أنواع المرحلات الكهروميكانيكية التي يجب أن تعرفها

يعد المرحل الكهروميكانيكي (EMR) أحد أكثر المكونات انتشارًا ولكن يساء فهمه في التطبيقات الصناعية وتصميم الدوائر الكهربائية. في حين أنها قد تبدو مفاتيح تشغيل/إيقاف تشغيل بسيطة، إلا أن الواقع أكثر تعقيدًا بكثير. بدءًا من التركيب المجهري لسبائك التلامس إلى البنية المجهرية لتركيب السكك الحديدية DIN، يمكن أن يكون اختيار المكون الخاطئ من بين عدد لا يحصى من أنواع المرحلات الكهروميكانيكية كارثيًا - مما يؤدي إلى لحام التلامس واحتراق الملف وتدهور الإشارة.

تقدم هذه المدونة نظرة تقنية متعمقة في التصنيف والميكانيكا الداخلية وعملية الاختيار لأنواع مختلفة من المرحلات. بما يتجاوز مجرد التعاريف، نقدم رؤى هندسية عملية لضمان عمل خطوط التصنيع وأنظمة الأتمتة بأعلى درجة من الموثوقية.

فهم الآلية الأساسية: كيفية عمل السجلات الطبية الإلكترونية

ولفهم الاختلافات بين أنواع المرحلات، من الضروري فهم الآلية المشتركة بينها. إن المرحل الكهروميكانيكي القياسي في جوهره هو جهاز يستخدم القوانين الفيزيائية للكهرومغناطيسية لتحويل إشارة كهربائية إلى حركة تبديل ميكانيكية. هذا العزل الجلفاني بين دائرة التحكم (الطاقة المنخفضة) ودائرة الحمل (الطاقة العالية) جعل هذه الأجهزة لا غنى عنها.

تعتمد الآلية على العناصر الأربعة الرئيسية التي تعمل معاً:

1. الملف سلك نحاسي ملفوف حول قلب. يُنتِج مجالاً كهرومغناطيسيًّا عاليًا عند تمرير تيار خلاله.
2. حديد التسليح هذا المحرك مصنوع من مادة حديدية ويتم سحبه نحو مركز الملف أثناء توليد المجال المغناطيسي.
3. ربيع العودة الربيع: مكون شد يسحب المحرك إلى موضعه الأصلي بمجرد قطع التيار عن الملف.
4. جهات الاتصال مجموعة من التلامسات المكوّنة من أسطح معدنية موصلة تتلامس (تصنع) أو تنفصل (تنفصل) لإكمال الدائرة.

التحدي الهندسي: التباطؤ

بغض النظر عن نوع المرحل الكهروميكانيكي الذي تختاره، يجب معرفة مفهوم التباطؤ. فالجهد المطلوب لجعل المحرك يتحرك للداخل (جهد الالتقاط) لا يقل دائمًا عن الجهد المطلوب لجعله يتحرر (جهد التسرب). يساعد هذا القصور الذاتي الميكانيكي على تجنب التذبذب وهو أحد العوامل الرئيسية لضمان الاستقرار.

التصنيف الهيكلي والمنطقي: ما بعد الأساسيات

يتم تصنيف أنواع المرحلات الكهروميكانيكية عادةً وفقًا لتصميمها المادي وفلسفة التحكم بها. وتحدد هذه الاختلافات الهيكلية العمر الافتراضي والسرعة وقدرة المكون على الأداء في ظل ظروف بيئية معينة.

مرحلات المحرك مقابل مرحلات القصب

مرحلات المحرك (المعيار الصناعي):

من بين أنواع المرحلات الأكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية الثقيلة، هذه هي أكثر أنواع المرحلات شيوعًا في التطبيقات الصناعية الثقيلة. وهي تستخدم محركاً مفصلياً لتحريك الملامسات. وهي مصممة بقوة بحيث يمكنها العمل مع تيارات كبيرة (5 أمبير حتى أكثر من 100 أمبير).

مرحلات القصب (الدقة والسرعة):

على عكس أنواع المحرك الأكثر شيوعًا، فإن أنواع المرحلات الكهروميكانيكية هذه مصنوعة من شفرتين مغناطيسيتين حديديتين (قصب) محكمتي الإغلاق في كبسولة زجاجية.

