المرحلات هي عبارة عن أجهزة كهروميكانيكية تعمل كمفاتيح، تعمل على مبدأ الجذب الكهرومغناطيسي للتحكم في الدوائر الكهربائية وتمكين الإشارات منخفضة الطاقة من إدارة الأنظمة عالية الطاقة بأمان وكفاءة.
هيكل الترحيل والرموز
الائتمان إلى أومرون
وتتكون المرحلات الكهرومغناطيسية من ثلاثة مكونات رئيسية: ملف كهرومغناطيسي، وحديد متحرك، وملامسات. ويولد الملف، المصنوع عادةً من سلك معزول ملفوف حول قلب حديدي، مجالاً مغناطيسياً عند تنشيطه. ينجذب حديد التسليح، وهو جزء حديدي متحرك، بواسطة هذا المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى تغيير حالة المرحل.
تمثل رموز الترحيل في المخططات الكهربائية هذه المكونات ووظائفها:
- رموز اللفائف: غالبًا ما يتم تصويرها على شكل دائرة أو بيضاوية ذات طرفين.
- رموز الاتصال: تظهر على شكل خطوط يمكن أن تكون مفتوحة (مفتوحة عادة، NO) أو مغلقة (مغلقة عادة، NC).
- حديد التسليح: ممثلة بخط يربط الملف بالملامسات.
تتضمن رموز الترحيل الشائعة ما يلي:
- SPST (أحادي القطب أحادي الرمية): جهة اتصال واحدة قابلة للتحويل.
- SPDT (أحادي القطب مزدوج الرمي): جهة اتصال واحدة قابلة للتحويل مع وضعين ممكنين.
- DPST/DPDT: إصدارات مزدوجة القطب مع مجموعتين من التلامسات.
تسمح هذه الرموز الموحدة للمهندسين بفهم تكوينات المرحلات بسرعة في مخططات الدوائر الكهربائية، مما يسهل التصميم الفعال واستكشاف أخطاء الأنظمة الكهربائية وإصلاحها.
مبدأ عمل المرحل
يدور مبدأ عمل المرحل حول التفاعل بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي. عندما يتدفق التيار عبر ملف المرحل، فإنه يولد مجالاً مغناطيسياً يجذب حديد التسليح المتحرك. يتم توصيل هذا المحرك بواحد أو أكثر من الملامسات التي تقوم إما بفتح أو إغلاق الدوائر الكهربائية اعتمادًا على تكوين المرحل. تتضمن العملية ما يلي:
- تنشيط الملف بإشارة كهربائية
- إنشاء مجال مغناطيسي حول الملف
- حركة المحرك بسبب الجذب المغناطيسي
- تبديل جهات الاتصال للتحكم في الدائرة
- يؤدي إلغاء تنشيط الملف إلى عودة المحرك إلى موضعه الأصلي، وغالبًا ما يتم ذلك بمساعدة آلية زنبركية.
تسمح هذه الآلية البسيطة والفعالة في الوقت نفسه للمرحلات بالعمل كوسيط بين دوائر التحكم منخفضة الطاقة ودوائر الأحمال عالية الطاقة، مما يجعلها لا تقدر بثمن في مختلف التطبيقات الكهربائية والإلكترونية.
آلية الجذب الكهرومغناطيسي
يكمن التجاذب الكهرومغناطيسي في صميم عمل المرحل الذي يشكل أساس آلية التحويل الخاصة به. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر ملف المرحل، فإنه يولد مجالاً مغناطيسياً يمارس قوة على المحرك المتحرك. ويرتبط هذا المحرك ميكانيكيًا بملامسات المرحل، مما يؤدي إلى فتحها أو إغلاقها اعتمادًا على تكوين المرحل. قوة المجال المغناطيسي، وبالتالي القوة المؤثرة على المحرك، تتناسب طردياً مع التيار المتدفق عبر الملف. عندما يتم إلغاء تنشيط الملف، تقوم آلية زنبركية عادةً بإعادة المحرك والملامسات إلى موضعها الأصلي، مما يؤدي إلى إعادة ضبط المرحل. يسمح هذا التفاعل الأنيق بين المكونات الكهربائية والميكانيكية للمرحلات بالتحكم الفعال في الدوائر عالية الطاقة باستخدام إشارات منخفضة الطاقة، مما يجعلها ضرورية في مختلف التطبيقات التي تكون فيها السلامة والأتمتة أمرًا بالغ الأهمية.
