الدائرات الإلكترونية والمعلومات الأساسية
التعريف: الدائرة الإلكترونية هي مفتاح إلكتروني يعمل لفتح أو إغلاق جهات الاتصال في الدائرة باستخدام المكونات الإلكترونية، مما يلغي الحاجة إلى أي حركة ميكانيكية. في الأنظمة الكهربائية، يتم استخدام نظام الإرسال الجاري للتيار بشكل شائع في هذه الدوائر للحماية الخطوط الناقلة. هذا النهج يمكّن من الكشف الفعال والدقيق عن الأعطال، مما يضمن سلامة وموثوقية الشبكة الكهربائية.
تستخدم الدوائر الإلكترونية الصمامات الإلكترونية كوحداتها القياسية، والتي تلعب دورًا مهمًا في مراقبة المعلمات الكهربائية. هناك تكوينان أساسيان للدوائر الإلكترونية كما هو موضح أدناه. التكوين الأول يستند إلى مقارن السعة، بينما يعتمد الآخر على مقارن الطور. لكل تكوين مزاياه الخاصة ويتم تصميمه لتلبية متطلبات الحماية المختلفة داخل الأنظمة الكهربائية.
دائرة مقارن السعة الإلكترونية
يظهر الرسم البياني لمparator السعة الإلكتروني أدناه. تتلقى هذه الدائرة كميتين من التيار المتردد (AC). يتم أولاً مقارنة هذه الكميات ثم تحويلها عبر دائرة الجسر المستقيم. يتم تطبيق التيار المتردد على شبكة التحكم في الجسر، والذي يقوم بمعالجة الإشارات الكهربائية. تُفعّل الدائرة المتصلة بالجسر عندما تتجاوز قيمة إحدى الكميات الأخرى. يسمح هذا الآلية للدائرة بالرد بسرعة على التغيرات في السعات الكهربائية، مما يجعلها مكونًا فعالًا لكشف الأعطال وحماية الدائرة.
عمل دائرة مقارن الطور الإلكتروني
في دائرة مقارن الطور الإلكتروني، يتم معالجة الكميتين من التيار المتردد (AC) بطريقة مختلفة. يتم تغذية إحدى الكميات إلى شبكة التحكم في أنبوب الإلكترونات، بينما يتم توصيل الأخرى مباشرة بشاشة الأنابيب. هذا الترتيب الفريد يشكل أساس تحليل الإشارة القائم على الطور داخل الدائرة.
يعتمد آلية تفعيل الدائرة على العلاقة بين هذين الكميتين من التيار المتردد. تحديداً، تبدأ الدائرة عملها بدقة عندما يكون هذان الكميتان في طور واحد. عند حدوث ذلك، يشير إلى حالة كهربائية معينة، تم تصميم الدائرة لكشفها والاستجابة لها. يجعل هذا العمل الحساس للطور دائرة مقارن الطور الإلكتروني فعالة للغاية للاستخدامات التي يتطلب فيها تحديد ظروف الطور الواحد بدقة، مثل بعض سيناريوهات حماية ومراقبة النظام الكهربائي.
مزايا وعيوب الدوائر الإلكترونية
مزايا الدوائر الإلكترونية
توفر الدوائر الإلكترونية العديد من المزايا البارزة التي تساهم في فائدتها في تطبيقات كهربائية مختلفة:
متطلبات الصيانة المنخفضة: على عكس الدوائر التقليدية الميكانيكية، لا تحتوي الدوائر الإلكترونية على أجزاء متحركة. هذا عدم وجود مكونات مادية خاضعة للتآكل يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى صيانة متكررة. نتيجة لذلك، يمكن للدوائر الإلكترونية أن تعمل لفترات طويلة بأقل صيانة، مما يقلل من تكاليف الصيانة ويزيد من موثوقية النظام.