• الإيجابيات: إنه سريع التغيير للغاية، ولا يتأكسد (بسبب الغاز الخامل) وعمره الميكانيكي طويل جدًا.
• السلبيات: قدرات تحمل تيار منخفضة للغاية. يمكن أن تتأثر باللحام التلامسي عند حدوث تيارات متدفقة (مثل الأحمال السعوية).

منطق الإغلاق الأحادي مقابل منطق الإغلاق

المرحلات الأحادية المستقرة (غير المزلاجية):

هذا هو الإعداد الافتراضي. عند تطبيق الطاقة على الملف، يكون المرحل نشطًا فقط. سيتم إرجاع جهات الاتصال إلى وضعها الافتراضي بواسطة الزنبرك في حالة فقدان الطاقة (آمن من الفشل). هذا مطلوب في دوائر السلامة - على سبيل المثال نظام إيقاف الطوارئ حيث من المفترض أن يتم فتح الدائرة بفقدان الطاقة.

مرحلات الإغلاق (ثنائية الإغلاق):

تستخدم مرحلات الإقفال مغناطيسًا دائمًا أو آلية قفل ميكانيكية لتثبيت موضع التلامس بعد تتم إزالة طاقة الملف. وهي تتطلب نبضة لضبطها ونبضة ثانية (أو قطبية عكسية) لإعادة الضبط.

• التطبيق: وهي مثالية للتطبيقات الحساسة للطاقة أو وظائف الذاكرة حيث يجب الحفاظ على الحالة في حالة انقطاع التيار الكهربائي. ومع ذلك، فهي غير مناسبة للتطبيقات الحساسة للسلامة لأنها تفشل في إعادة الضبط التلقائي (آمنة من الفشل) عند انقطاع الطاقة.

التصنيف حسب تكوين المفتاح: الأقطاب والرمي

سوف تصادف مصطلحات “الأقطاب” و“الرميات” عندما تبحث في قائمة بأنواع المرحلات الكهروميكانيكية.

• SPST (قطب واحد، رمية واحدة): أبسطها. يحتوي على أربعة أطراف وهو عبارة عن مفتاح تشغيل وإيقاف بسيط. ويشار إليه عادة باسم النموذج A (مفتوح عادة) أو النموذج B (مغلق عادة).
• SPDT (قطب واحد، رمية مزدوجة): مفتاح تبديل. له طرف مشترك يتصل بأحد المخرجات في حالة السكون وبالآخر في حالة النشاط. وهذا ضروري للتبديل بين مصدرين للطاقة أو مؤشرات الحالة.
• DPDT (قطب مزدوج، رمية مزدوجة): بشكل أساسي مفتاحين SPDT يتم تشغيلهما بواسطة ملف واحد. هذا هو معيار الصناعة للدائرة العكسية للمحرك (عكس القطبية) أو عزل التيار المباشر والمحايد في وقت واحد.
• 4PDT (أربعة أقطاب، رمية مزدوجة): يتم تطبيق ذلك في لوحات التحكم الصناعية حيث يلزم وجود إشارة واحدة لتشغيل عدد من المؤشرات المستقلة، سواءً الإنذارات أو دوائر التحكم الثانوية في وقت واحد.

الفئات الخاصة بالصناعة وأنواع الحماية

بالإضافة إلى الهيكل المادي، يتم أيضًا تصنيع أنواع المرحلات الكهروميكانيكية لتناسب بعض التطبيقات وملامح الأحمال.

مرحلات الأغراض العامة والطاقة والإشارات

1. مرحلات الإشارات: جهد منخفض وتيار منخفض (عادة أقل من 2 أمبير). وهي تلعب دورًا مهمًا في مستويات الطاقة المنخفضة (تيار الترطيب) لضمان سلامة البيانات في الاتصالات السلكية واللاسلكية والأجهزة، وموثوقية التلامس.
2. مرحلات الأغراض العامة: عادةً ما يكون للمرحلات الوسيطة نطاق من 5 أمبير إلى 10 أمبير. وتستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والأجهزة ومنطق الأتمتة البسيطة.
3. مرحلات الطاقة: مصممة لتحمل التيارات المتدفقة العالية والأحمال الاستقرائية، عادةً ما بين 20 أمبير و80 أمبير. فجوات التلامس بها أكبر لمنع حدوث الأقواس الكهربائية التي تحدث عند تبديل المحركات الثقيلة أو السخانات.

