العمود الفقري للأنظمة الكهربائية: دليل شامل للمقادات
يعد التصحيح جانبًا أساسيًا للهندسة الكهربائية ، وهو جيد لتحويل التيار المتناوب (AC) إلى التيار المباشر (DC) ، وهو أمر مفيد لتشغيل العديد من الأجهزة والأنظمة الإلكترونية.تفحص هذه المقالة الجوانب التفصيلية للتصحيح ، وتغطية المبادئ الأساسية ، والمكونات المختلفة ، وأنواع مختلفة من المقومات المصممة لتطبيقات محددة واحتياجات الطاقة.من خلال استكشاف أعمال المقومات نصف الموجة والموجة الكاملة ، بما في ذلك أنواع متقدمة مثل الجسر ومقادات polyphase ، فإننا نكتسب رؤى حول قدراتها والقيود والتقدم التكنولوجي الذي يعزز كفاءتها وتطبيقها.يناقش المقال أيضًا الاستخدامات العملية حيث هناك حاجة إلى مقومات ، بدءًا من الاتصالات السلكية واللاسلكية إلى الأجهزة الطبية ، وعرض تأثيرها على نطاق واسع على التكنولوجيا الحديثة.يسلط الضوء على دور المكونات مثل الثنائيات والمكثفات في ضمان إخراج DC ثابت من مدخلات التيار المتردد غير المستقر ، بهدف تقديم فهم متعمق لتقنيات التصحيح وأهميتها في أغراض كهربائية كل يوم ومتخصصة.
كتالوج
الشكل 1: دائرة المقوم
ما هو التصحيح؟
التصحيح هو عملية تغيير سلوك التيار الكهربائي من التدفق في اتجاهات متعددة إلى التدفق في اتجاه واحد فقط.في معظم الأجهزة الإلكترونية ، هناك نوعان من التيارات: بالتناوب الحالي (AC) والتيار المباشر (DC).يغير AC الاتجاه عدة مرات خلال فترة معينة ، بينما يتدفق DC بشكل مطرد في اتجاه واحد.بالنسبة للأجهزة والأجهزة الإلكترونية لتلقي إمدادات الجهد المستمر ، يجب تحويل AC إلى DC ، وهي عملية تعرف باسم تصحيح AC.
الشكل 2: رسم تخطيطي للتصحيح
يمكن للمقوم ، المكون الذي يؤدي هذه المهمة ، أن يأخذ أشكالًا مختلفة ، بما في ذلك الثنائيات ذات الحالة الصلبة ، وثنائيات أنبوب الفراغ ، وصمامات القوس الزئبق ، ومقادات السيليكون التي تسيطر عليها السيليكون ، ومفاتيح أشباه الموصلات الأخرى القائمة على السيليكون.من بين هؤلاء ، يعتبر الصمام الثنائي أشباه الموصلات مهمًا بشكل خاص ، حيث يتصرف مثل صمام في اتجاه واحد لشحنة كهربائية.يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط ، مما يسهل التحويل من التيار المتردد إلى العاصمة.يدعم مقوم الموجة نصف الموجة ، وهو شكل أبسط من التصحيح ، أنظمة تصحيح أكثر تقدماً والعديد من التطبيقات التي تتطلب طاقة التيار المستمر ، تدعم وظائف الأجهزة الإلكترونية التي لا حصر لها في الاستخدام اليومي.
مكونات المقوم
P-N Junction Diode: يسمح هذا الجهاز بالتدفق في اتجاه واحد فقط.عندما يكون للجانب P من الصمام الثنائي إمكانات أعلى من الجانب N ، يكون متحيزًا للأمام ويسمح للتيار بالمرور.على العكس من ذلك ، عندما يكون للجانب N إمكانات أعلى ، يكون متحيزًا عكسيًا ويمنع التدفق الحالي.
بالتناوب الحالي (AC): AC هو تيار كهربائي يغير الاتجاه بشكل دوري.
التيار المباشر (DC): على عكس AC ، DC هو نوع من التيار الكهربائي الذي يتدفق باستمرار في اتجاه واحد دون التغيير بشكل دوري.
الموجة: هذا تمثيل رسومي يوضح حجم واتجاه التيار الكهربائي أو الجهد مع مرور الوقت.
VRMS و IRMS: هذه هي قيم مربعة الجذر للجهد (VRMS) والتيار (IRMS) لـ AC.يتم حسابها على أنها 1/√2 أضعاف الجهد الذروة أو التيار ، مما يوفر مقياسًا للقيمة الفعالة لل AC المتقلب.
مكثف: المكثف هو جهاز ثنائي الطرفي يخزن الطاقة في مجال كهربائي.يمكنه شحن وتفريغ داخل الدائرة ، مما يساعد على تهدئة تقلبات الجهد وتوفير مخرجات DC مستقرة.
مولد الوظيفة: يقوم هذا الجهاز بإنشاء أشكال موجية كهربائية مختلفة ، بما في ذلك AC ، مع فولتية محددة وترددات مطلوبة لاختبار الدوائر الإلكترونية وتشغيلها.
