المصهرات وأهميتها في الأنظمة الكهربائية

مفهوم المصهر ومدى أهميته في الأنظمة الكهربائية:

في مجال “الإلكترونيات أو الكهرباء”، يعتبر المصهر الجهاز الأهم ويسمى أيضاً بالصمام الكهربائي، والذي يتم استخدامه في الدوائر الكهربائية المختلفة التي توفر الحماية من ظروف التيار الزائد، كما أن الجهاز مرفق بشريط معدني، حيث يتم إذابته عندما يكون هناك تدفق لمجموعة ممتدة من القيم الحالية، وبسبب انحلال المعدن؛ فإن الدائرة تصبح دائرة مفتوحة وتفصل تدفق مصدر الطاقة عبر الجهاز.

كما يُطلق عليه أيضاً فصل تلقائي للإمداد يتم اختصاره في كثير من الأحيان إلى (ADS)، وهذا هو الجهاز المتوفر بثمن بخس والذي يتم تنفيذه لحماية الدوائر الكهربائية في ظروف قصر الدائرة الكهربائية أو النطاق العالي لأحجام التيار.

لماذا نحتاج الى المصهرات الكهربائية؟

تستخدم هذه لمنع الأجهزة المنزلية من التيار العالي أو التلف الزائد، خاصةً إذا استخدمنا مصهراً في المنازل؛ فلا يمكن أن تحدث “الأعطال الكهربائية” في الأسلاك ولا تتلف الأجهزة من حريق احتراق الأسلاك، وعندما ينكسر المصهر أو يتلف، فإنه يحدث بريق مفاجئ قد يؤدي إلى تلف أجهزتك المنزلية.

خصائص المصهرات الكهربائية:

هناك خصائص قليلة للمصاهر في المجال الكهربائي وهي موضحة على النحو التالي:

• قيمة تصنيف التيار: يُطلق على التوصيل المتكرر للحد الأقصى لمقدار التيار الذي يحمل الجهاز دون جعله منصهراً كقيمة التصنيف الحالية، كذلك قيمة القياس بالأمبير ولها خصائص حرارية.

• قيمة تصنيف الجهد: هنا يكون الجهد في اتصال متسلسل مع المصهر الذي لا يزيد من قيمة تصنيف الجهد.

• درجة الحرارة: تكون درجة الحرارة الوظيفية للمصهر أكثر بحيث ينخفض التصنيف الحالي، وهذا يجعل المصهر يتساقط.

• هبوط الجهد: عندما يكون هناك “تدفق تيار إضافي” عبر الجهاز؛ فإنه ينفجر المصهر ويجعله دائرة مفتوحة، وبسبب هذا، سيكون هناك تغيير في المقاومة ويصبح انخفاض الجهد في حده الأدنى.

مبدأ عمل المصهرات الكهربائية:

مبدأ عمل المصهر هو “نتيجة تسخين التيار”، وهي ملفقة بشريط خفيف أو خيط من الأسلاك المعدنية، كم أنه دائماً ما يكون اتصال المصهر في الدائرة الكهربائية متسلسلًا، وخاصةً عندما يكون هناك إنتاج لمستوى عالٍ من الدوائر الكهربائية الحالية، بحيث يلين المصهر ويجعل الدائرة في حالة مفتوحة، كما قد يؤدي التدفق الشديد للتيار إلى انهيار السلك ويمنع الإمداد.

كما يعتمد سيناريو عمل هذا الجهاز بشكل أساسي على حالة تسخين التيار، وفي الأداء العام للتيار؛ فإنه سيكون هناك تدفق طبيعي للتيار عبر المصهر، وبسبب التدفق الحالي، سيتم تطوير الحرارة في عنصر الصمامات وسيتم تبديد الحرارة المتولدة في الغلاف الجوي، ونتيجة لذلك يتم الحفاظ على مستوى درجة حرارة الحرارة أقل من قيم نقطة الانصهار.

بينما في حالات الخطأ، سيكون هناك تدفق لتيار الخطأ (تيار القصر الكهربائي) عبر الجهاز، كما يكون حجم هذه القيمة الحالية أكثر عند مقارنتها بمستويات الحجم الحالية العادية، بحيث يؤدي هذا إلى تطور درجة حرارة عالية في المصهر، لذلك؛ يبدأ الجهاز في الذوبان والانهيار، وفي هذه الحالة؛ فإنه يقف المصهر كعنصر حماية من الحمل الزائد أو الماس الكهربائي.

ونظراً لأن عنصر المصهر مصنوع من موصل معدني تم اختياره بدرجة عالية؛ فإنه يحمل المصهر، لذلك؛ فإن التشغيل الأساسي لهذا الجهاز هو السماح فقط بقيم تيار محدودة من خلال الجهاز، خاصةً إذا لم يكن كذلك؛ فإنه يكسر الدائرة الكهربائية ولديه القدرة على قمع الجهد الزائد. يظهر البناء الأساسي للمصهر على النحو التالي:

يمكن تغيير المصهر في الدائرة الكهربائية عن طريق وضع فتيل جديد له نفس مستويات تصنيف الطاقة، كما يمكن تصميمه بعناصر مثل النحاس، الزنك، الألومنيوم ،الفضة، كما أنها تعمل مثل قاطع الدائرة الكهربائية لكسر الدائرة بينما يحدث الخطأ المفاجئ في الدائرة، حيث يعمل هذا كإجراء أمان أو حامي للبشر من المخاطر.

