كيف يعمل التتابع على دائرة التيار المتردد والتيار المستمر؟

المرحلات عبارة عن مكونات متعددة الاستخدامات وأساسية في كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر، وتستخدم لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتراوح من تبديل أحمال الطاقة العالية إلى التحكم في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة. يعد فهم كيفية عمل المرحلات في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر أمرًا بالغ الأهمية لأي شخص مشارك في الهندسة الكهربائية أو الإلكترونيات أو حتى مجرد فضول حول كيفية عمل الأجهزة اليومية. في هذه المقالة، سوف نتعمق في تعقيدات المرحلات ونستكشف وظيفتها في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر.

أساسيات المرحلات

المرحلات هي مفاتيح كهروميكانيكية يتم تنشيطها بواسطة إشارة كهربائية. وهي تتكون من ملف، وعضو إنتاج، ومجموعة من نقاط الاتصال، وأحيانًا زنبرك. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر الملف، فإنه ينتج مجالًا مغناطيسيًا، مما يتسبب في تحريك عضو الإنتاج وإغلاق أو فتح نقاط الاتصال. جهات الاتصال هي آلية التبديل الفعلية للمرحل، مما يسمح له بالتحكم في دائرة منفصلة بجهد وتيار مختلف عن إشارة الإدخال. يمكن تصنيف المرحلات إلى أنواع مختلفة بناءً على طريقة عملها، مثل المرحلات الكهرومغناطيسية، ومرحلات الحالة الصلبة، والمرحلات الحرارية.

تُستخدم المرحلات بشكل شائع في التطبيقات التي يكون فيها من الضروري التحكم في دائرة عالية الطاقة بإشارة منخفضة الطاقة، كما هو الحال في الأنظمة الكهربائية للسيارات وأنظمة التحكم الصناعية والأتمتة المنزلية. كما أنها تستخدم على نطاق واسع لأغراض السلامة والعزل، حيث يمكنها عزل دائرة التحكم كهربائيًا عن دائرة الحمل.

المرحلات في دوائر التيار المتردد

في دائرة التيار المتردد، يتسبب التيار المتردد في إنشاء ملف المرحل مجالًا مغناطيسيًا يغير اتجاهه باستمرار. يؤدي هذا التغيير المستمر في المجال المغناطيسي إلى توليد تيار متناوب في عضو الإنتاج، مما يؤدي إلى اهتزازه بسرعة. ونتيجة لذلك، فإن جهات اتصال المرحل تتحول ذهابًا وإيابًا بنفس تردد إشارة التيار المتردد. يمكن أن يؤدي هذا التبديل السريع إلى حدوث انحناء وتنقر في نقاط الاتصال، مما قد يقلل من موثوقية وعمر المرحل.

ولمواجهة التحديات التي تفرضها دوائر التيار المتردد، تم تصميم مرحلات تيار متردد خاصة بميزات لتقليل الانحناء، مثل استخدام جهات الاتصال ذات قوة اتصال أعلى ومواد اتصال خاصة. بالإضافة إلى ذلك، قد يشتمل مرحل التيار المتردد على ملف تظليل أو حلقة نحاسية صغيرة لتأخير فتح نقاط الاتصال قليلاً بعد إلغاء تنشيط الملف. يساعد هذا التأخير على تقليل الانحناء وإطالة عمر المرحل.

المرحلات في دوائر التيار المستمر

على النقيض من دوائر التيار المتردد، في دائرة التيار المستمر، يتدفق التيار في اتجاه واحد فقط، مما يتسبب في إنتاج ملف المرحل مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا. يؤدي هذا إلى قوة ثابتة تعمل على عضو الإنتاج، مما يؤدي إلى تشغيل أكثر سلاسة وأكثر قابلية للتنبؤ بالمرحل. ومع ذلك، فإن عدم وجود تقاطعات صفرية في دوائر التيار المستمر يمكن أن يؤدي إلى تراكم الثرثرة الكهربائية والأكسدة على نقاط الاتصال، مما قد يؤثر على موثوقية المرحل.

