مرحلات الحالة الصلبة: الأنواع ، التطبيقات العملية ، مخططات الأسلاك

أصبح المبتدئون والموصلون الكلاسيكيون شيئًا من الماضي تدريجيًا. يشغل مكانها في إلكترونيات السيارات والأجهزة المنزلية والأتمتة الصناعية تتابع الحالة الصلبة - جهاز أشباه الموصلات حيث لا توجد أي أجزاء متحركة.

تحتوي الأجهزة على تصميمات مختلفة ومخططات الأسلاك ، والتي تعتمد عليها مجالات تطبيقها. قبل استخدام الجهاز ، تحتاج إلى فهم مبدأ التشغيل الخاص به ، والتعرف على ميزات التشغيل والاتصال بأنواع مختلفة من المرحلات. الإجابات على هذه الأسئلة مفصلة في المقالة.

جهاز ترحيل الحالة الصلبة

تعد مرحلات الحالة الصلبة الحديثة (TTRs) أجهزة أشباه الموصلات المعيارية التي تعد مفاتيح كهربائية.

يتم تمثيل عقد العمل الرئيسية لهذه الأجهزة من قبل الترياتس أو الثايرستور أو الترانزستورات. لا تحتوي أجهزة TTR على أجزاء متحركة ، والتي تختلف عن المرحلات الكهروميكانيكية.

يعتمد حجم مرحل الحالة الصلبة إلى حد كبير على الحمل الأقصى المسموح به والقدرة على إزالة الحرارة من خلال نقل الحرارة والحمل الحراري (+)

يمكن أن يختلف الهيكل الداخلي لهذه الأجهزة بشكل كبير اعتمادًا على نوع الحمل القابل للتعديل والدائرة الكهربائية.

تتضمن أبسط مرحلات الحالة الصلبة العقد التالية:

• عقدة الإدخال مع الصمامات ؛
• سلسلة الزناد
• عزل بصري (كلفاني) ؛
• عقدة تبديل
• دوائر واقية
• عقدة الإخراج إلى الحمل.

عقدة الإدخال TTR هي دائرة أساسية بمقاوم متصل بالسلسلة. المصهر في هذه الدائرة اختياري. مهمة عقدة الإدخال هي قبول إشارة التحكم وإرسال الأمر إلى مفاتيح تبديل الحمل.

مع التيار المتناوب ، يتم استخدام العزل الجلفاني لفصل التحكم والدائرة الرئيسية. يعتمد مبدأ تشغيل التتابع إلى حد كبير على جهازه.يمكن تضمين دائرة الزناد المسؤولة عن معالجة إشارة الإدخال في وحدة العزل البصري أو تقع بشكل منفصل.

تمنع وحدة الحماية التحميل الزائد والأخطاء ، لأنه في حالة تعطل الجهاز ، يمكن أن تفشل المعدات المتصلة أيضًا.

الغرض الرئيسي من مرحلات الحالة الصلبة هو إغلاق / فتح الشبكة الكهربائية باستخدام إشارة تحكم ضعيفة. على عكس نظائرها الكهروميكانيكية ، لديهم شكل أكثر إحكاما ولا ينتجون نقرات مميزة أثناء التشغيل.

مبدأ التشغيل TTR

تشغيل مرحل الحالة الصلبة بسيط للغاية. تم تصميم معظم TTRs للتحكم في الأتمتة في شبكات 20-480 V.

يسمح لك العزل البصري بإنشاء إشارات تحكم للحد الأدنى من الطاقة ، وهو أمر بالغ الأهمية لأجهزة الاستشعار التي تعمل من مصادر طاقة مستقلة (+)

في الإصدار الكلاسيكي ، تم تضمين جهتي اتصال لدائرة مبدلة وسلكين للتحكم في علبة الجهاز. يمكن أن يتغير عددهم بزيادة عدد المراحل المتصلة. اعتمادًا على وجود الجهد في دائرة التحكم ، يتم تشغيل أو إيقاف الحمل الرئيسي بواسطة عناصر أشباه الموصلات.