الحماية المتخصصة والاختلافات الحرارية والحماية المتخصصة

• مرحلات (أمان) موجهة بالقوة (أمان): في هذا النوع من الوحدات، يتم توصيل جهات الاتصال معًا ميكانيكيًا. عند إغلاق التلامس المفتوح عادة (NO)، لن يتمكن التلامس المغلق عادة (NC) من الإغلاق. يجب أن يكون هذا التأمين الميكانيكي على وحدات السلامة ودوائر الإيقاف الإلكتروني.
• مرحلات الحمل الزائد الحراري: هذه ليست مرحلات تبديل بالمعنى المعتاد للمصطلح، ولكنها أجهزة حماية. وهي تستخدم شريطاً ثنائي المعدن ينطوي عند ارتفاع درجة حرارته بسبب التيار الزائد، وله عمل ميكانيكي لقطع الدائرة لمنع احتراق المحركات.

الاتصال بعلم المواد: خياطة السبائك لتناسب أحمالاً محددة

ربما يكون هذا هو الأقل اعتباراً في اختيار المرحلات. سيكون العمر الافتراضي للمرحل 10 سنوات أو 10 دقائق استناداً إلى محتويات جهة الاتصال. ومن المتوقع أن يقوم المهندسون بمواءمة السبيكة مع نوع الحمل (مقاوم أو حثي أو سعوي).

يتم تلخيص خصائص أداء مواد التلامس الأكثر شيوعاً في الجدول أدناه:

ملاحظة: بالنسبة للبيئات الصناعية حيث تكون المحركات والملفات اللولبية شائعة, AgSnO2 هو الخيار الأفضل بشكل عام لطول العمر الافتراضي.

هياكل التركيب والعزل البيئي

تؤثر كيفية دمج المرحل ماديًا في النظام على بروتوكولات الصيانة والمرونة البيئية.

أنظمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمقبس والقضبان الحديدية DIN

• ثنائي الفينيل متعدد الكلور جبل: ملحومة مباشرة باللوح. توفر المساحة والتكلفة، ولكن يصعب استبدالها.
• قابس توصيل/مقبس تركيب: يتم توصيل المرحل بقاعدة. أهم الأنظمة التي تتطلب سرعة الصيانة. عند تعطل مرحل، من الممكن استبداله في غضون ثوانٍ قليلة بدون مكواة لحام.
• التركيب على سكة DIN: معيار خزانة التحكم الصناعي. تجمع هذه الوحدات المعيارية في كثير من الأحيان بين المرحل والمقبس ومؤشر LED في وحدة واجهة واحدة، مما يسهل توصيل أسلاك اللوحة.

مستويات الختم: من محكم الإغلاق إلى محكم الإغلاق

تتوافق تصنيفات التغليف بشكل عام مع معيار IEC 61810:

• RT I (محمي من الغبار): مبيت قياسي، غير محكم الإغلاق.
• RT II (إثبات التدفق): يقاوم تدفق اللحام ولكن لا يمكن غسله.
• RT III (غسل مشدود): محكم الإغلاق ضد عمليات الغسيل (مكافئ IP67). مهم لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي يتم تنظيفها في الماء.

المرحلات الكهروميكانيكية مقابل مرحلات الحالة الصلبة: مقارنة نقدية

السؤال الأصعب الذي يضطر المهندسون للإجابة عليه هو ما إذا كان يجب استخدام مرحل كهروميكانيكي (EMR) أو مرحل الحالة الصلبة (SSR).

يفصل الجدول التالي المفاضلات المهمة بين هاتين التقنيتين:

الحكم: يجب استخدام SSRs في التحكم عالي السرعة وعالي الدورة في PID (مثل عناصر التسخين). السلامة العامة وتبديل المحرك والتطبيقات التي تتطلب تدفق تيار صفري مطلق استخدم مفاعلات كهرومغناطيسية.

الدليل التفصيلي لاختيار المرحل الصحيح خطوة بخطوة

إن اختيار المرحل المناسب هو عملية استبعاد تتضمن تقييد الحمل والبيئة.

