العالي. تُستخدم في المقام الأول في أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية، مثل الترانزستورات والثنائيات والمكونات الإلكترونية الأخرى المعرضة للتيارات العالية. الميزة الأساسية للصمامات شبه الموصلة هي أنها يمكن أن تقطع الدائرة بشكل أسرع بكثير من الصمامات القياسية، مما يضمن تقليل الضرر الذي يلحق بالمكونات الحساسة.

فتيل في مهب

لفهم هذا الأمر بشكل أفضل، دعنا نلقي نظرة على البنية. عادةً ما يشتمل الصمام شبه الموصل على عنصر قابل للانصهار يتفاعل عندما يتجاوز التيار قيمة محددة، مما يتسبب في ذوبانه وبالتالي كسر الدائرة. ما يميز الصمامات شبه الموصلة هو تصميمها، والذي يضمن قدرتها على التعامل مع الدوائر القصيرة أو التيارات الزائدة بشكل أكثر فعالية، خاصة في البيئات حيث قد تستغرق الصمامات التقليدية وقتًا طويلاً للتفاعل.

وظيفة "الرمل" في المصهر

ملاحظة: عندما ينفجر المصهر، يعمل الرمل كطفاية قوس كهربائي. يمتص طاقة القوس اللحظي، وذوبان المعدن، وطاقات أخرى، ويغلفه ليشكل حممًا بركانية. اعزل الخط عن الحمل. تجنب خطر انهيار القوس الكهربائي وانفجاره.

قراءة الموصى بها:

مبدأ عمل الصمامات الكهربائية شبه الموصلة للتيار المستمر

خصائص المواد وعملية تصنيع الصمامات ذات الجهد العالي

في هذا الحد الحالي طريقةفي الواقع، يُقلل المصهر من شدة تيار العطل ومدته، مما يحمي المعدات السابقة من التلف. ويُعزى جزء أساسي من الانقطاع إلى مادة حشو المصهر (عادةً رمل الكوارتز الناعم) المحيطة بالعنصر. فعندما يذوب العنصر ويتشكل قوس كهربائي، يمتص الرمل طاقة القوس ويُخمدها على الفور تقريبًا مُشكلًا طبقة "حمم بركانية" عالية المقاومة.

عملية حماية التيار الزائد

تختلف سلوكيات الصمامات في أنظمة التيار المتردد عن أنظمة التيار المستمر بسبب شكل الموجة. في دائرة التيار المتردد، يتجاوز التيار الصفر تلقائيًا كل نصف دورة، مما يساعد على إخماد القوس الكهربائي في كل دورة. على النقيض من ذلك، لا يوجد في دائرة التيار المستمر أي تجاوزات للصفر، لذا بمجرد تشكل قوس تيار مستمر، يمكن أن يستمر ما لم يقاطعه جهد الصمام ومقاومته الداخلية.

لهذا السبب، الصمامات المقدرة للتيار المستمر غالبًا ما يكون هناك فجوات عنصرية أكبر وحشوات مصممة خصيصًا للمساعدة في إخماد القوس الكهربائي. في كلتا الحالتين، بمجرد ذوبان عنصر المصهر، تُفتح الدائرة بسرعة كبيرة، مما يحمي باقي النظام. باختصار، يعمل المصهر بتأثير التسخين البسيط للتيار: يذوب سلك رفيع عند ارتفاع درجة حرارته، مما يفتح الدائرة ويوقف تدفق التيار بأمان.

المصطلحات والتقييمات الفنية الرئيسية

هناك العديد من المصطلحات المتخصصة التي تصف كيفية تحديد الصمامات ومقارنتها. قبل ذلك، علينا توضيح أن الصمامات عالية القدرة على التمزق (HRC) هي أنواع خاصة من الصمامات مصممة لحماية الدوائر الكهربائية من التيارات العالية، وخاصة أثناء الأحداث مثل الدوائر القصيرة أو ارتفاعات الطاقة.

الأهم هو التصنيف الحالي (انا)، وهو أقصى تيار مستمر يمكن أن يحمله المصهر إلى أجل غير مسمى دون أن يتلف. كما يُميز المصهر بعلامة الفولطية أقصى جهد للنظام يُمكن عنده قطع التيار بأمان. اختر دائمًا منصهرًا كهربائيًا لا يقل تصنيف جهده عن جهد الدائرة الكهربائية، ليتحمل جهد النظام أثناء القطع.

(أراضي البوديساتفا) مقاطعة التصنيف or كسر القدرة يُعدّ المصهر مواصفةً حاسمةً أخرى. ويُعرّف بأنه أقصى تيار عطل (عند الجهد المُصنّف) يُمكن للصمام تجاوزه بأمان. عمليًا، تحتوي العديد من الصمامات الصناعية على تصنيفات قاطعة. من عشرات الكيلو أمبير (20-100 كيلو أمبير) إلى 250 كيلو أمبير أو أكثريجب أن يتمتع المصهر المختار بشكل صحيح بقدرة قطع تساوي أو تفوق الحد الأقصى لتيار الدائرة القصيرة الذي يمكن أن يحدث في دائرته.

طريقة مفيدة لمقارنة وتنسيق الصمامات هي عبر بهم منحنيات خصائص الوقت والتيار. يرسم منحنى التيار الزمني المصهر وقت الذوبان (أو وقت التطهير) ضد مستويات مختلفة من التيار الزائد. على سبيل المثال، يُظهر أنه عند ٢٠٠٪ من التيار المُصنّف، قد يستغرق المصهر عددًا معينًا من الثواني لينفجر، بينما عند ١٠٠٠٪ منه، ينفجر في غضون ميلي ثانية.
منحنى دقيق لخصائص التيار الزمني، وانتقائية بين المراحل مع وظيفة الحماية:

• الصمامات: في ظروف عمل معينة، تتطابق قيم التيار الزائد المختلفة وأوقات العمل المختلفة بدقة. تتصل الصمامات بين المراحل على التوالي من خلال معلمات مطابقة لحماية العمل. يمكن اختيار الترتيب بدقة.
• قاطع الدائرة: يتميز زمن العمل بخصائص انتقالية وقطعية في منطقة معينة، ودقته منخفضة، وزمن قطع الدائرة القصيرة له زمن عمل خطي قطع. لا يمكن تحقيق اختيار تعاون الحماية بين المراحل بشكل موثوق. انتقائي.

