تطبيق الريلاي في أنظمة الإشارات

ما هو المفتاح الكهربائي؟

المفتاح الكهربائي هو مفتاح كهربائي يستخدم القوة الكهرومغناطيسية لتحكم في فتح وإغلاق دوائر كهربائية واحدة أو أكثر. عادةً ما يتكون من مكونات رئيسية مثل المغناطيس الكهربائي، ونقاط الاتصال، والمواسير. عند تنشيط ملف المغناطيس الكهربائي، ينتج حقلًا مغناطيسيًا يجذب أو يطلق الذراع، مما يؤدي إلى تشغيل نقاط الاتصال لتحقيق اتصال الدائرة أو قطعها.

تصنيف المفاتيح الكهربائية

تُقسم المفاتيح الكهربائية بشكل أساسي إلى فئتين رئيسيتين: المفاتيح الكهربائية ذات التيار المستمر (DC) والمفاتيح الكهربائية ذات التيار المتردد (AC).

• المفاتيح الكهربائية ذات التيار المستمر (DC):

  • مصدر الطاقة: تعمل بواسطة مصدر طاقة ذات تيار مستمر (DC).
  • التصنيف: بناءً على قطبية التيار، يمكن تصنيفها كـ المفاتيح غير القطبية، والمفاتيح القطبية، والمفاتيح القطبية المعوجة.
  • المبدأ: جميعها مفاتيح كهربائية كهرومغناطيسية تعمل باستخدام الحقل المغناطيسي الناتج من ملف التحريض لجذب الذراع، والذي بدوره يشغل نظام نقاط الاتصال للعمل.

• المفاتيح الكهربائية ذات التيار المتردد (AC):

  • مصدر الطاقة: تعمل بواسطة مصدر طاقة ذات تيار متردد (AC).
  • التصنيف: بناءً على مبدأ العمل، تشمل كل من المفاتيح الكهربائية الكهرومغناطيسية والمفاتيح الكهربائية الشدودية.
    • المفتاح الكهربائي الكهرومغناطيسي: يعمل بشكل مشابه للمفتاح الكهربائي الكهرومغناطيسي ذو التيار المستمر، ولكن نواة المفتاح عادة ما تحتوي على ملف ظل أو حلقة ظل لمنع اهتزاز الذراع بسبب مرور التيار المتردد عبر الصفر.
    • المفتاح الكهربائي الشدودي: يستخدم التفاعل بين المجال المغناطيسي المتناوب الذي ينتجه ملف التحريض والتجمعات الشدودية التي تنشأ في جزء متحرك (مثل الفانة) بواسطة مجال مغناطيسي متناوب آخر لإنتاج قوة كهرومغناطيسية تحرك الفانة للدوران وتشغيل المفتاح.

تطبيق المفاتيح الكهربائية في أنظمة الإشارات الحديدية

تستخدم المفاتيح الكهربائية على نطاق واسع في أنظمة الإشارات الحديدية. تتضمن الأنواع الرئيسية: المفاتيح الكهربائية غير القطبية ذات التيار المستمر، والمفاتيح القطبية، والمفاتيح القطبية العازلة، والمفاتيح الكهربائية ذات التيار المتردد، وغيرها.

• المفتاح الكهربائي غير القطبي ذو التيار المستمر:

  • هو مفتاح كهربائي كهرومغناطيسي ذو تيار مستمر لا يحتوي ملفه على قطبية ويمكن توصيله بمصدر طاقة ذات تيار مستمر بأي قطبية، ويقوم بالعمل بشكل موثوق عند التحريض.

• المفتاح القطبي:

  • هو مفتاح كهربائي قطبي ذو تيار مستمر له قطبية ثابتة موجبة وسالبة لملفه، ويحتاج إلى توصيل بمصدر طاقة ذات تيار مستمر بقطبية محددة.
  • عند مرور التيار المباشر عبر ملف المفتاح، يتم إغلاق الاتصال الأمامي مع الاتصال المشترك؛ عندما يمر التيار العكسي، يتم إغلاق الاتصال الخلفي مع الاتصال المشترك؛ عندما يكون ملف المفتاح غير متحرض، لا يعمل المفتاح.

