الحواكم Relays

الحواكم

الحواكم هي مفاتيح يتم تفعيلها كهربائياً وتوجد ثلاثة أنواع من الحواكم هي :

الحواكم الميكانيكية (Mechanical Relays) , والحواكم القصبية ( reed relays) والحواكم المصنوعة من أنصاف نواقل solid-state relays . في الحواكم الميكانيكية وعند مرور تيار في ملف الحاكمة بشكل مغناطيس كهربائي يجذب تماسات الحاكمة فتغير وضعها من حالة إلي أخري والتماس المتحرك مزود بنابض إرجاع يعيد التماسات إلي حالتها الطبيعية عند انقطاع التيار المار عبر ملف الحاكمة . تتكون الحواكم القصبية من زوج من القصبات ( وهي عبارة عن شرائح معدنية مرنة ) تتلامس مع بعضها عند مرور تيار في ملف محيط بها . تعتبر الحواكم المصنوعة من أنصاف نواقل والتي تسمي حواكم الحالة الصلبة

(solid-state relays ( عناصر تنتقل من حالة إلي حالة بالنسبة لوصل التيار أو فصله عن طريق تطبيق جهد خارجي علي متصلات نصف ناقلة نو p,n . تصمم الحواكم الميكانيكية في الحالة العامة من أجل التيارات العالية ( من 2 حتي ما يزيد عن 40 أمبير ) وأزمنة الوصل والفصل الطويلة نسبياً ( بطيئة الاستجابة ) من (10) إلي (100) ميلي ثانية .

تستخدم الحواكم القصبة في التطبيقات متوسطة التيارت ( من mA 500 إلي A 1 ) . تتوفر حواكم الحالة الصلبة ( حواكم أنصاف الناقل ) لمجال واسع من التيارات التي تتراوح من بضعة ميكرو أمبير وحتي A 100 وتمتاز بسرعة الأنتقال من حالة إلي حالة إلي حالة ( من إلي nS 100) . هناك حدود لإستخدام الحواكم الميكانيكية والقصبية وهي تضرر تماسات هذه الحواكم بسبب الشرارات المنبعثة أثناء الإغلاق وكذلك محمدودية أشكال الدارات التي تستخدم فيها هذخ الحواكم .

Relays_Page_07_Image_0001Relays_Page_07_Image_0002

يتوفر قسم الفتح والإغلاق في الحواكم الميكانيكية بأنواع تشبه المفاتيح اليدوية المعيارية مثل DPDT , SPDT , SPST , أما الحواكم القصبية وحواكم الحالة الصلبة فهي دوما من نوع SPST وفيما يلي رموز لمختلف أنواع الحواكم الميكانيكية .

Relays-00-43 PM

يمكن أن يكون الجهد اللازم لتفعيل الحاكمة جهداً (dc) أو متناوباً (ac) , فمثلاً عند مرور تيار متناوب في ملف حاكمة (ac) فإن الصفيحة المعدنية المتحركة ( مرنة flexible) والناقلة تجذب بإتجاه أحد التماسات وتبقي علي هذا الوضع طيلة فترة مرور التيار عبر ملف الحاكمة , أما إذا تم تطبيق جهد متناوب علي ملف حاكمة (dc) فإن الصفيحة المتحركة ستجذب إلي الأمام مثلاً ثم تعود إلي الخلف بتردد الجهد المطبق . تتوفر حواكم ميكانيكية بميزة المسك (latching feature) وهذا ما يجعلها كنوع من الذواكر , عند تطبيق نبضة تفعيل علي حاكمة ماسكة , فإن تماسها تغلق حتي عند فصل نبضة التحكم وتبقي في حالة إغلاق , ومن أجل فتح التماسات تطبق علي الحاكمة نبضة مستقلة .

أنواع محددة من الحواكم

الحواكم الصغيرة

تصمم الحواكم الميكانيكية لوصل وفصل التيارات العالية نسباً , وتتوفر بملفات تفعيل بجهد مستمر (dc) أو بجهد متناوب (ac) . القيم النموذجية لجهود التفعيل المستمرة (dc) هي (6) , (12 ) , (24) فولط مستمر أما مقاومات ملفات الحواكم المتناوبة من جهود 110و 220 – حتي 240 فولط , أما مقومات ملفات الحواكم فهي علي الترتيب (3400) وحتي ( 13600) أوم . تتراوح سرعات الفتح والإغلاق في هذه الحواكم بين ( ms10 ) و (ms100) أما تيارات التماسات فتتراوح بين 2A و 40A .

