ما هي الأنواع المختلفة للمرحلات الكهربائية وما هي وظائفها؟

تعتمد الأنظمة الكهربائية في الصناعات على التحكم في التبديل للتحكم في الطاقة والإشارات ووظائف السلامة داخل المعدات والعمليات. ورغم التطور المستمر لتكنولوجيا التحكم، تظل المرحلات ضرورية نظرًا لسلوكها المتوقع، وعزلها الكهربائي، وسهولة تشخيص الأعطال.

إن معرفة أنواع المرحلات الكهربائية القابلة للتطبيق في البيئات الصناعية ستساعد المهندسين على اختيار المكونات التي تتوافق مع ظروف التشغيل الفعلية بدلاً من الاعتماد على العادة أو التصاميم السابقة.

يشرح هذا الدليل أنواع المرحلات الكهربائية، ووظائف كل نوع، وعملية اختيار المرحل المناسب للاستخدام في أنظمة الأتمتة، أو تطبيقات السلامة، أو الطاقة. تابع القراءة لمعرفة المزيد.

نظرة عامة على فئات المرحلات الكهربائية

يمكن تصنيف المرحلات الكهربائية بطريقتين عمليتين: حسب مبدأ التشغيل وحسب دور التطبيق. من وجهة نظر التشغيل، تكون المرحلات إما كهروميكانيكية، تستخدم نقاط تلامس مادية، أو إلكترونية، تعمل عن طريق أجهزة الحالة الصلبة.

من وجهة نظر التطبيق، يمكن أن تعمل المرحلات كمكونات واجهة لمنطق التحكم، وعناصر توقيت للتسلسل، وأجهزة أمان للدوائر الوقائية، أو مفاتيح طاقة للأحمال ذات الطاقة العالية.

قد تنشأ هذه الأخطاء نتيجةً لعدم تقسيم هذه الفئات بشكلٍ واضح. يتطلب الاختيار الصحيح للمرحل ربط الغرض منه بالحمل الكهربائي وإشارة التحكم والبيئة التي سيُستخدم فيها، بدلاً من افتراض أن نوعًا واحدًا من المرحلات يُناسب جميع التطبيقات.

الأنواع الرئيسية للمرحلات الكهربائية ووظائفها

تم تصميم الاختلافات في أنواع المرحلات المختلفة لخدمة غرض معين في النظام الكهربائي، وبالتالي يُنصح بتحديد هذه الاختلافات حتى يتم اختيار الحل الصحيح لاستخدامه في التطبيقات الصناعية.

1. المرحلات الكهرومغناطيسية:

يعمل المرحل الكهرومغناطيسي عن طريق لفّ عضو دوار بتنشيط ملف، مما يُولّد مجالًا مغناطيسيًا، لفتح أو إغلاق نقاط التلامس. وقد استُخدم هذا التصميم لعقود طويلة نظرًا لقدرته على توفير عزل كهربائي واضح وقابلية للتنبؤ.

تُشغَّل واجهات وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ودوائر التعشيق، بالإضافة إلى منطق التحكم العام، غالبًا عبر المرحلات الكهرومغناطيسية. وتتميز هذه المرحلات بسهولة تشخيصها واختبارها، وهي مفيدة في البيئات التي يكون فيها سهولة الوصول إلى الصيانة وسرعة استكشاف الأعطال وإصلاحها أمرًا بالغ الأهمية.

2. المرحلات الإلكترونية الصلبة:

المرحل ذو الحالة الصلبة هو نسخة إلكترونية من المرحل، ويعمل بنفس الطريقة باستثناء أن نقاط التلامس فيه ثابتة. تُستخدم أجهزة أشباه الموصلات بدلاً من ذلك، لتبديل الأحمال بسرعة فائقة وبدون ضوضاء.

يمكن استخدام المرحلات الإلكترونية في التطبيقات ذات دورات التشغيل العالية مثل التحكم في السخانات أو التشغيل والإيقاف السريع. وتُعدّ تبديد الحرارة وتيار التسريب والحساسية لتقلبات الجهد من أهمّ الاعتبارات التي يجب مراعاتها عند استخدامها.

3. مرحلات التأخير الزمني:

تُضيف مرحلات التأخير الزمني تأخيرات مُتحكَّم بها إلى الدائرة الكهربائية، سواءً عند تنشيطها أو فصل التيار عنها. تُستخدم هذه المرحلات لترتيب العمليات، وتقليل تيار البدء، وتخطيط عدة عمليات. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك بدء تشغيل المحركات بشكل متدرج، وتأخير إيقاف تشغيل المراوح، وبرمجة بدء تشغيل المعدات الآلية.

4. مرحلات الأمان:

تُستخدم مرحلات الأمان في الدوائر الكهربائية التي تُعنى بسلامة الأفراد والآلات. فهي تتحقق من أزرار التوقف الطارئ، وبوابات الأمان، وأجهزة الحماية، كما تتحقق من سلامة الدائرة من خلال التكرار والفحص الذاتي.

في حين أن المرحل ذو الأغراض العامة يمكن أن يترك المرحل في حالة تشغيل بعد اكتشاف عطل، فإن مرحلات الأمان تتميز بميزة أن الأعطال مثل التلامسات الملحومة أو الأسلاك المقطوعة تترك المرحل في حالة آمنة.

