كتاب الالكتروني (الالكترونيات)
مشروع كامل عن تصميم دوائر التغذيه الكهربائيه (power supply)
عمل المهندس / ابراهيم معوضه - اليمن - جامعة صنعاء-كلية الهندسه
يمكن تحميله من هذا الرابط
http://us.share.geocities.com/mawdhah/power-supply.pdf
والملف من نوع بي دي اف وبااللغة العربيه
يمكن لأي شخص الحصول على نسخه مكتوبه بالورد
وذلك بمراسلتي
على عنوان بريدي (mawdhah@yahoo.com)
هذة عينة من الكتاب لانني لم استطع ارفاقها في المنتدى
((سُبْحَانَكَ لا عِلْمَ لَنَا إِلَّا مَا عَلَّمْتَنَا إِنَّكَ أَنْت
الْعَلِيمُ الْحَكِيمُ))
- ألمقدمه
- التحليل
- مراحل تحويل التيار المتردد إلى مستمر :
- مرحلة التخفيض:
- المحولات.
- مرحلة التقويم .
- مقوم نصف الموجه .
- مقوم الموجه كاملة :
- مقوم موجة كاملة متصل بمحول ذو نقطه متوسطه
- مقوم موجه كاملة باستخدام القنطرة
- مرحلة التنعيم .
- مرحلة التنظيم
- التصميم .
- التصميم باستخدام الكمبيوتر .
- مرحلة التنفيذ.
- الملحقات.
- المراجع.
- ألخاتمه .
قررت أنا المهندس إبراهيم معوضه في كلية الهندسة في جامعة صنعاء في دولة اليمن أن انشر هذا البحث المتواضع الذي اجعل جميع حقوق نشرة ونسخه مفتوحة لكل أبناء أمتي الحبيبة ولا اطلب منكم إلا الدعاء لي وعدم حذف أو محاولة الادعاء بملكية هذا البحث من بعض الأشخاص أو المواقع الالكترونية دون ذكر صاحبه لأنه يعلم الله الجهد الذي بذلته من اجل أتمام هذا البحث ليكون بالصورة الكاملة والمعلومات الدقيقة وليعلم أي شخص أو موقع يحاول نشر هذا البحث باسم أخر وليكن من كان فاني لن اسمح بذلك وسأستخدم كل الطرق القانونية ألمعروفه .
البحث يتناول أو يناقش تصميم جهاز تغذيه كهربائية (POWER SUPPLY) من اجل تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر وبخيارات عديدة ستتضح في المناقشة اللاحقة.
، حيث وأنة بعد أن تم جمع المعلومات الكافية عن المشروع قليلا قليلا حتى أصبحت مكتملة من الجهة النظرية جمعت ذلك في بحث يضم جميع كل ما قمت به من تحليل عام وكان اسمه الجزء النظري (التحليل) ثم قمت بعد ذلك ببدء التطبيق وفقا لما كان عندي من معلومات عن المشروع وجمعت جميع هذه المعلومات أيضا إلى البحث السابق (التحليل) وفيه جميع المعادلات والحسابات على أساس مكونات المشروع تماما بالإضافة إلى ذلك فقد قمت بإرفاق بيانات للقطع المستخدمة وكيفية تركيبها الداخلي وشكلها العلمي والتجاري وهو المستخدم في السوق وفيما يلي سنورد المواضيع التي سيتم مناقشتها على التوالي وبالتفصيل وبكل دقه :
· مرحلة التخفيض {المحولات وكيفية تركيبها – TRANSFORMATION STATE }
· مرحلة التقويم {RECTIFICATION STATE }
· مرحلة التنعيم {SMOOTHING STATE }
· مرحلة التثبيت أو التنظيم { REGLATION STATE}
تتم عملية التخفيض بواسطة المحولات وفيما يلي شرح كامل ومفصل عنها :
** تركيب المحولات :
يتركب المحول من أطار من مادة عازلة على شكل اسطوانة أو مكعب أو متوازي مستطيلاتأو دائري .يلف على هذا الإطار سلك معزول من النحاس يتصل بالمنبع يسمى "بالملف الأبتدائى " ويلف فوقه أو تحته أو إلى جواره ملف آخر نحصل منه على الجهد المطلوب يسمى " الملف الثانوي " .قد يوجد أكثر من ملف ثانوي واحد في بعض المحولات خصوصا في المحولات التي تستخدم في مجال الالكترونيات. ... وقد يصنع قلب المحول من شرائح حديدية معزولة وقد يصنع من مسحوق الحديد، وقد يكون قلب المحول هوائيا.توضع المحولات ذات القدرة العالية في زيت لتبريدها ، أما محولات القدرة المستخدمة في الالكترونيات فان قدرتها محدودة ولذلك لا تحتاج إلى مثل هذا النوع من التبريد .