للتخفيف من آثار الثرثرة الكهربائية والأكسدة، غالبًا ما يتم تصميم مرحلات التيار المستمر بميزات مثل مغناطيس التبريد القوسي ومواد الاتصال المناسبة خصيصًا لدوائر التيار المستمر. علاوة على ذلك، تستخدم بعض مرحلات التيار المستمر صمامًا ثنائيًا أو صمامًا ثنائيًا حرًا عبر الملف لقمع القوة الدافعة الكهربائية الخلفية المتولدة عند إلغاء تنشيط الملف، مما يمنع ارتفاع الجهد الذي يمكن أن يؤدي إلى تلف المكونات الإلكترونية الحساسة.

مقارنة بين تشغيل مرحل التيار المتردد والتيار المستمر

ترجع الاختلافات في سلوك المرحلات في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر في المقام الأول إلى طبيعة الإشارات الكهربائية والتحديات المرتبطة بكل نوع من أنواع الدوائر. في دوائر التيار المتردد، تعد التغيرات السريعة في المجال المغناطيسي وما ينتج عنها من انحناء وتأليب جهات الاتصال من الاعتبارات الرئيسية، بينما في دوائر التيار المستمر، تكون مشكلات الثرثرة الكهربائية وأكسدة جهات الاتصال أكثر انتشارًا.

بشكل عام، عند اختيار مرحل لتطبيق معين، من المهم مراعاة خصائص الدائرة، ونوع الحمل الذي يتم التحكم فيه، والظروف البيئية التي سيتعرض لها المرحل. بالإضافة إلى ذلك، فإن فهم الفروق الدقيقة في تشغيل المرحل في كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر يمكن أن يساعد في تحديد المرحل الأكثر ملاءمة لتطبيق معين.

تطبيقات المرحلات في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر

تجد المرحلات تطبيقات واسعة النطاق في كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر نظرًا لتعدد استخداماتها وقدرتها على التفاعل بين مستويات الجهد والتيار المختلفة. في دوائر التيار المتردد، تُستخدم المرحلات بشكل شائع للتحكم في الأجهزة الكبيرة وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) وأنظمة الإضاءة. كما أنها تستخدم في التحكم في المحركات، وتوزيع الطاقة، وأقفال السلامة في المعدات الصناعية.

في دوائر التيار المستمر، يتم استخدام المرحلات في إلكترونيات السيارات، وأنظمة إدارة البطاريات، وأنظمة الطاقة الشمسية، ومعدات الاتصالات. كما أنها جزء لا يتجزأ من الأجهزة الإلكترونية، حيث توفر وظائف مثل تبديل الإشارات، وحماية التيار، وتنظيم الجهد.

في كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر، تعد المرحلات ضرورية لتنفيذ أنظمة آمنة من الفشل، حيث يمكن استخدام المرحل لفصل الحمل في حالة حدوث خطأ أو حالة غير طبيعية. على سبيل المثال، غالبًا ما تُستخدم المرحلات في لوحات التحكم لمراقبة حالة المعدات وبدء إجراءات الحماية إذا لزم الأمر.

خاتمة

المرحلات هي مكونات أساسية في الأنظمة الكهربائية والإلكترونية، وتوفر وسيلة للتحكم وعزل الدوائر ذات مستويات الجهد والتيار المختلفة. يمثل تشغيلها في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر تحديات واعتبارات فريدة، مما يستلزم استخدام مرحلات متخصصة مصممة لمعالجة الخصائص المحددة لكل نوع من أنواع الدوائر.

يعد فهم كيفية عمل المرحلات في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر أمرًا ضروريًا للمهندسين والفنيين والهواة على حدٍ سواء، لأنه يتيح اختيار المرحلات الأكثر ملاءمة لتطبيق معين ويضمن التشغيل الموثوق والفعال للأنظمة الكهربائية والإلكترونية. سواء كان الأمر يتعلق بالتحكم في المحرك، أو تبديل دائرة الإضاءة، أو تنفيذ أقفال السلامة، تلعب المرحلات دورًا حيويًا في التكنولوجيا الحديثة وتظل لا غنى عنها في مجموعة واسعة من التطبيقات.