كيف تعمل الأجهزة الكهربائية

الأرضي والمحايد هما نوعان من التوصيلات المستخدمة في الدوائر الكهربائية، حيث يتم استخدامهما لأغراض مختلفة.

– التوصيل الأرضي (Ground): يستخدم لتوصيل الدائرة إلى الأرض وتحديداً للسلامة، حيث يوصل التوصيل الأرضي المعدن الذي يتعرض للتيار الكهربائي إذا حدث تسرب في الطاقة، وذلك لتفادي حدوث صعود للجهد الكهربائي الخطر إلى أية أجزاء معدنية في الدائرة، مما يساعد في حماية الأشخاص من التعرض لصدمات كهربائية خطيرة.

– التوصيل المحايد (Neutral): يستخدم كمسار لعودة التيار الكهربائي من الأحمال (الأجهزة الكهربائية) إلى مصدر التيار (خط التيار)، حيث يكون توصيل المحايد محمياً بواسطة قواطع الدائرة الكهربائية، ويقوم بدور أساسي في توزيع التيار الكهربائي بين الأجهزة وتحديد الجهد الكهربائي الذي يصل إلى الأجهزة. ويتم إدخال التوصيل المحايد في الشبكة الكهربائية من خلال مدخل الطاقة (المفتاح الرئيسي)، والذي يتم إيقافه أحياناً للصيانة أو لتجنب حدوث انفجارات بسبب انقطاع الطاقة الرئيسية.

أنظمة الأمان الكهربائية هي مجموعة من الأجهزة والتقنيات الكهربائية التي تضمن تشغيل المعدات الكهربائية بأمان. وظائفها هي حماية الأشخاص من الصعق الكهربائي وحماية المعدات من الأعطال والأضرار التي يمكن أن تحدث نتيجة لحدوث أعطال كهربائية. فمثلاً، تشمل أنظمة الأمان الكهربائية مثل هذه الأجهزة والتقنيات:

– الأرض المحمية: وهي وسيلة لتوصيل جزء من الدائرة الكهربائية مباشرة إلى الأرض، مما يسمح بتصريف التيار الكهربائي بمنتهى السرعة، ويحمي الأشخاص من الصعق الكهربائي.
– الحماية من الماس الكهربائي: توجد بعض الأجهزة الكهربائية التي قد تسبب زيادة في التيار الكهربائي، وتشمل هذه الأجهزة المحركات الكهربائية والمصابيح الكهربائية والفرن الكهربائي وغيرها. تتمثل وظيفة الحماية من الماس الكهربائي في وجود قواطع دائرة كهربائية تغلق الدائرة عندما يزيد التيار عن قيمة محددة.
– الحماية من الزيادة في الجهد: توجد بعض الظروف التي يمكن أن تؤدي إلى زيادة في الجهد الكهربائي المستخدم داخل المبنى، مما يمكن أن يتسبب في تلف الأجهزة الكهربائية. تشمل وظيفة الحماية من الزيادة في الجهد جهاز تسمى بمنظم الجهد (Voltage Regulator).
– الحماية من تسرب التيار الكهربائي: يحدث تسرب التيار الكهربائي عندما يمكن للتيار الكهربائي التسرب من الدائرة الكهربائية المغلقة إلى الأرض. وتشمل وظيفة الحماية من تسرب التيار الكهربائي وجود مقاطع تيار كهربائي (Circuit Breakers) وفصل المقاطع عند حدوث تسرب في التيار.

يوجد العديد من المنتجات الآلية المستخدمة في مجال الدوائر الكهربائية والتي تعتبر أفضل من حيث الجودة والأداء، وبعض هذه المنتجات هي:

1- المولدات الكهربائية: وهي تستخدم لتوليد الكهرباء وتشغيل الأجهزة الكهربائية.

2- البطاريات: وهي تستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية وتشغيل الأجهزة الكهربائية بشكل مستقل.