منحنى التيار الزمني لتيار ماس كهربائي متحلل بحرية

تُقدّم هذه المنحنيات عادةً في صحائف البيانات، وتُشير إلى القدرة على حمل 100% من التيار المُصنّف باستمرار، وزمن النفخ المضمون عند نقاط الحمل الزائد (غالبًا ما يكون بين 135% و300% من التيار المُصنّف). يستخدم المهندسون هذه المنحنيات لتنسيق الصمامات (الانتقائية)، وذلك من خلال ضمان انفجار الصمامة في اتجاه مجرى التيار أسرع من الصمامة في اتجاه مجرى التيار عند تيار عطل مُحدّد. كما تُتيح منحنيات الزمن-التيار للمصممين التحقق من أن الارتفاعات القصيرة في التيار (مثل بدء تشغيل المحرك) لا تُؤدي إلى انفجار الصمامة قبل أوانها.

معلمة رئيسية أخرى هي أنا (لل تكامل الانصهار or طاقة حرارية)I²t هو تكامل مربع التيار المار خلال عملية ذوبان المصهر. بمعنى آخر، يقيس مقدار الطاقة التي يمتصها عنصر المصهر حتى لحظة فتحه. كلما ارتفع I²t، زادت الطاقة التي يسمح المصهر بمرورها قبل الانقطاع. عادةً ما يكون للصمامات قيمتان لـ I²t: قوس مسبق I²t (الطاقة حتى بداية القوس الكهربائي) و إجمالي المساحة المقاصة I²t (الطاقة حتى ينطفئ القوس).

لتنسيق الحماية، غالبًا ما يقارن المصممون مقاومة الصمامة الكهربائية (I²t) بمقاومة المكونات الحساسة (مثل أجهزة أشباه الموصلات أو الكابلات). يجب أن يكون الصمام المختار لحماية الجهاز: لديك تطهير I²t أقل من الجهاز تحمل أنا²ت، التأكد من انفجار المصهر قبل أن يتم توصيل الجهاز مكسورفي دوائر التيار المستمر، قد يختلف I²t لمصهر معين عن اختبارات التيار المتردد (عادةً ما يكون أعلى أو أقل اعتمادًا على خصائص الدائرة).

ملاحظة: كلما ارتفع مستوى الخطأ (كلما زادت كثافة طاقة الدائرة القصيرة، عند التصميم، ضع في اعتبارك اتجاه قيمة ذروة القطع الأصغر والوقت الأسرع. 1. وقت استكشاف الأخطاء وإصلاحها أقصر. 2. تقليل التيار المار إلى مستوى أصغر.

أداء متميز آخر: خصائص تحديد التيار، موجة تيار الدائرة القصيرة المتوقعة دون توصيل المصهر

• يُسمى تيار العطل الناتج عن المعلمات الكهربائية لدائرة العطل دون توصيل المصهر "تيار العطل المتوقع". يُشار إلى التيار المتردد بقيمة فعّالة.
• تستخدم قواطع الدائرة الكهربائية للتيار المتردد بشكل عام إطفاء القوس عند نقطة الصفر، كما يتمتع المفتاح بالقدرة على كسر التيارات ذات السعة الأعلى.
• في حالة حدوث أعطال تيار مستمر مرتفع، يكون من الصعب كسر قواطع الدائرة، والمقاولات، والمرحلات، والمفاتيح الأخرى، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن هيكل المفتاح يواجه صعوبة في إطفاء القوس.
• عمر الأجهزة الكهربائية ذات المفاتيح الكهربائية التي تكسر التيارات الزائدة ذات القيمة العالية محدود أيضًا. باستثناء قواطع الدائرة ذات الدائرة الكهربائية ذات الإطار (ACB) (لها أعمار متعددة)، يُعتبر كسر التيار الحدي جهازًا لمرة واحدة.

دائرة وصول المصهر: التيار الفعلي للدائرة التي يمر من خلالها عطل التيار العالي بسبب ماس كهربائي أقل بشكل كبير من التيار المتوقع (الخط المتقطع)، وهو ما يسمى بالخاصية المحددة للتيار.

• تكون سعة تيار الدائرة القصيرة محدودة، ويتم تقليص مدته بشكل كبير.
• ثم يتم تقليل طاقة الخطأ المسموح بها (قيمة التكامل I²t-جول) بشكل كبير مقارنة بانقطاع المفتاح، والتي يمكن أن تكون صغيرة مثل واحد في المائة أو حتى أقل من واحد على عشرة آلاف.

وتشمل المصطلحات الشائعة الأخرى ما يلي:

• تيار القطع (Iₚ) - ذروة التيار اللحظي الذي يمر عبر المصهر أثناء حدوث عطل ( ذروة التيار المارفي وضع تحديد التيار، يقطع المصهر تيار العطل الذي يكون أقل بكثير من تيار العطل المُثبّت بمسامير. كلما انخفض تيار Iₚ، كان التحديد أفضل. غالبًا ما يوفر المصنعون مخططات أو جداول لذروة التيار المارة، ليتمكن المصممون من رؤية أقصى قيمة جذر متوسط مربع (RMS) وتيارات الذروة التي ستتدفق لكل عطل محتمل.
• وقت ما قبل القوس - الفترة من بداية تيار الخطأ حتى ذوبان عنصر المصهر بالكامل (ولكن قبل انطفاء القوس).
• وقت التطهير - الوقت الإجمالي من بداية العطل حتى انقطاع التيار الكهربائي بالكامل. يشمل وقت الإزالة فترة قصيرة من القوس الكهربائي بعد الذوبان.