أنواع مختلفة من المقوم
الشكل 3: المقوم غير المنضبط
مقومات غير خاضعة للرقابة
المقوم غير المنضبط هو نوع من المقوم الذي لا يمكن ضبط جهد الخرج.هناك نوعان رئيسيان من المقومات غير المنضبط: مقومات نصف الموجة ومقادات الموجة الكاملة.
يقوم مقوم نصف الموجة بتحويل نصف دورة AC فقط إلى DC.يسمح إما بالنصف الإيجابي أو السلبي لموجة التيار المتردد للمرور ، مما يمنع النصف الآخر.
يقوم مقوم الموجة الكاملة بتحويل النصف الإيجابي والسلبي لدورة التيار المتردد إلى العاصمة.مثال على مقوم الموجة الكاملة هو مقوم الجسر ، الذي يستخدم أربعة ثنائيات مرتبة في تكوين جسر Wheatstone لتحقيق هذا التحويل.
المقومات التي تسيطر عليها
يسمح المقوم المتحكم به بتعديل جهد الخرج.يتم استخدام مكونات مثل المقومات التي يتحكم فيها السيليكون (SCRS) ، وترانزستورات الميدان في الميدان المعدنية-أكسيد الأكسدة (MOSFETs) ، وترانزستورات ثنائي القطب المعزول (IGBTs) لإنشاء هذه المقومات.غالبًا ما يتم تفضيل المقومات التي يتم التحكم فيها على تلك غير المنضبط بسبب براعة.
يشبه المقوم الذي يتم التحكم في الموجة نصف الموجة المقوم غير المنضبط نصف الموجة ولكنه يحل محل الصمام الثنائي مع SCR ، مما يتيح التحكم في جهد الخرج.
يحول المقوم الكامل الذي يتم التحكم فيه الموجة نصفيًا من دورة AC إلى DC ولكنه يسمح بتنظيم الجهد من خلال استخدام SCRs أو غيرها من المكونات المماثلة.
الشكل 4: المقوم المتحكم فيه
تصحيح نصف الموجة
إن تصحيح نصف الموجة ، على الرغم من أنه بسيط في التصميم ، له قيود ملحوظة ، خاصةً عندما تكون هناك حاجة إلى كفاءة عالية وتشويه التوافقي المنخفض.تعالج هذه الطريقة نصف الشكل الموجي AC فقط ، متجاهلاً النصف الآخر.ونتيجة لذلك ، فإنه يخلق أوجه القصور ويقدم محتوى متناسقًا عاليًا في الإخراج ، مما يعقد عمليات التجانس.
يستخدم هذا النوع من التصحيح عادة في تطبيقات أقل تطلبًا.على سبيل المثال ، إنه مناسب لبعض أجهزة البهارات التي لا تحتاج إلى إمدادات طاقة مستمرة.في هذه المخدرات ، تتناوب المفاتيح بين طاقة التيار المتردد الكامل لتحقيق أقصى سطوع وإخراج نصف الموجة لتعتيم.تنبض هذه التقنية بسلطة المصباح ، مما يمنع الشعيرة من التغيرات السريعة في درجة الحرارة.يحافظ هذا التدفئة والتبريد التدريجي على ناتج الضوء المتسق ، ويقلل من الخفقان ، مما يدير تدفق الطاقة بشكل فعال إلى أحمال أبطأ.
على الرغم من تشغيلها الأساسي ، يمكن أن يكون تصحيح الموجة نصف مفعم بالحيوية في سيناريوهات محددة حيث لا يرغب التحكم في الطاقة المتقدمة والإخراج المستمر.يبرز هذا النهج الاستخدام العملي لمقادات نصف الموجة في التطبيقات التي تستفيد من تعديل الطاقة البسيط والفعال.
الشكل 5: دائرة مقوم نصف الموجة
نصف دورة إيجابية في تصحيح الموجة نصف
أثناء دورة نصف الدورة الإيجابية لإدخال التيار المتردد ، يصبح الصمام الثنائي متحيزًا للأمام ويعمل كدائرة قصيرة.يسمح هذا التيار بالتدفق عبر الدائرة ، مما يؤدي إلى تكرار إدخال التيار المتردد في إخراج DC.ومع ذلك ، في التطبيقات العملية ، يكون جهد الخرج أقل قليلاً من جهد الإدخال بسبب انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي.
الشكل 6: مقوم الموجة النصف الإيجابية
نصف دورة سلبية في تصحيح الموجة نصف
خلال دورة نصف الدورة السلبية لإدخال التيار المتردد ، يكون الصمام الثنائي متحيزًا عكسيًا ويتصرف مثل الدائرة المفتوحة.نتيجة لذلك ، لا يتدفق التيار عبر الدائرة خلال هذه الفترة ، ولا يتضمن الإخراج دورة نصفها السلبية للمدخلات.
