ما هو مرحل السيارات وكيف يعمل في النظام الكهربائي للمركبة؟

عند تشغيل المصابيح الأمامية، أو الضغط على البوق، أو تشغيل المحرك، أو تفعيل مروحة التبريد، تحدث عملية تحويل كهربائية في مكان ما داخل السيارة. في العديد من أنظمة السيارات الكهربائية التقليدية ذات جهد 12 فولت و24 فولت، يتولى مرحل السيارة هذه المهمة.

يسمح مرحل السيارة بتمرير تيار تحكم صغير نسبيًا لتشغيل دائرة كهربائية أخرى. وهذا يُمكّن من التحكم في أحمال مثل المصابيح والمراوح وأبواق التنبيه والمضخات والمعدات المساعدة دون الحاجة إلى تمرير تيار الحمل الكامل عبر كل مفتاح أو جهاز تحكم في لوحة القيادة.

على الرغم من أن مرحل السيارة مكون صغير، إلا أن تصنيف التلامس وجهد الملف وتكوين الطرف وخصائص الحمل يمكن أن يكون لها تأثير مباشر على موثوقية النظام الكهربائي للسيارة.

تشرح هذه المقالة كيفية عمل مرحلات السيارات، وأين تُستخدم بشكل شائع، وما الذي يجب على المهندسين والمشترين مراعاته عند اختيار واحدة.

ما هو مرحل السيارات؟

المرحل الخاص بالسيارات هو جهاز تحويل يعمل بالكهرباء مصمم للتحكم في الدوائر الكهربائية في المركبات والمعدات ذات الصلة.

يحتوي المرحل الكهرومغناطيسي التقليدي للسيارات على قسمين منفصلين كهربائياً:

جانب التحكم
يحتوي هذا على ملف المرحل. يؤدي تطبيق الجهد المحدد على الملف إلى إنشاء مجال مغناطيسي.

جانب التبديل
يحتوي هذا على نقاط التلامس المتحركة والثابتة التي تفتح أو تغلق دائرة الحمل.

النقطة المهمة هي أن دائرة التحكم ودائرة الحمل تؤديان وظائف مختلفة.

يمكن لأمر تيار منخفض نسبياً أن ينشط ملف المرحل، بينما تقوم نقاط التلامس بتبديل دائرة أخرى تحمل التيار المطلوب للحمل المتصل.

وهذا أحد الأسباب التي تجعل المرحلات المستخدمة في السيارات شائعة الاستخدام بين أجهزة التحكم في المركبات والأحمال الكهربائية.

لماذا لا يتم توصيل الحمل مباشرة بالمفتاح؟

ضع في اعتبارك مروحة تبريد السيارة.

لا يحتاج السائق أو وحدة التحكم الإلكترونية إلا إلى إخبار المروحة متى تعمل. ومع ذلك، قد يتطلب محرك المروحة نفسه تيارًا كهربائيًا أكبر بكثير من إشارة التحكم.

إذا تم توجيه تيار المحرك بالكامل عبر مفتاح لوحة القيادة الصغير أو مخرج التحكم، فسيتعين تصميم المفتاح والأسلاك والموصلات جميعها لهذا الحمل.

يوفر نظام التتابع نهجًا آخر.

يقوم جهاز التحكم بتنشيط ملف المرحل. ثم تقوم نقاط تلامس المرحل بتشغيل دائرة المروحة.

بصورة مبسطة:

إشارة التحكم ← ملف المرحل ← تبديل التلامس ← الحمل الكهربائي

يمكن أن يساعد هذا الترتيب في فصل جانب التحكم عن دائرة الحمل ذات التيار الأعلى ويسمح بوضع جهاز التبديل بالقرب من الحمل عند الاقتضاء.

مكونات مرحل السيارة الداخلية: الملف، والمحرك، والموصلات

لفهم آلية عمل المرحل، من المفيد النظر إلى ما يحدث داخل المرحل الكهرومغناطيسي النموذجي.

1. ملف

يستقبل الملف جهد التحكم.

تستخدم الأنظمة الكهربائية للسيارات عادةً مصادر التيار المستمر، مع اختيار مرحلات السيارات بجهد 12 فولت و 24 فولت وفقًا للبنية الكهربائية للمركبة أو المعدات.

يؤدي تطبيق الجهد الصحيح على الملف إلى إنشاء مجال مغناطيسي.

2. المحرك

يجذب المجال المغناطيسي ذراعًا معدنيًا متحركًا.

هذا يحول الإشارة الكهربائية الواردة إلى الملف إلى حركة ميكانيكية.

3. جهات الاتصال

يؤدي تحريك المحرك إلى تغيير حالة التوصيلات الكهربائية.

عند فصل الطاقة عن الملف، تعمل آلية الإرجاع على إعادة نقاط التلامس إلى حالتها الطبيعية.

