اقرأ في هذا المقال
- لماذا تستخدم طريقة تحويل المصدر الكهربائي؟
- مفهوم تحويلات المصدر الكهربائي
- تحويل مصدر الجهد إلى مصدر تيار
- تحويل مصدر التيار إلى مصدر جهد
لماذا تستخدم طريقة تحويل المصدر الكهربائي؟
تُستخدم طرق تحويل المصدر لتبسيط الدوائر لتعديل الدوائر المعقدة عن طريق تحويل مصادر التيار المستقلة إلى مصادر جهد مستقلة والعكس صحيح. لتحليل الدوائر يمكننا تطبيق تقنيات بسيطة للجهد والتيار باستخدام هذه التحويلات. يمكن أيضًا استخدام طريقة تحويل المصدر هذه لتحويل دائرة من مكافئ (Thevinin) إلى مكافئ (Norton).
مصدر الجهد العملي – Practical Voltage Source:
مصدر الجهد المثالي يعني جهازًا يوفر جهدًا طرفيًا لا يعتمد على تدفق التيار خلاله. لكن مثل هذه المصادر المثالية لا توجد عمليًا. لنفترض أنّ البطارية ستنتج (12) فولت عندما لا يتم توصيل أي حمل أو لا يتدفق التيار خلالها، فإنّ البطارية تنتج جهدًا أقل من (12) فولت عندما يتدفق تيار الحمل خلالها. تسمّى هذه المصادر بمصادر جهد عملية أو فعلية. ومع ذلك، طالما كانت الطاقة أو التيارات الصغيرة مستمدة من الحمل، فإنّ هذه المصادر العملية تمثل مصادر الجهد المثالية.
لذلك، يتم الحصول على النموذج الحقيقي للجهاز “مصدر جهد عملي” بواسطة مصدر جهد مثالي بمقاومة متسلسلة. تشبه هذه المقاومة المتسلسلة انخفاض الجهد في الجهاز عندما يتدفق التيار خلاله. تسمّى المقاومة المتسلسلة بالمقاومة الداخلية لمصدر الجهد. هذا لا يعني أنّه يمكننا العثور على مثل هذا الترتيب داخل كل جهاز مصدر عملي ولكنه يمثل مجرد انخفاض في الجهد الطرفي على حساب زيادة تدفق تيار الحمل.
مصدر التيار العملي – Practical Current Source:
على غرار مصدر الجهد المثالي، لا يوجد مصدر تيار مثالي أبدًا لأنّه لا يوجد جهاز أو مصدر يوفر تيارًا ثابتًا مستقلًا عن مقاومة الحمل المتصلة أو الجهد عبر أطراف التحميل. ومع ذلك، إذا كان جهد الحمل صغيرًا، فإنّ تيار الحمل في مصدر التيار العملي والتيار من مصدر التيار المثالي متساويان. لذلك، يتم الحصول على نموذج حقيقي أو مصدر تيار عملي من مصدر تيار مثالي بالتوازي مع المقاومة “أو المقاومة الداخلية”. ويتغير التيار في مصدر تيار عملي مع تغير في جهد الحمل “أو تغير في مقاومة الحمل”.
