كيف يمكن تحويل التيار الكهربائي

الدوائر الكهربائية المتكاملة هي عبارة عن مجموعة من المكونات الإلكترونية الصغيرة، مثل المقاومات والمكثفات والمعالجات المركزية والذاكرات، التي تم تجميعها على مجموعة صغيرة من الرقاقات الإلكترونية الصغيرة. وتشمل الدوائر المتكاملة العديد من التقنيات، بما في ذلك الذاكرة العشوائية (RAM) وكذلك المعالج المركزي (CPU).

تتميز الدوائر المتكاملة بعدة ميزات، مثل الحجم الصغير وفعالية الطاقة والسرعة العالية والتكلفة المنخفضة وسهولة التصنيع، وهذا يجعلها مفيدة جدًا في تصميم الأنظمة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ومتحكمات الألعاب وأنظمة التحكم الآلي، إلخ.

ويتم استخدام الدوائر المتكاملة في الأنظمة الإلكترونية عندما يتم تصميم النظام الإلكتروني، يتم تحديد الوظائف التي يجب أن يؤديها النظام، ثم يتم تحديد الدوائر المتكاملة التي يمكن أن تستخدم لتنفيذ تلك الوظائف. وبعد ذلك، يتم تصميم دوائر إلكترونية أخرى لتوصيل الدوائر المتكاملة وتحويل التيار الكهربائي والتحكم في أجهزة الإدخال والإخراج وغيرها من المكونات، ويتم تجميع هذه الدوائر على اللوحة الإلكترونية لتشكيل النظام الإلكتروني النهائي.

توجد عدة دوائر كهربائية مستخدمة في أنظمة الطاقة الريحية، ومن أهمها:

1- دائرة التحكم والتحويل: تستخدم للتحكم في تشغيل وإيقاف عمل المولد الكهربائي المرتبط بالتوربينة الريحية، وتحويل التيار الكهربائي المولد إلى تيار مستمر أو تيار متردد مناسب.

2- دائرة الشحن والتخزين: تستخدم لشحن البطاريات المستخدمة في تخزين الطاقة الكهربائية المولدة من خلال التوربينة الريحية.

3- دائرة التوزيع: تستخدم لتوزيع التيار الكهربائي المولد من المولد الريحي إلى الأحمال المختلفة في النظام.

4- دائرة الحماية: تستخدم لحماية الأجهزة الكهربائية والمرافق الأخرى من أي أعطال كهربائية قد تحدث في النظام.

5- دائرة التحكم في السرعة: تستخدم للتحكم في سرعة دوران التوربينة الريحية وبالتالي تحكم في كمية الطاقة الكهربائية المولدة.

يجب أن يتم تصميم وتوصيل هذه الدوائر الكهربائية بشكل صحيح لضمان عمل فعال وآمن لنظام الطاقة الريحية.

تختلف الدوائر الكهربائية المستخدمة في الأنظمة الكهربائية بالطاقة الشمسية وفقاً لنوع النظام وحجمه. ومن أهم الدوائر الكهربائية المستخدمة في هذه الأنظمة:

1- دائرة التحويل (Inverter): وهي الدائرة المسؤولة عن تحويل التيار الكهربائي الذي يتم توليده بواسطة الخلايا الشمسية من التيار المستمر (DC) إلى التيار المتناوب (AC) الذي يستخدمه المنازل والأجهزة الكهربائية.

2- دائرة المراقبة والتحكم (Control Circuit): وهي الدائرة التي تستخدم لرصد ومراقبة أداء النظام الكهربائي الشمسي وتعديله، وتحكم في التشغيل والإيقاف ونظام الشحن وفصل البطاريات والحماية من الأضرار.

3- دائرة البطاريات (Battery Circuit): وهي الدائرة التي تستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية التي تتم توليدها بواسطة الخلايا الشمسية، وتوفيرها للأجهزة الكهربائية والمنازل خلال فترات عدم توليد الطاقة، مثل الليالي أو الفترات الغير مشمسة.

4- دائرة التوزيع (Distribution Circuit): وهي الدائرة التي تستخدم لتوصيل الطاقة الكهربائية من النظام الشمسي إلى الأجهزة والأنظمة المختلفة في المنزل أو المحطة الكهربائية. ويتم ذلك من خلال استخدام الكابلات والمفاتيح والأجهزة الكهربائية المناسبة.