محتوى ذات صلة:

دليل معلمات قلب الصمامات شبه الموصلة

هذه المقاييس (منحنيات الزمن-التيار، Iₚ، I²t، إلخ) جميعها مترابطة. على سبيل المثال، قد يكون لصمامين كهربائيين نفس Iₚ لكن أوقات تنظيف مختلفة، مما ينتج عنه قيم I²t مختلفة. بشكل عام، يكون للصمام الكهربائي الأسرع (وقت تنظيف أقصر) I²t أقل ويوفر حماية أفضل للمكونات اللاحقة. لذلك، يستخدم المصممون بيانات I²t وبيانات السماح بالمرور لضمان اختيار وتنسيق الصمامات بشكل صحيح.

الخصائص الرئيسية للصمامات شبه الموصلة

مبدأ عمل الصمامات شبه الموصلة

كيف تعمل الصمامات شبه الموصلة لحماية المكونات الإلكترونية؟ دعونا نوضح ذلك ببساطة.
تعمل الصمامات شبه الموصلة عن طريق اكتشاف تدفق التيار الزائد ومقاطعة الدائرة بسرعة لمنع حدوث أي ضرر.

يعتمد مبدأ عمل الصمامات شبه الموصلة على قدرتها على الاستجابة الفورية لتقلبات التيار التي تتجاوز المستويات الآمنة. وعلى عكس الصمامات التقليدية، التي قد تكون أوقات استجابتها أبطأ، فإن الصمامات شبه الموصلة مصممة لفصل الدائرة في غضون مللي ثانية.
عادةً ما يكون العنصر القابل للانصهار داخل فتيل أشباه الموصلات عبارة عن سلك أو شريط مصنوع من مواد ذات موصلية عالية.

عندما يتدفق تيار زائد عبر الصمامة، فإنه يولد حرارة، مما يتسبب في ذوبان العنصر القابل للانصهار. تضمن هذه الاستجابة الفورية حماية المكونات الحساسة، مثل الترانزستورات أو الدوائر المتكاملة، قبل أن تتلف بسبب التيار العالي.

بالإضافة إلى عملها السريع، فإن الصمامات شبه الموصلة مصممة أيضًا بتصنيفات قاطعة محددة. تحدد هذه التصنيفات قدرة الصمامة على التعامل مع كميات معينة من التيار دون التسبب في ضرر دائم. وكلما زادت سرعة الصمامة في مقاطعة التيار، زادت فعاليتها في حماية المعدات.

أهمية السرعة في مبدأ العمل

الفرق بين الصمامات شبه الموصلة والصمامات التقليدية

إذن، كيف تقارن الصمامات شبه الموصلة بنظيراتها التقليدية؟ دعونا نلقي نظرة على الاختلافات الرئيسية.
توفر الصمامات شبه الموصلة أوقات استجابة أسرع وحماية أفضل للأجهزة الإلكترونية الحساسة مقارنة بالصمامات التقليدية.

عند مقارنة الصمامات شبه الموصلة بالصمامات التقليدية، هناك عدة عوامل تلعب دورًا مهمًا، في المقام الأول السرعة وكفاءة الحماية وملاءمة التطبيق. فالصمامات التقليدية، على الرغم من فعاليتها في العديد من التطبيقات العامة، تكون أبطأ نسبيًا في الاستجابة لمواقف التيار الزائد. ويمكن أن يؤدي هذا التأخير إلى تلف الإلكترونيات الحساسة، وخاصة في الدوائر عالية الطاقة حيث تكون السرعة أمرًا بالغ الأهمية.

ومع ذلك، يتم تصميم الصمامات شبه الموصلة مع مراعاة الاحتياجات المحددة للإلكترونيات الحديثة. فهي مصممة للتفاعل بشكل فوري مع ارتفاع التيار الكهربائي، مما يضمن فصل المكونات المتأثرة عن مصدر الطاقة قبل حدوث أي ضرر دائم. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي تنطوي على أشباه الموصلات والمكونات الحساسة الأخرى التي قد تفشل بسبب التعرض للتيار الزائد.

أحد الفروق المهمة بين هذين النوعين من الصمامات يكمن في تركيبها. فالصمامات التقليدية تصنع عمومًا من معادن تذوب عند درجات حرارة عالية، في حين تستخدم الصمامات شبه الموصلة غالبًا مواد أكثر مقاومة للتيارات العالية وتتفاعل بشكل أسرع مع مواقف التيار الزائد.

مقارنة جنبًا إلى جنب

تصنيف الصمامات شبه الموصلة

حسب الوظيفة

يتم تصنيف الصمامات حسب نوع الحماية يقدمونها. يستخدم المعيار الدولي IEC 60269 (ومتغيراته الوطنية) رمزًا مكونًا من حرفين فئة الاستخدام الرمز. الحرف الأول هو "g" أو "a":

• g (صمام كامل المدى) - فتيل متعدد الأغراض يحمي من الأحمال الزائدة والدوائر القصيرة. على سبيل المثال، gG يُستخدم المصهر للاستخدام العام، أي أنه يُزيل أي تيار من حوالي ١٫٣×Iₙ حتى أقصى قدرة قاطعة له. معظم مصاهر حماية الخطوط والموصلات من نوع gG.
• أ (صمام احتياطي) - فتيل ماس كهربائي فقط (يُسمى أيضًا نطاق جزئي). فتيل "أ" لا ليست يعمل عند أحمال زائدة معتدلة؛ يعمل فقط عند تيارات عطل عالية. تُستخدم هذه عادةً على التوالي مع أجهزة حماية أخرى. على سبيل المثال، aR (أو aR) صُممت الصمامات خصيصًا لحماية أشباه الموصلات الحساسة في حالة حدوث قصر كهربائي شديد (حيث تسمح بمرور طفرات كهربائية صغيرة). وبالمثل، aM الصمامات هي حماية احتياطية للمحركات (تعمل فقط في حالة الأعطال العالية، وليس في البدايات العادية).