الشكل 7: مقوم الموجة نصف السلبي
مزايا وعيوب نصف مقوم الموجة
تقدم مقالات نصف الموجة العديد من المزايا ، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات معينة.واحدة من الفوائد الرئيسية هي بساطتها.الدائرة واضحة وسهلة التنفيذ.تترجم هذه البساطة إلى تصميمات منخفضة التكلفة ، حيث أن المكونات المطلوبة غير مكلفة.بالإضافة إلى ذلك ، فإن التصميم غير المعقد لمقادات نصف الموجة يسمح بتصنيع سهلة وكبيرة الحجم.
ومع ذلك ، فإن مقومات نصف الموجة لديها أيضا عيوب ملحوظة.عيب خطير هو عامل التموج العالي.هذا يسبب تقلبات كبيرة في جهد إخراج DC ، والتي يمكن أن تكون مشكلة في العديد من التطبيقات.تعاني مقالات نصف الموجة من فقدان الطاقة العالي لأنها تستخدم نصف شكل موجة الإدخال فقط.وهذا يؤدي إلى تبديد كبير للطاقة وتقليل الكفاءة.بالمقارنة مع المقومات الكاملة الموجة ، تكون مقالات نصف الموجة أقل كفاءة بشكل عام ، حيث تستفيد من نصف دورة الإدخال فقط.علاوة على ذلك ، فإن جهد الخرج لمقوم نصف الموجة هو أقل من جهاز مقوم الموجة الكاملة ، مما يحد من قابلية تطبيقه في الأنظمة التي تتطلب فولتية أعلى.
مقومات الموجة الكاملة
الشكل 8: مقوم الموجة الكاملة
تعمل مقومات الموجة الكاملة على تحسين التصحيح باستخدام الشكل الموجي AC بأكمله ، مما يعزز كفاءة التحويل.على عكس مقومات نصف الموجة ، والتي تستخدم نصف دورة AC فقط ، فإن مقومات الموجة الكاملة تحول كلا النصفين إلى العاصمة.هذه العملية تضاعف بشكل فعال إخراج الطاقة.تصميم شائع لمقادات الموجة الكاملة هو تكوين النقل المركزي.يستخدم هذا الإعداد محولًا مع لف ثانوي ثانوي واثنتين.يعمل مقوم TAP المركزي بالتناوب بين الثنائيين على أساس قطبية AC.كل ديود يدير بدوره ، مما يضمن استخدام كل من نصفي الموجي AC.توفر هذه الطريقة إخراج DC مستمر وأكثر استقرارًا ، مما يزيد من جهد الخرج وتقليل تردد التموج.العاصمة الناتجة أكثر سلاسة من ذلك من مقومات نصف الموجة.تعتبر مقالات الموجة الكاملة مهمة للمواقف التي تحتاج إلى إمدادات داكنة ثابتة وموثوقة ، مثل إمدادات الطاقة للأدوات الإلكترونية.باستخدام مدخلات التيار المتردد بأكمله ، توفر مقومات الموجة الكاملة حلاً قويًا للمهام الصعبة ، مما يوفر طاقة DC متسقة.
نصف دورة إيجابية في تصحيح الموجة الكاملة
الشكل 9: مقوم الموجة الكاملة الإيجابية
يعتمد إخراج DC ثابت في تصحيح الموجة الكاملة مع تصميم النقل المركزي على سلوك الدائرة أثناء الدورة نصف الإيجابية.عندما يظهر مصدر التيار المتردد جهدًا إيجابيًا ، يصبح الصمام الثنائي العلوي متحيزًا للأمام ، مما يسمح للتيار بالتدفق خلال النصف العلوي من لف المحول الثانوي.توجه هذه العملية النصف الإيجابي من الشكل الموجي AC إلى الحمل.
تشغيل الصمام الثنائي العلوي خلال هذه المرحلة هو قيمة.يجري الجهد الإيجابي إلى الحمل أثناء حظر مكونات الجهد السلبي.يضمن هذا التوصيل الانتقائي أن يتم تحويل الجزء الموجب من الشكل الموجي بكفاءة إلى DC دون تدخل من النصف السلبي.يتضمن الحفاظ على إمدادات DC ثابتة ويمكن الاعتماد عليها تنفيذ هذا الإجراء.
من خلال التركيز على النصف الإيجابي لدورة AC ، يزيد مقوم الموجة الكاملة في النقل المركزي من الطاقة القابلة للاستخدام من مصدر التيار المتردد.يبرز هذا النظرة التفصيلية للدور الإيجابي لدورة نصف الدورة في دائرة المقوم أهميتها في تحويل طاقة التيار المتردد إلى التيار المستمر بكفاءة وثابتة ، مما يضمن ناتج DC عالي الجودة ومتسق.
نصف دورة سلبية في تصحيح الموجة الكاملة
الشكل 10: مقوم الموجة الكاملة السلبية
في نصف الدورة السلبية لمقوم الموجة الكاملة للنفرة المركزية ، تتحول عملية الدائرة للحفاظ على توصيل الطاقة المستمر.عندما ينعكس قطبية التيار المتردد ، يصبح الصمام الثنائي السفلي متحيزًا للأمام ويجري ، ويشرك النصف السفلي من اللف الثانوي للمحول.تقوم هذه العملية بتحويل النصف السلبي من الشكل الموجي AC إلى ناتج إيجابي ، تمامًا كما أثناء الدورة النصف الإيجابية.
