أنواع الصمامات

يعمل كل نظام كهربائي على توازن الطاقة الموردة والمستهلكة. عندما يتم تطبيق الجهد على دائرة كهربائية ، يتم تطبيقه على مقاومة معينة في الدائرة. نتيجة لذلك ، بناءً على قانون أوم ، يتم إنشاء تيار بسبب العمل الذي يتم القيام به.

في حالة عيوب العزل ، وأخطاء التجميع ، ووضع الطوارئ ، تقل مقاومة الدائرة الكهربائية تدريجياً أو تنخفض بشكل حاد. هذا يؤدي إلى زيادة مقابلة في التيار ، والتي ، عندما تتجاوز القيمة الاسمية ، تتسبب في تلف المعدات والأشخاص.

لطالما كانت قضايا السلامة وستظل دائمًا ذات صلة عند استخدام الطاقة الكهربائية. لذلك ، يتم إيلاء اهتمام خاص باستمرار لأجهزة الحماية. لا تزال أولى هذه التصاميم ، والتي تسمى الصمامات ، مستخدمة على نطاق واسع حتى يومنا هذا.

يعتبر المصهر الكهربائي جزءًا من دائرة العمل ، ويتم قطعه في قسم سلك الطاقة ، ويجب أن يتحمل عبء العمل بشكل موثوق ويحمي الدائرة من حدوث التيارات الزائدة.هذه الوظيفة هي أساس تصنيف التصنيف الحالي.

وفقًا لمبدأ التشغيل المطبق وطريقة كسر الدائرة ، يتم تقسيم جميع الصمامات إلى 4 مجموعات:

1. مع ارتباط منصهر ؛

2. التصميم الكهروميكانيكي.

3. على أساس المكونات الإلكترونية.

4. نماذج الشفاء الذاتي ذات الخصائص غير الخطية القابلة للانعكاس بعد تأثير التيار الزائد.

رابط ساخن

تشتمل مصاهر هذا التصميم على عنصر موصل يذوب من ارتفاع درجة الحرارة ويتبخر تحت تأثير تيار يتجاوز قيمة المجموعة الاسمية. هذا يزيل الجهد من الدائرة ويحميها.

يمكن أن تصنع الوصلات القابلة للانصهار من معادن مثل النحاس أو الرصاص أو الحديد أو الزنك أو بعض السبائك التي لها معامل تمدد حراري يوفر الخصائص الوقائية للمعدات الكهربائية.

يوضح الشكل خصائص التدفئة والتبريد للأسلاك الخاصة بالمعدات الكهربائية في ظل ظروف التشغيل الثابتة.

يتم ضمان تشغيل المصهر عند الحمل التصميمي عن طريق إنشاء توازن موثوق في درجة الحرارة بين الحرارة المنبعثة على المعدن من خلال مرور تيار كهربائي عامل من خلاله وإزالة الحرارة إلى البيئة بسبب التبديد.

في حالة الطوارئ ، يتم اختلال هذا التوازن بسرعة.

يزيد الجزء المعدني من المصهر من قيمة مقاومته النشطة عند تسخينه. ينتج عن هذا مزيد من التسخين لأن الحرارة المتولدة تتناسب طرديًا مع قيمة I2R. في الوقت نفسه ، تزداد المقاومة وتوليد الحرارة مرة أخرى. تستمر العملية مثل الانهيار الجليدي حتى يحدث الذوبان والغليان والتدمير الميكانيكي للصمام.

عندما تنكسر الدائرة ، يوجد قوس كهربائي داخل المصهر. حتى لحظة الاختفاء الكامل ، يمر عبره تيار خطير على التثبيت ، والذي يتغير وفقًا للخاصية الموضحة في الشكل أدناه.

معلمة التشغيل الرئيسية للمصهر هو تياره المميز بمرور الوقت ، والذي يحدد اعتماد مضاعف تيار الطوارئ (بالنسبة للقيمة الاسمية) على وقت الاستجابة.

لتسريع تشغيل المصهر بمعدلات منخفضة لتيارات الطوارئ ، يتم استخدام تقنيات خاصة:

• إنشاء أشكال مستعرضة متغيرة مع مناطق ذات مساحة صغيرة ؛

• باستخدام التأثير المعدني.

علامة التبويب "تغيير"

عندما تضيق الألواح ، تزداد المقاومة ويتولد المزيد من الحرارة. في التشغيل العادي ، يكون لهذه الطاقة وقت لتنتشر بالتساوي على السطح بالكامل ، وفي حالة الحمل الزائد ، يتم إنشاء مناطق حرجة في أماكن ضيقة. تصل درجة حرارتها بسرعة إلى حالة يذوب فيها المعدن ويكسر الدائرة الكهربائية.

