ترانزستور

تصميم دوائر التحكم الكهربائية لأنظمة الطاقة المتجددة يحتاج إلى الأتي:

1- اختيار المكونات الكهربائية المناسبة للتطبيق الذي يتم العمل عليه مثل المحولات والترانزستورات والمكثفات والملفات وغيرها.

2- تحديد متطلبات التيار الكهربائي اللازم للعمل بالنسبة للأجزاء المتحركة وتواجدهم في نظام الطاقة المتجددة.

3- تصميم خطة للتوصيل الكهربائي للأجهزة وتوصيلها بالمصدر الرئيسي.

4- وضع الحماية اللازمة للدائرة الكهربائية، مثل وضع الطوارئ وإغلاق التيار في حالة الخلل الكهربائي.

5- تجربة الدوائر المصممة للتأكد من عملها بشكل سليم والتأكد من عدم وجود أي انحرافات فيها.

6- توثيق وتخزين الدوائر الكهربائية النامية والبرمجيات ذات الصلة على وجه الخصوص.

تتميز دائرة الكهربائية بعدة خصائص أساسية بما في ذلك:

1. الجهد الكهربائي: وهو فرق الجهد الكهربائي بين نقطتي الدائرة، ويتم قياسه بالفولت.

2. التيار الكهربائي: وهو تدفق الشحنات الكهربائية من نقطة الدائرة إلى الأخرى، ويتم قياسه بالأمبير.

3. المقاومة الكهربائية: وهي قدرة المواد على عرقلة تدفق التيار الكهربائي، وتتم قياسها بالأوم.

4. الطاقة الكهربائية: وهي الطاقة التي تحملها الشحنات الكهربائية وتحرك الأجهزة في الدائرة، وتتم قياسها بالواط.

5. المكونات الكهربائية: وهي العناصر التي تشكل الدائرة الكهربائية مثل المقاومات والمكثفات والملفات الكهربائية والترانزستورات والمكونات المتكاملة والمحولات.

6. الحماية الكهربائية: وهي الإجراءات التي يتم اتخاذها لحماية الأشخاص والأجهزة والبيئة من الأخطار الكهربائية، مثل قطع الطاقة عند وجود تسرب كهربائي أو قصر دائرة.

توجد العديد من الدوائر الكهربائية المستخدمة في نظم تحريك الآلات والمحركات، ومنها:

1. دائرة التحكم في سرعة المحرك: هذه الدائرة تستخدم للتحكم في سرعة المحرك وتتكون من متحكم (Controller) ومؤشر (Encoder) وشبكة السوط (Bus Network) وبعض المكونات الأخرى.

2. دوائر التحكم بالحركة: تستخدم هذه الدوائر لتحريك المحور الخطي أو دوران المحرك عند تغيير اتجاه الحركة، وتتكون هذه الدوائر من المجسات (Sensors) والترانزستورات (Transistors) وعناصر التحكم (Control Elements).

3. دوائر الإشارات الرقمية: تستخدم هذه الدوائر لتوصيل الآلات بالحاسب الآلي، وتستخدم في التحكم في الحركات والمواقع.

4. دوائر التحكم بالحرارة: تستخدم هذه الدوائر لتحريك المحور الخطي أو دوران المحرك عندما ترتفع درجة الحرارة العاملة بشكل كبير، ويمكن استخدام هذه الدوائر في المصانع والمعامل والمختبرات.

5. دائرة التحكم بالضوء: تسمح هذه الدائرة بالتحكم في الإضاءة، وتستخدم عادةً في البيوت والمكاتب.

6. دوائر تحويل الطاقة: تستخدم هذه الدوائر لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية، وتتكون من محولات طاقة (Power Transformers) والمدخلات (Inputs) والمخارج (Outputs) والمكونات الأخرى.

تستخدم في نظم التحكم في درجة الحرارة عدة دوائر كهربائية مثل:

1- مستشعرات الحرارة (Thermistors)

2- مقاومات الحرارة (Resistance Temperature Detectors (RTDs))

3- حساسات الحرارة الإشعاعية (Pyrometers)

4- ترانزستورات التحكم في درجة الحرارة (Temperature Control Transistors)

5- المكثفات الحرارية (Thermal Capacitors)

6- الدوائر المتكاملة الخاصة بالتحكم في درجة الحرارة (Temperature Control Integrated Circuits (ICs))

7- أنظمة الاستشعار اللاسلكية التي تتحكم في درجة الحرارة عن بُعد.

