6 أسباب لنزول ماء من اسفل الثلاجة (بعضها غير متوقع)

بعد اختراع الثايرستور وتطويره بالشكل التجاري بدأ انتشار إلكترونيات القدرة في كثير من التطبيقات الصناعية وازدادت الأهمية مع التقدم المستمر في علم الحواسيب والإلكترونيات الدقيقة، حيث أمكن التحكم في دوائر إلكترونيات القدرة لتتعامل مع كمية قدرة كبيرة بكفاءة عالية.

الكترونيات القدرة Power Electronics

ماهي الكترونيات القدرة؟

يطلق على الكترونيات القدرة اسم الإلكترونيات الصناعية أو الإلكترونيات الاستطاعية، يتم فيها دراسة الدوائر الالكترونية المخصصة للتحكم في تدفق الطاقة الكهربائية وتكون مهمتها في المعالجة والتحكم في تدفق الطاقة الكهربية من خلال توفير جهد وتيار بشكل يتناسب مع الحمل المراد تشغيله.

تشير أيضا إلى مواد بحثية في الهندسة الكهربائية والإلكترونية تتعامل مع التصميم والتحكم وحساب وتكامل أنظمة معالجة الطاقة الإلكترونية غير الخطية والمتغيرة زمنيا.

عناصر إلكترونيات القدرة

• الصمام الثنائي (الدايود)
• الترانزستور
• الصمام الباعث للضوء LED: light-emitting diode
• المقوم السيليكوني المُتحكم به الثايرستور SCR
• الترانزستورات ثنائية القطبية BJTs
• الترانزستورات ذات التأثير الحقلي MOSFETS
• المفتاح السيليكونى ذو بوابة الإطفاء GTO: Gate Turn of Switch
• ترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة IGBT

دوائر الكترونيات القدرة Power Electronic Circuits

تستخدم دوائر إلكترونيات القدرة لتهيئة المصدر الكهربائي ليتناسب مع متطلبات الحمل، وتمتاز تلك الدوائر بصغر الحجم والوزن والكفاءة العالية، وتحتوي دوائر إلكترونيات القدرة على عناصر أشباه الموصلات Semiconductors ذات القدرة والتي يتم التحكم فيها عن طريق دوائر إلكترونية مساعدة.

ماهي أنواع دوائر الكترونيات القدرة؟

يمكن تقسيم دوائر إلكترونيات القدرة طبقا لوظيفة كل منها إلى أربعة أنواع رئيسة هي:

1. المقومات او الموحدات Rectifiers
2. حاكمات الجهد المتردد AC Voltage Controllers
3. مقطعات التيار المستمر DCChoppers
4. العواكس lnverters

المقومات او الموحدات Rectifiers

المقومات او الموحدات Rectifiers

تستخدم لتحويل الجهد المتردد إلى جهد ثابت وهي تنقسم إلى نوعين هما كالتالي:

المقومات أو الموحدات غير المحكومة Uncontrolled Rectifiers

تستخدم دوائر الموحدات غير المحكومة لتحويل الجهد المتردد ثابت القيمة إلى جهد مستمر ثابت القيمة، ويمكن أن يكون الجهد المتردد أحادي الوجه أو ثلاثي الأوجه، ويستخدم عنصر الدايود Diode في هذه نوع من الدوائر .

المقومات أو الموحدات المحكومة Controlled Rectifiers

دوائر الموحدات المحكومة تقوم بتحويل الجهد المتردد ثابت القيمة إلى جهد مستمر متغير القيمة ، ويمكن أن يكون الجهد المتردد أحادي الوجه أو ثلاثي الأوجه، والعنصر المستخدم بكثرة في هذه الدوائر هو الثايرستور (Thyristor)، وللموحدات المحكومة عدة تطبيقات صناعية مثل التحكم في محركات التيار المستمر ومصادر القدرة للتيار المستمر وكذلك في أجهزة شحن البطاريات.

حاكمات الجهد المتردد AC Voltage Controllers

حاكمات الجهد المتردد AC Voltage Controllers

وظيفة حاكم الجهد المتردد هي الحصول على جهد متردد متغير القيمة من جهد متردد ثابت القيمة، ويستخدم عنصر الثايرستور في دوائر حاكمات الجهد المتردد ذات القدرات العالية، أما في حالة القدرات المنخفضة فيستخدم الترياك (Triac) بكثرة لرخص ثمنه وسهولة تصميم دوائر التحكم الخاصة به، ولحاكمات الجهد المتردد العديد من التطبيقات المهمة مثل التحكم في الإضاءة والتحكم في سرعة المحركات الحثية كذلك التحكم في درجات الحرارة.