التوصيل المتناوب بين الثنائيات العلوية والسفلية هو مفتاح تصحيح الموجة الكاملة.إنه يضمن إمدادات DC مستمرة ومستقرة من خلال استخدام كل من نصفي الموجي AC.بالنسبة للأجهزة التي تتطلب طاقة مستمرة من التيار المستمر ، فإن هذا التوصيل المزدوج لا يزيد من كفاءة تحويل الطاقة فحسب ، بل يثبت أيضًا الإخراج عن طريق الحفاظ على قطبية وسعة ثابتة.
التنسيق الدقيق لنشاط الصمام الثنائي خلال كل دورة نصف دورة إلى الحد الأقصى من إمكانات مدخلات التيار المتردد ، مما يقلل من النفايات وتعزيز كفاءة الإخراج.يوضح تحليل دورة نصف الدورة السلبية كيف يتكيف تصحيح الموجة الكاملة ديناميكيًا لظروف الإدخال المتغيرة ، مما يوفر إمدادات DC موثوقة وغير متوقعة.تُظهر هذه الطريقة تفوقها على تقنيات التصحيح الأكثر بساطة من خلال إدارة متطلبات الطاقة المعقدة بشكل فعال.
عيوب تصميم مقوم الموجة الكاملة
تكون مقومات الموجة الكاملة أكثر كفاءة من مقومات نصف الموجة ، ولكن لديها عيوب تؤثر على استخدامها.إحدى القضايا الرئيسية هي الحاجة إلى محول مع لف ثانوي استغلال مركزي.هذا المطلب يمثل مشكلة خاصة في التطبيقات عالية الطاقة حيث يجب أن تكون المحولات متينة وقادرة على التعامل مع أحمال الطاقة الكبيرة دون خسائر ملحوظة.
هذه المحولات عالية الطاقة مكلفة وكبيرة جسديا.زيادة الحجم والمصروفات تجعل مقومات الموجة الكاملة أقل عملية في التطبيقات حيث تكون المساحة محدودة أو قيود الميزانية ضيقة.يعيق الجزء الأكبر والتكلفة استخدامها في الأجهزة المحمولة أو الصغيرة حيث تكون هناك حاجة إلى الانضغاط والقدرة على تحمل التكاليف.أنها تؤثر على القرارات حول متى وأين لاستخدام تصحيح الموجة الكاملة.على الرغم من كفاءتها واستقرار الناتج ، تتطلب هذه القيود العملية تقييمًا دقيقًا للتطبيق المقصود واحتياجات الطاقة وتصميم النظام العام.
التنوع في تكوينات مقوم الموجة الكاملة
يعد تصميم مقوم النقرات المركزية كاملة الموجة متعددة الاستخدامات ، مما يتيح تعديلات مثل عكس قطبية الحمل.يمكن القيام بذلك عن طريق تغيير اتجاه الثنائيات أو دمجها بالتوازي مع مقوم إخراج إيجابي موجب.توضح هذه المرونة لتوليد كل من الفولتية الإيجابية والسلبية من مصدر طاقة واحد القدرة على التكيف مع المقومات الموجة الكاملة.تضمن هذه المرونة في التصميم تخصيص هذه المقومات لتلبية الاحتياجات الكهربائية المحددة ، مما يعزز استخدامها في الدوائر المعقدة.هذا مفيد بشكل خاص للتطبيقات التي تحتاج إلى استقطاب جهد مختلف ، مثل مضخمات الترانزستور ثنائي القطب أو أنظمة مضخم التشغيل ، حيث يوصى بوجود فولتية لإمداد.
تبرز القدرة على تعديل وتوسيع وظائف المقومات الكاملة الموجة التي تتجاوز التصحيح الأساسي أهميتها في التصميم الإلكتروني المتقدم.لا تزيد هذا القدرة على التكيف من فائدة مقومات الموجة الكاملة فحسب ، بل يشجع أيضًا الابتكار والكفاءة في تطوير الأنظمة الإلكترونية ، وتلبية مجموعة واسعة من المتطلبات التقنية وسيناريوهات التطبيق.
مقومات الجسر
الشكل 11: مقومات الجسر
من بين المقومات ، فإن مقوم الجسر هو دائرة المقوم الأكثر كفاءة.يمكننا تحديد مقادات الجسر كنوع من مقوم الموجة الكاملة التي تستخدم أربعة أو أكثر من الثنائيات في تكوين دائرة الجسر لتحويل تيار بالتناوب (AC) بكفاءة إلى تيار مباشر (DC).