من سمات مرحلات الحالة الصلبة وجود مقاومة لانهائية. إذا كانت جهات الاتصال في الأجهزة الكهروميكانيكية مفصولة تمامًا ، في الحالة الصلبة ، يتم ضمان غياب التيار في الدائرة بواسطة خصائص مواد أشباه الموصلات.

لذلك ، عند الفولتية العالية ، قد تحدث تيارات تسرب صغيرة يمكن أن تؤثر سلبًا على تشغيل المعدات المتصلة.

تصنيف مرحل الحالة الصلبة

نطاق التتابع متنوع ، وبالتالي ، يمكن أن تختلف ميزات تصميمها بشكل كبير ، اعتمادًا على احتياجات دائرة تلقائية معينة. يتم تصنيف TTRs حسب عدد المراحل المتصلة ونوع تيار التشغيل وميزات التصميم ونوع دائرة التحكم.

من خلال عدد المراحل المتصلة

تستخدم مرحلات الحالة الصلبة كجزء من الأجهزة المنزلية وفي الأتمتة الصناعية بجهد تشغيل 380 فولت.

لذلك ، تنقسم أجهزة أشباه الموصلات هذه ، اعتمادًا على عدد الأطوار ، إلى:

• مرحلة واحدة
• ثلاث مراحل.

مرحلة واحدة TTR السماح بالعمل مع تيارات 10-100 أو 100-500 أ. يتم التحكم فيها باستخدام إشارة تناظرية.

يوصى بتوصيل أسلاك بألوان مختلفة بمرحلة ثلاثية المراحل ، بحيث يمكنك عند تركيب الجهاز توصيلها بشكل صحيح

مرحلات الحالة الصلبة ثلاثية الطور قادرة على تمرير التيار في نطاق 10-120 أ. يتضمن أجهزتهم مبدأ تشغيل قابل للعكس ، والذي يضمن موثوقية تنظيم العديد من الدوائر الكهربائية في وقت واحد.

غالبًا ما يتم استخدام SSRs ثلاثية الطور لتوفير محرك تحريضي. في دائرة التحكم الخاصة به ، يتم تضمين الصمامات السريعة بالضرورة بسبب ارتفاع تيارات التدفق.

حسب نوع تيار التشغيل

لا يمكن تكوين أو إعادة برمجة مرحلات الحالة الصلبة ، لذلك يمكنها العمل بشكل صحيح فقط مع نطاق معين من المعلمات الكهربائية الرئيسية.

اعتمادًا على الاحتياجات ، يمكن التحكم في TTR بواسطة دوائر كهربائية بنوعين من التيار:

• دائم ؛
• المتغيرات.

وبالمثل ، من الممكن تصنيف TTR حسب نوع جهد الحمل النشط. تعمل معظم المرحلات في الأجهزة المنزلية بمعلمات متغيرة.

لا يستخدم التيار المباشر كمصدر رئيسي للكهرباء في أي بلد في العالم ، لذلك فإن المرحلات من هذا النوع لها نطاق ضيق

تتميز الأجهزة ذات تيار التحكم المستمر بموثوقية عالية وتستخدم جهد 3-32 فولت للتنظيم ، وهي تتحمل نطاقًا واسعًا لدرجة الحرارة (-30 .. + 70 درجة مئوية) بدون تغييرات كبيرة في الخصائص.

تحتوي المرحلات التي يتم التحكم فيها بواسطة التيار المتردد على جهد تحكم يبلغ 3-32 فولت أو 70-280 فولت.وتتميز بتداخل كهرومغناطيسي منخفض وسرعة استجابة عالية.