** نظرية عمل المحول :
1- مرور التيار المتردد في الملفات الابتدائية ينشئ مجالا مغناطيسيا متغيراً.
2- يقطع الفيض المغناطيسي المتغير لفات الملف الثانوي فيتولد فيها – بالحث – جهدا كهربيا يعارض التغير في شدة واتجاه المجال المغنطيسي .
3- الجهد المستحث المتولد في الملفات الثانوية يسبب تدفق التيار من هذه الملفات عندما توصل بحمل ما.
××نسبة التحويل:
حيث أن الفيض المغناطيسي للمحول يتناسب مع حاصل ضرب تيار الملف الابتدائي × عدد لفاته.
ونفس الفيض المغناطيسي يتناسب مع حاصل ضرب تيار الملف الثانوي× عدد لفاته.
.=.(تيار الملف الابتدائي × عدد لفات الملف الابتدائي= تيار الملف الثانوي × عدد لفات الملف الثانوي)
وتسمى النسبة بنسبة التحويل .
وحيث أن قدرة الملف الابتدائي= قدرة الملف الثانوي (بفرض أن المحول لا يفقد شيئا من طاقته المغناطيسية )
قدرة الملف الابتدائي= قدرة الملف الثانوي = القدرة
القدرة = جهد الملف الابتدائي × تيار الملف الابتدائي
القدرة = جهد الملف الثانوي × تيار الملف الثانوي
وبالتعويض في المعادلة :
تيار الملف الابتدائي × تيار الملف الثانوي = عدد لفات الملف الثانوي × عدد لفات الملف الابتدائي
جهد الملف الثانوي/ جهد الملف الابتدائي = عدد لفات الملف الثانوي/ عدد لفات الملف الابتدائي
يقال أن المحول من النوع الرافع إذا كانت النسبة أكبر من الواحد الصحيح
وفي هذه الحالة يكون جهد الملف الثانوي أكبر من جهد الملف الابتدائي ، وتيار الملف الثانوي أصغر من تيار الملف الابتدائي
كما يقال أن المحول من النوع الخافض إذا كانت النسبة أقل من الواحد الصحيح
وفي هذه الحالة يكون جهد الملف الثانوي أصغر من جهد الملف الابتدائي ، وتيار الملف الثانوي أكبر من تيار الملف الابتدائي .
×× القدرة والفقد والكفاءة:
×× القدرة :
قدرة المحول هي أقصى قدرة كهربية يمكن سحبها من الملف الثانوي.
وتساوى حاصل ضرب جهد الملف الثانوي × تياره
كما تساوى حاصل ضرب جهد الملف الابتدائي × تياره
وهناك محولا ت ذات قدرات عالية تقاس بالكيلو فولت . أمبير وأخرى ذات قدرات منخفضة كالتي تستخدم في مجال الالكترونيات.
×× الفقد في المحول :
تشرد بعض خطوط المجال المغناطيسي فلا يستفاد بها وتلك تمثل طاقة مفقودة من المحول ، كما يفقد البعض الأخر من الطاقة في صورة تيارات دوامة أو إعصارية ، ولهذا نجد أن أقصى قدرة يمكن سحبها من الملف الثانوي لا تساوى قدرة الملف الابتدائي بل أقل منه .