يرجى الملاحظة: ١. "النطاق الكامل" قادر على فصل أي تيار حمل زائد كافٍ لانصهار المصهر (عادةً من ١.٣ ضعف القيمة المقدرة إلى أقصى قدرة فصل). تتوفر مصهرات النطاق الكامل لأجهزة الحماية الفردية (الموصلات والخطوط بشكل رئيسي). ٢. "النطاق الجزئي" أو "الاحتياطي" مصمم لفصل تيارات قصر الدائرة فقط. قدرة الفصل أعلى من قدرة المكونات وأجهزة الحماية الأخرى اللاحقة.

يشير الحرف الثاني إلى التطبيق أو النطاق. تشمل الأحرف الشائعة G (عام)، وM (دوائر المحركات)، وR (أجهزة أشباه الموصلات)، وN (مهام عامة محددة، مثل الولايات المتحدة/كندا). على سبيل المثال، gG (نطاق عام كامل) مخصص لحماية الموصل العام (استبدال المصطلحات القديمة مثل gL/gI)، gM هو فتيل سريع لبدء تشغيل المحرك، gR هو فتيل أشباه الموصلات كامل النطاق، و aR هو فتيل أشباه الموصلات الاحتياطيفي أمريكا الشمالية، تستخدم UL مصطلحات مختلفة (الفئة J، T، صمامات CC، وما إلى ذلك)، ولكن المصممين غالبًا ما يترجمون فئات UL لتقريب فئات IEC عند تنسيق الأنظمة.

عمليًا، يُقطع الصمام الكهربائي العام (من النوع G) الموجود في الدائرة الكهربائية كلاً من الأحمال الزائدة والدوائر القصيرة. أما الصمام الكهربائي الاحتياطي (من النوع A) فيُقطع كلاً من الأحمال الزائدة والدوائر القصيرة. ليست يستجيب للحمولات الزائدة المعتدلة؛ فهو يعمل كإجراء أمان فقط في حالة تعطل جهاز ذي مستوى أدنى. على سبيل المثال، aR يتم اختيار المصهر للتعامل فقط مع الدوائر القصيرة الكارثية على الحافلة، في حين يتم التعامل مع الأحمال الزائدة الروتينية للمحرك بواسطة مرحلات أو قواطع.

حسب الأسلوب الجسدي

الصمامات تأتي أيضا في العديد من الأشكال المادية أو أساليب التركيب. تشمل الفئات الشائعة ما يلي:

• الصمامات الخرطوشية (الأسطوانية): تتميز هذه الصمامات بجسم أسطواني (غالبًا من السيراميك أو الزجاج) مع أغطية طرفية معدنية. يحتوي الجزء الداخلي على وصلة قابلة للانصهار وحشو رمل. تتراوح صمامات الخرطوشة من الصمامات الأنبوبية الزجاجية الصغيرة (مثل تلك المستخدمة في الإلكترونيات) إلى الصمامات الصناعية الكبيرة ذات سكة DIN أو NH. الصمامات عالية القدرة على التمزق (HRC) - وهو مصطلح يُستخدم غالبًا مرادفًا لـ "gG" - عادةً ما تكون على شكل خرطوشة بأجسام سيراميكية متينة.
• الصمامات المثبتة بالمسامير (العلامة المثبتة بالمسامير): تحتوي هذه الصمامات على ألسنة معدنية مسطحة أو عروات في نهاياتها تُثبّت بمسامير في حوامل المصاهر. تُستخدم الصمامات ذات البراغي (وتُسمى أحيانًا الصمامات ذات العلامات المُثبّتة بمسامير) في دوائر التيار العالي وفي معدات التوزيع. قد يكون وصلة المصهر نفسها أسطوانية داخل الحامل؛ ويُسهّل التصميم المُثبّت بالمسامير التركيب في لوحات التيار العالي. مثال: صمامات الحافلات الكبيرة أو صمامات البطاريات.
• الصمامات الشفرة (المقابس): تُستخدم صمامات الشفرة على نطاق واسع في تطبيقات السيارات والجهد المنخفض، وتحتوي على طرف أو طرفين مسطحين للشفرة يُوصلان بمقبس كهربائي. وهي غالبًا ما تكون صمامات صغيرة ذات هيكل بلاستيكي (مثل mini وATO وMAXI، إلخ) بجهد يصل إلى بضع عشرات من الأمبيرات عند جهد يتراوح بين 12 و32 فولت. تُسهّل صمامات الشفرة استبدال الصمامات المحترقة دون الحاجة إلى أدوات.
• صمامات السكين والصمامات الشريطية: تستخدم التصاميم القديمة أو المتخصصة سكينًا أو رافعةً تضغط على وصلة المصهر. على سبيل المثال، قد تحتوي وحدات لوحة المفاتيح على شفرة مصهر مدمجة.
• الصمامات المكعبة (الكتلة المستطيلة)تتميز هذه الصمامات بتصميمها المدمج الشبيه بالصندوق، وتُستخدم عادةً في التطبيقات عالية الطاقة، مثل المركبات الكهربائية ومجموعات البطاريات وأنظمة الطاقة المتجددة. وتتميز عادةً بقدرة عالية على قطع التيار، وهي مصممة للربط بالمسامير أو بقضبان التوصيل. تجمع الصمامات المكعبة بين الأداء الحراري والميكانيكي القوي في شكل كثيف، مما يجعلها مثالية للأنظمة ذات المساحة المحدودة ومتطلبات السلامة.