3- الأجهزة الكهربائية: وهي عبارة عن أجهزة متنوعة تستخدم في الدوائر الكهربائية مثل الحساسات والمفاتيح والمحركات والمحولات والمكثفات والمقاومات.

4- الحواسيب الصناعية: وهي تستخدم للتحكم في العمليات الصناعية وتشغيل الآلات والمعدات الكهربائية.

5- الروبوتات الصناعية: وهي تستخدم لتنفيذ الأعمال الصناعية الخطيرة والمعقدة والتي تتطلب دقة وسرعة عالية.

يمكن أن تتعرض السيارات الكهربائية لأي من الأعطال الكهربائية التي يمكن أن تحدث في أي جهاز من الأجهزة الكهربائية. وبالتالي ، يمكن أن تتعرض السيارات الكهربائية لأعطال مثل :

1- انقطاع التيار الكهربائي في النظام الكهربائي.
2- أعطال في البطارية.
3- أخطاء في الشاحن الكهربائي.
4- مشكلات في محرك السيارة الكهربائية.
5- أعطال في برامج التحكم الإلكتروني.
6- أخطاء في نظام الفرامل الكهربائي.
7- أعطال في الدوائر الكهربائية الأخرى مثل دوائر الإضاءة وتكييف الهواء والوسائد الهوائية.

تصميم الأنظمة الكهربائية لمصانع التصنيع يتطلب خبرة ومهارة في الهندسة الكهربائية ويشمل العديد من العوامل المهمة، ومن بين طرق التصميم الشائعة:

1- تحديد الأحمال الكهربائية في المصنع وحساب الطاقة اللازمة لتشغيلها.

2- تصميم شبكة التوزيع الكهربائية داخل المصنع وتحديد الأقسام والمناطق المختلفة والمتطلبات الكهربائية لكل منها.

3- تحديد أنواع ومواصفات الأجهزة الكهربائية المطلوبة في المصنع وتحديد مواصفات الكابلات والمفاتيح والمحولات والمولدات والمحركات الكهربائية المطلوبة.

4- تصميم أنظمة الحماية الكهربائية للمعدات والأفراد وتحديد مواصفات الدوائر الكهربائية اللازمة لتحقيق هذه الحماية.

5- تحديد مواصفات الأنظمة الكهربائية الرئيسية مثل محطات التحويل ومحطات التوليد والأنظمة الكهروضوئية والأنظمة الإلكترونية.

6- تحديد مواصفات أنظمة التحكم الآلي والمراقبة الكهربائية للمصنع.

7- تصميم أنظمة الإضاءة وتحديد أنواع الإضاءة المناسبة ومواصفات المصابيح والألواح الشمسية.

8- تحديد المعايير والقوانين واللوائح اللازمة لتصميم الأنظمة الكهربائية للمصانع والتأكد من توافقها مع المعايير الدولية والمحلية.

أنظمة الشحن الشمسية عبارة عن أنظمة تستخدم الطاقة الشمسية النظيفة والمتجددة لشحن البطاريات وتزويد الأجهزة الكهربائية بالطاقة اللازمة. وتتكون أنظمة الشحن الشمسية من الآتي:

1- الخلايا الشمسية: وهي الألواح الشمسية التي تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

2- المتحكم الشمسي: وهو الجهاز الذي يتحكم في الطاقة الكهربائية المولدة من الخلايا الشمسية، ويتأكد من أن التيار الناتج يكون متوافقًا مع الشحن والاستخدام المطلوب للأجهزة.

3- البطارية: وهي عبارة عن خزانة تخزن الطاقة الكهربائية المولدة من الخلايا الشمسية والتي تستخدم لتغذية الأجهزة الكهربائية عند الحاجة.

4-العاكس: وهو الجهاز الذي يقوم بتحويل الطاقة المخزنة في البطارية من التيار المستمر إلى التيار المتردد، الذي يمكن استخدامه في معظم الأجهزة الكهربائية.

