(voltage

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.

نظرية الرنين في الدوائر الكهربائية هي نظرية تتحدث عن كيفية استجابة الدائرة الكهربائية لتيار متردد AC في حالة وجود مكثف Capacitor وملف Coil متصلين معًا في الدائرة. وبموجب هذه النظرية، فإن الدائرة الكهربائية ستبدأ في الرنين عند تردد محدد، والذي يعتمد على قيمة المكثف والملف. وعند تردد الرنين، يتم تكبير الإشارة الكهربائية في الدائرة عن طريق زيادة الجهد Voltage وتدفق التيار Current، وهي نظرية مهمة في مجال الدوائر الكهربائية والأنظمة الإلكترونية المختلفة.

توجد العديد من الرموز القياسية المستخدمة في المواد المكثفة، ومن أهمها:

1- C: تمثل السعة الكهربائية Capacitance بالفراد، وهي وحدة لقياس سعة المكثف.

2- V: تمثل الجهد الكهربائي Voltage بالفولت، وهي وحدة لقياس الجهد في المواد المكثفة.

3- Ω: تمثل المقاومة الكهربائية Resistance بالأوم، وهي وحدة لقياس مقاومة المواد المكثفة.

4- F: تمثل التردد الكهربائي Frequency بالهرتز، وهي وحدة لقياس تردد المواد المكثفة.

5- ESR: تمثل المقاومة الداخلية Equivalent Series Resistance، وهي قيمة تمثل مقاومة المواد المكثفة عند التردد الذي يتم تشغيلها فيه.

6- ESL: تمثل الذاتية الإندكتانس Equivalent Series Inductance، وهي قيمة تمثل نفقات المواد المكثفة في إنتاج الحقل المغناطيسي الذي يؤثر على السعة والمقاومة.

7- DF: تمثل عامل الخسارة Dissipation Factor، وهو عبارة عن نسبة الطاقة المفقودة في المواد المكثفة بسبب المقاومة الداخلية إلى الطاقة المخزنة في المكثف.

تقنيات إدارة التغذية الكهربائية (Power management techniques) هي عبارة عن مجموعة من الأساليب والتقنيات التي تستخدم للتحكم في الطاقة الكهربائية المتاحة للأجهزة الإلكترونية. تتضمن هذه التقنيات العديد من الأدوات والتقنيات البرمجية التي تساعد في تحسين كفاءة استهلاك الطاقة وتقليل استهلاك الطاقة الزائدة.

تستخدم هذه التقنيات في الهندسة الإلكترونية لتقليل تحميل الطاقة وتحسين كفاءة استخدام الطاقة للأجهزة الإلكترونية المختلفة. ومن بين التقنيات الشائعة لإدارة التغذية الكهربائية:

1- التحكم في الجهد الكهربائي (Voltage regulation): وهي عملية التحكم في مستوى الجهد الكهربائي المستخدم في الأجهزة الإلكترونية لتحسين كفاءة استهلاك الطاقة وتحميل الطاقة.

2- التحكم في التيار الكهربائي (Current regulation): وتستخدم هذه التقنية للتحكم في تدفق التيار الكهربائي واستخدامه بشكل أكثر كفاءة.

3- التوقيت (Timing): يستخدم هذا النوع من التقنية لتنظيم الوقت الذي تعمل فيه الأجهزة الإلكترونية وتحكم في تغذيتها الكهربائية.

4- إدارة الطاقة المتقدمة (Advanced power management): وهي تقنية تستخدم لإدارة استهلاك الطاقة للأجهزة الإلكترونية في فترات الخمول أو الاستعداد، حيث يتم إيقاف تشغيل بعض المكونات الأساسية للجهاز وتقليل استهلاك الطاقة.

ويمكن استخدام تقنيات إدارة التغذية الكهربائية في الهندسة الإلكترونية لتحسين كفاءة استخدام الأجهزة الإلكترونية وتقليل استهلاك الطاقة الزائدة، مما يساهم في تحسين عمر البطارية وتقليل توقف الجهاز بسبب نفاد الطاقة.

هناك عدة أنظمة إلكترونية تستخدم في تنظيم سرعة محركات الكهربائية، وتشمل:

1- النبض العرضي Pulse-width modulation (PWM): وهي تقنية تستخدم لتحكم في نبضة الجهد والتي يتم إرسالها إلى المحرك، وتستخدم هذه التقنية في تحكم سرعة المحركات المستمرة، كما يمكن استخدامها لتحكم في قوة القدرة الموجهة إلى المحرك.