بالإضافة إلى الشكل، تتميز الصمامات أيضًا بخصائص تصميمية مثل مادة جسم الخرطوشة أو معدل السرعة. على سبيل المثال، فتيل HRC (قدرة عالية على الكسر) تعني عمومًا أن المصهر يتمتع بقدرة عالية على القطع، ويحتوي عادةً على مادة لإخماد القوس الكهربائي. التعريف الفني هو ببساطة "قدرة عالية على القطع" (قادرة على قطع تيارات كهربائية كبيرة جدًا بأمان).

الحجم التمثيلي النموذجي

الوظائف ذات الصلة:

الفرق بين الصمامات شبه الموصلة والصمامات المقاومة للهب

الصمامات الحرارية مقابل الصمامات شبه الموصلة التقليدية: مقارنة شاملة

كيفية اختيار الصمامة المناسبة لفئة RK5؟

كيفية اختيار الصمامات شبه الموصلة للتيار المستمر؟

باختصار، سيجد مدير المشتريات أنواعًا من الصمامات مُسمّاة حسب الرمز والنمط: على سبيل المثال، "صمام أسطواني 10 أمبير gG، 500 فولت تيار متردد" أو "صمام 30 أمبير aM مُثبّت بمسامير" أو "صمام شفرة سيارة 15 أمبير". تشير الوظيفة (فئة g/a) إلى نوع الحماية التي يوفرها، بينما يشير النمط (أسطواني، شفرة، مسمار، إلخ) إلى كيفية تركيبه.

تطبيقات الصمامات شبه الموصلة

ما هي التطبيقات العملية لصمامات أشباه الموصلات؟ دعونا نلقي نظرة فاحصة على استخداماتها.
تعتبر الصمامات شبه الموصلة ذات أهمية بالغة في التطبيقات مثل إمدادات الطاقة وأنظمة الطاقة المتجددة والأجهزة ذات التقنية العالية.

تُستخدم الصمامات شبه الموصلة بشكل أساسي في البيئات التي تكون فيها الحماية من التيار الزائد ضرورية، وخاصة في الإلكترونيات عالية الطاقة. ومن بين الاستخدامات الرئيسية لها في إمدادات الطاقة، حيث تحمي المكونات الحساسة مثل المحولات والمكثفات والمقومات. غالبًا ما تتعامل هذه الأنظمة مع مستويات عالية من الجهد والتيار، مما يجعل الصمامات شبه الموصلة الخيار الأمثل للسلامة.

ومن التطبيقات المهمة الأخرى أنظمة الطاقة المتجددة، مثل محولات الطاقة الشمسية، التي تستخدم الصمامات شبه الموصلة للحماية من طفرات الطاقة غير المنتظمة التي قد تحدث عند تحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد. وبدون هذه الصمامات، قد تفشل المكونات الحساسة في هذه الأنظمة بسهولة، مما يؤدي إلى إصلاحات باهظة الثمن وخسائر في الطاقة.

تشمل التطبيقات الأخرى وحدات التحكم في المحرك وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومعدات الاتصالات، حيث تكون حماية التيار الزائد أمرًا حيويًا للحفاظ على موثوقية النظام ومنع الأعطال التي قد تتسبب في توقف كبير عن العمل.

التطبيقات الرئيسية في الصناعات

مزايا الصمامات شبه الموصلة

لماذا يجب اختيار الصمامات شبه الموصلة بدلاً من الصمامات التقليدية؟ دعونا نستكشف الفوائد التي تقدمها.
توفر الصمامات شبه الموصلة حماية معززة وأوقات استجابة أسرع وموثوقية أعلى في الإلكترونيات الحديثة.

تتمتع الصمامات شبه الموصلة بالعديد من المزايا التي تجعلها مناسبة للغاية للمشهد التكنولوجي الحالي. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية في قدرتها على الاستجابة بسرعة، مما يمنع تلف المكونات الحساسة بسبب ظروف التيار الزائد. في الدوائر حيث السرعة والدقة أمران بالغي الأهمية، كما هو الحال في أشباه الموصلات الحديثة، يضمن هذا الإجراء السريع تشغيل المعدات بأمان دون خطر التعرض لتلف دائم.

من المزايا الأخرى قدرتها العالية على قطع التيار. قد لا تتعامل الصمامات التقليدية مع ارتفاع التيارات بشكل فعال، مما يؤدي إلى أعطال جزئية أو أوقات أطول للتعافي. من ناحية أخرى، تتمتع الصمامات شبه الموصلة بتصنيفات قطع يمكنها التعامل مع مستويات تيار أعلى بكثير، مما يضمن حماية الدائرة بأكملها بشكل صحيح في حالة الطوارئ.

بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون الصمامات شبه الموصلة أكثر موثوقية بمرور الوقت، مع انخفاض معدل الفشل مقارنة بالصمامات التقليدية. هذه الموثوقية المحسنة مهمة بشكل خاص في التطبيقات الحرجة، مثل الأجهزة الطبية، حيث يمكن أن تؤدي أعطال النظام إلى عواقب وخيمة.