جهات الاتصال المفتوحة عادةً مقابل جهات الاتصال المغلقة
يمكن تهيئة المرحلات بأنواع مختلفة من الملامسات، بشكل أساسي المفتوحة عادة (NO) والمغلقة عادة (NC). في تكوينات NO، تظل الدائرة مفتوحة عندما لا يتم تنشيط المرحل وتغلق عند التنشيط. وعلى العكس من ذلك، تحافظ تكوينات NC على دائرة مغلقة عندما لا يتم تنشيط المرحل وتفتح عند تنشيطه. يسمح هذا التنوع في الاستخدامات بتخصيص المرحلات لتطبيقات مختلفة، مثل التحكم في الدوائر عالية الطاقة أو تنفيذ آليات السلامة. يعتمد الاختيار بين جهات الاتصال NO و NC على المتطلبات المحددة للنظام، مما يتيح للمهندسين تصميم دوائر تستجيب بشكل مناسب لكل من ظروف التشغيل العادية والأعطال المحتملة.
الوظائف الرئيسية للمرحلات
تخدم المرحلات وظائف متعددة بالغة الأهمية في الأنظمة الكهربائية، مما يعزز السلامة ويتيح آليات تحكم متطورة. فهي تعمل كوحدات تحكم في الدوائر، مما يسمح بالتشغيل الآلي في مختلف الأجهزة عن طريق تشغيل الدوائر وإيقاف تشغيلها بناءً على إشارات التحكم. بالإضافة إلى ذلك، توفر المرحلات حماية حاسمة من خلال فصل الطاقة عند اكتشاف ظروف غير آمنة، مما يحمي الدوائر من الأحمال الزائدة.
تعمل هذه الأجهزة متعددة الاستخدامات أيضًا على تسهيل عزل الإشارات، مما يمنع التداخل بين أقسام الدوائر المختلفة، وتمكين الأجهزة منخفضة الطاقة مثل المتحكمات الدقيقة من التحكم في الأحمال عالية الطاقة مثل المحركات أو السخانات دون توصيل كهربائي مباشر. في الأنظمة المعقدة، يمكن للمرحلات أن تدمج إشارات تحكم متعددة، مما يسمح بالتشغيل الآلي المتقدم ومخططات التحكم في مختلف التطبيقات.
أنواع المرحلات
تأتي المرحلات في أنواع مختلفة، كل منها مصمم لتطبيقات وظروف تشغيل محددة. وتشمل بعض الأنواع الشائعة ما يلي:
- المرحلات الكهرومغناطيسية: النوع الأساسي والأكثر استخدامًا، ويعمل على مبدأ الجذب الكهرومغناطيسي.
- مرحلات الحالة الصلبة (SSR): استخدام أشباه الموصلات للتبديل، مما يوفر تشغيلًا أسرع وعمرًا أطول مقارنة بالمرحلات الكهرومغناطيسية.
- مرحلات القصب: استخدم مفتاح قصب مغلق في أنبوب زجاجي، معروف بسرعات تبديل سريعة ومقاومة تلامس منخفضة.
- مرحلات التأخير الزمني: تضمين آلية تأخير قبل تنشيط أو إلغاء تنشيط جهات الاتصال، وهي مفيدة في التسلسل والتحكم في العمليات.
- مرحلات الإغلاق: تحافظ على وضعها بعد إزالة طاقة التحكم، وهي مثالية لتطبيقات توفير الطاقة.
يتم تصنيف المرحلات أيضًا بناءً على تكوينات التلامس الخاصة بها، مثل المرحلات أحادية القطب أحادية القطب (SPST)، والمرحلات أحادية القطب مزدوجة القطب (SPDT)، والمرحلات مزدوجة القطب مزدوجة القطب (DPDT)، وكل منها يقدم قدرات تبديل مختلفة. يعتمد اختيار نوع المرحل على عوامل مثل سرعة التحويل ومتطلبات الطاقة والظروف البيئية والاحتياجات المحددة للتطبيق.