5. مرحلات الطاقة:

صُممت مرحلات الطاقة لتوفير تيارات وفولتيات أعلى من مرحلات التوصيل. كما تُستخدم على نطاق واسع في لوحات التحكم لتشغيل المحركات والمضخات والسخانات وغيرها من الأحمال الكهربائية المتوسطة داخل اللوحة. عند استخدام مرحلات الطاقة، من الضروري اختيار الحجم المناسب، وكبح القوس الكهربائي، والتوصيل بشكل صحيح لضمان التشغيل الأمثل وطول العمر.

مقارنة أنواع المرحلات الكهربائية

ولتوضيح كيفية اختلاف أنواع المرحلات هذه عمليًا، يلخص جدول المقارنة أدناه التطبيقات النموذجية إلى جانب المزايا والقيود الرئيسية.

تُسلط هذه النظرة العامة الضوء على كيفية اختلاف أنواع ووظائف المرحلات الكهربائية تبعاً لاحتياجات التطبيق وليس التكنولوجيا وحدها.

كيفية اختيار نوع المرحل المناسب للاستخدامات الصناعية

نظراً لتعدد أنواع المرحلات المتاحة، فمن الضروري مراعاة الأحمال الكهربائية وإشارات التحكم وظروف التشغيل لاختيار النوع المناسب من المرحلات وعدم استخدام مواصفات واحدة فقط.

متطلبات الحمل وسعة التبديل:

يجب أن تبدأ عملية اختيار المرحل دائمًا بتحديد الحمل. يحتاج المهندسون إلى تحديد نوع الحمل، سواء كان مقاومًا أو حثيًا أو سعويًا، مع مراعاة تيار البدء وتردد التبديل. كما أن زيادة حجم نقاط التلامس ستزيد من الموثوقية وتقلل من التآكل أثناء التشغيل.

جهد التحكم ونوع الإشارة:

يُعدّ توافق جهد التحكم بنفس القدر من الأهمية. فمطابقة جهد الملف مع مخارج وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة التحكم تمنع التشغيل غير المستقر وتُبسّط عملية التوصيل. تُستخدم مرحلات الواجهة غالبًا لحماية مخارج وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وتوزيع إشارات التحكم بكفاءة، مما يُسهّل اختيار المرحلات المناسبة للتطبيقات الصناعية.

الاعتبارات البيئية والسلامة:

تُعرّض ظروف العمل في الصناعات المستخدمين للاهتزازات والغبار وتغيرات درجات الحرارة والضوضاء الكهربائية. لذا، يجب أن تكون تصميمات المرحلات قادرة على تحمل هذه الضغوط دون التأثير سلبًا على أدائها. ويجب استخدام حلول مرحلات ذات تصنيف أمان عالٍ للامتثال لمتطلبات وظائف السلامة.

مزايا استخدام أنواع مختلفة من المرحلات في سيناريوهات محددة

تتفوق أنواع المرحلات الصناعية المختلفة في ظروف تشغيل مختلفة:

• تستفيد أنظمة الأتمتة من المرحلات الكهرومغناطيسية لتحقيق الوضوح والعزل
• تُفضل العمليات ذات الدورات العالية استخدام المرحلات ذات الحالة الصلبة لتقليل التآكل الميكانيكي
• تعتمد العمليات المتسلسلة على مرحلات التأخير الزمني لبدء التشغيل والإيقاف المتحكم بهما
• تتطلب الآلات ذات الأهمية البالغة للسلامة مرحلات أمان للتحكم المقاوم للأعطال
• تستخدم أنظمة توزيع الطاقة مرحلات الطاقة عند تبديل الأحمال المتوسطة بشكل موثوق

مصنّعو المرحلات الكهربائية   مثل RY-ELE   يقومون بتنظيم محافظهم من أجهزة الترحيل لدعم هذه السيناريوهات المتنوعة، مما يسمح للمهندسين بمطابقة نوع جهاز الترحيل مع متطلبات التطبيق بدلاً من التضحية بالأداء.

خاتمة:

يؤدي اختيار نوع المرحل غير المناسب إلى انخفاض الموثوقية والسلامة وسهولة الصيانة في الأنظمة الصناعية. ومن خلال معرفة الاختلافات الوظيفية بين فئات المرحلات ومراعاة ظروف التشغيل الفعلية، يستطيع المهندسون اتخاذ قرارات سليمة تقلل من الأعطال وفترات التوقف.

من وجهة نظر مطابقة التطبيقات،  RY-ELE   نقدم مجموعة واسعة من فئات المرحلات لتلبية متطلبات التحكم والتوقيت والسلامة وتبديل الطاقة في التطبيقات الصناعية. يساعد نهجنا مصممي الأنظمة على اختيار المرحلات بما يتناسب مع متطلبات العمل الميداني بدلاً من الاعتماد على المواصفات العامة.

للاطلاع على فئات المرحلات المتاحة وفهم كيفية تطبيق أنواع المرحلات المختلفة في الأنظمة الصناعية، استكشف قسم منتجات المرحلات.   على الموقع الإلكتروني RY-ELE. تواصل معنا   تواصل معنا للحصول على الدعم الفني لاختيار النوع المناسب من المرحل والذي يعتمد على المشروع.