×× كفاءة المحول:
هي النسبة بين أقصى قدرة يمكن سحبها من الملف الثانوي إلى قدرة الملف الابتدائي وهذه النسبة لا يجب أن تقل عن حد معين ، ومن المفضل أن تقترب هذه النسبة من الواحد الصحيح ولكن هذا لا يحدث إلا في المحولات المثالية التي لا يحدث فيها فقد .
كفاءة المحول = أقصى قدرة يمكن سحبها من الملف الثانوي / قدرة الملف الابتدائي
كفاءة المحول كنسبة مئوية
×× أنواع المحولات Transformers Types
يمكن تصنيف المحولات كالأتي :
من حيث التردد: هناك محولات تردد منخفض وهناك محولات تردد متوسط ومحولات تردد عالي.
من حيث نوع القلب : هناك محولات ذات قلوب حديدية وأخرى ذات قلوب هوائية وثالثة ذات قلوب من مسحوق الحديد أو من مادة الفيرريت .
وثمة ارتباط ما بين هذه التصنيفات ، فمحولات التردد المنخفض مثل محولات القدرة والمحولات المستخدمة في الدوائر الصوتية تصنع قلوبها من شرائح معزولة من الحديد .
ومحولات التردد المتوسط تصنع قلوبها من مسحوق الحديد أو من مادة الفيرريت ، ومحولات التردد العالي ذات قلوب هوائية.
أولا : محولات التردد المنخفض (المحولات ذات القلوب الحديدية :
تصمم هذه المحولات لكي تعمل عند الترددات المنخفضة مثل ترددات القدرة والترددات الصوتية.
وفي هذا النوع كل من الملفات في القلب حديدي مغناطيسي ، ويشرح الشكل أعلاه الأساس العام في تكوين القلب المغناطيسي للمحول وهو عبارة عن مجموعة من الشرائح مختلفة الشكل ، حيث نجد أن جزءا منها يشبه حرف (E) والآخر يشبه حرف (I) ويتم ضغط هذه الشرائح معا تعطي التركيب الموضح في الشكل.
يتم عمل القلب المغناطيسي للمحول في صورة شرائح معزولة لتقليل الفقد في القدرة والذي ينشأ بسبب ما يسمى بالتيارات الدوامية .
أنواع القلوب المستخدمة بمحولات القدرة :
1- النوع الأول ويطلق علية{ Core type} : ويصنع من حزمه من رقائق الحديد على شكل مستطيلات كل منها مغطى بورنيش عزل ، ويتم ضغط هذه الشرائح معا ، وتثبت الملفات الابتدائية والثانوية كما هو موضح.
2- النوع الثاني هو الأكثر شيوعا لكفاءته العالية ويطلقshell type core} { ويظهر في الشكل المقابل ويصنع هذا النوع أيضا من الرقائق المغطاة بالورنيش والمضغوطة معا، وتلف الملفات في شكل طبقات وتثبت على المقطع الداخلي من القلب.
ملاحظات :
- يمكن أن يحتوي المحول على أكثر من ملف ابتدائي أو أكثر من ملف ثانوي والتي تجمع كلها على قلب واحد.
- يمكن أن تحتوي بعض الملفات الثانوية على نقط تفرع وذلك للحصول على قيم متعددة في خرج المحول .
ثانيا : محولات التردد المتوسط (المحو لات ذات القلوب المصنوعة من مسحوق الحديد أو من مادة الفيرريت):
تستخدم محولات التردد المتوسط في الربط بين مكبرات التردد المتوسط في أجهزة الراديو والتلفزيون حيث تسمح لإشارة التردد المتوسط أن تنتقل من مرحلة إلى أخرى وتحول دون انتقال الجهود المستمرة من مرحلة إلى المجاورة.
ومحولات التردد المتوسط عبارة عن محولات صغيرة الحجم عدد لفاتها قليلة نسبيا وتستخدم فيها قلوب من مسحوق الحديد أو من مادة الفيرريت ، هذه القلوب يمكن تحريكها إلى أعلى والى أسفل بواسطة مفكات بلاستيكية لضبط أو لتغيير حث هذه المحولات.