تصميم الدوائر الإلكترونية للمحركات الكهربائية يتبع عدة خطوات، وهي كما يلي:

1- تحديد متطلبات الدائرة الإلكترونية: يجب أولاً تحديد متطلبات الدائرة الإلكترونية المراد تصميمها مثل الجهد اللازم لتشغيل المحرك والتيار المطلوب والسرعة المطلوبة والكفاءة المطلوبة وغيرها.

2- اختيار المكونات: بعد تحديد المتطلبات، يتم اختيار المكونات الإلكترونية المناسبة لتلبية هذه المتطلبات مثل المقاومات والمكثفات والترانزستورات والمثبتات الخطية ومنظمات الجهد والمحولات والمحولات الحالة الصلبة.

3- تصميم الدائرة الكهربائية: يتم تصميم الدائرة الكهربائية الخاصة بتوصيل المكونات الإلكترونية معًا لتشكل الدائرة الكهربائية المطلوبة وفقا للمتطلبات المحددة.

4- تخطيط الدائرة: يتم تخطيط الدائرة الكهربائية على برنامج الحاسوب أو على ورقة التخطيط، وتشمل المعلومات اللازمة مثل المكونات والاسماء التجارية والقيم والرسومات اللازمة.

5- تجميع الدائرة واختبارها: بعد الانتهاء من تصميم الدائرة، يتم تجميع المكونات الإلكترونية معًا واختبار الدائرة للتحقق من أنها تعمل بشكل صحيح وفقا للمتطلبات المحددة.

6- النهائي: يتم إجراء أي تعديلات نهائية وإعداد الدوائر الإلكترونية النهائية للإنتاج والتصنيع.

تستخدم العديد من الدوائر الكهربائية في أنظمة التحكم في الإضاءة، وبعض الأمثلة على هذه الدوائر تشمل:

1- دائرة التحكم بالمقاومة المتغيرة: وهي دائرة تستخدم لتحويل الإشارة الرقمية إلى إشارة تحكم تناسبية الجهد بحيث يتم التحكم في شدة الإضاءة من خلال تغيير شدة تيار المقاومة المتغيرة.

2- دائرة التحكم بالثايرستور: وهي دائرة تستخدم لتحويل إشارة التحكم الرقمية إلى إشارة تحكم تناسبية الجهد، وتستخدم لتحكم في شدة الإضاءة من خلال تغيير الفترة الزمنية لوصول التيار الكهربائي إلى الحمل.

3- دائرة التحكم بالترانزستور: وهي دائرة تستخدم في تحويل إشارة التحكم الرقمية إلى إشارة تحكم تناسبية الجهد، وتستخدم لتحكم في شدة الإضاءة من خلال تغيير شدة تيار المصباح.

4- دائرة التحكم بالديود الثنائي (SCR): وهي دائرة تستخدم في التحكم في قوة الإضاءة الكهربائية المتناوبة، وتستخدم عادة لتحكم في شدة الإضاءة في الأضواء الخارجية.

تصميم الدوائر الكهربائية هو عملية تخطيط وتصميم الدوائر الإلكترونية لأجهزة مختلفة، مثل المعالجات الحاسوبية والسيارات والأجهزة الطبية والكهرومنزلية. يتضمن تصميم الدوائر الكهربائية الهندسة الكهربائية والإلكترونية، حيث تستخدم مختلف العناصر الإلكترونية مثل المكثفات والمقاومات والترانزستورات والديودات، وترتبط بطريقة معينة لتوليد تيار كهربائي يستخدم لتشغيل الأجهزة الإلكترونية.