غالبًا ما يفضل مقوم الجسر الموجة الكاملة على تصميم النقل المركزي لموثوقيته وإدارة قطبية فعالة.يستخدم أربعة ثنائيات في تكوين الجسر للحفاظ على قطبية إخراج متسقة ، بغض النظر عن قطبية المدخلات.يحول هذا التصميم شكل الموجة AC بأكملها إلى مخرج DC مستقر ، مما يجعله موثوقًا للغاية لمختلف التطبيقات الإلكترونية.
تتمثل قوة مقوم الجسر في قدرتها على الحفاظ على التدفق الحالي من خلال الحمل المستمر ، حتى مع تغير قطبية مصدر AC.ومع ذلك ، فإن تكوين الجسر لديه عيوب.يقدم كل من الثنائيات الأربعة انخفاضًا في الجهد ، عادةً حوالي 0.7 فولت لكل ديود ، مما قد يقلل بشكل كبير من جهد الخرج.
على الرغم من انخفاضات الجهد هذه ، فإن مزايا مقوم الجسر الكامل موجة تفوق في كثير من الأحيان عيوبها ، خاصة في تطبيقات الجهد العالي حيث تكون قطرات الجهد الصمام الثنائي أقل بالنسبة للجهد الكلي.تؤكد قدرتها على توفير ناتج DC موثوقة ومستقرة في ظل ظروف الإدخال المختلفة تفوقها ، مما يجعله أفضل مكون في العديد من الأنظمة الإلكترونية الحديثة.
مخطط دائرة مقوم الجسر الكامل موجة
يمكن للمساعدات البصرية أن تعزز الفهم بشكل ملحوظ لأولئك الجدد في الإلكترونيات.يمكن أن يكون مخطط الدائرة البديل لمقوم جسر الموجة الكاملة ، المصمم بأغراض تعليمية في الاعتبار ، مفيدًا للغاية.يرتب هذا الإصدار من المخطط جميع الثنائيات أفقياً ، مما يؤدي إلى تبسيط تصور تدفق الدائرة.يوضح هذا التصميم وظيفة كل ديود داخل المقوم وجعل مبادئ تصحيح الجسر أكثر سهولة.
الشكل 12: مقوم جسر الموجة الكاملة
يساعد الترتيب الأفقي للثنائيات المستخدمين على مراقبة كيفية التدفقات الحالية عبر الدائرة خلال نصفي دورة AC.يبسط هذا الإعداد عملية تحويل AC إلى DC باستخدام مقوم الجسر.من خلال عرض المكونات واتصالاتها بطريقة واضحة ، يصبح من الأسهل فهم كيف يضمن كل جزء استمرارية واستقرار تيار الإخراج.
مقومات جسر polyphase
يعزز تكييف مقادات الجسر لأنظمة AC Polyphase فائدتها ، وخاصة في التطبيقات عالية الطاقة.من خلال توصيل كل مرحلة من مراحل نظام polyphase بالمقوم مع زوج مخصص من الثنائيات ، توزع الدائرة الطاقة بكفاءة عبر كل من الأحمال الإيجابية والسلبية.يقلل هذا الإعداد من كمية محتوى التيار المتردد في إخراج التيار المستمر النهائي ، وهو أمر مهم في التطبيقات الصناعية ، من خلال استخدام تغييرات الطور الكامنة في أنظمة polyphase.
تتداخل النبضات التي تم تحويلها من الطور من مصادر التيار المتردد المتعددة ، مما يؤدي إلى إخراج DC أكثر سلاسة.هذا النعومة أمر لا بد منه للتطبيقات التي تتطلب ثباتًا كبيرًا كهربائيًا وأقل تموجًا ، مثل المعدات الإلكترونية الحساسة أو الآلات الصناعية الكبيرة.من خلال تقليل تأثير تموج نموذجي في المقومات ذات الطور الواحد ، لا يحسن مقوم جسر البوليفيت جودة وكفاءة ناتج التيار المستمر فحسب ، بل يعزز أيضًا الموثوقية الكلية وأداء نظام إمداد الطاقة.
مزايا وعيوب مقومات جسر polyphase
المزايا
مقومات الجسر أكثر كفاءة من مقومات نصف الموجة.يكون ناتج DC لمقوم الجسر أكثر سلاسة مقارنة بمقوم نصف الموجة لأنه يستخدم كل من الدورات النصف الإيجابية والسلبية لإشارة التيار المتردد.
تستخدم مقومات البوليفياز مصادر AC متعددة مع نبضات متداخلة من الطور ، مما يؤدي إلى إخراج DC أكثر سلاسة من مقومات الطور الواحد.تقلل مقومات البوليفيس من الجهد والتقلبات الحالية (Ripple) ، مما يوفر ثباتًا كهربائيًا أعلى ، جيد للأدوات الدقيقة والمعدات الطبية.
يقلل ناتج DC أكثر سلاسة من مقومات البوليفيس من الإجهاد على المكونات الكهربائية ، وتعزيز الأداء وتقليل احتياجات الصيانة.تؤدي تأثيرات التموج المنخفضة إلى نظام إمداد طاقة أكثر موثوقية.