أوقات الاستجابة السريعة: تم تصميم الدوائر الإلكترونية للرد على المحفزات الكهربائية بسرعة استثنائية. تمكن آلياتها القائمة على التحويل الإلكتروني من اكتشاف التغيرات في الإشارات الكهربائية وتفعيل أو تعطيل جهات الاتصال في الدائرة في جزء من الثانية. هذه السرعة في الاستجابة ضرورية في التطبيقات التي تتطلب رد فعل سريع لحماية المعدات الكهربائية أو الحفاظ على استقرار النظام.
تقليل العبء على المحولات القياسية: بفضل تصميمها، تستهلك الدوائر الإلكترونية تيارًا أقل مقارنة بأنواع أخرى من الدوائر. يؤدي هذا الانخفاض في استهلاك التيار إلى تقليل العبء على المحولات القياسية، مما يسمح لهذه المحولات بالعمل بكفاءة أكبر وقد يزيد من عمرها التشغيلي. تعتبر هذه الميزة خاصة قيمة في الأنظمة الكهربائية حيث يعتبر تحسين أداء المحولات القياسية ضروريًا للقياس الدقيق والحماية الموثوقة.
عيوب الدوائر الإلكترونية
رغم مزاياها، فإن الدوائر الإلكترونية لديها أيضًا بعض العيوب التي تحد من استخدامها الواسع:
الحاجة إلى تغذية عالية الجهد: غالباً ما تحتاج الدوائر الإلكترونية إلى تغذية عالية الجهد للعمل. قد تشكل هذه الحاجة لجهد دخول عالي تحديات فيما يتعلق بتكامل النظام الكهربائي والأمان. قد تكون البنية التحتية الكهربائية المتخصصة والإجراءات الوقائية اللازمة لتوفير التغذية العالية الجهد مطلوبة، مما يزيد من التعقيد والتكلفة في تنفيذ الدوائر الإلكترونية في بعض التطبيقات.
استهلاك طاقة عالي: مقارنة بتقنيات الدوائر البديلة، غالبًا ما تستهلك الدوائر الإلكترونية كمية كبيرة نسبيًا من الطاقة الكهربائية. يمكن أن يكون هذا الاستهلاك العالي للطاقة عائقًا كبيرًا، خاصة في التطبيقات التي تركز على الطاقة أو الأنظمة التي تعتبر تقليل استخدام الطاقة أولوية. يضيف الاستهلاك العالي للطاقة ليس فقط إلى تكاليف التشغيل ولكنه قد يساهم أيضًا في توليد الحرارة، مما قد يؤثر على الأداء والعمر التشغيلي للدوائر.
عمر تشغيلي محدود: رغم أن الدوائر الإلكترونية خالية من التآكل الميكانيكي، إلا أنها لا تزال عرضة للتدهور في المكونات مع مرور الوقت بسبب عوامل مثل الضغط الكهربائي والتقلبات الحرارية وتقدم عمر المكونات الإلكترونية. نتيجة لذلك، عادة ما يكون للدوائر الإلكترونية عمر تشغيلي أقصر مقارنة ببعض تقنيات الدوائر الأكثر قوة. يمكن أن يؤدي هذا العمر المحدود إلى استبدالات أكثر تكرارًا، مما يزيد من تكاليف الصيانة وقد يسبب اضطرابات في النظام.
قيود عملية في الأنظمة الكهربائية: بسبب العوامل المشتركة للحاجة إلى تغذية عالية الجهد واستهلاك الطاقة العالي والعمر التشغيلي المحدود، لم تجد الدوائر الإلكترونية استخدامًا واسعًا في الأنظمة الكهربائية. غالبًا ما تجعل هذه القيود الدوائر الإلكترونية أقل جاذبية مقارنة بأنواع أخرى من الدوائر التي توفر أداءً أفضل وموثوقية وأكثر كفاءة تكلفة في بيئة حماية وتحكم الأنظمة الكهربائية الصعبة.