يمكن أن يحدث هذا التسلسل بأكمله بسرعة، مما يسمح لإشارة التحكم الكهربائية بتبديل دائرة أخرى دون الحاجة إلى أن تحمل الدائرتان نفس التيار.

فهم أرقام أطراف مرحلات السيارات

تستخدم العديد من مرحلات السيارات تسميات طرفية موحدة مثل 30 و85 و86 و87 و87a .

التكوين الشائع هو:

• 85 / 86: أطراف الملف
• 30: جهة اتصال مشتركة
• 87: اتصال مفتوح عادةً
• 87أ: اتصال مغلق عادةً، عند توفيره

يجب دائمًا التأكد من الترتيب الدقيق من مخطط المرحل أو البيانات الفنية لأن تكوينات المرحل يمكن أن تختلف.

ماذا يحدث عندما يكون الملف مطفأً؟

في مرحل التحويل النموذجي، يتم توصيل الطرف 30 بـ 87a بينما يتم فصل الطاقة عن الملف.

لا يزال المسار NO بين 30 و 87 مفتوحًا.

ماذا يحدث عند تنشيط الملف؟

عند تطبيق الجهد الصحيح عبر أطراف الملف، يتحرك المحرك.

يتم فتح الاتصال بين 30 و 87a، بينما يتم إغلاق الاتصال بين 30 و 87.

لقد قام المرحل الآن بتغيير المسار الكهربائي دون الحاجة إلى جهاز التحكم نفسه لتبديل الحمل مباشرة.

نقاط تلامس المرحلات في السيارات: مفتوحة عادةً مقابل مغلقة عادةً

يجب اختيار تكوين الاتصال وفقًا لما يجب أن تقوم به الدائرة عندما لا يكون المرحل نشطًا.

مفتوح عادةً (NO)

لا يقوم التلامس المفتوح عادةً بتوصيل التيار عبر هذا المسار المحول بينما يكون المرحل في حالته الطبيعية غير النشطة.

عند تنشيط الملف، يتم إغلاق نقطة التلامس المفتوحة عادةً.

يُستخدم هذا التكوين عادةً عندما يكون من المفترض أن يعمل الحمل فقط بعد تلقي أمر تحكم.

يمكن أن تشمل الأمثلة النموذجية ما يلي:

• دوائر البوق
• مصابيح مساعدة
• مراوح التبريد
• مضخات
• ملحقات أخرى قابلة للتحويل

مغلق عادةً (NC)

المسار المغلق عادةً يعمل في الحالة الطبيعية للمرحل ويفتح عند تنشيط الملف.

يمكن أن تكون نقاط التلامس المغلقة عادةً مفيدة عندما تحتاج الدائرة إلى حالة بديلة أو وظيفة تغيير.

بالنسبة للمهندسين، فإن اختيار NO أو NC هو بالتالي قرار يتعلق بمنطق التحكم - وليس مجرد مسألة تفضيل طرفي.

أين تُستخدم المرحلات في السيارات بشكل شائع؟

يمكن العثور على المرحلات الخاصة بالسيارات في العديد من الأنظمة الكهربائية، على الرغم من أن البنية الدقيقة تختلف اختلافًا كبيرًا بين تصميمات المركبات.

مراوح التبريد

قد تُحمّل مراوح التبريد الكهربائية النظام الكهربائي للمركبة بتيار كهربائي كبير. تسمح المرحلات بتشغيل دائرة المروحة والتحكم بها من خلال إشارة تحكم منفصلة.

المصابيح الأمامية والإضاءة الإضافية

يمكن استخدام المرحلات لتبديل أحمال الإضاءة مع الحفاظ على جزء التحكم في الدائرة منفصلاً عن مسار تيار المصباح.

أنظمة أبواق

يمكن أن يوفر الضغط على مفتاح البوق أمر التحكم، بينما يقوم المرحل بتبديل حمل البوق.

مضخات الوقود والمضخات المساعدة

تُعد محركات المضخات مثالاً آخر على الأحمال التي يمكن التحكم فيها من خلال مرحل اعتمادًا على بنية المركبة.

أنظمة تكييف الهواء والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء

يمكن دمج المرحلات في دوائر المنفاخ، أو التحكم في الضاغط، أو التدفئة، أو الدوائر المساعدة ذات الصلة.

دوائر البدء والمساعدة

قد تستخدم الأنظمة الكهربائية للمركبات أيضًا المرحلات للتحكم في بدء التشغيل والمعدات المساعدة.

بالإضافة إلى سيارات الركاب، يمكن العثور على تطبيقات مماثلة للمرحلات بجهد 12 فولت و24 فولت في المركبات التجارية وآلات البناء والمعدات الزراعية وأنظمة الكهرباء المتنقلة الأخرى.

لماذا لا يكفي تصنيف التيار المقنن للمرحل وحده؟

من أهم النقاط عند اختيار مرحل السيارة أن الرقم المطبوع كتيار مقنن لا يخبرنا بكل شيء.