تختلف مفاهيم الدوائر الكهربائية المستخدمة في نظم التحكم اعتمادًا على نوع النظام والتطبيق المستخدم. ومع ذلك ، يمكن تلخيص بعض المفاهيم الشائعة على النحو التالي:

1- مفتاح التحكم: هو العنصر الذي يستخدم لتحويل التيار الكهربائي بين عدة مصادر تيار كهربائي.

2- المرحلة : هي العنصر الذي يستخدم لتغيير التيار الكهربائي في المعدات والأنظمة الصناعية.

3- الاستشعار: هو العملية التي تقوم بتحويل الإشارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية مفهومة بواسطة النظام الحاسوبي.

4- المقاومة: هي القدرة على حجز تيار الكهرباء وتحويله إلى تدفئة.

5- المكثف: هو العنصر الذي يقوم بتخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها بشكل متكرر.

6- الملف: هو العنصر الذي يتيح تخزين الطاقة المغناطيسية وإطلاقها بشكل متكرر.

7- الدوائر الرقمية: هي الأنظمة التي تستخدم فيها إشارات رقمية وحواسيب لتنفيذ عمليات التحكم.

8- الذاكرة: هي العنصر الذي يستخدم لتخزين الإشارات المفهومة والمعالجة في الوقت المناسب.

9- المعالجة الشبكية: هي العنصر الذي يستخدم للاتصال بين الأنظمة والأجهزة المختلفة بشبكة كهربائية واحدة.

تستخدم المحولات في الإلكترونيات الصناعية لتحويل التيار الكهربائي من مستوى إلى آخر، سواء كانت الجهد أو التيار. عندما يتم تطبيق الجهد الكهربائي على المحول، يتولد تيار كهربائي في الملفات الأولية والثانوية في نفس الوقت. ويتأثر مستوى الجهد المتولد في الملفات الثانوية بعدد لفاتها، بحيث اذا كانت عدد اللفات في الملف الثانوي أكبر من الملف الأولي فإن الجهد الناتج سيكون أقل. وعلى العكس، إذا كان اللفات أقل في الملف الثانوي فسيكون الجهد الناتج أكبر.

يتم استخدام المحولات في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل التحكم في درجة الحرارة، توزيع الطاقة الكهربائية وتحويل الجهد للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر والإضاءة والأجهزة الإلكترونية الأخرى. ويتم توجيه المحولات إلى الأحمال المستخدمة عن طريق الكابلات الكهربائية أو السلكية الموصولة بالملفات الثانوية.

الكهرباء والالكترونيات تعتبر من أهم مجالات الهندسة الكهربائية، وتشمل العديد من المفاهيم الأساسية، بما في ذلك:

1- الجهد الكهربائي: ويقاس بالفولت وهو المقدار الذي يوجد عند نقطتين في نظام كهربائي، ويمثل فرق الطاقة الكهربائية بينها.

2- التيار الكهربائي: ويقاس بالأمبير وهو حركة الشحنات الكهربائية المارة في الأسلاك الكهربائية.

3- مقاومة التيار الكهربائي: ويقاس بالأوم، وهي قدرة المادة على المقاومة لتدفق التيار الكهربائي.

4- الدوائر الكهربائية: وهي مجموعة من الأجهزة الكهربائية والالكترونية المتصلة بشكل محكم في دائرة مغلقة لتشغيل الأجهزة الكهربائية.

5- الديود: وهو جهاز إلكتروني يتحكم في تدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط.

6- الترانزستور: وهو جهاز إلكتروني يستخدم لتكبير التيار الكهربائي أو تحويل التيار الكهربائي من نوع إلى آخر.

7- الدوائر المتكاملة: وهي دوائر كهربائية مبنية بشكل متكامل، تحتوي على العديد من العناصر الإلكترونية المتصلة معًا في دائرة كاملة.

هناك العديد من الماكينات الكهربائية التي يمكن استخدامها في صيانة الآلات الصناعية، ومن بينها:

1- مولدات كهربائية: تستخدم لتشغيل الآلات وقياس التيار الكهربائي والجهد.

2- جهاز قياس الجهد: يستخدم لقياس مستوى الجهد في الدوائر الكهربائية.

3- موصلات كهربائية: تستخدم لتوصيل الأسلاك الكهربائية وتأكد من عدم وجود أي تلف في الأسلاك.

4- مفاتيح كهربائية: تستخدم لتحويل التيار الكهربائي وفصل الدائرة عند الحاجة.