2- التحكم بالتردد Frequency control: وهي تقنية تستخدم لتحكم في تردد التيار المرسل إلى المحرك، وبالتالي فإن تردد الحركة اللحظية للمحرك يمكن أن يتم تحكمه بإدارة تردد التيار المرسل إليه.

3- التحكم في الجهد Voltage control: وهي تقنية تستخدم لتحكم في الجهد المستمر المرسل إلى المحرك وبالتالي فإن السرعة يمكن أن تتحكم بها عن طريق تغيير الجهد المرسل إلى المحرك.

4- التحكم في الزاوية Phase angle control: وهي تقنية تستخدم لتحكم في زاوية الفعالية الموجبة (مقدار التيار المرسل إلى المحرك) وزاوية الفعالية السالبة (مقدار التيار العكسي)، حيث يمكن تحديد زاوية الفعالية الموجبة والسالبة للحد من سرعة المحرك.

5- التحكم في الفولتية Voltage/frequency control: وهي تقنية تستخدم لتنظيم فولتية التيار الكهربائي بحيث يمكن تحكم في سرعة المحرك عن طريق تغيير التردد والجهد الموجه إلى المحرك.

إذا كنت ترغب في تحليل أو إصلاح جهاز إلكتروني معين ، فمن الضروري فهم المخططات الكهربائية لتلك الأجهزة. وهناك عدة خطوات يجب اتباعها لقراءة المخططات الكهربائية بنجاح:

1. الفهم الأساسي: يمثل الخط الأفقي الموجود في الأعلى للمخطط الكهربائي الجهد (Voltage) ، بينما يمثل الخط الرأسي في الجزء الأيمن للمخطط التيار الكهربائي (Current) الذي يتدفق عبر المكونات الإلكترونية. كما يمكنك أن تجد المكونات والشرائح والقطع الأخرى في الجزء السفلي من المخطط.

2. التعرف على الأشكال والأنماط: للأسفل من القطع، يمكن العثور على الرموز التعبيرية للمتغيرات الكهربائية مثل المقاومة والمكثفات والمحولات الكهربائية والدوائر المتكاملة. قد تبدو بعض هذه الرموز غريبة في البداية ولكنها تصبح أكثر وضوحًا مع الممارسة المستمرة.

3. قراءة وتحليل الدوائر: بمجرد معرفة المكونات ، يمكنك البدء في تحليل الدوائر الكهربائية عن طريق البحث عن المسار الكهربائي الذي يتدفق من خلال المكونات المختلفة. سيساعدك التعرف على الرموز المختلفة على تحديد وظيفة تلك الدوائر والطريقة التي تعمل بها.

4. التركيز على الهامش الموجود حول الدوائر: يحتوي المخطط الكهربائي على مجموعة من الأرقام والحروف والإشارات المختلفة التي تحتوي على معلومات إضافية حول الدائرة. يجب الانتباه إلى هذه المعلومات وفهمها جيدًا لتحليل وإصلاح الجهاز بأكمله.

5. التعلم المستمر: تحليل المخططات الكهربائية هو مهارة تحتاج إلى الكثير من التدريب والتطبيق لتطويرها. يمكنك البدء بتحليل المخططات البسيطة وتوسيع خبرتك تدريجيًا لتتمكن من فهم المخططات الأكثر تعقيدًا.

تشمل أدوات القياس الكهربائية عددًا من الأجهزة والأدوات التي تستخدم لقياس مجموعة متنوعة من الخواص الكهربائية مثل:

1- الملتيميتر: يستخدم لقياس الجهد الكهربائي (Voltage) والتيار الكهربائي (Current) والمقاومة الكهربائية (Resistance) والسعة (Capacitance) والتردد (Frequency) والدورة الزمنية (Duty cycle).

2- الأنمتر: يستخدم لقياس السعة الكهربائية (Capacitance) والتيار المتردد (AC Current) والتيار الكهربائي (DC Current) والمقاومة الكهربائية (Resistance).

3- الـأوسيلوسكوب: يستخدم لرصد وقياس سلوك الإشارة الكهربائية وتحليل الجهد الكهربائي بالإضافة إلى قياس الفاز والتردد والشكل الموجي.

