أهمية وجود المرحلات في الأنظمة الكهربائية

بدايات وجود المرحلات في الأنظمة الكهربائية:

بدأ تطوير المرحلات في الفترة 1809م، وكجزء من اختراع “التلغراف الكهروكيميائي”؛ فقد اكتشف صموئيل التتابع الإلكتروليتي في عام 1809م، وبعد ذلك أكد العالم هنري هذا الاختراع في عام 1835م ليصنع نسخة مرتجلة من التلغراف وطورها لاحقاً في عام 1831م.

بينما في عام 1835م، اكتشف ديفي التتابع تماماً، لكن حقوق براءة الاختراع الأصلية منحها صموئيل في عام 1840م، وللاختراع الأولي للترحيل الكهربائي، فقد ظهر نهج هذا الجهاز مثل مكبر الصوت الرقمي، وبالتالي تكرار إشارة التلغراف والسماح بالانتشار لمسافات أطول.

ما هو المرحل من وجهة نظر كهربائية؟

يتم استخدام المرحلات عموماً، حيث يلزم تنظيم دائرة من خلال إشارة طاقة دنيا فردية أو تستخدم حيث يلزم تنظيم دارات متعددة من خلال إشارة واحدة، حيث كان الاستخدام الأولي للمرحلات في الطول الممتد لدارات التلغراف مثل مكررات الإشارة لأنها تنشط الموجة المستقبلة وتنقل إلى دوائر أخرى، كما كان التنفيذ الرئيسي للمرحلات في بدالات الهاتف والنسخة الأولية من أجهزة الكمبيوتر.

حيث تعتبر المرحلات هي الحماية الأساسية وكذلك أجهزة التبديل في معظم عمليات أو معدات التحكم، كما تستجيب جميع المرحلات لواحدة أو أكثر من الكميات الكهربائية مثل الجهد أو التيار بحيث تفتح أو تغلق جهات الاتصال أو الدوائر، كما أن المرحل هو جهاز تبديل حيث يعمل على عزل أو تغيير حالة الدائرة الكهربائية من حالة إلى أخرى.

ونظراً لأن التتابع يتأكد من حماية الدائرة حتى لا يحدث أي ضرر، بحيث يتكون كل مرحل من ثلاثة مكونات أساسية يتم حسابها ومقارنتها والتحكم فيها، كما يعرف المكون المحسوب التباين في القياس الفعلي ويقيم مكون المقارنة المبلغ الفعلي مع ذلك الخاص بالترحيل المحدد مسبقاً، ويتعامل عنصر التحكم مع التباين السريع في السعة المقاسة مثل إغلاق الدائرة الوظيفية الحالية.

كما تُستخدم مرحلات إعادة الإغلاق لتوصيل مختلف المكونات والأجهزة داخل شبكة النظام، مثل عملية المزامنة واستعادة الأجهزة المختلفة بعد فترة وجيزة من اختفاء أي عطل كهربائي، ثم توصيل “المحولات والمغذيات” بشبكة الخط. المرحلات المنظمة هي المفاتيح التي تلامسها بحيث يزداد الجهد كما في حالة محولات تغيير الصنبور.

أيضاً تُستخدم جهات الاتصال الإضافية في قواطع الدائرة وغيرها من معدات الحماية لمضاعفة التلامس، كما أن مرحلات المراقبة تراقب أحوال النظام مثل اتجاه الطاقة وبالتالي تولد الإنذار، وتسمى هذه أيضاً المرحلات الاتجاهية.

يستخدم النوع العام للترحيل المغناطيس الكهربائي لأداء فتح وإغلاق جهات الاتصال، بينما في الأنواع الأخرى من المناهج، مثل نوع الحالة الصلبة للمرحلات، حيث تستخدم خصائص أشباه الموصلات لأغراض التحكم دون الاعتماد على المكونات المنقولة.

وهناك بعض المرحلات لها خصائص معايرة، وفي بعض الحالات؛ فقد يتم استخدام ملفات وظيفية مختلفة لحماية أنظمة الدوائر الكهربائية من تيارات الحمل الزائد، وفي أنظمة الطاقة الحالية؛ فإنه يتم إنجاز هذه العمليات بواسطة الأجهزة الرقمية حيث تسمى تلك الأنواع الواقية من المرحلات.

أنواع مختلفة من المرحلات الكهربائية:

اعتماداً على مبدأ التشغيل والميزات الهيكلية، فقد تكون المرحلات من أنواع مختلفة مثل المرحلات الكهرومغناطيسية والمرحلات الحرارية والمرحلات المتنوعة للطاقة والمرحلات متعددة الأبعاد، وما إلى ذلك، كذلك مع تصنيفات وأحجام وتطبيقات متنوعة؛ فقد يعتمد التصنيف أو أنواع المرحلات على الوظيفة التي يتم استخدامها من أجلها.