5- محركات كهربائية: تستخدم لتشغيل الآلات وتحريك المكونات المختلفة في الدوائر الكهربائية.

6- مجففات هواء: تستخدم لتنظيف وتجفيف الهواء المستخدم في الآلات الصناعية.

7- مقاومات كهربائية: تستخدم للتحكم في التيار الكهربائي والحماية من الزيادة في التيار.

8- مولدات الأوزون: تستخدم للقضاء على الروائح الكريهة والجراثيم في المكان الذي يتم العمل فيه.

9- مقياس الضغط: يستخدم لقياس ضغط الهواء والسوائل في الآلات الصناعية.

10- مولدات الأشعة فوق البنفسجية: تستخدم للتعقيم والتطهير في المكان الذي يتم العمل فيه.

الترانزستور هو جهاز إلكتروني يستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية والمعدات، ومن بين استخداماته:

1- تحكم في المحركات الكهربائية: يمكن استخدام الترانزستور في تحكم سرعة المحركات الكهربائية، وذلك عبر تحويل تيار الكهرباء المستمر إلى تيار متردد.

2- الإضاءة: يمكن استخدام الترانزستور في تحكم الإضاءة، وذلك عبر تحويل تيار الكهرباء المستمر إلى تيار متردد.

3- المنظمات الكهربائية: يمكن استخدام الترانزستور في المنظمات الكهربائية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.

4- الحواسيب: يستخدم الترانزستور في صناعة الحواسيب، حيث يتم استخدامه في المعالجات المركزية والذاكرة العشوائية.

5- الإلكترونيات الصناعية: يمكن استخدام الترانزستور في الإلكترونيات الصناعية، وذلك لتحكم في الكميات الكهربائية المختلفة.

6- المحولات: يمكن استخدام الترانزستور في المحولات الكهربائية، حيث يمكن استخدامه لتحويل التيارات الكهربائية بين المحولات.

7- الأجهزة الطبية: يمكن استخدام الترانزستور في الأجهزة الطبية، وذلك لتحكم في الكميات الكهربائية المختلفة في الجهاز.

توجد العديد من المكونات الإلكترونية والأجهزة الكهربائية المهمة ومنها:

1- المقاومة (Resistor): وهي تستخدم لتقليل تيار الكهرباء المار في الدائرة الكهربائية.

2- الكابستور (Capacitor): وهو يستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية وتوفيرها للدائرة في وقت لاحق.

3- الترانزيستور (Transistor): وهو يستخدم لتحويل التيار الكهربائي من نوع إلى نوع آخر.

4- الدايود (Diode): وهو يستخدم للسماح بتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط.

5- المحول (Transformer): وهو يستخدم لتغيير الجهد الكهربائي من مستوى إلى آخر.

6- المحرك الكهربائي (Electric Motor): وهو يستخدم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية.

7- المولد الكهربائي (Electric Generator): وهو يستخدم لتحويل الحركة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

8- الدارة المتكاملة (Integrated Circuit): وهي تستخدم لتجميع المكونات الإلكترونية في دائرة كهربائية صغيرة.

9- الليد (LED): وهو يستخدم لإصدار الضوء من خلال تيار كهربائي.

10- الشاشة الكريستالية (LCD): وهي تستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية لعرض النص والصور.

تقنيات التيارات الكهربائية المستخدمة في الهندسة الصناعية الإلكترونية تشمل:

1- الكهروضوئية: وهي التقنية التي تستخدم فيها الطاقة الكهربائية لتحويلها إلى طاقة ضوئية، وتستخدم في العديد من التطبيقات مثل الخلايا الشمسية والألياف البصرية.

2- التحكم الآلي: وهو استخدام الأنظمة الإلكترونية والحواسيب للتحكم في العمليات الصناعية بشكل أتمتة، مثل التحكم في الآلات والخطوط الإنتاجية.

3- الروبوتات الصناعية: وهي أنظمة ذات تقنية عالية تستخدم في الصناعة للقيام بالعمليات المكررة والخطرة.

4- الكهرومغناطيسية: وهي التقنية التي تستخدم تأثير المغناطيس في توليد الكهرباء، مثل مولدات الكهرباء.

5- التحولات الكهربائية: وهي آليات تستخدم لتحويل التيار الكهربائي من صيغة إلى أخرى، مثل التحولات الكهربائية العالية الجهد والمتوسطة والمنخفضة الجهد.