4- الثيرمومتر: تستخدم هذه الأداة لقياس درجة حرارة الجهاز الإلكتروني أو أي شيء آخر.

5- جهاز تحليل الطيف: يستخدم للحصول على قياسات دقيقة للطاقة وطول الموجة والتردد للإشارة الكهرومغناطيسية.

تستخدم أدوات القياس الكهربائية في العديد من المجالات مثل الإلكترونيات والهندسة الكهربائية والتحكم والأتمتة الصناعية والأبحاث العلمية والطبية والعديد من الصناعات الأخرى. كما تستخدم في صيانة وإصلاح المعدات الإلكترونية والكهربائية وفحص الكوابل والأسلاك الكهربائية وغيرها.

تختلف الوسائل المستخدمة في توصيل تيار الكهربائي المتردد في المناطق الصحراوية باختلاف التقنيات المستخدمة، ولكن بشكل عام يمكن استخدام الوسائل التالية:

1- الأبراج الكهربائية العالية الجهد (High Voltage Transmission Towers)، والتي تستخدم لنقل التيار الكهربائي بين المدن والمناطق الصحراوية.

2- الكابلات الضوئية الصبية (Fiber Optic Cables)، والتي يتم استخدامها لتوصيل الإنترنت والاتصالات في المناطق الصحراوية.

3- الطاقة الشمسية (Solar Power)، حيث تستخدم هذه التقنية لإنتاج الكهرباء من خلال استخدام الأشعة الشمسية، وهي تقنية مثالية للمناطق الصحراوية التي تتمتع بأشعة شمس كثيفة.

4- الأنظمة الهجينة (Hybrid Systems)، والتي تستخدم مزيج من مصادر الطاقة المختلفة لتوليد الكهرباء، مثل الكهرباء الشمسية والكهرباء الريحية والكهرباء الحرارية، وذلك لتحسين نوعية توصيل الطاقة في المناطق الصحراوية المنعدمة فيها الكهرباء.

1- التردد: يجب أن يكون تردد التيار المتردد مستقرًا ومحددًا. في العادة يكون تردد التيار المتردد في دول الخليج 50 هرتز وفي أوروبا وأمريكا الشمالية 60 هرتز.

2- الفولتية: يجب أن يكون الفولتية المستخدمة في توليد التيار المتردد مستقرة ومحددة.

3- الأحمال: يجب تحميل الشبكة بشكل جيد لتجنب مشاكل الفلكنة (Voltage Sag) والتروسون الكهربائي (Voltage Swell).

4- الاضطرابات الكهربائية: مثل الانحرافات الكهربائية، و الاهتزازات، التوهين الترددي، المتغيرات المفاجئة في الجهد.

5- جودة الأسلاك والموصلات: يجب أن تكون الأسلاك و الموصلات ذات جودة عالية لتحمل الجهد الذي يتم تحميله على الشبكة.

6- شدة التيار: يجب أن يتم التحكم في شدة التيار لتجنب الزيادة في درجة حرارة الموصلات وتأثير ذلك على جودة التيار المتردد.

Early effect في الترانزستور هو تأثير يحدث عندما يتغير التيار القاعدي (IB) في الترانزستور الثنائي القطب (BJT) ويؤدي إلى تغير في تيار المجمع (IC). تسمى هذه الظاهرة أيضًا تأثير Early Voltage أو تأثير التوسع القاعدي.

تأثير Early يحدث بسبب تغير في عرض منطقة التفريغ القاعدي القاعدة (Wb) بسبب تغير في توصيل العكسي العاكس (Vcb). عندما يزيد توصيل العكسي العاكس (Vcb) ، يقل عرض منطقة التفريغ القاعدة القاعدة (Wb) ويزيد من معامل التكبير (β) وبالتالي يزداد تيار المجمع (IC). وعلى العكس من ذلك ، عندما ينخفض توصيل العكسي العاكس (Vcb) ، يزيد عرض منطقة التفريغ القاعدة القاعدة (Wb) ويقل من معامل التكبير (β) وبالتالي ينخفض تيار المجمع (IC).

تأثير Early يؤثر على أداء الترانزستور ويمكن أن يتسبب في تشوه في الترانزستور وعدم دقة التكبير. يمكن التعامل مع تأثير Early عن طريق استخدام مكثف التوصيل العكسي (Ccb) للتحكم في تأثيره.