حسب ميزات التصميم

غالبًا ما يتم تثبيت مرحلات الحالة الصلبة في اللوحة الكهربائية الشائعة للشقة ، لذلك تحتوي العديد من النماذج على كتلة تركيب للتركيب على سكة DIN.

بالإضافة إلى ذلك ، توجد مشعات خاصة تقع بين TTR والسطح الداعم. تتيح لك تبريد الجهاز بأحمال عالية ، مع الحفاظ على أدائه.

يتم تثبيت التتابع على سكة DIN بشكل رئيسي من خلال قوس خاص ، والذي يحتوي على وظيفة إضافية - يزيل الحرارة الزائدة أثناء التشغيل

بين المرحل والمبرد ، يوصى بتطبيق طبقة من المعجون الحراري ، مما يزيد من منطقة التلامس ويزيد من نقل الحرارة. هناك أيضًا TTRs مصممة للتثبيت على الحائط بمسامير عادية.

حسب نوع نظام التحكم

لا يتطلب دائمًا مبدأ تشغيل تقنية الترحيل القابلة للتعديل تشغيلها الفوري.

لذلك ، طور المصنعون العديد من مخططات التحكم TTR التي يتم استخدامها في مختلف المجالات:

1. التحكم "من خلال الصفر". يفترض هذا الخيار للتحكم في مرحل الحالة الصلبة التشغيل فقط عندما تكون قيمة الجهد 0. يتم استخدامه في الأجهزة ذات الأحمال السعوية والمقاومة (السخانات) والأحمال الاستقرائية الضعيفة (المحولات).
2. فوري. يتم استخدامه عندما تكون عملية الترحيل الحادة ضرورية عند تطبيق إشارة تحكم.
3. المرحلة. إنه يفترض تنظيم جهد الخرج عن طريق تغيير معلمات تيار التحكم. يتم استخدامه لتغيير درجة التدفئة أو الإضاءة بسلاسة.

تختلف مرحلات الحالة الصلبة في العديد من المعلمات الأخرى الأقل أهمية. لذلك ، عند شراء جهاز TTR ، من المهم فهم مخطط تشغيل الجهاز المتصل من أجل شراء جهاز الضبط الأكثر ملاءمة.

يجب توفير احتياطي طاقة ، لأن التتابع يحتوي على مورد تشغيلي يتم استهلاكه بسرعة مع الأحمال الزائدة المتكررة.

مزايا وعيوب TTR

مرحلات الحالة الصلبة ليست عبثًا مزدحمة بالمبتدئين والموصلات التقليدية من السوق. تتمتع أجهزة أشباه الموصلات هذه بالعديد من المزايا مقارنة بالنظائر الكهروميكانيكية ، مما يجعل المستهلكين يختارونها.

يحتوي مرحل الدوائر المصغرة على أبعاد مضغوطة ومحدودة جدًا بالتيار الأقصى المرسل. يتم إصلاحها بشكل رئيسي عن طريق لحام أرجل خاصة

تشمل هذه المزايا:

1. استهلاك منخفض للطاقة (90٪ أقل).
2. أبعاد مدمجة لتركيب الأجهزة في مساحة محدودة.
3. سرعة بدء وإغلاق عالية
4. تقليل ضجيج التشغيل ؛ لا توجد نقرات مميزة للتتابع الكهروميكانيكي.
5. لا يتوقع صيانة.
6. عمر خدمة طويل بفضل مورد مئات الملايين من العمليات.
7. نظرًا للإمكانيات الواسعة لتعديل المكونات الإلكترونية ، فإن TTRs لديها مجالات تطبيق موسعة.
8. عدم وجود تداخلات كهرومغناطيسية في التشغيل.
9. يتم استبعاد تلف جهات الاتصال بسبب صدمتهم الميكانيكية.
10. عدم الاتصال الجسدي المباشر بين دوائر التحكم والتبديل.
11. القدرة على تنظيم الحمل.
12. وجود الدوائر الأوتوماتيكية TTR النبضية التي تحمي من التحميل الزائد.
13. إمكانية الاستخدام في الأجواء المتفجرة.

