ما هو المرحل الكهرومغناطيسي ؟
تعريف :
المرحلات الكهربائية هي مفاتيح يمكنك تشغيلها وإيقافها بإشارات كهربائية. في هذا المقال، ستتعلم كيفية عمل المرحلات وكيفية استخدامها في مشاريعك الإلكترونية الخاصة
تعتبر المرحلات عنصر هام جدًا في مجال الإلكترونيات وحتى الميدان الصناعي لأنه يمكنك استخدامها لتشغيل/إيقاف تشغيل الأجهزة ذات الاستطاعة الكبيرة مثل المصابيح أو المحركات وذلك بإشارة جهد تيار مستمر صغير.
يمكنك استخدام متحكم دقيق، مثل Arduino، لإنتاج الإشارة التي تحدد متى يتم تشغيل المصباح وإيقاف تشغيله، ثم استخدام مرحل كهربائي للقيام بتبديل المصباح
مثال: يمكن استخدام المرحل في مشروع التحكم في مضخة ماء كبيرة باستعمال الاردوينو.
وهذا يجعل من السهل صنع أضواء يتم تشغيلها في الليل فقط، والتحكم في محرك باب المرآب بإشارة يتم توليدها بواسطة هاتفك، أو التحكم في الأجهزة المنزلية الأخرى.
كيف يعمل المرحل
يتكون المرحل من مغناطيس كهربائي وتماس ميكانيكي.
المغناطيس الكهربائي هو جهاز بسيط يتكون من سلك ملفوف في ملف حول نواة (قلب) من مادة مغناطيسية حديدية مثل الحديد.
لاحظ الشكل السابق. كل ما تحتاجه هو مسمار حديدي وسلك نحاسي معزول. لف السلك حول المسمار وطبق جهد صغير (5فولط مثلا) سيصبح مسمارك مغناطيسيًا!
ملاحظة مهمة : يمكن أن يسخن السلك إذا كان لديك عدد قليل جدًا من اللفات أو جهد كهربائي مرتفع جدًا احذر عند التعامل او يمكنك تحديد التيار المسحوب من مصدر التغذية الخاص بك.
التكوين الداخلي للمرحل
لاحظ اقطاب المرحل التالي والرمز الاصطلاحي لمرحل ذو 5 قطاب (ارجل).
تتحكم اقطاب الملف في التماسات ، وتشكل الأقطاب NC وNO وCOM المفتاح (التماسات).
يوجد داخل المرحل مغناطيس كهربائي ومفتاح وبعض الأجزاء الميكانيكية لتغيير حالة المفتاح عند تشغيل المغناطيس الكهربائي والمتمثل في نابض الارجاع.
فيما يلي الأجزاء الرئيسية داخل المرحل:
- الملف والنواة: يشكل الملف الملفوف حول لب مغناطيسي مغناطيسًا كهربائيًا. ويولد مجالًا مغناطيسيًا حوله عندما يمر تيار كهربائي عبر الملف.
- الجزء المتحرك: مكون متحرك داخل المرحل. وعندما يتم تنشيط الملف، فإن المجال المغناطيسي الذي ينتجه يجذب المحرك، مما يتسبب في تحركه.
- نابض الإرجاع: يتم توصيل زنبرك الإرجاع بالمحرك، مما يوفر قوة استعادة عندما يتم إزالة الطاقة من الملف. ويضمن عودة المحرك إلى موضعه الأصلي عندما يتوقف التيار الكهربائي عبر الملف.
- جهة الاتصال المتحركة: متصلة بالجزء المتحرك من خلال ناض الإرجاع، تتحرك جهة الاتصال المتحركة فعليًا مع المتحرك. وعندما يتم جذب المحرك بواسطة الملف المنشط، يغير جهة الاتصال المتحركة موضعها، إما عن طريق إنشاء اتصال مع جهات الاتصال الثابتة أو قطع الاتصال بها.
- جهة الاتصال الثابتة - مغلقة عادةً (NC): تكون جهة الاتصال المغلقة عادةً (متصلة بـ COM) مغلقة عندما لا يتم تنشيط المرحل.
- جهة اتصال ثابتة - مفتوحة عادةً (NO): تكون جهة الاتصال NO مفتوحة (منفصلة عن COM) عندما لا يتم تنشيط التتابع.
مخطط التحكم في المرحل باستخدام ترانزستور
يمثل المخطط التالي توصيل مرحل يوضح كيفية استخدام مفتاح مرحل مع ترانزستور NPN. وهذا مفيد عندما تريد التحكم في مرحل من أشياء لا يمكنها تشغيل المرحلات، مثل Arduino أو دائرة متكاملة من سلسلة 40xx أو سلسلة 74xx.
تستقبل قاعدة الترانزستور NPN التيار عبر المقاومة الأساسية Rb، مما يؤدي إلى تشبع الترانزستور. وهذا يسمح للتيار بالتدفق من المجمع إلى الباعث، مما يؤدي إلى تشغيل الملف داخل المرحل.