تستخدم الدوائر الكهربائية في الأنظمة الإلكترونية لتشغيل العديد من المكونات الإلكترونية وتحسين أدائها، مما يساعد في تحسين إنتاجية الجهاز أو النظام. فعلى سبيل المثال، في الحواسيب، يتم استخدام الدوائر الكهربائية لتحسين أداء المعالج والذاكرة ولتوجيه تدفق البيانات بين المكونات المختلفة. وفي السيارات، يستخدم تصميم الدوائر الكهربائية للتحكم في العديد من الوظائف مثل الإضاءة وعمل المحرك، وكذلك لتحسين أداء أنظمة الصوت والملاحة.

بشكل عام، يمكن استخدام تصميم الدوائر الكهربائية في أي نظام إلكتروني يستخدم تيارا كهربائيا، سواء كان ذلك في الأجهزة المحمولة أو الأنظمة الصناعية أو الروبوتات. ويشير التطور التكنولوجي المستمر إلى أن الاعتماد على الدوائر الكهربائية في تشغيل الأجهزة الإلكترونية سيستمر في الارتفاع مستقبلا.

تشخيص الأعطال في الدوائر الكهربائية يتم عن طريق عدة خطوات، مثل:

1. فحص المكونات الكهربائية: يتم التأكد من سلامة المكونات الكهربائية داخل الدائرة مثل المقاومات والمكثفات والترانزستورات والديودات.

2. فحص الأسلاك: يتم التأكد من سلامة الأسلاك المتصلة بالدائرة والتي تنقل الكهرباء بين المكونات الكهربائية.

3. استخدام جهاز الاختبار: يمكن استخدام جهاز اختبار الدوائر الكهربائية للتأكد من سلامة الدائرة وتحديد مكان الخلل.

4. استخدام القياسات: يمكن استخدام الأجهزة المخصصة لقياس الفولتية والتيار الكهربائي في أجزاء معينة من الدائرة لتحديد مكان الخلل.

5. استخدام العينات: في بعض الأحيان يتم استخدام عينات من المكونات الكهربائية المشابهة لتحديد مكان الخلل وتبديل المكونات التالفة.

أنظمة التحكم في التيار والجهد في الدوائر الكهربائية هي عبارة عن مجموعة من الأجهزة والمكونات التي تستخدم لضبط التيار والجهد في الدوائر الكهربائية. تستخدم هذه الأنظمة للسيطرة على مستوى التيار والجهد لتحديد كيفية عمل الدائرة الكهربائية.

تتضمن أنظمة التحكم في التيار والجهد عادةً مكونات مثل المقاومات والمكثفات والملفات والديود والترانزستورات والمشابك وغيرها من الأجهزة الإلكترونية. وتتمثل وظيفة هذه المكونات في التحكم في تدفق التيار والجهد في الدائرة الكهربائية عن طريق تغيير قيم المقاومات أو الترددات أو التواترات أو الفولتيات، وهذا يساعد على تحقيق الأداء الأمثل للدائرة الكهربائية.

وتستخدم أنظمة التحكم في التيار والجهد في العديد من التطبيقات الكهربائية، مثل الإضاءة والتحكم في السرعة والتحكم في الحرارة والتحكم في الطاقة والتحكم في الأجهزة الكهربائية المنزلية.

تنظم التيار الكهربائي في الدوائر الكهربائية المختلفة بواسطة مكونات مثل المقاومات والمكثفات والملفات والترانزستورات والمكونات النشطة الأخرى. هذه المكونات تستخدم لتنظيم تدفق التيار الكهربائي وتحكم في قيمته واتجاهه وتوزيعه في الدائرة.

على سبيل المثال، المقاومات تستخدم للتحكم في كمية التيار التي تمر عبرها، حيث يكون التيار عكسياً مباشرةً متناسباً مع قيمة المقاومة. المكثفات والملفات تستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية وتحريرها عند الحاجة. الترانزستورات تستخدم للتحكم في تدفق التيار الكهربائي وتوجيهه في الدائرة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام مصادر الطاقة مثل البطاريات ومحولات التيار المتردد ومصادر الطاقة الأخرى لتوفير التيار الكهربائي المطلوب للدائرة. يتم توصيل هذه المكونات بشكل مناسب وترتيبها في الدائرة لتحقيق التيار الكهربائي المطلوب وتنظيمه.