توزيع الفوائد

المزايا الأساسية للصمامات شبه الموصلة

توفر الصمامات العديد من المزايا الجوهرية التي تجعلها جذابة لحماية الدائرة:

• قدرة عالية للمقاطعة: تستطيع الصمامات الحديثة إزالة تيارات الأعطال الكبيرة جدًا بسرعة. عادةً ما تقطع الصمامات منخفضة الجهد تيارات تتراوح بين 20 و100 كيلو أمبير؛ وتصل بعض التصاميم إلى 200 و250 كيلو أمبير. تتحقق هذه القدرة العالية على الفصل بتكلفة منخفضة نسبيًا. تستطيع الصمامات إزالة الأعطال شبه الجسيمة (القريبة من المصدر) بأمان دون الحاجة إلى معدات إخماد خارجية. قدرتها على إزالة قصر الدائرة في جزء صغير من الدورة (أقل بكثير من نصف الدورة في حالة التشغيل المحدد للتيار) تعني أن جزءًا كبيرًا من طاقة العطل لا يُستغل أبدًا. هذا الحد الحالي يُخفِّض هذا الإجراء بشكل كبير الضغوط الحرارية والميكانيكية في النظام. في الواقع، بعزل العطل قبل وصول التيار إلى ذروته، تُؤمِّن الصمامات تحديد إجمالي الطاقة يتم توصيلها إلى العطل. انخفاض الطاقة يعني انخفاض خطر الحرائق أو الانفجارات وتقليل الضرر الذي يلحق بمعدات التوزيع. وكما تشير إحدى دراسات القوس الكهربائي الوميضي: قد يتنبأ مصهر تحديد التيار بطاقة واردة تبلغ حوالي 0.3 كالوري/سم² فقط في العطل، مقابل 9 كالوري/سم² فأكثر إذا تم إصلاح العطل في ست دورات.

• الاستجابة السريعة (الحد الأقصى): لأن الصمامات تعتمد على الانصهار الحراري، فإنها تستجيب بسرعة فائقة للتيارات العالية. في حالة حدوث عطل شديد، قد ينصهر الصمام في ميلي ثانية، مما يحد من التيار إلى جزء بسيط من ذروته المقاربة. يساعد هذا التشغيل السريع على حماية الأحمال الحساسة (مثل إلكترونيات الطاقة) ويحسن سلامة النظام. أنا (الطاقة المارة) من الصمامات تكون منخفضة جدًا بشكل عام مقارنة بالأجهزة الأبطأ، مما يعني تسخين أقل للموصلات والمعدات المتصلة أثناء حدوث عطل.

مخطط تمثيلي للصمامات I²t

ملحوظة: عند أقصى طاقة خطأ أثناء التدفق، يكون حاصل ضرب جول الساعد المتكامل للأنبوب المنصهر هو جول.

• الانتقائية (التنسيق): من السهل تنسيق الصمامات في مراحل الحماية المتتالية. باختيار تصنيفات الصمامات بنسب مناسبة، نضمن فتح أقرب صمام فقط من العطل. بفضل منحنيات التيار الزمني المحددة جيدًا وسلوكها المُقيّد للطاقة، يُصبح تصميم أنظمة الصمامات الانتقائية أمرًا بسيطًا. في الأنظمة الأكبر حجمًا، يُمكن استخدام ثلاثة مستويات أو أكثر من الصمامات (الفرعية، المُغذّية، الرئيسية) بتصنيفات متزايدة بشكل مناسب. على عكس قواطع الدائرة، لا تُغلق الصمامات بطبيعتها، لذا فإن التنسيق يعني ببساطة أن أقرب صمامة تُفتح.
• الموثوقية والبساطة: لا تحتوي الصمامات على أجزاء متحركة أو تآكل ميكانيكي. أداءها ثابت مع مرور الوقت، ويمكن ملاحظة تلف الصمامة من خلال الفحص البصري أو مؤشر ضوئي. تعمل هذه الصمامات بالتيار والحرارة فقط، لذا فإن تأثير العوامل البيئية (كالاهتزاز والرطوبة وغيرها) ضئيل. ولذلك، تتميز الصمامات بموثوقيتها العالية حتى في الظروف القاسية.
• السلامة: الصمامات آمنة بطبيعتها في ظل ظروف الأعطال. عندما يتخلص الصمام من ماس كهربائي كبير، فإنه لا... ليست يُولّد قوسًا ثانويًا أو صدعًا طاقيًا. يبقى القوس محصورًا داخل جسم المصهر، ويُخمد بهدوء بواسطة الرمال. لا تحدث غازات سامة أو تمزقات انفجارية كما هو الحال مع بعض قواطع الدائرة.

لا تفوت هذه المقالة ذات الصلة:

التطورات في تكنولوجيا الصمامات: دعم مستقبل النقل بالسكك الحديدية

• السلوك الآمن: على عكس القواطع الأوتوماتيكية، فإن الصمامة المنفجرة تفصل الدائرة بالكامل و يجب يجب استبدالها قبل إعادة تشغيلها. هذا يستلزم فحص العطل قبل إعادة الضبط، مما يعزز السلامة بضمان تصحيح الأعطال. ونتيجةً لذلك، توفر الصمامات مستوىً من الأمان، فلا يمكن للمستخدم مواصلة التشغيل دون تأكيد واضح على حل المشكلة.
• الفعالية من حيث التكلفة: عادةً ما تكون الصمامات الكهربائية أرخص بكثير من معدات التبديل أو القواطع المماثلة، خاصةً عند الحاجة إلى قدرة قاطعة عالية جدًا. ولأنها تحقق أداءً عاليًا بفضل تصميمها البسيط، فإن أسعارها معقولة حتى مع مقاومة الأعطال الكبيرة. أما بالنسبة للمشتريات، فغالبًا ما يُترجم هذا إلى وفورات كبيرة في مخططات الحماية الشاملة.