لزيادة السرعة ، تصنع الألواح من رقائق رقيقة وتستخدم في عدة طبقات متصلة بالتوازي. يؤدي حرق كل منطقة في إحدى الطبقات إلى تسريع عملية الحماية.

مبدأ التأثير المعدني

يعتمد على خاصية بعض المعادن منخفضة الانصهار ، على سبيل المثال الرصاص أو القصدير ، لإذابة المزيد من النحاس المقاوم للحرارة والفضة وسبائك معينة في بنيتها.

للقيام بذلك ، يتم تطبيق قطرات من القصدير على الأسلاك المجدولة التي يتكون منها الرابط القابل للانصهار.عند درجة الحرارة المسموح بها لمعدن الأسلاك ، لا تحدث هذه الإضافات أي تأثير ، ولكنها في حالة الطوارئ تذوب بسرعة ، وتذيب جزءًا من المعدن الأساسي وتوفر تسريعًا لتشغيل المصهر.

تتجلى فعالية هذه الطريقة فقط في الأسلاك الرقيقة وتنخفض بشكل ملحوظ مع زيادة المقطع العرضي لها.

العيب الرئيسي للمصهر هو أنه عند تشغيله ، يجب استبداله يدويًا بآخر جديد. هذا يتطلب الحفاظ على مخزونهم.

الصمامات الكهروميكانيكية

إن مبدأ قطع جهاز الحماية في سلك الإمداد والتأكد من كسره من أجل تخفيف الجهد يجعل من الممكن تصنيف المنتجات الكهروميكانيكية التي تم إنشاؤها لهذا الغرض على أنها صمامات. ومع ذلك ، يصنفهم معظم الكهربائيين في فئة منفصلة ويدعونهم القواطع أو يتم اختصارها على أنها آلات أوتوماتيكية.

أثناء تشغيلها ، يراقب مستشعر خاص باستمرار قيمة التيار المار. بعد الوصول إلى قيمة حرجة ، يتم إرسال إشارة تحكم إلى المحرك - زنبرك مشحون من إطلاق حراري أو مغناطيسي.

الصمامات المكونة الإلكترونية

في هذه التصميمات ، يتم الاستيلاء على وظيفة حماية الدائرة الكهربائية بواسطة مفاتيح إلكترونية غير ملامسة تعتمد على أجهزة أشباه موصلات الطاقة من الثنائيات أو الترانزستورات أو الثايرستور.

تسمى هذه الصمامات الإلكترونية (EP) أو وحدات التحكم والتبديل الحالية (MKKT).

كمثال ، يوضح الشكل مخطط كتلة يوضح مبدأ تشغيل فتيل الترانزستور.

تزيل دائرة التحكم لمثل هذا المصهر إشارة القيمة الحالية المقاسة من التحويلة المقاومة.يتم تعديله وتطبيقه على مدخلات بوابة أشباه الموصلات المعزولة MOSFET نوع مجال تأثير الترانزستور. 

عندما يبدأ التيار عبر المصهر في تجاوز القيمة المسموح بها ، تغلق البوابة ويتم إيقاف الحمل. في هذه الحالة ، يتم تحويل المصهر إلى وضع القفل الذاتي.

إذا تم استخدام الكثير من المراقبة بالفيديو في الدائرة ، يصبح من الصعب تحديد الصمامات المنفوخة. لتسهيل العثور عليه ، تم إدخال وظيفة إشارات "الإنذار" ، والتي يمكن اكتشافها بواسطة وميض LED أو عن طريق تشغيل مرحل صلب أو كهروميكانيكي.

هذه الصمامات الإلكترونية سريعة المفعول ، ولا يتجاوز وقت استجابتها 30 مللي ثانية.

يعتبر المخطط الذي تمت مناقشته أعلاه بسيطًا ، ويمكن توسيعه بشكل كبير بوظائف إضافية جديدة:

• المراقبة المستمرة للتيار في دائرة الحمل بتشكيل أوامر إيقاف التشغيل عندما يتجاوز التيار 30٪ من القيمة الاسمية ؛

• إغلاق المنطقة المحمية في حالة قصر الدائرة أو الحمل الزائد بإشارة عندما يزيد التيار في الحمل عن 10٪ من الإعداد المحدد ؛

• حماية عنصر القدرة في الترانزستور في حالة ارتفاع درجات الحرارة عن 100 درجة.

لمثل هذه المخططات ، يتم تقسيم وحدات ICKT المستخدمة إلى 4 مجموعات وقت استجابة. تصنف أسرع الأجهزة على أنها فئة «0». إنها تقاطع التيارات التي تتجاوز الإعداد بنسبة 50٪ لمدة تصل إلى 5 مللي ثانية ، وبنسبة 300٪ في 1.5 مللي ثانية ، وبنسبة 400٪ في 10 ميكرو ثانية.