Relays_Page_08_Image_0001

الحواكم المصغرة

تشبه الحواكم المصغرة النوع السابق من الحواكم ولكنها تصمم من أجل حساسية أعلي ومستويات تيار أقل من سابقاتها وتفعل هذه الحواكم بجهد مستمر حصراً ولكنها يمكن أن تستخدم للوصل والفصل في دارات التيار المتناوب . جهود تفعيل هذه الحواكم هي 5 , 6 , 12 , v 24 مستمر (dc) , أما مقاومات ملفاتها فتتراوح بين (50) و (3000 أوم)

Relays_Page_08_Image_0002 

الحواكم القصبية

تستخدم في هذه الحواكم شريحتين ناقلتين ناعمتين , أو قصبتين , تعملان كتماسات متحركة , توضع القصبات في أنبوب زجاجي محكم ويحاط الأنبوب بملف خارجي . عند مرور تيار في الملف الخارجي تتلامس القصبات الداخلية وتغلق المفتاح وتمتاز هذه الحواكم بسرعة الوصل بسبب خفة وزن التماسات . تتراوح سرعة الوصل في هذه الحواكم بين ( mS 0.2) و ( mS 2 ) . تماسات هذه الحواكم إما أن تكون جافة أو مبللة بالزئبق . تفعل هذه الحواكم بجهد مستمر (5) أو (6) او (12) او (24) فولط مستمر . تتراوح مقاومات ملفات هذه الحواكم بين (250) و ( 2000 اوم ) .

تصنع أطراف هذه الحواكم بحيث تثبت الحاكمة علي دارة مطبوعة .

Relays_Page_08_Image_0003

حواكم الحالة الصلبة

تصنع هذه الحواكم من مواد نصف ناقلة وتضم هذه الحواكم ترانز ستورات (FETs) أو( BJTs)وثاير سترات ((SCRs , أوترياكات ودياكات وعيرها . لا توجد مشكلة تأكل تماسات في هذا النوع من الحواكم زتمتاز بسرعة الفتح والإغلاق . لهذه العناصر ممانعة وهي في حالة (on) أكبر من ممانعة تماسات الحواكم الميكانيكية عندما تكون في حالة وصل وهي أقل من الحواكم المانيكية مقاومة للتحميل الزائد .

Relays_Page_08_Image_0004

بضع الملاحظات عن الحواكم

يجب أن يكون الجهد المطبق علي ملف الحاكمة مساوياً جهد التفعيل الأسمي + 25% , وإذا تم تطبيق جهد علي الملف أعلي بكثير من جهد التفعيل الأسمي , فإذا ذلك قد يدمر الملف , أما تطبيق جهد أصغر من الجهد المطلوب فإن هذا الجهد قد لا يكون كافيا لتفعيل الحاكمة أو يؤدي إلي وصل وفصل متكرر بين التماسات , حيث تجذب الصفيحة المتحركو بشكل خاطئ إلي الأمام وتعود إلي الخلف .

يعمل ملف الحاكمة كتحريضية ومن المعروف أن الملفات تحد من التغيرات المفاجئة للتيار وإذا تم قطع التيار المار عبر الملف ( لنقل أن مفتاح وصل التيار إلي ملف الحاكمة قد تم فصله ) فإن الملف وكإستجابة علي إنقطاع التيار سوف ينتج جهد مفاجئ كبير بين طرفيه مما يؤدي إلي مرور تيار مفاجئ عالٍ جداً عبر الملف .

تنتج هذه الظاهرة فيزائياً عن تداعي الحقل المغناطيسي ضمن الملف عند إنقطاع التيار فجأة , ورياضياً يمكن فهم ذلك من ملاحظة التغير الكبير في التيار الذي يؤثر علي الجهد علي طرفي الملف [ ( V = L (di/dt ] . القفزات المفاجئة التي تنتج عن السلوك التحريضي يمكن أن تخلق ومضات جهدية خطرة ( قد تصل إلي 1000V) وهذه القفزات الجهدية يمكن أن يكون لها أثار مؤذية علي العناصر الموجودة في الدارة فمثلاً يمكن أن ينهار المفتاح أو ينهار الترانزستور الموجود في الدارة , كما يمكن أن تنهار مفاتيح بسيطة تعمل باللمس . هذه الفقرات الجهدية لا تؤذي العناصر المجاورة فقط ولكنها تؤذي الحاكمة بحد ذاتها حيث تتضرر التماسات تتلقي ضربة قاسية من الصفيحة الناقلة المتحركة وذلك عند حدوث الومضة الجهدية في الملف .

يمكن التخلص من هذه الومضات الجهدية بإستخدام كوابت الحالات العابرة (transient suppressors) , ويمكن شراء هذه الكوابت جاهزة ضمن أغلفة خاصة بها أو يمكنك بناؤها بنفسك . سنتعرف فيما يلي علي بعض كوابت الحالات العابرة التي تصنع ذاتها ويمكن استخدامها في دارات الحواكم وفي دارات الحواكم وفي دارات أخري تحوي ملفات ( كملفات المحولات) . لاحظ أن المفتاح الموجود في الدارة علي مفتاح يدوي ميكانيكي علي الإطلاق , وبدلا من ذلك توجد فيها عناصر أخري ( مثل الترانزستورات والثايرستورات وغيرها ) لأن هذه العناصر يمكن أن تستخدم لقطع التيار عن ملف الحاكمة .