كما تشمل بعض الفئات مرحلات الحماية والإغلاق والتنظيم والمساعدة والمراقبة، وهناك مرحلات الحماية، التي تراقب باستمرار هذه المعلمات، مثل الجهد والتيار والطاقة، خاصةً وإذا كانت هذه المعلمات تنتهك الحدود المحددة؛ فإنها تولد إنذاراً أو تعزل تلك الدائرة المعينة، كما تستخدم هذه الأنواع من المرحلات لحماية المعدات مثل المحركات والمولدات والمحولات وما إلى ذلك.

بشكل عام، يعتمد تصنيف المرحلات على السعة الكهربائية التي يتم تنشيطها بالتيار والقوة والجهد والعديد من الكميات الأخرى، كما يعتمد التصنيف على القدرة الميكانيكية التي تنشطها سرعة الغاز أو تدفق السائل والضغط، وفي حين تعتمد على السعة الحرارية التي تنشطها طاقة التسخين والكميات الأخرى صوتية وبصرية وغيرها.

 المرحلات (DC) مقابل (AC):

تعمل كل من مرحلات “التيار المتردد” والتيار المستمر على نفس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، لكن البناء يختلف إلى حد ما، ويعتمد أيضاً على التطبيق الذي تم اختيار هذه المرحلات من أجله، كما تُستخدم مرحلات التيار المستمر مع الصمام الثنائي الحر لإلغاء تنشيط الملف وتستخدم “مرحلات التيار المتردد” النوى المصفحة لمنع فقدان تيار الدوامة.

كما أن الجانب المثير للاهتمام للغاية في التيار المتردد هو أنه لكل نصف دورة، بحيث يتغير اتجاه العرض الحالي، لذلك وبالنسبة لكل دورة؛ فإنه يفقد الملف مغناطيسيته لأن التيار الصفري في كل نصف دورة يجعل التتابع يصنع ويقطع الدائرة باستمرار، ولمنع هذا، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يتم وضع ملف مظلل أو دائرة إلكترونية أخرى في مرحل التيار المتردد لتوفير المغناطيسية في الوضع صفر الحالي.

نوع الجذب المرحلات الكهرومغناطيسية:

يمكن أن تعمل هذه المرحلات مع كل من إمداد التيار المتردد والتيار المستمر وتجذب “قضيباً معدنياً” أو قطعة معدنية عندما يتم توفير الطاقة للملف، كما يمكن أن يكون هذا مكبساً يتم سحبه نحو الملف اللولبي أو عضو إنتاج ينجذب إلى أقطاب مغناطيس كهربائي.

لذلك لا تحتوي هذه المرحلات على أي تأخير في الوقت، لذا يتم استخدامها للتشغيل الفوري، كما يوجد المزيد من الاختلافات في نوع جاذبية المرحل الكهرومغناطيسي وهذه هي:

الرزمة المتوازية: ترتبط كميتان قابلتان للقياس بسبب الضغط الكهرومغناطيسي المتولد يتفاوت ضعف عدد دورات الأمبير، وهي نسبة التيار الوظيفي لهذا النوع من المرحلات ضئيلة للغاية، حيث يميل المرحل إلى التجاوز عند ضبط الجهاز ليعمل في عملية سريعة.

المحرك المفصلي: هنا يمكن تحسين حساسية المرحل لوظيفة التيار المستمر عن طريق إدخال “المغناطيس الدائم”، كما يُطلق على هذا أيضاً اسم ترحيل الحركة المستقطبة.

تطبيقات على أنواع مختلفة من المرحلات الكهربائية:

نظراً لوجود أنواع متعددة من المرحلات، سيكون لهذه الأجهزة تطبيقات في مختلف الصناعات الكهربائية والطيران والطبية والفضائية وغيرها، والتطبيقات هي:

• تستخدم لتنظيم الدوائر المختلفة.

• يحمي الأجهزة من الجهد الزائد والقيم الحالية ويقلل من تأثير التلف الكهربائي على الدوائر.

• تستخدم لعزل الحد الأدنى من مستوى دائرة الجهد.

• تعتبر المثبتات التلقائية أحد تطبيقاتها، حيث يتم تنفيذ الترحيل. عندما لا يكون مستوى جهد الإمداد هو نفسه مستوى الجهد المقنن؛ فإن مجموعة من المرحلات تحلل تعديلات الجهد وتنظم دائرة الحمل عن طريق دمج قواطع الدائرة.

• تستخدم لتنظيم “مفاتيح المحرك الكهربائي”، حيث نحتاج عموماً إلى إمداد تيار متردد بجهد 230 فولت، ولكن في حالات وتطبيقات قليلة، كذلك قد تكون هناك حالة لتشغيل المحرك باستخدام جهد إمداد التيار المستمر.