عندما يتم إيقاف تشغيل الترانزستور، يضمحل المجال المغناطيسي الناتج عن الملف، مما يؤدي إلى حدوث ارتفاع مفاجئ في الجهد. يوفر الصمام الثنائي العجلة الحرة مسارًا لهذا الارتفاع، مما يحمي الترانزستور من التلف.
دائرة إضاءة الشوارع الأوتوماتيكية مع LDR ومرحل
اكيد لاحظت مصابيح الشوارع التي تضيء تلقائيًا في الليل وتطفئ أثناء النهار. من خلال معرفة كيفية عمل المرحلات، يمكنك إنشاء دائرة قادرة على التحكم في هذه الأنواع من الأضواء باستخدام مقاوم ضوئي وترانزستورين NPN ومرحل فقط:
تستخدم الدائرة LDR (Light Dependent Resistor) كمستشعر للضوء، وهو ببساطة عبارة عن مقاومة تزداد قيمتها في الظلام وتنخفض في وجود الضوء. ثم تستخدم ترانزستورًا واحدًا لاكتشاف الضوء، وآخر لتشغيل المرحل.
عندما يسقط الضوء على LDR، تقل مقاومتها، مما يؤدي إلى تنشيط الترانزستور Q1. وهذا يعني أن خرج المجمع لهذا الترانزستور يصبح منخفضًا نظرًا لعدم وجود جهد تقريبًا عبر الترانزستور عندما يكون قيد التشغيل. وهذا يعني أن الترانزستور الثاني مطفأ لأنه لا يوجد تيار يتدفق عبر قاعدته، مما يعني أن ملف التتابع لا يحصل على أي تيار، وبالتالي فإن ضوء الشارع مطفأ.
أثناء الليل، تزداد مقاومة LDR إلى قيمة عالية، مما يوقف عمليًا تدفق التيار عبر الترانزستور Q1، ويعطله. مع عمل Q1 الآن كمفتاح مفتوح، يتدفق التيار مباشرة عبر R1 إلى الترانزستور Q2، مما يؤدي إلى تنشيطه والسماح للتيار بالتدفق عبر المجمع، وتنشيط ملف التتابع وتشغيل ضوء الشارع.
بالنسبة للدوائر مثل هذه، قد يكون من المفيد استخدام وحدة تتابع تأتي مع لوحة ومرابط مناسبة مع تصنيف تيار مناسب:
أنواع المرحلات
هناك نوعان رئيسيان من المرحلات: مرحل الحالة الثابتة (SSR) ومرحل الكهروميكانيكي (EMR).
في المجال العملي، تستخدمهما بنفس الطريقة. والفرق الرئيسي هو أن مرحل الحالة الثابتة يحتوي على اقطاب تحكم بدلاً من اقطاب الملف.
ولكن من الداخل، يختلفان تمامًا:
يستخدم المرحل الكهروميكانيكي مكونات ميكانيكية تتحرك. يستخدم مرحل الحالة الصلبة أشباه الموصلات ولا توجد أجزاء متحركة. وهذا يعني أن مرحل الحالة الصلبة يمكنه التبديل بشكل أسرع بكثير ولا يتآكل مثل المرحل.
في مرحلات الكهروميكانيكية، يمكنك أيضًا العثور على أنواع المرحلات التالية:
مرحلات القفل: تتمتع مرحلات القفل بحالتين مستقرتين وستظل في آخر حالة كانت عليها عندما تم تشغيلها آخر مرة. تستهلك الطاقة فقط عند التبديل بين الحالات، مما يجعلها موفرة للطاقة لتطبيقات مثل النسخ الاحتياطي للذاكرة أو دورة الطاقة.
مرحلات الانبوب: تستخدم مرحلات الانبوب مفتاح محاط بملف للتحكم في عملية التبديل. إنها مضغوطة ومناسبة لتطبيقات التبديل عالية السرعة.
مرحلات مستقطبة: تحتوي المرحلات المستقطبة على جهات اتصال مستقطبة لضمان التشغيل السليم في دوائر التيار المستمر. وهي مصممة لمنع مشكلات القطبية العكسية.
مرحلات التردد العالي: تم تصميم هذه المرحلات للعمل بشكل موثوق به عند الترددات العالية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات حيث تحدث دورة التشغيل/الإيقاف في فترات قصيرة.
أنواع مفاتيح المرحلات
مرحل SPDT
المرحل الذي استخدمته في أمثلتي يسمى أحادي القطب وثنائي الخرج (SPDT). وهو الأكثر استخدامًا. وهو مرحل ذو 5 دبابيس مع الدبابيس التالية:
يتم استخدام القطب COM دائمًا. وعلى الرغم من أنه يمكنك استخدام كل من NC وNO، فمن الشائع استخدام أحدهما فقط.
توصيل القطب مفتوح عادةً (NO)
إذا كنت تريد فصل الجهاز الذي تريد تشغيله/إيقاف تشغيله عن الطاقة عندما لا يكون المرحل نشطًا، فيجب عليك استخدام دبوس مفتوح عادةً (NO).
اترك تعليق