لا يفرض الحمل المقاوم 30 أمبير والمحرك الذي يسحب 30 أمبير في ظل ظروف تشغيل معينة بالضرورة نفس الضغط على نقاط تلامس المرحل.

تختلف الأحمال المختلفة في سلوكها أثناء عملية التبديل.

الأحمال المقاومة

تتميز هذه الأشياء عموماً بخصائص تيار يمكن التنبؤ بها نسبياً.

أحمال المحركات

يمكن للمحركات أن تسحب تيار بدء تشغيل أعلى بكثير من تيار التشغيل العادي.

أحمال المصابيح

يمكن لبعض المصابيح أن تسحب تيارًا عاليًا عند تشغيلها لأول مرة لأن الفتيل البارد لديه مقاومة أقل.

الأحمال الحثية

يمكن للملفات والمحركات الكهربائية توليد تغيرات مفاجئة في الجهد عند تشغيلها.

تؤثر هذه الظروف على تقوس التلامس، وتآكل التلامس، والعمر الكهربائي، وإمكانية اللحام بالتلامس.

ولهذا السبب، ينبغي على المهندسين تقييم نوع الحمل الفعلي وظروف التبديل ، وليس فقط مقارنة قيم التيار الاسمية.

مرحل السيارات 12 فولت أو 24 فولت: جهد الملف مهم

يجب أن تتطابق ملفات المرحل مع جهد التحكم في النظام.

تم تصميم مرحل السيارات بجهد 12 فولت لدائرة تحكم مناسبة من فئة 12 فولت، بينما يستخدم مرحل السيارات بجهد 24 فولت ملفًا مصممًا للنظام المقابل.

قد يؤدي استخدام جهد الملف الخاطئ إلى حدوث العديد من المشاكل.

إذا كان الجهد المطبق منخفضًا جدًا، فقد يفشل المرحل في العمل بشكل موثوق أو قد يعمل بشكل غير مستقر.

إذا تعرض الملف لجهد كهربائي زائد، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وتلف مبكر.

لذا ينبغي على المهندسين تأكيد ما يلي على الأقل:

• الجهد الاسمي للملف
• نطاق جهد الملف المسموح به
• خصائص الالتقاط والإفلات عند الاقتضاء
• ظروف جهد النظام الفعلية

لا تُعد الأنظمة الكهربائية للمركبات مصادر طاقة مثالية للمختبرات، لذا ينبغي مراعاة ظروف التشغيل الحقيقية أثناء اختيار المنتج.

ما هي أسباب تعطل مرحلات السيارات؟

المرحلات هي مكونات كهروميكانيكية، وتؤثر كل من الضغوط الكهربائية والميكانيكية على عمرها التشغيلي.

تشمل الأسباب الشائعة للمشاكل ما يلي:

فرط الاتصال
قد يؤدي تشغيل حمل يتجاوز قدرة المرحل المناسبة إلى تسريع تلف نقاط التلامس.

تيار بدء تشغيل عالي
يمكن أن يؤدي التبديل المتكرر للتيار العالي إلى تآكل شديد في نقاط التلامس أو حدوث لحام.

جهد الملف غير صحيح
قد يعمل الملف غير المتطابق بشكل صحيح بشكل غير موثوق أو قد يسخن بشكل مفرط.

ضعف اتصالات المحطة الطرفية
يمكن أن تؤدي مقاومة التوصيل العالية إلى توليد حرارة موضعية.

التبديل المتكرر
يعتمد العمر الكهربائي على الحمل وتردد التبديل، وليس فقط على مواصفات العمر الميكانيكي.

درجة الحرارة والاهتزاز
يمكن أن تعرض بيئات السيارات والمعدات المتنقلة المرحلات لظروف مختلفة تمامًا عن خزائن التحكم الداخلية الثابتة.

عند التحقيق في أعطال المرحلات، فإن استبدال المرحل دون تحديد المشكلة الكهربائية أو مشكلة التركيب الأساسية قد يوفر حلاً مؤقتاً فقط.

ما الذي يجب عليك فحصه عند اختيار مرحل للسيارات؟

بدلاً من اختيار المرحل بناءً على حجمه وتصنيفه بالأمبير فقط، ينبغي على المهندسين والمشترين تقييم التطبيق الكامل.

تشمل العوامل المهمة ما يلي:

• جهد الملف
• تكوين الاتصال
• تقييم الاتصال
• نوع الحمل
• تيار البدء أو تيار الاندفاع
• تردد التبديل
• درجة حرارة التشغيل
• العمر الكهربائي
• العمر الميكانيكي
• طريقة التركيب
• ترتيبات طرفية
• الظروف البيئية

إن المرحل المناسب للسيارات هو الذي يتوافق مع الحمل الكهربائي الحقيقي وبيئة التشغيل ، وليس ببساطة المرحل الذي يحمل أعلى رقم مطبوع على غلافه.

لا يمكن استبدال المرحلات المستخدمة في السيارات بالمرحلات الصناعية تلقائيًا.