باختصار، تجمع الصمامات بين حجمها الصغير وبساطتها وقدرتها على الحماية الفائقة. فهي توفر عزلًا سريعًا للأعطال (مما يقلل من إجهاد المعدات)، وانتقائية واضحة في الأنظمة متعددة المستويات، وتشغيلًا آمنًا بطبيعته (لا حاجة لإعادة الإغلاق دون تدخل يدوي). تُفسر هذه المزايا انتشار الصمامات في توزيع الطاقة، والمعدات الصناعية، والإلكترونيات، والنقل، على الرغم من شيوع قواطع الدائرة.

المعايير ذات الصلة بصمامات أشباه الموصلات

تخضع الصمامات الكهربائية للمعايير الدولية والوطنية لضمان ثبات الأداء والسلامة. وتشمل المعايير الرئيسية ما يلي:

• إيك شنومكس (الدولية) المعيار العالمي الرئيسي للصمامات منخفضة الجهد. يُحدد هذا المعيار المتطلبات العامة (الجهد، الاختبارات، الأبعاد) وفئات الاستخدام (gG، aR، gM، إلخ). العديد من المعايير الوطنية (مثل GB13539 في الصين) تُحاكي معيار IEC 60269. يضمن هذا المعيار أن "صمام 10A gG" من أي مُصنِّع يُلبي المعايير الأساسية نفسها.
• يو ال 248-1 (الولايات المتحدة الأمريكية) - جزء من سلسلة UL 248 التي تغطي الصمامات منخفضة الجهد. يحدد معيار UL 248-1 متطلبات السلامة لوصلات الصمامات (صمامات الخرطوشة) المستخدمة في أمريكا الشمالية. تغطي أجزاء أخرى من UL 248 فئات مختلفة من الصمامات (الفئة J، CC، إلخ) وحوامل الصمامات. عمليًا، غالبًا ما تكون الصمامات الأمريكية الشمالية مدرجة في قائمة UL وتتبع معيار UL 248، بينما تستخدم الأنظمة الأوروبية/الآسيوية رموز IEC.
• وكالة الفضاء الكندية C22.2 (كندا) - المعيار الكندي (المنسق غالبًا مع UL) لسلامة الصمامات.
• يو إل 512 / يو إل 4248 - غطاء شفرة الصمامات (السيارات والأجهزة).
• IEC 60947-3 - معيار لمفاتيح الجهد المنخفض، بما في ذلك مفاصل الصمامات والمفاتيح؛ وهو يتضمن المتطلبات اللازمة عند دمج الصمامات مع المفاتيح.
• إيك شنومكس - دليل استخدام الصمامات ذات الجهد المنخفض، يقدم إرشادات حول الاختيار والاستخدام.
• إيك شنومكس - إرشادات التنسيق بين الصمامات ومشغلات المحرك/المقاولات.

اقرأ أيضا:

كيفية اختيار الشركة المصنعة لصمامات التيار المستمر لأشباه الموصلات؟

المعايير والشهادات الدولية لصمامات أشباه الموصلات

يغطي كل معيار من هذه المعايير طرق الاختبار (انخفاض الجهد، ارتفاع درجة الحرارة، سعة المقاطعة، إلخ) ليتمكن المستخدمون من مقارنة المنتجات من موردين مختلفين. على سبيل المثال، تختبر UL تصنيف المقاطعة عند 110% من الجهد المقدر كجزء من شهادة UL 248-13. يجب على المشترين دائمًا التحقق من أن المصهر يحمل علامة الإدراج أو الموافقة المناسبة للمنطقة والتطبيق.

باختصار، ينبغي أن تتوافق عملية شراء الصمامات الكهربائية مع معايير UL/CSA (للمنتجات الأمريكية الشمالية) ومعايير IEC 60269 ذات الصلة (للمنتجات الدولية). ويضمن الالتزام بهذه المعايير أداء الصمام الكهربائي كما هو متوقع في ظل ظروف الأعطال.

عرض شهادة HIIIO FUSE

اعتبارات متقدمة في اختيار الصمامات واستخدامها 

عند تصميم أو صيانة نظام كهربائي، لا يقتصر اختيار المصهر المناسب على مطابقة التيار أو الجهد المقنن فحسب، بل يتطلب أيضًا فهم طبيعة الحمل، وخصائص الدائرة، ومتطلبات تنسيق النظام. فيما يلي بعض الاعتبارات المتقدمة التي ينبغي على المهندسين ومديري المشتريات مراعاتها: 

1. تخفيض التصنيف بناءً على درجة الحرارة المحيطة 

الصمامات مكونات حساسة للحرارة، ويفترض تيارها المقنن درجة حرارة محيطة قياسية (عادةً ٢٥ درجة مئوية). في البيئات الأكثر حرارة، قد يعمل الصمام بالقرب من نقطة انصهاره حتى مع التيار العادي، مما يؤدي إلى حوادث مزعجة. على العكس، في البيئات الباردة، قد يتحمل الصمام تيارات أعلى من المقدرة دون أن يذوب. 

• مع كل زيادة قدرها 10 درجات مئوية في درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية، تنخفض قدرة الصمامة الفعالة على حمل التيار عادة بنسبة 5-10%. 
• وعلى العكس من ذلك، في الظروف الباردة (على سبيل المثال، -20 درجة مئوية)، قد يتحمل المصهر أحمالاً أعلى قليلاً. 

عادةً ما يُقدّم المُصنّعون منحنيات أو جداول لتخفيض التصنيف في أوراق البيانات. قد يؤدي عدم تخفيض التصنيف بشكل مناسب إلى تشغيل المصهر قبل أوانه أو فقدان الحماية. 

