إلكترونيات القوى (Power Electronics)

تحتاج الأجهزة والمعدات الكهربائية والإلكترونية أنواع وقيم مختلفة من الجهود والتيارات لكي تعمل على الوجه الأكمل فبعض هذه الأجهزة لا تعمل إلا بالتيارات المتناوبة وبعضها لا يعمل إلا بالتيارات المباشرة وبقيم تتراوح بين عدة فولتات وآلاف الفولتات وكذلك الحال مع التيارات . وبما أن مصدر الطاقة الكهربائية الرئيسي المتوفر للمستخدمين هو على شكل تيار متناوب بجهد 110 فولت وتردد 60 هيرتز في النظام الأمريكي وبجهد 220 فولت وتردد 50 هيرتز في النظام الأوروبي فإنه يلزم وجود دوائر كهربائية وإلكترونية تحمل على تحويل هذه الجهود إلى الجهود المطلوبة

انواع الكترونيات القوى

ويوجد أربعة أنواع رئيسية من هذه الدوائر فالنوع الأول يقوم بتحويل التيار المتناوب إلى تيار مباشر وهو ما يسمى بالمقومات (rectifiers) وغالبا ما تستخدم المحولات الكهربائية لخفض أو رفع الجهد للمستوى المطلوب والثنائيات العادية لإجراء عملية التقويم. وتستخدم المقومات في جميع الأجهزة التي لا تعمل إلا بالتيار المباشر كالتلفزيونات والراديوات والمسجلات والحواسيب غيرها بوجود مصدر تيار متناوب وغالبا ما يكون المقوم موجودا في داخل هذه الأجهزة. أما النوع الثاني فيقوم بتحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب وهو ما يسمى بالعواكس (inverters) وتستخدم العواكس لتغذية الأجهزة التي لا تعمل إلا بالتيار المتناوب كمصابيح النيون ومحركات التيار المتناوب من مصدر تيار مباشر كالبطاريات. إن أكثر استخدامات العواكس هو في وحدات مصادر كهرباء الطوارئ التي تغذي المستشفيات والبنوك ومراكز الحاسوب وغيره بالطاقة الكهربائية عند انقطاع الكهرباء وذلك من البطاريات التي سبق شحنها من شبكة الكهرباء العامة وكذلك في مزودات الطاقة غير المنقطعة (uninterruptible power supply (UPS) المستخدمة في غرف العمليات الجراحية وفي مراكز الحاسوب وغيرها من الأجهزة التي يلزم أن تبقى عاملة ولا تتأثر بانقطاع كهرباء الشبكة العامة. وتستخدم العواكس كذلك في تحويل الطاقة الكهربائية التي تولدها الخلايا الشمسية وهي من نوع التيار المباشر إلى طاقة كهربائية بتيار متناوب تغذى بها شبكة الكهرباء العامة. أما النوع الثالث فيقوم بتحويل التيار المباشر إلى تيار مباشر بمستوى أعلى أو أقل وهو ما يسمى بالمقطعات (chopping) ويستخدم هذا النوع في الأجهزة والمعدات الكهربائية التي تحتاج لعدة مستويات من الجهد لتغذية مكوناتها المختلفة من مصدر تيار مباشر بمستوى جهد واحد كالبطاريات وذلك كما في الحواسيب والتلفزيونات والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ومعدات المختبرات الطبية والبحثية. أما النوع الرابع فيقوم بتحويل التيار المتناوب إلى تيار متناوب بتردد مختلف وهو ما يسمى بمحولات التردد (cycloconversion) ويستخدم هذا النوع في الغالب في أنظمة التحكم بسرعات المحركات وفي أنظمة التسخين بالموجات الراديوية. تستخدم هذه الأنواع من المحولات إلى جانب الثنائيات العادية ثنائيات تم تطويرها لهذه الأغراض وتسمى ثنائيات السيليكون المحكومة (Silicon Controlled Rectifiers (SCR)). وفي هذه الثنائيات يوجد طرف ثالث غير طرفي الثنائي العادي وهما المصعد والمهبط يستخدم في فتح وإغلاق هذا الثنائي من خلال تسليط نبضات كهربائية عليه

الثايروستورات

ومن أشهر الثنائيات المحكومة الثنائيات المسماة بالثايرستورات (thyristors) والثايرستور عبارة عن جهاز إلكتروني تم اختراعه في عام 1957م مكون من أربعة طبقات من الموادة شبه الموصلة المطعمة على شكل مناطق موجب-سالب-موجب-سالب ويتم وصل المصعد بالمنطقة الموجبة الخارجية والمهبط بالمنطقة السالبة الخارجية ويتم وصل قطب جديد يسمى البوابة بالمنطقة الموجبة الداخلية. وإذا ما تم تسليط جهد موجب على المصعد بالنسبة للمهبط فإن التيار لن يسري في الثايرستور إلا من خلال قدح البوابة بنبضة جهد كهربائي لمدة قصيرة وبمجرد سريان التيار فيه فإنه لن يتوقف حتى مع إزالة الجهد عن البوابة إلا إذا هبطت قيمة التيار عن قيمة محددة تسمى تيار الإمساك. ويوجد نوع آخر من الثنائيات المحكومة وهو التراياك (TRIAC) وهو يختلف عن الثايرستور أنه يسمح بمرور التيار في الاتجاهين عند قدح البوابة بينما لا يسمح الثايرستور بمرور التيار إلا من المصعد إلى المهبط. ومن خلال استخدام دوائر إلكترونية لتوليد نبضات التحكم المسلطة على بوابات الثايرستورات والداياكات والتراياكات يمكن تصميم وبناء مختلف أنواع الأجهزة المستخدمة في إلكترونيات القدرة وغالبا ما تستخدم المعالجات الدقيقة والمتحكمات الدقيقة للتحكم في مثل هذه الدوائر الإلكترونية