مفهوم تحويلات المصدر الكهربائي:
ضع في اعتبارك كلاً من الجهد العملي ومصادر التيار ذات مقاومة الحمل لـ (RL). دعونا نرى كيف تتصرف الدائرة لتغير المقاومة عند الحمل:
- إذا كانت مقاومة الحمل، (R = 0) في دائرة مصدر الجهد العملي، فإنّ الحمل يعمل كدائرة قصيرة وبالتالي يتدفق تيار الدائرة القصيرة عبر الحمل. لذا فإنّ (VL) هو صفر (VL = IL × RL) وسيكون (IL) هو:
IL = Vs/Rs
- وبالمثل بالنسبة لـ (RL = 0) في دائرة مصدر التيار العملية، يتصرف الحمل أيضًا كدائرة قصيرة لأنّه يفضل تدفق التيار عبر مسار غير مقاوم. تيار الحمل هذا يساوي تيار المصدر الذي يساوي قيمة (Vs / Rs) في دائرة مصدر الجهد العملي:
Therefore, Is = Vs/Rs when RL = 0…………(1)
- إذا كانت مقاومة الحمل (R) لا نهائية، فإنّ كلا الدائرتين تتصرفان كدائرة مفتوحة. لذلك حمل التيار هو صفر في كلتا الدائرتين. وهبوط الجهد عبر المقاومة (Rint) في دائرة مصدر التيار العملي هو: (Is×Rint):
Vint = Is × Rint
- والجهد عبر (Rs) في دائرة مصدر جهد عملي يساوي (Vs) الذي يساوي (Is× Rint) لدائرة مصدر التيار العملي:
Vs = Is * Rint when RL is infinity ………………(2)
ومن هنا نحصل من المعادلتين (1 و 2):
Vs = Rs × Is
Vs = Rint × Is
من خلال ملاحظة المعادلتين أعلاه، إذا كانت المقاومة الداخلية للمصدرين هي نفسها، فإنّ المصدرين يكونان متكافئين كهربائيًا. هذان المصدران متكافئان، ويمكنهما إنتاج نفس قيم (IL) و(VL) عند توصيلهما بنفس مقاومة الحمل. ومن ثمّ، يمكن أن تنتج هذه المصادر المكافئة قيمًا متطابقة للتيار قصير الدائرة وفولتية الدائرة المفتوحة عندما تكون مقاومة الحمل صفر ومقاومة اللانهاية على التوالي. لذلك، من خلال تبديل المقاومات الداخلية يمكننا تحويل خصائصها من مصدر تيار إلى مصدر جهد والعكس صحيح.
تحويل مصدر الجهد إلى مصدر تيار:
يمكن تحويل مصدر الجهد أو تحويله إلى مصدر تيار عن طريق تبديل المقاومة المتسلسلة بالتوازي والخطوات كالتالي:
1. ابحث عن المقاومة الداخلية لمصدر الجهد واحتفظ بهذه المقاومة بالتوازي مع مصدر التيار.
2. تحديد تدفق التيار الذي يوفره مصدر التيار من خلال تطبيق “قانون أوم“.
3. يتم تحويل مصدر الجهد بمقاومة (Rs) إلى مصدر تيار مكافئ بمقاومة متوازية (Rs). ويتم الحصول على قيمة التيار هذه من خلال تطبيق “قانون أوم” البسيط مثل:
Is = Vs/Rs
مثال:
ضع في اعتبارك دائرة مصدر جهد، بجهد (20) فولت ومقاومة داخلية تبلغ (5) أوم. يتم تحويل هذه الدائرة إلى مصدر تيار عن طريق وضع المقاومة بنفس القيمة مع مصدر التيار. يمكن تحديد قيمة مصدر التيار من خلال:
Is = Vs/Rs
= 20/ 5
= 4 amps
تحويل مصدر التيار إلى مصدر جهد:
يتحول مصدر التيار إلى مصدر جهد بتبديل المقاومة المتوازية في سلسلة والخطوات كالتالي:
- أوجد المقاومة المتوازية لمصدر التيار المستمر وضعها في سلسلة مع مصدر الجهد.
- تحديد قيمة جهد الدائرة المفتوحة لمصدر الجهد بتطبيق “قانون أوم”.
يتم تحويل مصدر التيار إلى مصدر جهد عن طريق وضع المقاومة (Rs) في سلسلة مع مصدر الجهد ويتم حساب قيمة مصدر الجهد على النحو التالي:
Vs = Is × Rs
مثال:
ضع في اعتبارك انه لدينا مصدر تيار، حيث يكون مصدر التيار (10A) متصل مع مقاومة على التوازي تبلغ (3) أوم. لحساب قيمة الجهد في مصدر الجهد، طبق “قانون أوم” البسيط:
Vs = Is × Rs
Vs = 10 × 3
= 30 Volts
لذلك فإنّ مصدر الجهد المكافئ لهذا التحول يتكون من مصدر جهد (30) فولت مع مقاومة متسلسلة (3) أوم.