الملفات ذات التفعيل بالجهد المستمر

يوضع ديود بحيث يكون مستقطباً عكسياً علي التوازي مع ملف الحاكمة ويمنع هذا الديود نشوء ومضات أو قفزات الجهد العالي علي الملف لأن الديود ينتقل إلي حال (on) قبل أن يصل الجهد بين طرفي الملف إلي قيم عالية جداً . يجب أن يتم أختيار الديود بحيث يتحمل مرور تيار عبره يساوي التيار النظامي الذي كان يمر في الملف قبل الملف قبل قطع تيار الملف . الديود 1N4004 متعدد الاستخدامات مناسب جداً للإستخدام في مثل هذه الدارات .

الملفات التي تفعل بالجهد المتناوب

لا يمكن استخدام ديود مع ملفات الحواكم التي تقاد بالجهد المتناوب , لأن الديود ينقل إلي حالة تمرير في أحد أنصاف الدور المتناوب كما أن إستخدام ديودين علي التعاكس والتوازي لا يحقق المطلوب , لأن التيار في هذه الحالة لا يمر نهائيا عبر الملف . تستخدم دارة RC تسلسلية توصل علي التوازي مع ملف الحاكمة وفيها يقوم المكثف بإمتصاص الشحنة الزائدة وتساعد المقاومة علي التحكم بالتفريغ . يمكن أن تعمل الدارة بشكل جيد بإختيار

(ميكرو فرد C = 0.05 ) و ( اوم ( R = 100 وذلك في حالة الأحمال الصغيرة التي تقاد من جهد وشبكة المدينة .

Relays-02-24 PM

بعض دارات الحواكم البسيطة

مفتاح يفعل بالجهد المستمر

تستخدم في الشكل العلوي دارة حاكمة تيار مستمر تماساتها من نوع SPDT لتوصيل التيار إلي أحد مصباحين . عندما يكون مفتاح وصل التغذية إلي ملف الحاكمة في حالة (off) لا يمر تيار في ملف الحاكمة وتكون تماسات الحاكمة في حالة راحة ويمر التيار عبر المصباح العلوي . عند إغلاق مفتاح تغذية ملف الحاكمة يمر تيار في ملف الحاكمة فتجذب الصفيحة المتحركة وتغير تماسات الحاكمة وضعياتها ويمر التيار عبر المصباح السفلي . يستخدم ديود في الدارة علي التوازي مع ملف الحاكمة من أجل كبت الحالة العابرة يجب اختيار كلفة عناصر الدارة بحيث تتحمل الجهود والتيارات .

Relays-03-18 PM

مفتاح يفعل بالجهد المتناوب

في هذا الشكل تستخدم حاكمة تفعل بالجهد المتناوب لوصل تيار متناوب إلي أحد مصباحين يعملان بالجهد المتناوب .

سلوك هذه الدارة مشابة تماما لسلوك الدارة السابقة , ولكن كافة الجهود والتيارات في هذه الدارة متناوبة . تستخدم هنا مقاومة (100 اوم ) علي التسلسل مع مكثف ( 0.05 ميكرو فرد ) موصولان مع ملف الحاكمة علي التوازي لكبت الحالة العابرة , وعند إختيار قيم العناصر يجب الإنتباه إلي أنها قادرة علي تحمل تيار يساوي التيار الذي يمر في ملف الحاكمة في حالة العمل المستقر .

دارة قيادة حاكمة

تستخدم هذه الدارة عند الرغبة بقيادة الحاكمة بواسطة إشارة تحكم , ويعمل الترانزيزتور npn كأداة تحكم مرور التيار عبر ملف الحاكمة . عند عدم تطبيق جهد علي قاعدة الترانزستور أو عند عدم مرور تيار عبر قاعته فإن الترانزستور يكون في حالة قطع ولا يمر تيار عبر مجمعه ولا عبر ملف الحاكمة ومجمع الترانزستور وتفعل الحاكمة .

Relays-04-00 PM

Possibly Related Posts:


كتب في نفس المجال او من نفس الفئة

About farahat 1475 Articles
الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 مهندس /احمد فرحات درس هندسه و علوم النظم و الحاسبات و له خيرة 18 عام في المجالات الهندسية المتعلقه بالنظم الهندسية كافة سواء كانت نظم لها علاقة بالعتاد (كهربيه - الكترونية - ميكانيكية) او نظم لها علاقة بالبرمجيات و قد حصل علي دبلومة مابعد التخرج في هندسه و علم الحاسب

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*