تصنيف المصهر = [الطاقة (واط) / الجهد (فولت)] × 1.25

كما يمكن اختيار المصهر عن طريق حساب تصنيف المصهر باستخدام الصيغة أعلاه.

• اختر المصهر.

• اكتب الجهد (فولت) والطاقة (وات) للجهاز.

• احسب معدل المصهر.

بعد النتيجة، استخدم الحد الأقصى لتصنيف الصمامات، على سبيل المثال، إذا كان تصنيف المصهر المحسوب هو الحد الأقصى لتصنيف الصمامات؛ فإن هذا يعني أنه عندما يكون معدل الصمامات المحسوب (7.689) أمبير؛ فيجب تركيب فتيل بقدرة (8) أمبير في الدائرة الكهربائية.

أنواع المصهرات الكهربائية المختلفة:

يتم تصنيف المصاهر بشكل أساسي إلى عدة أنواع تعتمد على التطبيق، وهي فتيل نوع التيار المتردد وصمام “نوع التيار المستمر”، ومرة أخرى يتم تصنيفها إلى أنواع مختلفة بناءً على مستويات الجهد، حيث يوضح الرسم البياني التالي؛ مخطط أنواع الصمامات الكهربائية اعتماداً على فتيل التيار المتردد ومصهر التيار المستمر.

كما تتوفر مصاهر التيار المستمر بقدرات مختلفة، ولها قيمة ثابتة تزيد عن “0” فولت، ولهذا السبب؛ فإنه من الصعب إلى حد ما إزالة الدائرة وإلغاء تنشيطها، أيضاً قد تكون هناك فرصة لتطوير كهربائي بين الأسلاك المنصهرة، وللتخلص من هذا؛ فإنه يتم وضع عدد قليل من الأقطاب الكهربائية على مسافات أكبر، ونتيجة لذلك، تظهر فتيل التيار المستمر بحجم ضخم ويصبح بناء هذا معقداً.

أنواع مصهرات التيار المتردد:

يكون فتيل التيار المتردد أصغر حجماً، خاصةً عند مقارنته بصمامات التيار المستمر ولديهم تذبذب يقارب 50 إلى 60 مرة في كل ثانية من الأقل إلى الأعلى، ونتيجة لذلك؛ فإنه لا توجد فرصة لتوليد قوس كهربائي بين الأسلاك المنصهرة.

ولهذا السبب، يمكن حشرها بأحجام صغيرة. علاوة على ذلك، كما يتم تصنيف صمامات التيار المتردد إلى قسمين هما (الصمامات ذات الجهد العالي والصمامات المصهرات) المنخفضة الجهد، وهنا يشير (LV & HV) إلى الجهد المنخفض والجهد العالي.

وهنا يمكن أن نستنتج أن الصمامات وأنواعها واضحة المعالم، حيث تتمثل الوظيفة الرئيسية للمصهر في حماية الدوائر الكهربائية من فيضان التيار، وفي الوقت الفعلي، قد لا يكون تدفق التيار أثناء الأسلاك ثابتاً طوال الوقت.

في هذه الحالات، قد يتضرر الجهاز من الحرارة الزائدة، وذلك بينما تم تطوير المعدات بشكل كبير من خلال التعامل مع قاطع الدائرة، إلا أن هذه الأنواع من الصمامات لا تزال مستخدمة في أماكن مختلفة مثل المكونات الكهربائية الأساسية، والسؤال المطروح هو، ما يسمى بصمامات أشباه الموصلات؟

تطبيقات الأنواع المختلفة من المصهرات الكهربائية:

تعتبر الأنواع المختلفة من الصمامات واستخداماتها هي مكونات أساسية في جميع الدوائر الكهربائية، كما تتضمن بعض التطبيقات الرئيسية للمصاهر في “مجال الكهرباء والإلكترونيات” ما يلي.

• محولات الكهرباء.

• الأجهزة الكهربائية، مثل مكيفات الهواء والتلفزيون والغسالات وأنظمة الموسيقى.

• الكابلات الكهربائية في المنزل.

• أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

• شواحن الطاقة.

• الكاميرات والماسحات الضوئية والطابعات وآلات التصوير.

• السيارات والأجهزة الإلكترونية والألعاب.

أخيراً، يمكننا أن نستنتج أن الصمامات وأنواعها موضحة، حيث تتمثل الوظيفة الرئيسية للمصهر في حماية الدوائر الكهربائية من فيضان التيار، وفي الوقت الفعلي، قد لا يكون تدفق التيار أثناء الأسلاك ثابتاً طوال الوقت، وفي هذه الحالات، قد يتضرر الجهاز من الحرارة الزائدة.