لا تكون المزايا الموضحة لمرحلات الحالة الصلبة كافية دائمًا للتشغيل العادي للمعدات. هذا هو السبب في أنهم لم يستبدلوا تمامًا الموصلات الكهروميكانيكية.

من أجل التشغيل المستقر لمرحلات الحالة الصلبة القوية ، من المهم تبديد الحرارة الفعال ، لأنه في درجات الحرارة المرتفعة ، يتم تشويه جهد الحمل بشكل حاد (+)

TTR لها أيضًا عيوب لا تسمح باستخدامها في كثير من الحالات.

تشمل السلبيات:

1. عدم قدرة معظم الأجهزة ذات الفولتية فوق 0.5 كيلو فولت.
2. تكلفة عالية.
3. الحساسية للتيارات العالية ، خاصة في دوائر البدء للمحركات الكهربائية.
4. قيود على الاستخدام في ظروف الرطوبة العالية.
5. انخفاض حاد في الأداء في درجات حرارة أقل من 30 درجة مئوية صقيع وفوق حرارة 70 درجة مئوية.
6. تؤدي الحافظة المدمجة إلى تسخين مفرط للجهاز بأحمال عالية بشكل ثابت ، الأمر الذي يتطلب استخدام أجهزة تبريد سلبية أو نشطة خاصة.
7. القدرة على إذابة الجهاز من التسخين خلال دائرة كهربائية قصيرة.
8. يمكن أن تكون التيارات الدقيقة في حالة التتابع المغلقة حاسمة لتشغيل المعدات. على سبيل المثال ، قد تومض مصابيح الفلورسنت المتصلة بالشبكة بشكل دوري.

وبالتالي ، فإن مرحلات الحالة الصلبة لها تطبيقات محددة. في سلاسل المعدات الصناعية ذات الجهد العالي ، يكون استخدامها محدودًا بشدة بسبب الخواص الفيزيائية غير الكاملة لمواد أشباه الموصلات.

ومع ذلك ، في الأجهزة المنزلية وصناعة السيارات ، تحتل TTRs مكانة قوية بسبب خصائصها الإيجابية.

مخططات الأسلاك المحتملة

يمكن أن تكون مخططات اتصال مرحل الحالة الصلبة متنوعة للغاية. يتم بناء كل دائرة كهربائية بناءً على خصائص الحمل المتصل. يمكن إضافة مصاهر ووحدات تحكم وأجهزة تحكم إضافية إلى الدائرة.

نظرًا لحقيقة أن دوائر التحكم والأحمال في الجهاز لا تتداخل ، فقد تختلف خصائصها الكهربائية حسب أي معلمات (+)

بعد ذلك ، سيتم تقديم أبسط مخططات اتصال TTR وأكثرها شيوعًا:

• مفتوح عادة ؛
• مع الدائرة المتصلة ؛
• مغلق عادة ؛
• ثلاث مراحل
• قابل للعكس.

دائرة مفتوحة (مفتوحة) عادة - مرحل ، يتم تنشيط حموله في وجود إشارة تحكم. بمعنى ، يتم إيقاف تشغيل الجهاز المتصل عند إلغاء تنشيط المدخلات 3 و 4.

قبل شراء التتابع ، من الضروري تحديد نوع الحالة الأولية المطلوبة (مغلقة أو مفتوحة) لضمان التشغيل الصحيح للجهاز المتصل (+)

دائرة مغلقة عادة - يقصد بالترحيل ، الحمل الذي يتم تنشيطه في حالة عدم وجود إشارة تحكم. بمعنى أن الجهاز المتصل في حالة عمل مع مدخلات غير نشطة 3 و 4.

هناك مخطط اتصال مرحل الحالة الصلبة حيث يكون التحكم و جهد الحمل متماثلين. يمكن استخدام هذه الطريقة في وقت واحد للعمل في شبكات DC و AC.