تؤدي كفاءة مقومات البوليفياز إلى تقليل الحاجة إلى دوائر التصفية والتثبيت الإضافية ، مما يقلل من تكاليف استهلاك الطاقة وصيانتها.مع مرور الوقت ، يؤدي ذلك إلى مدخرات ، وخاصة في البيئات الصناعية.
عيوب
تحتوي مقاطع الجسر على دائرة أكثر تعقيدًا مقارنةً بمقادات الموجة الكاملة ذات الموجة نصف المركز والمركزية ، باستخدام أربعة ثنائيات بدلاً من اثنين.
يؤدي استخدام المزيد من الثنائيات في مقومات الجسر إلى فقدان الطاقة أعلى.في حين أن مقوم الموجة الكاملة المركزية يستخدم صمامًا ثنائيًا واحدًا لكل دورة نصف ، يستخدم مقوم الجسر ثنائيين في سلسلة في نصف دورة ، مما يؤدي إلى انخفاض أعلى الجهد.
تقليل جهد التموج في المخرجات المصححة
تموج الجهد ، AC المتبقي ضمن ناتج DC ، يشكل تحديًا في التصحيح.يمكن أن يؤثر هذا التذبذب سلبًا على الأجهزة الإلكترونية التي تحتاج إلى إمدادات طاقة DC مستقرة.لذلك ، هناك حاجة إلى إدارة وتقليل جهد تموج في التطبيقات الإلكترونية عالية الدقة.
لتقليل التموج ، غالبًا ما يتم استخدام شبكات التصفية.تجمع هذه الشبكات عادةً بين المكثفات والمحاثات لتنعيم تذبذبات الجهد.يقوم المكثفات بتخزين الشحن وإطلاقه أثناء قطرات الجهد ، مما يؤدي إلى استقرار الإخراج.تساعد المحاثات من خلال تقييد معدل التغيير الحالي ، وزيادة تجانس منحنى الجهد.تعتمد فعالية هذه المرشحات على مستويات الطاقة المعنية.بالنسبة للأنظمة ذات متطلبات الطاقة المنخفضة ، قد تكفي مرشحات المكثفات البسيطة.ومع ذلك ، قد تحتاج التطبيقات العليا أو التطبيقات الأكثر حساسية إلى ترتيبات ترشيح أكثر تعقيدًا.مطلوب التحكم في الجهد التموج لأنه يؤثر بشكل مباشر على موثوقية الأنظمة الإلكترونية والكفاءة والاستقرار.يسمح ناتج DC أكثر سلاسة للأجهزة الإلكترونية بالعمل على النحو الأمثل ، وخالية من التداخل التخريبي الناجم عن تموج مفرط.
تصنيف المقومات بأرقام النبض والطريقة والمرحلة
يتم تصنيف دوائر المقوم حسب خصائص الطور والطريقة والنبض.
سمة النبض
تشير سمة "النبض" إلى عدد نبضات إخراج DC الناتجة لكل دورة AC.المزيد من النبضات لكل دورة تؤدي إلى ناتج DC أكثر سلاسة وأكثر استقرارًا.على سبيل المثال ، يوفر مقوم النبض 1 وظائف أساسية ، في حين يوفر مقوم 6 نبض إخراج أكثر سلاسة ، مناسب للتطبيقات الحساسة والعالية الطلب.
سمة مميزة
تصف خاصية "الطريق" كيفية تحويل AC إلى DC ، إما بطريقة واحدة (نصف الموجة) أو في اتجاهين (موجة كاملة).
المقومات أحادية الاتجاه بسيطة ولكنها محدودة في جودة الكفاءة وجودة الإخراج.يقومون بتصحيح نصف دورة AC فقط ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة وإخراج DC متذبذب للغاية.
تصحيح المقومات ثنائية الاتجاه كل من النصفين الإيجابيين والسلبيين من الشكل الموجي ، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة تحويل الطاقة وتعزيز نعومة ناتج التيار المستمر.
مميزة المرحلة
تشير سمة "المرحلة" إلى عدد مدخلات التيار المتردد المستخدمة في المقوم.يمكن أن تكون المقومات إما مرحلة واحدة أو ثلاث مراحل.
عادة ما تستخدم مقادات المرحلة الواحدة لمتطلبات الطاقة المنخفضة.يسمح مقوم نصف الموجة أحادي الطور فقط نصف شكل الموجة AC بالمرور ، مما يمنع النصف الآخر ، مما يؤدي إلى نبضة واحدة لكل دورة AC ، مما يجعلها وحدة نبض واحدة.ومع ذلك ، فإن الإخراج النبض الواحد أقل سلاسة وأكثر نبضًا ، والذي قد لا يكون مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إخراج DC مستقر.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن مقوم الموجة الكاملة ذات الطور الواحد ، يسمح لكل من نصفي الشكل الموجي AC بالمرور ، وتحويلهما إلى ناتج DC نابض مع نبضات لكل دورة ، مما يجعله وحدة نبض 2.يعمل هذا الترتيب على تحسين نعومة وكفاءة ناتج DC ، مما يجعله مناسبًا لمجموعة أوسع من التطبيقات مقارنة بنظيرها نصف الموجة.
