ما هي الطاقة الكهربائية المحولة

أنظمة الإنارة الكهربائية هي الوسائل التي تستخدم لتوفير الإضاءة في المنازل والمباني والمساحات الخارجية والصناعية والتجارية. تتضمن هذه الأنظمة مصادر الإضاءة مثل المصابيح والمصابيح الفلورية وأنظمة الإضاءة الذكية.

تتكون أنظمة الإنارة الكهربائية من مجموعة من الأجهزة والمكونات الكهربائية التي تتعامل مع الطاقة الكهربائية وتحويلها إلى ضوء. يتم توصيل هذه المكونات معاً في دوائر كهربائية تعمل على توفير الطاقة للمصابيح وتحكم في الإضاءة.

يمكن تطبيق أنظمة الإنارة الكهربائية في الدوائر الالكترونية بمختلف الطرق، ومنها:

1- استخدام مصابيح LED: حيث يمكن استخدام مصابيح LED في الدوائر الالكترونية لتوفير الإضاءة بطريقة فعالة من حيث الطاقة والمساحة.

2- استخدام أنظمة تحويل الطاقة: يمكن استخدام أنظمة تحويل الطاقة الكهربائية لتحويل الجهد والتيار المناسبين لتشغيل المصابيح في الدوائر الالكترونية.

3- استخدام أنظمة التحكم في الإضاءة: يمكن استخدام أنظمة التحكم في الإضاءة لتحديد مستوى الإضاءة المطلوب في الدوائر الالكترونية وتوفير الطاقة اللازمة لذلك.

يشير مصطلح المواد المكثفة إلى المواد التي تمتلك قدرة على تخزين الطاقة الكهربائية بين مجموعتين من الأسطح الكهربائية متفرقتين، مثل الكاباسيتورات والمكثفات. وعلى الرغم من أن دور هذه المواد يتعلق بالطاقة الكهربائية، فإن بعض الخصائص الصوتية المهمة للمواد المكثفة تشمل:

1- الشحنة الكهربائية المخزنة: تحدد كمية الطاقة المخزنة في المواد المكثفة وهي تتأثر بالجهد الكهربائي الذي يتم تطبيقه على المواد المكثفة.

2- السعة الكهربائية: تصف القدرة على تخزين الشحنة الكهربائية وتحدث عادة في وحدة الفراد (F).

3- الترددات العالية: تتأثر خصائص المواد المكثفة بالترددات الكهربائية التي يمر عبرها، وتميل المواد المكثفة إلى الحصول على تقديرات جيدة للترددات العالية أكثر من الترددات المنخفضة.

4- الخسارة الكهربائية: يتعلق هذا المصطلح بكمية الطاقة الكهربائية التي تضيع من المواد المكثفة كحرارة خلال دورة التحكم الكهربائية.

يذكر أن المواد المكثفة تستخدم عادة في دوائر الطاقة الكهربائية للحيلولة دون تخزين الطاقة بشكل موثوق، ولكنها تستخدم أيضًا في الدوائر الصوتية المختلفة، حيث يمكن تطبيق مصطلحات مثل مواد إلكتروليتية ومواد دايلاكتريكية.

تستخدم المواد المكثفة في صناعة الحاسوب لتخزين الطاقة الكهربائية وتحويلها بين الأشكال المختلفة. وتشمل المواد المكثفة العديد من الأنواع مثل الكباسات الكريستالية والكباسات السيراميكية والكباسات البوليمرية. ويتم استخدام هذه المواد في العديد من الأجزاء في الحاسوب مثل البطاريات المستخدمة في اللابتوبات والهواتف الذكية، والكباسات المستخدمة في الدوائر الإلكترونية والمحولات والمكبرات الصوتية والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى. ويتم استخدام المواد المكثفة أيضاً في الذواكر العشوائية (RAM) والذواكر القابلة للبرمجة (PROM) وفي النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS) وغيرها من التطبيقات الحاسوبية.

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.

الهندسة الكهربائية هي فرع من الهندسة المعنية بدراسة وتصميم وتطبيق الأنظمة الكهربائية التي تستخدم لنقل الطاقة الكهربائية وتحويلها وتخزينها واستخدامها لأغراض مختلفة. بينما الهندسة الإلكترونية هي فرع آخر من الهندسة يركز على تصميم وتطوير الأنظمة الإلكترونية والمكونات المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية المختلفة مثل الحواسيب والهواتف الذكية والأجهزة الطبية والآلات الصناعية. بمعنى آخر، تركز الهندسة الكهربائية على العمليات والأنظمة الكهربائية الضخمة، بينما تركز الهندسة الإلكترونية على الأجهزة الصغيرة والدقيقة التي تعمل بالكهرباء.