تعمق أكثر مع مقالتنا:

أداء الصمامات ذات الجهد العالي في ظل الظروف المناخية المختلفة

2. تصنيف الجهد في تكوينات الصمامات المتصلة على التوالي والتوازي  

في بعض تطبيقات الجهد العالي، تُوصَل عدة صمامات كهربائية على التوالي أو بالتوازي. في مثل هذه التركيبات: 

• الصمامات المتسلسلة يجب أن يكون كلٌّ منهما مُصنّفًا للجهد الكامل. يجب أن يتمّ قطع القوس الكهربائي بواسطة كل فيوز على حدة. 
• الصمامات المتوازية يتشاركان التيار الكلي. قد يؤدي عدم تساوي المعاوقة إلى اختلال توازن التيار، مما يؤدي إلى حمل أحد المصهرات تيارًا أكبر وتعطله قبل الأوان. 

لضمان توزيع التيار الكهربائي بشكل صحيح في التكوينات المتوازية، يجب مطابقة الصمامات بعناية من حيث المقاومة والطول وظروف التبريد. قد يؤدي عدم تساوي درجة الحرارة أو مقاومة الطرف إلى تعطيل توزيع التيار الكهربائي. 

3. التنسيق مع أجهزة الحماية الأخرى 

في العديد من أنظمة الطاقة، تُستخدم الصمامات مع قواطع الدائرة، أو الملامسات، أو المرحلات. في مثل هذه الحالات، يكون التنسيق أمرًا بالغ الأهمية: 

• قد تعمل الصمامات كحماية احتياطية لقاطع الدائرة. على سبيل المثال، قد يزيل قاطع الدائرة الأحمال الزائدة المتوسطة، بينما يحمي المصهر من تيارات قصر الدائرة العالية. 
• بالنسبة لأشباه الموصلات، يجب أن تعمل الصمامات بشكل أسرع من عتبة الضرر الداخلي للجهاز. 
• تساعد مخططات التنسيق وجداول الانتقائية في مطابقة منحنيات الوقت والتيار للصمامات والقواطع. 

عند تنسيق الأجهزة، من الضروري التأكد من أن إجمالي وقت إزالة الصمامة الموجودة في اتجاه مجرى النهر أقل من وقت ما قبل القوس الكهربائي للصمامة الموجودة في اتجاه مجرى النهر عند نفس مستوى التيار. 

4. إعادة الإغلاق وآثار الصيانة 

بخلاف قواطع الدائرة، لا تحتوي الصمامات على آلية إعادة ضبط. بمجرد تشغيل الصمام، يجب استبداله فعليًا. ولهذا نتيجتان رئيسيتان: 

• السلامة: يضطر المستخدم إلى فحص الدائرة وإزالة العطل قبل استبدال المصهر. 
• التوقف: في الأنظمة البعيدة، وخاصة في المنشآت غير المأهولة، قد يؤدي وجود الصمامات إلى زيادة وقت الخدمة إذا لم تكن قطع الغيار متوفرة بسهولة. 

تستخدم بعض المنشآت مؤشرات فصل الصمامات أو ملحقات مفاتيح دقيقة لتمكين الكشف عن بُعد عن أي صمام محترق. يُعد هذا مفيدًا بشكل خاص في محطات الاتصالات أو أنظمة الطاقة الشمسية حيث يكون الفحص اليدوي غير عملي. 

5. الاعتبارات البيئية والتوافق الكهرومغناطيسي 

تتميز الصمامات بمقاومة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وتداخل الترددات الراديوية (RFI)، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للبيئات ذات التشوه التوافقي العالي أو النشاط الكهرومغناطيسي. تُعدّ هذه ميزة رئيسية مقارنةً ببعض أجهزة التبديل النشطة التي قد تكون عرضة للتداخلات العابرة والضوضاء. 

كما يمكن استخدام الصمامات بشكل آمن في البيئات المتفجرة أو المليئة بالغبار بسبب بنائها المحكم وآليات إخماد القوس الكهربائي التي لا تنبعث منها الغازات أو الشرر. 

الاستنتاج: الصمامات في المشهد الكهربائي الحديث 

على الرغم من أن التطورات التكنولوجية قد أدخلت أجهزة حماية متنوعة للدوائر الكهربائية، مثل المرحلات الرقمية، والقواطع الذكية، ومفاتيح الحالة الصلبة، إلا أن المصهر الكهربائي لا يزال حجر الزاوية في السلامة الكهربائية. فمع موثوقيته وبساطته، وقدرته على الحد من التيار الكهربائي، سيواصل لعب دور محوري في طيف واسع من الصناعات.

أبحث عن المزيد:

أفضل 10 شركات تصنيع الصمامات الكهربائية لأشباه الموصلات تم تحديثها في عام 2025 

أفضل 5 شركات مصنعة لصمامات فئة RK5 المشهورة عالميًا

تحليل شامل للمشهد العالمي لموردي الصمامات النارية والتنافسية

في الخلاصة: 

• تعرف على مستويات الخطأ والظروف المحيطة. 
• اختر فئة الاستخدام الصحيحة (gG، aR، إلخ). 
• التنسيق مع عناصر الحماية الأخرى. 
• خطة لإمكانية الوصول والصيانة. 

عرض مختبر هييو للصمامات

تتخصص شركة HIITIO في البحث والتطوير وتصنيع منتجات الصمامات، مدعومًا بخطوط إنتاج آلية متطورة ونظام صارم لمراقبة الجودة. بدءًا من اختيار المواد وحتى الاختبار النهائي، يخضع كل صمام لفحوصات أداء كهربائية صارمة لضمان قدرة كسر ممتازة واستقرار طويل الأمد. مع شهادة ISO 9001 وشهادات دولية متعددةتنتج مصانعنا ملايين الوحدات شهريًا، وتخدم الصناعات مثل صناعة السيارات والتطبيقات الصناعية والطاقة الشمسية، مما يحقق التوازن المثالي بين الموثوقية العالية والاتساق.

اكتشف المزيد عن الصمامات شبه الموصلة من HIITIO

تعرف على المزيد