يتم استخدام المقومات ثلاثية الطور في بيئات أكثر تطلبًا ، مثل المعدات الصناعية والتطبيقات عالية الطاقة.يستخدم مقوم الموجة الكاملة من ثلاث مراحل تحولات المرحلة المتأصلة في نظام ثلاثي الطور لإنتاج ستة نبضات لكل دورة AC ، وتصنيفها كوحدة 6 نبض.يعطي هذا التصميم ناتجًا أكثر سلاسة وأكثر كفاءة ، وهو مفيد بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب توصيل طاقة ثابت وعالي الجودة.
الشكل 13: دائرة مقوم ثلاثية الطور
التقدم في نظام مقوم polyphase
في أنظمة مقوم Polyphase المتقدمة ، يمكن تحقيق عدد نبض أكبر من ضعف عدد المراحل من خلال تكوينات المحولات المبتكرة والموازاة الاستراتيجية لمخرجات المقوم.عن طريق الاستفادة المهرة من تحولات الطور ، يمكن للمهندسين تقليل تأثيرات التموج ، وبالتالي تعزيز الجودة الإجمالية لمخرج DC.
هذه التصميمات المتطورة مفيدة بشكل خاص في التطبيقات عالية الطاقة حيث يكون تقليل التموج مهم ، ولكن مساحة لمكونات الترشيح الواسعة محدودة.زيادة عدد النبضات تنعم ناتج التيار المستمر وتحسين كفاءة نظام الطاقة وموثوقيتها ، مما يجعلها مثالية للبيئات المتطلبة التي تتطلب أداء كهربائيًا قويًا ومتسقًا.
يمثل هذا التقدم في تقنية مقوم البوليفيز خطوة معينة في تلبية المتطلبات الكهربائية المعقدة مع إدارة القيود المادية والاقتصادية.لا تؤدي الزيادة الاستراتيجية في أعداد النبض من خلال تكوينات الدائرة المتقدمة إلى تحسين أنظمة المقوم فحسب ، بل تبرز أيضًا أهمية الابتكار المستمر في الهندسة الكهربائية لمعالجة التحديات المعاصرة والتغلب عليها.
تطبيقات واستخدامات المقوم
أجهزة التلفزيون ، أجهزة الراديو ، وأجهزة الكمبيوتر: تعتمد هذه الإلكترونيات المنزلية الشائعة على مقومات طاقة DC المستقرة ، على الرغم من أنها عادة ما يتم توصيلها بمنافذ AC.يتم استخدام المقومات للكشف عن الإشارة لضمان عمل الراديو المناسب.
شواحن الهاتف: تقوم المقومات بتحويل التيار المتردد من منافذ الحائط إلى العاصمة اللازمة لشحن الأجهزة المحمولة.
أنظمة الآلات والتحكم: تعتمد الآلات الصناعية والعمليات الآلية على مقومات لسلطة DC متسقة.
الاتصالات السلكية واللاسلكية: تعتمد المعدات مثل أبراج الخلايا ومراكز البيانات على مقومات للحفاظ على إمدادات الطاقة المستقرة.
معدات اللحام: يضمن أن تعمل آلات اللحام مع طاقة DC للعمل الدقيق.أنها توفر الجهد المستقطب جيد لعملية اللحام.
المركبات الكهربائية (EVs) والسكك الحديدية: يقوم المقوم بتحويل AC من محطات الشحن أو الخطوط العلوية إلى طاقة DC قابلة للاستخدام لأنظمة الدفع.
المحولات الشمسية: تستخدم هذه الأجهزة مقومات لتحويل DC التي تم إنشاؤها بواسطة الألواح الشمسية إلى التيار المتردد ، وهو مناسب لاستخدام المنزل والشبكة.
الأجهزة الطبية: تعتمد آلات التصوير بالرنين المغناطيسي ومولدات الأشعة السينية على مقومات من أجل طاقة DC دقيقة.
أنظمة الطيران: تقوم بتحويل الطاقة للإضافات والإضاءة والأنظمة الأخرى على متن الطائرة.
أنظمة الرادار: يتم استخدام المقومات لكل من مزود الطاقة ومعالجة الإشارات.
خاتمة
يهم التصحيح إلى العديد من الأنواع المختلفة من الأنظمة الكهربائية والأجهزة التي تعمل بكفاءة مثالية.من مقادات نصف الموجة البسيطة المستخدمة في Dimmers المنزلية إلى مقومات جسر البوليفياز المعقدة في الآلات الصناعية ، كل نوع يلعب دور في تحويل AC إلى طاقة DC القابلة للاستخدام.استكشفنا التفاصيل الفنية والمبادئ التشغيلية لأنواع المقوم المختلفة ، مع التأكيد على فوائدها وقيودها.من خلال فحص وظائف المكونات المختلفة وتصميمات الدوائر ، ندرك دور المقوم في تثبيت إمدادات الطاقة وتحسين أداء الجهاز.تبرز التطورات المستمرة في تكنولوجيا المقوم ، وخاصة في أنظمة Polyphase ، حقلًا ديناميكيًا يهدف إلى تلبية متطلبات الطاقة المتزايدة مع مواجهة تحديات الكفاءة والفضاء.يؤكد دمج المقادات في التطبيقات المتنوعة ، من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى الأنظمة الطبية ، دورها مختلف في التكنولوجيا الحديثة.تتوقع هذه المقالة التطورات المستقبلية ، مما يوفر للمهنيين وعشاق المعرفة للابتكار في عالم متزايد كهربة.