الصمامات ذاتية الشفاء

تختلف أجهزة الحماية هذه عن الصمامات من حيث أنه بعد إيقاف تشغيل حمل الطوارئ ، فإنها تحتفظ بقابليتها للتشغيل لمزيد من الاستخدام المتكرر.هذا هو السبب في أنهم دعوا بالشفاء الذاتي.

يعتمد التصميم على مواد بوليمر ذات معامل درجة حرارة موجب للمقاومة الكهربائية. لديهم بنية شبكية بلورية في ظل الظروف العادية والعادية وتتحول فجأة إلى حالة غير متبلورة عند تسخينها.

عادة ما يتم إعطاء خاصية التعثر لمثل هذا الصمامات على أنها لوغاريتم المقاومة مقابل درجة حرارة المادة.

عندما يحتوي البوليمر على شبكة بلورية ، فمن الجيد ، مثل المعدن ، توصيل الكهرباء. في الحالة غير المتبلورة ، تتدهور الموصلية بشكل كبير ، مما يضمن إيقاف تشغيل الحمل عند حدوث وضع غير طبيعي.

تُستخدم هذه الصمامات في الأجهزة الواقية للتخلص من حدوث الأحمال الزائدة المتكررة عند صعوبة استبدال المصهر أو الإجراءات اليدوية للمشغل. إنه مجال الأجهزة الإلكترونية الأوتوماتيكية المستخدمة على نطاق واسع في تكنولوجيا الكمبيوتر ، والأدوات المحمولة ، والقياس والتكنولوجيا الطبية ، والمركبات.

يتأثر التشغيل الموثوق به للصمامات ذاتية الضبط بدرجة الحرارة المحيطة وكمية التيار المتدفق خلالها. من أجل احتسابها ، تم إدخال الشروط الفنية:

• تيار الإرسال ، المحدد على أنه القيمة القصوى عند درجة حرارة +23 درجة مئوية ، والتي لا تؤدي إلى تشغيل الجهاز ؛

• تيار التشغيل ، كقيمة دنيا تؤدي ، عند نفس درجة الحرارة ، إلى انتقال البوليمر إلى حالة غير متبلورة ؛

• القيمة القصوى لجهد التشغيل المطبق ؛

• وقت الاستجابة ، يقاس من لحظة حدوث تيار الطوارئ حتى يتم إيقاف الحمل ؛

• تبديد الطاقة ، والذي يحدد قدرة المصهر عند +23 درجة على نقل الحرارة إلى البيئة ؛

• المقاومة الأولية قبل الاتصال بالعمل ؛

• المقاومة تصل إلى ساعة واحدة بعد انتهاء العملية.

حماة الشفاء الذاتي لديهم:

• أحجام صغيرة

• رد سريع؛

• وظيفة مستقرة؛

• الحماية المشتركة للأجهزة من الحمل الزائد والسخونة الزائدة ؛

• لا حاجة للصيانة.

مجموعة متنوعة من تصميمات الصمامات

اعتمادًا على المهام ، يتم إنشاء الصمامات للعمل في دوائر:

• منشآت صناعية

• الأجهزة الكهربائية المنزلية للاستخدام العام.

نظرًا لأنها تعمل في دوائر بجهد كهربائي مختلف ، يتم تصنيع العبوات بخصائص عازلة مميزة. وفقًا لهذا المبدأ ، يتم تقسيم الصمامات إلى هياكل تعمل:

• مع أجهزة الجهد المنخفض

• في دوائر تصل إلى 1000 فولت ؛

• في دوائر المعدات الصناعية ذات الجهد العالي.

تشمل التصميمات الخاصة الصمامات:

• مادة متفجرة؛

• مثقب؛

• مع انقراض القوس عندما تفتح الدائرة في قنوات ضيقة من الحشوات الدقيقة أو تكوين غاز ذاتي أو انفجار سائل ؛

• للمركبات.

يمكن أن يختلف تيار العطل المحدود للصهر من أجزاء من الأمبير إلى كيلو أمبير.

في بعض الأحيان ، يقوم الكهربائيون ، بدلاً من المصهر ، بتثبيت سلك معاير في السكن. لا ينصح بهذه الطريقة ، لأنه حتى مع التحديد الدقيق للمقطع العرضي ، قد تختلف المقاومة الكهربائية للسلك عن المقاومة الموصى بها بسبب خصائص المعدن أو السبيكة نفسها. مثل هذا الفتيل لن يعمل بالتأكيد.

والخطأ الأكبر هو الاستخدام العرضي لـ "حشرات" محلية الصنع.إنها السبب الأكثر شيوعًا للحوادث والحرائق في الأسلاك الكهربائية.