مرحلات ثلاث مراحل متصلة بمبادئ مختلفة قليلاً. يمكن ربط جهات الاتصال في الخيارات "Star" أو "Triangle" أو "Star with Neutral".

يعتمد اختيار مخطط توصيل مرحل ثلاثي المراحل إلى حد كبير على ميزات تشغيل المعدات المتصلة به كحمل

مرحلات عكس الحالة الصلبة يتم تطبيقها في المحركات الكهربائية في الوضع المقابل. يتم تصنيعها في إصدار ثلاثي المراحل وتتضمن حلقتين للتحكم.

إذا كان من المهم أن يتابع التتابع قطبية اتصال جهات الاتصال ، فستشير العلامة دائمًا إلى مكان توصيل الطور والصفر

من الضروري فقط تجميع الدوائر الكهربائية باستخدام أجهزة TTR بعد أن يتم سحبها مسبقًا على الورق ، لأن الأجهزة المتصلة بشكل غير صحيح يمكن أن تفشل بسبب قصر الدائرة.

الاستخدام العملي للأجهزة

نطاق استخدام مرحلات الحالة الصلبة واسع جدًا. نظرًا لموثوقيتها العالية وعدم الحاجة إلى الصيانة الدورية ، غالبًا ما يتم تثبيتها في مناطق المعدات التي يصعب الوصول إليها.

في العديد من المرحلات ، يتطلب توصيل أسلاك حلقة التحكم القطبية ، والتي يجب أخذها في الاعتبار أثناء تركيب المعدات

المجالات الرئيسية لتطبيق TTR هي:

• نظام التنظيم الحراري باستخدام عناصر التدفئة ؛
• الحفاظ على درجة حرارة مستقرة في العمليات التكنولوجية ؛
• التحكم في تشغيل المحولات ؛
• تعديل الإضاءة
• دوائر استشعار الحركة والإضاءة ، أجهزة استشعار ضوئية لإنارة الشوارع وما شابه ذلك ؛
• التحكم في المحركات الكهربائية ؛
• إمدادات الطاقة غير المنقطعة.

مع زيادة أتمتة الأجهزة المنزلية ، أصبحت مرحلات الحالة الصلبة أكثر انتشارًا ، كما أن تطوير تقنيات أشباه الموصلات تفتح باستمرار مجالات جديدة من تطبيقها.

إذا رغبت في ذلك ، يمكنك تجميع مرحل الحالة الصلبة بنفسك. يتم توفير تعليمات مفصلة في هذه المقالة.

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

ستساعد مقاطع الفيديو المقدمة على فهم عمل مرحلات الحالة الصلبة بشكل أفضل والتعرف على طرق اتصالها.

عرض عملي لتشغيل مرحل الحالة الصلبة البسيط:

تحليل أصناف وميزات تشغيل مرحلات الحالة الصلبة:

اختبار تشغيل ودرجة حرارة جهاز TTR:

يمكن للجميع تقريبًا تركيب دائرة كهربائية من مرحل الحالة الصلبة ومستشعر.

ومع ذلك ، يتطلب تخطيط دائرة العمل معرفة أساسية في الهندسة الكهربائية ، لأن الاتصال غير السليم يمكن أن يؤدي إلى صدمة كهربائية أو ماس كهربائى. ولكن نتيجة الإجراءات الصحيحة ، يمكنك الحصول على الكثير من الأجهزة المفيدة في الحياة اليومية.

هل هناك أي شيء لتكملة ، أو لديك أسئلة حول ربط واستخدام مرحلات الحالة الصلبة؟ يمكنك ترك تعليقات على المنشور والمشاركة في المناقشات ومشاركة تجربتك الخاصة باستخدام مثل هذه الأجهزة. يقع نموذج الاتصال في الكتلة السفلية.