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.

الفلسفة الكهربائية لسيارات الكهربائية تتمحور حول استخدام الطاقة الكهربائية كمصدر رئيسي لتشغيل المحرك والأجزاء الأخرى في السيارة. وتستند هذه الفلسفة على استخدام البطاريات كمصدر للطاقة الكهربائية وتحويل هذه الطاقة إلى حركة لتشغيل المحرك. وتهدف هذه الفلسفة إلى تقليل استخدام الوقود الأحفوري والحد من الانبعاثات الضارة للبيئة. كما تهدف إلى توفير سيارات صديقة للبيئة واقتصادية في استهلاك الوقود. وتعتمد هذه الفلسفة على استخدام تقنيات حديثة في مجال الطاقة الكهربائية مثل تقنية الشحن السريع وتقنية القدرة على التحمل العالي للبطاريات والتي تتيح للسيارات الكهربائية القدرة على السفر لمسافات طويلة دون الحاجة إلى إعادة الشحن.

تستخدم المحولات في العناصر الإلكترونية لتحويل الجهد أو التيار الكهربائي من مستوى إلى آخر. وتشمل الأمثلة على استخدام المحولات في العناصر الإلكترونية:

1- محولات الطاقة: يتم استخدام المحولات في مصادر الطاقة الكهربائية لتحويل الجهد من مستوى عالي إلى مستوى منخفض والعكس، وبذلك يسمح هذا للمعدات الإلكترونية بتلقي الجهد الذي يناسبها.

2- محولات الصوت: تستخدم المحولات في الصوتيات لتحويل الإشارة الصوتية من مصدر إلى مضخم الصوت أو إلى السماعات.

3- محولات الإشارة: تستخدم المحولات في الإشارات الرقمية لتحويل الإشارة من مستوى إلى آخر، مثل تحويل الإشارة من رقمية إلى تناظرية.

4- محولات الاتصالات: تستخدم المحولات في شبكات الاتصالات لتحويل الإشارات بين الأجهزة المختلفة، مثل تحويل الإشارة من الألياف البصرية إلى الكابلات النحاسية.

5- محولات الإضاءة: تستخدم المحولات في الإضاءة لتحويل الجهد من مستوى عالي إلى مستوى منخفض لتشغيل المصابيح والمصابيح الكهربائية.

تعمل محولات الجهد والتيار في النظام الكهربائي على تحويل قيم الجهد والتيار من مستوى واحد إلى آخر. يتم ذلك باستخدام التحويل الكهرومغناطيسي حيث يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى مجال مغناطيسي تسببه لفات الكهرباء داخل المحول. يمكن استخدام المحولات لزيادة أو تخفيض الجهد والتيار، حيث يتم استخدام المحولات الكبيرة في نظم الطاقة الكهربائية لتحويل الجهد العالي في منظومات النقل إلى جهد منخفض أكثر أمانًا يمكن توصيله بالمنازل والمباني والأجهزة الكهربائية. وعند تحويل القيم الكهربائية، يجب مراقبة الجهد والتيار في المحول باستمرار للتأكد من عدم تجاوز القيم المسموح بها ومنع الأعطال في النظام الكهربائي.

يمكن تحويل التيار الكهربائي المتردد إلى تيار كهربائي مستمر باستخدام جهاز يسمى محول الكهرباء الذي يستخدم عادة في محولات الطاقة، ولكن هناك طرق أخرى لتحويل التيار الكهربائي المتردد إلى تيار كهربائي مستمر، ومنها:

1- جهاز الجسر الكهربائي: وهو جهاز يتكون من أربعة مقاومات توصل بطريقة محددة، ويستخدم لتحويل التيار الكهربائي المتردد إلى تيار كهربائي مستمر.

2- استخدام المكثف: حيث يتم توصيل المكثف بالتيار الكهربائي المتردد لتخزين الطاقة الكهربائية وتحويلها إلى تيار كهربائي مستمر.

3- استخدام الدايود: وهو عبارة عن جهاز يمر التيار الكهربائي المتردد من خلاله في اتجاه واحد فقط، وبالتالي يتحول التيار الكهربائي إلى تيار كهربائي مستمر.

4- استخدام محولات الأمبير: وهي عبارة عن محولات تستخدم لتحويل التيار الكهربائي المتردد إلى تيار كهربائي مستمر باستخدام تقنية التحويل الكهرومغناطيسي.

تعتبر الطريقة الأكثر شيوعاً لتحويل التيار الكهربائي المتردد إلى تيار كهربائي مستمر هي استخدام المحولات الأمبير.