ثالثا : محولات التردد العالي (المحولات ذات القلوب الهوائية):
وفي ترددات الراديو نجد أن القلب الحديدي داخل المحول يسبب فقدا كبيرا في الإشارة لذا فانه لا يستخدم وإنما يستخدم في هذا النوع نظام القلب الهوائي أم أحد المعادن الخاصة المصممة لتحقيق أقل نسبة فقد.
ثانياً:- عملية التقويم (RECTIFICATION PROCESS)
هناك نوعان من المقومات هما:-
مقوم نصف الموجة { H.W.R}
مقوم الموجة كاملة {F.W.R}
وسنناقش كلا النوعين من جميع النواحي. أ - مقوم نصف الموجة :
مقوم نصف الموجة هو أحد تطبيقات الثنائي حيث يتألف من ثنائي واحد يُربط مع مقاومة الحمل على التوالي كما هو موضح في الشكل (المقابل).
عمل هذه الدائرة بسيط جداً وبنفس الوقت تقوم بدور مهم كأساس لعدة تطبيقات مهمة في مجال الالكترونيات. دخل هذه الدائرة هو من المحول فلوطيه كانت أم تيار فكلهما يملك ميزة مترددة (متغير الشدة والاتجاه لحظياً ) و يشابه في تمثيله دالة جيب الزاوية فكلاهما يملكان نفس الشكل وبذلك مثلنا هذا التيار كما في شكل (2) .
الخرج
و كما نعلم من دراستنا لخصائص الثنائي أنة يعمل على توصيل التيار في حالة التوصيل الأمامي فقط حيثما يكون جهد الانود اكبر من جهد الكاثود أو يساويه . هذه الميزة للثنائي مكنته من العمل كمقوم نصف موجة حيث يسمح لجزء موجة الدخل الموجب بالمرور بينما يقوم بالحيلولة دون مرور الجزء السالب من الموجة وبذلك يمكن إعادة رسم موجة الدخل لتكون كما هو موضح في شكل (3) .
القيمة الفعالة للتيارالمار في الحمل تساوي { 2Imax/} ، أما القيمة المتوسطة (Idc) فتساوي { Imax/π}.
كذلك القيمة الفعالة الجهد (Vrms)للحمل تساوي { 2Vmax/} ، أما القيمة المتوسطة (Vdc) فتساوي {Vmax/π}.
ب - مقوم الموجة كاملة( FULL WAVE RECTIRIER ) :
بالرغم من أن موحد نصف الموجة له بعض التطبيقات إلا أن استخدام موحد الموجة الموجه أكثر انتشاراً في مصادر القدرة ذي التيار المستمر ، والفرق بين توحيد الموجة الكاملة وتوحيد نصف الموجة هو أن موحد الموجه الكاملة يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد خلال الحمل على هيئة نبضات خلال نصفي موجه الدخل بينما يسمح موحد نصف الموجة بمرور التيار خلال النصف الموجب للموجه فقط ، ونتيجة لذلك فإن تردد جهد الخرج في حالة توحيد الموجه الكاملة يساوي ضعف تردد الدخل ، حيث نحصل في الخرج على نبضة كاملة لكل نصف دورة لجهد الدخل كما هو موضح في شكل (4) . وحيث أن عدد النبضات الموجبة التي نحصل عليها من خرج موحد نصف خلال نفس الفترة الزمنية فأن القيمة المتوسطة لجهد الخرج (Vave) في حالة موحد الموجة كاملة تساوي ضعف القيمة التي نحصل عليها في حالة موحد نصف الموجة كما هو موضح بالعلاقة الآتية :
هناك نوعان من مقومات الموجة كاملة وسنناقشهما بالتفصيل ألان:
1 – موحد موجة كاملة متصل بمحول ذو نقطه متوسطه (The Full-wave Center-Tapped Rectifier) :
شكل (5) يبين موحد موجة كاملة متصل بمحول ذي نقطة متوسطة حيث قيمة الجهد بين هذه النقطة وكل طرف من طرفي الملف الثانوي، المتصل بكل من الثنائي والثنائي ، تساوي نصف القيمة الكلية للجهد على طرفي الملف الثانوي .