• المفتاح القطبي العازل:

  • نوع خاص من المفاتيح القطبية يمتلك وظائف القطبية والعزل.
  • عند التحريض، يقوم بإغلاق الاتصالات المناسبة بناءً على قطبية تيار ملف المفتاح؛ بعد إزالة التحريض، تبقى الاتصالات في حالتها السابقة حتى يتم تطبيق تيار بقطبية معاكسة. هذه الخاصية "الذاكرة" تجعله يستخدم على نطاق واسع في الدوائر المنطقية.

• المفاتيح الكهربائية ذات التيار المتردد:

  • تعمل بواسطة تيار متردد، وتتضمن أنواعًا مختلفة مثل المفاتيح الناقلة لخيوط المصباح، ومعدات الترميز الكهربائية نوع FD، والمفاتيح ثنائية العنصر والموضع نوع JRJC، والمفاتيح المستقيمة.

• المفتاح المستقيم:

  • نسخة محسنة تستند إلى المفتاح الكهربائي غير القطبي ذو التيار المستمر. يحتوي على مستقيم وثابت جهد في مدخله، يقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستقيم قبل تزويده بملف المفتاح.
  • يستخدم المفتاح DJ (مفتاح خيوط المصباح) عادة هذا النوع من المفاتيح.

• المفتاح ثنائي العنصر والموضع:

  • مفتاح شدودي نموذجي. يستخدم التفاعل بين التجمعات الشدودية التي تنشأ في الفانة بواسطة حقلين مغناطيسيين متناوبين (عادة من طاقة السكة المحلية) لإنتاج قوة كهرومغناطيسية تحرك الفانة للدوران، وبالتالي تشغيل المفتاح.
  • المفتاح GJ (مفتاح السكة) في دائرة السكة الحساسة للفاصل الزمني 25 هرتز هو هذا النوع من المفاتيح.

• المفتاح الزمني:

  • مفتاح كهربائي يحتوي على وظيفة تأخير زمني. عند تطبيق إشارة إدخال أو إزالتها، يتم إغلاق أو فتح الاتصالات الناتجة فقط بعد فترة تأخير محددة مسبقًا.
  • يستخدم المفتاح الزمني بشكل شائع في دوائر بدء التحويل لتحقيق السيطرة الزمنية أثناء تحويل التحويلات.

أسباب استخدام المفاتيح الكهربائية في أنظمة الإشارات الحديدية

• الموثوقية العالية:كعنصر تبديل ناضج، تتميز المفاتيح الكهربائية ببنية بسيطة وأداء مستقر ويمكنها العمل بشكل موثوق لفترات طويلة في بيئات السكك الحديدية القاسية (مثل التغيرات في درجات الحرارة، والاهتزاز، والرطوبة، والغبار). وهذا أمر ضروري لضمان التشغيل الآمن للمعدات الرئيسية مثل الإشارات، والتحويلات، ودوائر السكة.
• الأمان العالي:يعتمد مبدأ التصميم "الفشل الآمن" للمفاتيح الكهربائية بشكل أساسي على تطبيقاتها في أنظمة الإشارات الحديدية. عند حدوث فشل في المفتاح (مثل انقطاع ملف التحريض، أو فقدان الطاقة)، ستفتح نقاط الاتصال تلقائيًا بسبب الجاذبية أو قوة الربيع، مما يجعل نظام الإشارات يدخل في الحالة الأكثر أمانًا (مثل إظهار الإشارة الحمراء)، مما يقلل من خطر وقوع حوادث.
• الدقة العالية والتحديدية:تتميز المفاتيح الكهربائية برد فعل قصير وقابل للتنبؤ، مما يسمح بالتحكم الدقيق في التبديل. في المنطق المعقد للربط، تكون عمليات المفاتيح الكهربائية عالية التحديدية، مما يضمن دقة التحكم في الإشارات.
• المرونة والقابلية للتوسع:يمكن لدوائر المنطق المكونة من المفاتيح الكهربائية (الربط بالمحولات) تنفيذ منطق تحكم معقد من خلال طرق التوصيل المختلفة. النظام سهل التصميم والتعديل والتوسع وفقًا لتخطيط المحطة ومتطلبات التشغيل.
• العزل الكهربائي الجيد:تكون دائرة التحكم (جانب ملف التحريض) ودائرة التحكم (جانب نقاط الاتصال) في المفتاح الكهربائي مفصولة تمامًا كهربائيًا، مما يعزز مقاومة النظام للتشويش والأمان.