بسم الله الرحمن الرحيم

ملاحظة قبل البدئ بالشرح، الموضوع بجيب فلوس!! وهذه من اهم المواضيع التي يمكن الاستفادة منها في تصميم دارات  التحكم للإستخدام العملي في السوق.

من المهم جداً التحكم في محركات ال AC سواءً احادي أو ثلاثية الطور في المراوح السقفية أو في اجهزة الطرد المركزي مثلاً !أو حتى قد نحتاج التحكم في درجة سطوع  مصباح كهربائي في مسرح مثلاَ!! أو درجة الحرارة لسخان، فكيف يمككنا فعل ذلك بدون اهدار الطاقة الكهربائية على شكل حرارة في مقاومات ؟! او التدرج بدرجات محددة و كبيرة بإستخدام مجموعة من المحولات ( تكلفتها مرتفعة و حجمها كبير).

لحل مشكلة التحكم بال AC يوجد أكثر من طريقة، ابزها دارة ال dimmer الشائعة و التي سنشرحها في هذه المقالة، اما للتحكم الدقيق جداً بكفائة عالية فهنالك ما يسمى بالCycloConverters و قد اتطرق لها في شرح قادم إن شاء الله.

تمتاز دارة الdimmer بقلة تكلفتها و ارتفاع كفائتها و لكن مشكلتها تتمثل في ارتفاع الهرمونيات و لا يمكن التحكم بالتردد من خلالها، بعكس الCycloConverters.

نبدأ بمخطط ال schematic للدارة التي سنقوم يشرح اجزائها و مكوناتها ثم شرح طريقة عملها، لاتطرق في الجزء الثاني الى طريقة وصلها بمتحكم دقيق (MicroController) و التحكم بمحركات 3phase باستخدامها.

(يمكنك الضغط على الصورة للتكبير)

يمكّنك تغير المقاومة في الدارة من التلاعب في قيمة جهد ال AC المسلط على المحرك اعلاه، بالتالي التحكم في سرعته ، حيث يمكننا التحكم بسرعة الInduction motor إمّا بتغيير التردد عليه، او بتغير الجهد الذي يتحكم بال Slip ! و تتحكم هذه الدارة بالجهد حيث سنقوم بزيادته او تقليله للتحم بال Slip.

تتكون هذه الدارة من:

1) مقاومة متغيرة

2) مكثف غير قطبي 

3) Diac

4) Triac

لفهم هذه الدارة، نحتاج لفهم كل من ال Diac و ال  Triacومفهوم القيمة المتوسطة في متسلسلات فورير و ايضاً عليك التمييز بين نوعي المكثف (قطبي و لاقطبي)، و اخيراً الفكرة العامة لآلية عمل دارة R-C (دارة شحن المكثف )، و سأقوم هنا فقط بشرح كل من ال Diac و Triac .

 أما ال Triac فهو قطعة الكترونية لها ثلاث ارجل(T1و T2 وG)  تقوم بتمرير التيار بالاتجاهين بين اثنين من مداخله(T1 و T2) عند قدحه من المدخل الثالث ( القدح يعني  تمرير تيار في رجل ال Gate لهذه القطعة )، القدحة هي مجرد تيار بسيط  لمدة بسيطة من الزمن يستمر بعدها الترياك تمريره للكهرباء حتى بعد فصل تيار الGate عنه ، و يقوم بايقاف تمرير التيارفقط في حال  قطعنا تيار المصدر ، او عكسنا قطبية التيار عليه .

اما الدياك فهو مشابه للترياك و لكنه يفتح عند وصول الجهد فيه الى جهد محدد يسمى جهد الانهيار حيث يبدأ باالتوصيل عنده مثلاً اذا وصل الجهد المسلط عليه 28 فولت يبدأ بالتوصيل.

رمز الدياك

للشرح المفصل عن كل من الدياك و الترياك اليكم الروابط التالية:

الترياك : http://www.startimes.com/?t=25983117

الدياك: http://www.qariya.info/electronics/diac.htm

نبدأ شرح الدارة 

تقوم الدارة على مبدأ تغير قيمة ال RMS للجهد عن طريق اقتطاع اجزاء من الموجة ، تمثل الصورة اقتطاع الموجة الى بداية زاوية 90 درجة ، هكذا يصبح شكل الموجة:

اضغط للتكبير

AC IN هي اشارة الدخل للموجة و ACout هي الاشارة التي ستظهر على المحرك او المصباح ، في هذه الحالة ستتغير قيمة ال RMS المقاسة (التي كانت 220 فولت ) و ايضاً الجهد المتوسط للموجة الواحدة!

حيث يعطى جهد ال RMS بالمعادلة : 

وتسمى الفا بزاوية القدح حيث ان الموجة الكاملة بجزئيها الموجب و السالب هي 360 درجة ، بالتالي فالجزء الموجب فقط او السالب فقط يتكون من 180 درجة ، و إذا قلت بأني اقدح عند زاوية 90 فهذا يعني ان اقدح في نصف الموجة الموجبة و ايضاً في نصف الموجة السالبة و هكذا
ماذا نعني بزاوية قدح 45 درجة ؟! اترك لك الاجابة عن هذا السؤال

اذاً كلما زدنا زاوية القدح للترياك ، فإننا نقوم بتخفيض جهد ال RMS المسلط على الحمل بالتالي تغيير سطوع مصباح أو ابطاء حركة محرك !!

و لفهم الدارة اعلاه فإننا سنتخيل آلية العمل في الجزء الموجب من دورة ال AC ، عند بدأ هذه الدورة فان:

ال Triac مغلق ولا يمرر التيار اللازم لعمل المحرك 

ال Diac لا يمرر تياراً ايضاً ، و لكنه في اللحظة التي سيبدأ فيها  بالتمرير سيبدأ ال Triac بالعمل لأننا سنكون ولدنا قدحة له ! 

و لكن متى سيعمل ال Diac ؟! ، نعم صحيح ، سيعمل ال Diac عند وصوله لجهد الانهيار !! 
 ومتى يصل الDiac جهد الانهيار ؟! لاحظ معي هنا بأن جهد ال Diac مساوي تقريباً لجهد المكثف ! بالتالي فإن الDiac سيفتح و يبدأ بالعمل عندما يصل المكثف لجهد الانهيار الخاص بالDiac !! 

و نتحكم بالزمن اللازم لفتح الDiac (والذي سوف يقدح الTriac) عن طريق تغير الزمن الازم لشحن المكثف ! و ذلك عن طريق تغيير القاومة المسماة في الرسم VR1 ، بالتالي فإن تغيير المقاومة سيتسبب في تغيير زاوية القدح(الفا) و التي ستغير جهد ال RMS الخارج من الدارة ! 

اتمنى ان يكون قد اتضح الأمر ، هذه الدارة مهمة جداً و هي من اهم دارات الكترونيات القدرة المستخدمة في السوق ، من مشاكلها ارتفاع الهارمونيات و عدم القدرة على التحكم في التردد ، لكنها تمتاز بالبساطة و الثمن المنخفض ، لذلك نجدها في مراوح السقف (مع مفتاح ميكانيكي لتحديد سرعات معينة) ، او في دارات التحكم في اضائة غرف النوم، أو في اجهزة الطرد المركزي في المختبرات و في المصانع !

نتحدث في الجزء القادم إن شاء الله عن كيفية التحكم بالدارة عن طريق Microcontroller مثل البيك و الاردوينو و كيفية صنع متحكم 3phase للتحكم في احمل ال 3phase

و السلام عليكم

زيد حيمور- كلية الهندسة التكنولوجية – البوليتكنك