الأسئلة المتداولة [الأسئلة الشائعة]
1. ما هو مبدأ العمل للمقوم؟
يعمل المقوم في المقام الأول لتحويل التيار المتناوب (AC) إلى تيار مباشر (DC).هذه العملية أساسية في مختلف التطبيقات الكهربائية حيث تكون هناك حاجة إلى طاقة التيار المستمر ، مثل شحن البطاريات ، وتشغيل محركات التيار المستمر ، وتشغيل الدوائر الإلكترونية.يحقق المقوم هذا من خلال استخدام أجهزة أشباه الموصلات مثل الثنائيات ، والتي تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط.في النهاية ، تمنع الثنائيات جزءًا من إشارة التيار المتردد (إما النصف الإيجابي أو السلبي من الشكل الموجي) أو تعديل كلا النصفين للتدفق في اتجاه واحد ، وبالتالي إنتاج DC.
2. كيف يحول المقوم AC إلى العاصمة؟
يتم تنفيذ تحويل AC إلى DC عن طريق السماح لجهد التيار المتردد بالمرور عبر واحد أو أكثر من الثنائيات مرتبة في تكوينات محددة-مثل مقالات نصف الموجة والموجة الكاملة والجسر.في مقوم نصف الموجة ، يُسمح لنصف شكل الموجة AC فقط بالمرور ، وحظر النصف الآخر بشكل فعال.من ناحية أخرى ، يستخدم مقوم الموجة الكاملة ، ثنائيات متعددة لعكس النصف السلبي من الموجي AC إلى إيجابي ، مما يتيح الشكل الموجي بأكمله من المساهمة في الإخراج.تعزز مقومات الجسر ، باستخدام أربعة ثنائيات مرتبة في تكوين الجسر ، هذه العملية من خلال السماح باستخدام كل من نصفي مدخلات التيار المتردد ، مما يؤدي إلى إخراج DC أكثر اتساقًا وأعلى.
3. ما هي الوظيفة الرئيسية لدائرة المقوم؟
تتمثل الوظيفة الرئيسية لدائرة المقوم في إنتاج إخراج DC ثابت من مدخل التيار المتردد.هذا مطلوب في التطبيقات التي تتطلب فيها قوة DC مستقرة.إلى جانب تحويل AC إلى DC ، تساعد المقومات أيضًا في تجانس الإخراج باستخدام مكونات مثل المكثفات والمحاثات ، مما يقلل من التموج في تيار الإخراج ، مما يجعله أكثر اتساقًا.
4. ما الذي يسبب فشل المقوم؟
يمكن أن تنشأ حالات فشل المقوم من عدة عوامل ، مثل الإجهاد الحراري ، والحمل الزائد الكهربائي ، وارتداء المكون.ارتفاع درجة الحرارة الناجم عن التدفق الحالي المفرط أو التبريد الضعيف يمكن أن يضر بمواد أشباه الموصلات في الثنائيات.يمكن أن تتجاوز العواصف الكهربائية تحمل الجهد للثنائيات ، مما يؤدي إلى الانهيار.وبالمثل ، يمكن للاستخدام المطول تآكل الثنائيات والمكونات المرتبطة بها ، مما يقلل من كفاءتها وعمرها.
5. ما هو مثال على المقوم؟
مثال شائع لمقوم هو مقوم الجسر المستخدم في إمدادات الطاقة المنزلية.يقوم هذا النوع من المقوم بتحويل مدخلات التيار المتردد من مزود طاقة التيار الكهربائي إلى مخرجات التيار المستمر ، والذي يتم استخدامه بعد ذلك لشحن أجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة ، مما يدل على تطبيقه العملي في الأجهزة الإلكترونية اليومية.
6. ما هي أفضل دائرة مقوم؟
تعتمد دائرة المقوم "الأفضل" على المتطلبات المحددة للتطبيق ، بما في ذلك عوامل مثل الكفاءة المطلوبة والتكلفة والتعقيد.بشكل عام ، تعتبر مقومات الجسر متفوقة بالنسبة لمعظم التطبيقات القياسية لأنها تستخدم بكفاءة كلا من نصفي الموجي التيار المتردد ، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد الناتج وأقل تموجًا مقارنة بمقادات نصف الموجة والموجة الكاملة.بالنسبة للتطبيقات ذات الدقة العالية ، قد يتم استخدام دوائر المعقدة المعقدة متعددة المراحل مع مراحل تجانس وتنظيم إضافية لضمان إخراج DC مستقر للغاية.