استخدام الشحن الشمسي في الدوائر الكهربائية يمكن أن يكون مفيدًا في الأماكن التي تعاني من قطع الكهرباء المتكررة، وتحتاج إلى طاقة شاملة ومستدامة. كما يمكن استخدام أنظمة الشحن الشمسية في الفعاليات الخارجية مثل الرحلات التخييم والتنزه والتخييم.

الدوائر الأفقية هي الدوائر التي يتم توصيلها بشكل أفقي بين الأجهزة الكهربائية وتنقل الطاقة الكهربائية بينها بطريقة أفقية، بينما الدوائر الرأسية هي الدوائر التي يتم توصيلها بشكل رأسي بين الأجهزة الكهربائية وتنقل الطاقة الكهربائية بينها بطريقة رأسية. يتم استخدام الدوائر الأفقية عادة في البنية التحتية للطاقة مثل شبكات الكهرباء العامة وفي الأنظمة الكهربائية الكبيرة، في حين يتم استخدام الدوائر الرأسية عادة في الأنظمة الكهربائية الصغيرة مثل الحاسوب والإضاءة المنزلية.

يتم استخدام العديد من الدوائر الكهربائية في أنظمة الأمان، ومنها:

1- دائرة الإنذار: هذه الدائرة تستخدم للكشف عن أي حركة غير مرغوبة وإيقافها، وتكمن فكرة العمل في إرسال إشارة صوتية أو مضيئة عند حدوث أي حركة غير شرعية.

2- دائرة الكشف عن الحريق: تستخدم هذه الدائرة للكشف عن الحرائق وإطلاق إنذار للأشخاص المعنيين، وتستند فكرة العمل على مراقبة درجة الحرارة والدخان واللهب.

3- دائرة الإضاءة الطوارئ: تستخدم هذه الدائرة لتوفير إنارة صالحة للعمل في حالة الطوارئ، مثل انقطاع التيار الكهربائي أو الحرائق.

4- دائرة الإغلاق الآلي للأبواب: تستخدم هذه الدائرة لإغلاق الأبواب تلقائيًا عند حدوث حالات طارئة، مثل الحرائق.

5- دائرة تحكم المدخلات والمخارج: تستخدم هذه الدائرة لتحديد حالة المدخلات والمخارج، بما في ذلك الأجهزة الكهربائية ومصادر الطاقة.

تحليل اللون هو تقنية تستخدم لتحديد التركيزات النسبية للمواد الكيميائية في العينات. ويشمل التحليل اللوني أساسيات التحليل الكيميائي التقليدي بالإضافة إلى العديد من المفاهيم الفيزيائية والإحصائية المختلفة. وبشكل عام، تتضمن أساسيات تحليل اللون في الكيمياء التحليلية العناصر التالية:

1- تحضير المحاليل: تُستخدم محاليل القياس الدقيقة في تحليل اللون. ويتم تحضير محاليل التفاعل المختلفة باستخدام محاليل معيارية معروفة المصدر.

2- تحليل العينة: يتم تفاعل المحاليل المُحضرة مع العينة، ويتم قياس كمية اللون الناتجة خلال التفاعل.

3- معايرة الأدوات: يتم معايرة الأدوات اللازمة لتحليل اللون مثل الأجهزة الكهربائية والأدوات الفيزيائية.

4- تقييم النتائج: يتم تحويل البيانات المُستخلصة إلى تركيزات العناصر، ويتم تحويل القراءات إلى نتائج دقيقة ومحسوبة حسب المعايرة المختلفة.

تقنية المواد المكثفة هي فرع من الالكترونيات يتم فيها استخدام مواد مكثفة لتخزين الطاقة الكهربائية وتحسين أدائيات الدوائر الإلكترونية. وتتمثل هذه التقنية في استخدام المكثفات والمحولات والأحرف المغناطيسية والنواقل في الأدوات الإلكترونية. ويتم استخدام التقنية في العديد من التطبيقات المختلفة، مثل الهواتف المحمولة، وأجهزة الحاسوب، والموجهات، والتلفاز، والمكبرات، والمشغلات، وغيرها من الأجهزة الكهربائية.