خلال النصف الموجب لموجة جهد
الدخل يكون جهد النقطة المتوسطة للملف الثانوي موجب بالنسبة للطرف الأعلى للملف وسالب بالنسبة للطرف الأسفل له ، وبالتالي يكون الثنائي في حالة انحياز أمامي والثنائي في حالة انحياز عكسي ولذا يمر التيار عبر الثنائي إلى الحمل .
أما خلال النصف السالب لموجة جهد الدخل فإن قطبية الجهد على أطراف الملف الثانوي سوف تنعكس ليصبح جهد النقطة المتوسطة للملف الثانوي سالب بالنسبة لطرفه الأعلى وموجب بالنسبة لطرفة الأسفل ، وبالتالي يكون الثنائي في حالة انحياز عكسي والثنائي في حالة انحياز أمامي و يمر التيار إلى الحمل خلال الثنائي .
وحيث أن التيار المار في الحمل يكون في اتجاه واحد خلال نصفي الموجة لجهد الدخل فإن الجهد الناشئ على طرفي الحمل يكون موحد الاتجاه لموجة كاملة هو مبين بشكل (6) . وقيمة جهد الخرج لموحد الموجة الكاملة ذي النقطة المتوسطة التي تساوي نصف قيمة الجهد الكلي على طرفي الملف الثانوي مطروح منها قيمة الجهد الحائل للثنائي ، أي أن :
** الجهد العكسي الأقصى : عندما تكون قطبية أطراف الملف الثانوي كالمبينة بشكل (7) فإن الثنائي يكون في حالة انحياز أمامي بينما الثنائي في حالة انحياز عكسي ، ويمكن إيجاد قيمة الجهد العكسي الأقصى للثنائي بإيجاد الفارق بين القيمة العظمى لجهد المهبط والقيمة العظمى لجهد المصعد . وحيث إن القيمة العظمى لجهد المهبط للثنائي تساوي والقيمة العظمى لجهد المصعد تساوي ، فإن الجهد العكسي الأقصى للثنائي في دائرة موحد موجة كاملة متصل بمحول ذي نقطة متوسطة يمكن تمثيله بالعلاقة الآتية :
وبالتالي فإن الجهد العكسي الأقصى يمكن تمثيله بالعلاقة الآتية:
2– موحد موجه كاملة باستخدام القنطرة (The Full-Wave Bridge Rectifier)
في هذا النوع يتم استخدام أربعة ثنائيات موصلة كما في شكل (8-أ) . خلال النصف الموجب لموجة جهد الدخل يكون كل من الثنائي و في حالة انحياز أمامي بينما يكون كلاً من الثنائي و في حالة انحياز عكسي ، ولذا يمر التيار الحمل عبر كل من الثنائي ،خلال المسار المبين في شكل (8) . خلال النصف السالب لموجة جهد الدخل يصبح كل من الثنائي ، في حالة انحياز عكسي بينما كل من الثنائي و خلال المسار المبين بشكل (8-ب) وبالرجوع إلى شكل (8)
نلاحظ أن التيار المار في الحمل يكون في اتجاه واحد خلال نصفي الموجة لجهد الدخل وبالتالي فإن الجهد الناشئ على طرفي الحمل يكون موحد الاتجاه لموجة كاملة. ونظراً لوجود ثنائيان )، أو ، (في حالة انحياز أمامي وموصلين على التوالي مع الحمل خلال نصفي موجة جهد الدخل ، فأن قيمة جهد الخرج تساوي :
حيث في حالة الثنائي السليكوني و في حالة الثنائي المثالي .
** الجهد العكسي الأقصى: عندما يكون جهد موجة الدخل موجب فإن كل من الثنائي ، يكونا في حالة انحياز أمامي بينما يكون كل من الثنائي ، في حالة انحياز
عكسي . يمكن إيجاد قيمة الجهد العكسي الأقصى للثنائي أو بإيجاد الفارق بين القيمة العظمى لجهد المهبط والقيمة العظمى لجهد المصعد ، وبالتالي فإن الجهد العكسي الأقصى للثنائي في دائرة موحد موجة كاملة باستخدام القنطرة يمكن تمثيله بالعلاقة الآتية:
ثالثاً : مرحلة التنعيم (SMOOTHING “FILTERING”PROCESS)
الشكل (10) يبين موجة الفولطية المخرجية لمقوم نصف موجة وكذلك مقوم الموجة كاملة مع مكثف مربوط على مخرج كلاً منهما .
