تيار مستمر

يمكن استخدام مضخات مياه صغيرة ومنخفضة القوة مثل مضخات الطرد المركزي الصغيرة للنافورة المنزلية. وعادة ما تحتوي هذه المضخات على محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر وتنتج ضغطًا منخفضًا لدفع المياه عبر الأنابيب والبخاخات في النافورة. ينصح باختيار المضخة بحجم مناسب لنية إزالة كمية المياه المطلوبة والارتفاع الذي سيتم رفع المياه عليه.

محولات الإشارة الكهربائية هي أجهزة تستخدم لتحويل إشارات كهربائية من مستوى إشارة إلى مستوى آخر. وتستخدم هذه المحولات في العديد من التطبيقات، مثل تحويل إشارات الصوت والفيديو والإنترنت والشبكات والهواتف الذكية والأجهزة الطبية والروبوتات والمنظمات وأنظمة الأمن والمراقبة. ويتم استخدام مجموعة متنوعة من المحولات لتحويل الإشارات الكهربائية، بما في ذلك المحولات المعزولة، والمحولات غير المعزولة، والمحولات ذات الفولطية المنخفضة، والمحولات ذات الفولطية المرتفعة، والمحولات التي تعمل بالتيار المستمر أو التيار المتناوب. وتتميز هذه المحولات بأداء ممتاز وعمر أطول، وهي تلعب دورًا حاسماً في جعل الأنظمة الكهربائية تعمل بكفاءة واستقرار.

تتضمن مفاهيم الشبكات الكهربائية مجموعة من المفاهيم الأساسية المتعلقة بتوريد الطاقة الكهربائية من مصادرها إلى المستهلكين، وتشمل:

1- نوع الشبكة: AC (تيار متردد)، DC (تيار مستمر) أو HVDC (نظام توصيل التيار المباشر عالي الجهد).

2- الجهد الكهربائي: يتم قياسه بالفولت، وهو المقدار الذي يحدد قوة الطاقة الكهربائية التي تنتقل عبر الشبكة.

3- التيار الكهربائي: يتم قياسه بالأمبير، وهو المقدار الذي يحدد كمية الطاقة الكهربائية التي تنتقل عبر الشبكة في وحدة الزمن المحددة.

4- المقاطع الكهربائية: تشير إلى حجم الموصلات التي تستخدم في الشبكة والتي يجب أن تكون كافية لتحمل الطاقة الكهربائية المنقولة.

5- المحولات الكهربائية: تستخدم لتحويل الجهد الكهربائي في الشبكة إلى مستويات أخرى لتلبية احتياجات المستهلكين.

6- الحماية: تتضمن مجموعة من الأجهزة والتقنيات الهامة لحماية الشبكة من العوامل الخارجية وتأمين توزيع الطاقة الكهربائية بطريقة آمنة وسليمة.

تحتوي الدائرة الكهربائية لتوليد التيار المستمر عادة على مولد كهربائي والذي يتكون من عضو دوار يدور بداخل مجال مغناطيسي ثابت. وعلى الاتصالات التي تنقل التيار الكهربائي المولد البارز (غالبًا على هيئة شريحتين كربونية) إلى الدائرة المستلمة الذي يتم تغذيتها بالتيار المستمر. ويمكن أيضًا أن تحتوي الدوائر على عناصر تحكم رقمي لتحسين جودة المولد وضمان استقرار التيار الناتج.

تستخدم أنظمة التحكم الكهربائية التي تعمل بالتيار الكهربائي المستمر في الطاقة النووية عادةً نظام التحكم الرقمي (DCS) ونظام التحكم بالمنطق القابل للبرمجة (PLC). يستخدم النظام الرقمي للتحكم في العمليات الرئيسية في محطة الطاقة النووية، مثل توليد البخار والتحكم في درجة حرارة الماء والضغط وتدفق المواد الخام. بينما يستخدم نظام PLC للتحكم في العمليات الثانوية والتي تشمل نظام إطفاء الحريق ونظام التحكم في الإضاءة والتكييف والتهوية. علاوة على ذلك، يتم استخدام أنظمة الحماية النووية (NPS) للتحكم والمراقبة الآمنة للمفاعل النووي.

قانون بيوت-سافار للتيار الكهربائي المستمر هو القانون الذي يشير إلى أن التيار المار في أي نقطة داخل الدائرة الكهربائية المغلقة يساوي مجموع التيارات المغذاة إلى هذه النقطة، حيث يتم تحديد اتجاه التيار بواسطة الاتجاه الذي يسيره الموجب في الدائرة.

يمكن كتابة القانون بالصيغة التالية:

∑I = 0

حيث ∑I هو مجموع التيارات المارة في الدائرة الكهربائية المغلقة، ويساوي صفر في حالة التوازن الكهربائي.

يمكن ربط الإلكترونيات بالتيار الكهربائي المستمر باستخدام محولات الطاقة ومزودات الطاقة الكهربائية. يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر باستخدام محولات الطاقة، وتعمل مزودات الطاقة الكهربائية على توفير التيار المستمر للأجهزة الإلكترونية. يمكن استخدام مزودات الطاقة الخارجية أو الداخلية لتغذية الأجهزة الإلكترونية بالتيار المستمر.

تقنية PWM (Pulse Width Modulation) هي تقنية تستخدم في تحكم سرعة المحركات والأجهزة الإلكترونية الأخرى التي تعمل بالتيار المستمر. يتم استخدام نبضات كهربائية ذات عرض متغير (وبالتالي فإن عدد النبضات التي يتم إرسالها في الثانية يتغير) لتحديد مقدار الطاقة الناتجة من المصدر الكهربائي. عندما يزيد عرض النبضات ،فإن الجهاز يتلقى مزيدًا من الطاقة ويعمل بمعدل أسرع. وعندما يقل عرض النبضات، فإن الطاقة المتلقاة تقل والجهاز يعمل بمعدل أبطأ. وتستخدم تقنية PWM عادة في تحكم سرعة مروحة الكمبيوتر ومشغلات المحركات المختلفة.

تيار المباشر (DC) هو التيار الذي يتدفق في اتجاه واحد فقط عبر الدائرة الكهربائية. أما التيار المتردد (AC) فهو التيار الذي يتغير اتجاهه دورياً عكس اتجاه التيار المباشر. وبمعنى آخر، يتدفق التيار المتردد في كلا الاتجاهين المختلفين في نفس الوقت. تستخدم كل منها في أنواع مختلفة من التطبيقات. على سبيل المثال، يستخدم التيار المباشر في البطاريات والمحركات الكهربائية، أما التيار المتردد في استخدامات الكهرباء المنزلية والصناعية، مثل إضاءة المنازل وتشغيل آلات الصناعة.

تستخدم عادة دوائر تحويل التيار المستمر (DC/DC converters) ودوائر التفريغ التحميلي للتيار الكهربائي المستمر (DC load discharge circuits) لتنظيم وتحويل التيار المستمر وتفريغه بشكل آمن. وتشمل بعض الأمثلة الشائعة من هذه الدوائر:

1. دائرة تحويل التيار المستمر النازل (Buck converter)
2. دائرة تحويل التيار المستمر المرتفع (Boost converter)
3. دائرة تحويل التيار المستمر المتزامن (Buck-boost converter)
4. دائرة التفريغ التحميلي (Load discharge circuit)
5. دائرة تحكم نبض الموجة العرضية (Pulse width modulation circuit)