مقطعات التيار المستمر DC Choppers

مقطعات التيار المستمر DC Choppers

تقوم بتحويل الجهد المستمر ثابت القيمة إلى جهد مستمر متغير القيمة. في الماضي كان الثايرستور هو العنصر المستخدم في دوائر مقطعات التيار المستمر ولكن الآن يستخدم الترانزستور Transistor في هذا النوع من الدوائر، وأحد تطبيقات مقطعات التيار المستمر التحكم في محركات التيار المستمر والتي تغذى من بطاريات أو منبع جهد مستمر ثابت القيمة.

العواكس lnverters

العواكس lnverters

الهدف الأساسي من العواكس هي تحويل التيار المستمر ثابت القيمة إلى تيار متردد متغير القيمة والتردد ، ويمكن الحصول على جهد متردد أحادي الوجه ويسمى العاكس ف هذه الحالة عاكسا أحادي الوجه، كما يمكن الحصول على جهد متردد ثلاثي الأوجه من جهد مستمر ويسمى العاكس في هذه الحالة عاكسا ثلاثي الأوجه، ويمكن استخدام الثايرستور أو الترانزستور في دوائر العاكس ولكن يفضل استخدام الترانزستور نظرا لسهولة تصميم دوائر التحكم ومرونة استخدامه وكذلك العمل عند ترددات عالية وبساطة دائرة القدرة، ويستخدم العاكس على نطاق واسع في التحكم في محركات التيار المتردد والتسيير الكهربائي، كما يستخدم أيضا في دوائر مصدر القدرة ضد انقطاع التيار والتي تعرف باسم أجهزة UPS.

استخدامات (تطبيقات) الكترونيات القدرة

إن الكترونيات القدرة لها تطبيقات كثيرة في معظم في معظم المجالات الكهربية بما في ذلك الصناعات ومحطات الطاقة والمختبرات والمستشفيات وتوليد الطاقة وتحويلها ومكافحة التلوث البيئي وما إلى ذلك، من استخداماتها ما يلي:

• في المجال الصناعي : تستخدم في معدات المعالجة الكيميائية ، واللحام ، والإضاءة ، والطلاء الكهربائي ، والمضخات ، والضواغط ، والتدفئة ، والمراجل ، والناقلات ، والرافعات ، والمغناطيسات الكهربائية ، والمركبات والأفران الكهربائية ، إلخ.
• في الأجهزة المنزلية: الثلاجات والمكانس الكهربائية والغسالات وآلات الخياطة والمجففات والخلاطات والمطاحن والتكييف وما إلى ذلك.
• في المجال التجاري: تستخدم في أجهزة الكمبيوتر وآلات البيع ومضخمات الصوت وشحن البطارية ومزودات الطاقة Power Supplies وما إلى ذلك.
• في المجال الطبي: تستخدم في الأدوات الطبية مثل أجهزة اللياقة والاختبار ، إلخ.
• في مجال مكافحة التلوث البيئي: تستخدم الكترونيات القدرة لمصادر الطاقة المتجددة.
• في أنظمة السيارات والأمن: تستخدم في السيارات الكهربائية ، والمنظمون ، وأجهزة الإنذار ، إلخ.
• في الفضاء الجوي: تستخدم في أنظمة الأقمار الصناعية والطائرات وأنظمة طاقة سفن الفضاء ، إلخ.
• في النقل: تستخدم في محركات السيارات ، والقطارات ، والعربات ، ومترو الأنفاق ، والقاطرات ، وعربات الترام ، والمصاعد ، وما إلى ذلك.
• في مجال الاتصالات: تستخدم في UPS ، والاتصالات اللاسلكية ، وأجهزة الإرسال ، وأجهزة الاستقبال ، إلخ.
• في أنظمة الطاقة: الدائرة الثابتة ، أنظمة تخزين الطاقة ، قمع التوافقيات ، إلخ.

المصادر

كتاب الكترونيات القدرة ضمن المناهج السعودية للتدريب التقني والفني
إلكترونيات صناعية
الكترونيات القدرة
power-electronics for engineers