ويلاحظ من الشكل أنة وعندما تكون القيمة اللحظية لفولطية مصدر التغذية أعلى من فرق الجهد بين طرفي المكثف فأن الثنائي يكون في حالة انحياز أمامي ويتم شحن المكثف إلى القيمة العظمى لفوطية مصدر التغذية ، وعندما تبدآ القيمة اللحظية لفولطية مصدر التغذية بالتناقص فإن الثنائي يصبح في وضع انحياز عكسي ويتوقف عن التوصيل ، وفي هذه الحالة يتم تغذية الحمل من الطاقة المخزونة في المكثف . وحيث أن مقدار الشحنة الكهربائية المخزونة في المكثف تعطى بالعلاقة :
فإن التغير في مقدار الشحنة الكهربائية المخزونة في المكثف عندما يتغير فرق الجهد بين طرفية (فرق الجهد ألمخرجي للمقوم ) بمقدار يكون :
وعلى أفتراض أن تيار تفريغ المكثف يبقى ثابتاً خلال فترة التفريغ ، فيمكن الاستنتاج أن التغير في مقدار الشحنة الكهربائية المخزونة في المكثف خلال تفريغه هو :
ومن خلال المعادلتين السابقتين نحصل على أن : وكذلك
حيث أن هي سعة المكثف المستخدم في مقوم نصف الموجه و هي سعة المكثف المستخدم في مقوم الموجة كاملة .
** معامل التموج (ripple factor) : يتألف جهد الخرج من مركبتين مركبة الجهد المستمر ومركبة الجهد المتغير أو مايسمى بجهد التموج(Ripple Factor) كما هو موضح في شكل (11)
ملاحظات هامه على عملية التنعيم :-
- ترتفع القيمة المتوسطة للفولطية المخرجية لدائرة التقويم بارتفاع مواسعة المكثف المربوط على مخرج الدائرة ارتفاع مقاومة الحمل (نقص تيار تفريغ المكثف )
- يجب الانتباه إلى قطبية المكثف الالكتروليتي الذي يربط على مخرج دائرة التقويم ، إذ أن ربط المكثف بطريقه معكوسة يؤدي إلى تعطله أو حتى إنفجارة .
- نظراً لقصر الوقت بين كل قمتين متتاليتين لجهد الخرج لموحد الموجة كاملة ، فإن نسبة التموجات في جهد الخرج المنعم لموحد الموجة كاملة تكون أقل من نسبة التموجات في جهد الخرج المنعم لموحد نصف الموجة .
- يمكن تقليل قيمة معامل التموج (تحسن عملية التنعيم) وذلك بزيادة سعة المكثف أو بتخفيض قيمة مقاومة الحمل .
- يجب أن تكون المتسعة المستخدمة لها نفس القيمة العظمى للفولتية الناتجة من التقويم .
يجب أن يكون زمن التفريغ كبير بحيث لا يعود إلى الصفر قبل أن تأتي الموجه التالية
- يمكن ضبط زمن تفريغ المكثف عن طريق ضبط قيمة المقاومة والمكثف.
وفيما يلي شرح مفصل عن المكثفات وأنواعها وتركيبها وبعض خواصها:
يتكون المكثف الكهربي من لوحين من مادة موصلة بينهما مادة عازلة كما هو مبين في الشكل التالي، ويتحدد نوع المكثف على حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فإذا كانت المادة العازلة الموجودة بين لوحي المكثف هي الهواء فيطلق على المكثف في هذه الحالة اسم المكثف الهوائي، وإذا كانت مصنوعة من مادة البلاستيك سمي مكثف بلاستيك، وإذا كانت المادة العازلة من الميكا أطلق على المكثف اسم مكثف ميكا وإذا كانت المادة العازلة من السيراميك أطلق على المكثف اسم المكثف السيراميك، أما إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة بين لوحي المكثف أطلق على المكثف اسم المكثف الكيماوي أو الالكترولتي.