العوامل الحاسمة في عملية الاختيار

1. تحديد نوع التحميل: هل هو سخان (مقاوم) أم محرك (حثي)؟ ينتج الحمل الاستقرائي ارتفاعًا كبيرًا في “EMF الخلفي” عند إيقاف تشغيله، وقد يؤدي ذلك إلى حدوث قوس عبر نقاط التلامس. يجب عليك إلغاء تصنيف المرحل أو اختيار واحد مصمم للأحمال الاستقرائية (فئات AC-15 مقابل AC-1).
2. تحقق من تيار التدفق الداخل: يمكن لمزودات طاقة الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) أن تسحب 100 ضعف تيارها المقنن لميكروثانية واحدة. تأكد من أن مادة تلامس المرحل (ويفضل أن يكون AgSnO2) يمكنها التعامل مع هذا الارتفاع المفاجئ دون لحام.
3. جهد الملف و البيئة: هل يتطابق الملف مع جهد التحكم (12 فولت تيار مستمر، 24 فولت تيار مستمر، 230 فولت تيار متردد)؟ هل درجة الحرارة المحيطة ضمن نطاق تشغيل المرحل؟

ميزة OMCH: الهندسة الدقيقة للموثوقية الصناعية

تعتبر المواصفات وثيقة الصلة بالموضوع ولكن جودة المكون الذي يتم إنتاجه هي المتغير الأخير في معادلة الموثوقية. يمكن مقارنة أي عطل في الأتمتة في الصناعات بوقت التعطل الذي يمكن مقارنته بالإيرادات المفقودة.

أومتش عالجت هذه التحديات الصناعية منذ 1986. وباعتبارها شركة شاملة لتصنيع قطع غيار الأتمتة الصناعية، فإن شركة OMCH تتخطى الجودة القياسية “الجاهزة” من خلال الالتزام بفلسفة الموثوقية الهندسية.

• السلامة المادية: تستخدم مرحلات OMCH مرحلات OMCH عالية الجودة AgSnO2 تلامس مع تطبيقات الطاقة، وهي مصممة خصيصًا لمقاومة تقوس ولحام الأحمال الصناعية الحثية.
• الاتساق عبر الأتمتة: تمتلك شركة OMCH 7 خطوط إنتاج محدثة ومصنع تبلغ مساحته 8000 متر مربع يزيل تباين التجميع اليدوي. تتسم المرحلات بالاتساق الشديد وهي مدعومة بـ ISO9001, معايير CCC و CE و RoHS و RoHS.
• على مستوى النظام بأكمله التوافق: لدى OMCH أكثر من 3,000 وحدة تخزين 3,000, بما في ذلك المرحلات والمستشعرات وإمدادات الطاقة والهوائيات الهوائية، مما يوفر حلاً “شاملًا”. وهذا يضمن تطابق المرحل الخاص بك مع مصدر طاقة سكة DIN ومنطق المستشعر الخاص بك بشكل مثالي، مما يبسط سلسلة المشتريات والتوافق.
• الدعم العالمي: تمتلك منظمة الصحة العالمية الدعم الفني واللوجستي اللازم لدعم المشاريع الدولية التي تعمل في أكثر من 100 دولة وفريق الاستجابة التقنية على مدار 24/7.

عندما تختار أحد مكوّنات OMCH، فأنت لا تشتري مفتاحاً فحسب، بل تستثمر في إرث من الاستقرار الصناعي يمتد لـ 40 عاماً.

قائمة مراجعة سريعة للمهندسين

قبل وضع اللمسات الأخيرة على قائمة المواد (BOM)، تحقق مما يلي:

• [ ] فئة التحميل: هل أخذت في الحسبان الرد الاستقرائي؟ (ضع في اعتبارك إضافة صمام ثنائي الارتداد الطائر أو مكثف).
• [ ] مواد الاتصال: هل يتطلب هذا المحرك/مصباح LED هذا AgNi أم يتطلب AgSnO2؟
• [ ] جهد الملف: هل يحتوي على مصدر طاقة منظم؟ (المرحلات لها نافذة تحمل).
• [ ] التركيب: هل أحتاج إلى مقبس لسهولة الاستبدال في المستقبل؟
• [ ] التصديق: هل يتطلب المشروع مكونات مدرجة في قائمة UL/CE/CCC؟

في ظل هذا التصنيف ومخطط الاختيار هذا، سيكون المهندسون في وضع يسمح لهم بجعل ما يسمى بالتتابع المتواضع الجزء الأقوى من سلسلة الأتمتة الخاصة بهم.