السعة:
تعرف قدرة المكثف على تخزين الشحنة الكهربية بالسعة الكهربية أو السعة ووحدة قياسها الفارد، وتحسب قيمة سعة المكثف كالآتي:
نستنتج من هذا القانون أن اختيار قيمة المكثف في الدائرة الإلكترونية تتحدد بعاملين أساسيين هما سعة المكثف، وقيمة فرق الجهد المطبق على طرفيه، ووحدة قياس سعة الفارد يمكن تقسيمها إلى وحدات أصغر هي:
العوامل المؤثرة على سعة المكثف:
يوجد ثلاثة عوامل أساسية تؤثر على سعة المكثف بصورة مباشرة وهذه العوامل هي:
أ- المساحة السطحية لألواح المكثف (a):
إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادت مساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكس تقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.
ب- المسافة بين الألواح (d):
تقل السعة عندما تزداد المسافة بين الألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثف والمساحة بين ألواحه.
ج- الوسط العازل (المادة العازلة) ε:
تتغير سعة المكثف بتغير المادة العازلة بين الألواح ويعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعملة في صناعة المكثفات. يوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه ابسلونε
مما سبق نجد أن سعة المكثف بدلالة المساحة السطحية للألواح (a) والمساحة بين الألواح d وثابت العزل للمادةالعازلةε يكون:
والجدول التالي يبين قيمة ثابت العزللبعض المواد المستعملة في صناعة المكثفات.
وثابت العزلεفي المعادلة يساوي حاصل ضرب ثابت العزل للهواءمضروب في ثابت العزل النسبي للمواد العازلة، بالتالي تكون
المفاعلة (مقاومة المكثف الأومية):
المكثف الكهربي له مقاومة أومية (لأنها تقاس بوحدة الأوم) تتغير مع التردد(F) وتتناسب عكسيا مع كل من السعةC والترددF ، ويمكن حسابها من القانون التالي:
في حالة التيار المستمر تكون قيمة الترددF تساوي (صفر)، وتكون بالتالي قيمة مقاومة المكثف الأومية كبيرة جدا (ما لا نهاية) وبذلك فإن المكثف يمنع مرور التيار المستمر في الدائرة، بينما يمرر التيار المتغير وهذه الخاصية تعد أهم وظائف استعمالات المكثف في الدائرة الإلكترونية.
توصيل المكثفات على التوازي:
توصل المكثفات على التوازي للحصول على سعة كلية كبيرة تساوي مجموع سعة المكثفات المتصلة على التوازي في الدائرة.
توصيل المكثفات على التوالي:
توصل المكثفات على التوالي للحصول على سعة كلية صغيرة أقل من أصغر سعة مكثف موجودة في الدائرة.
في حالة مكثفين على التوالي فإن السعة الكليةC تساوي
نستنتج مما سبق أنه عند حساب القيمة الكلية لسعة مكثفات موصلة على التوالي يكون طريقة الحساب على عكس المتبع في المقاومات.
أنواع وأشكال المكثفات:
يطلق على المكثف ذي السعة الثابتة (المكثف الثابت)، أما المكثف الذي يمكن تغيير سعته (وذلك بتغيير المساحة المحصورة بين الألواح) فيطلق عليه اسم المكثف المتغير. يوجد أيضا نوع ثالث من المكثفات يمكن أن نتحكم في تغيير سعته، أو يترك دون تعديل لفترات زمنية طويلة ويطلق عليه اسم (مكثف تريمر) الذي قد نلجأ لضبط قيمته عند إجراء أعمال الصيانة والإصلاح في الدائرة الإلكترونية.
والشكل التالي يبين الرموز الاصطلاحية لهذه الأنواع من المكثفات.
بعض الأشكال العملية الشائعة للمكثفات:
يبين الشكل التالي بعض الأشكال العملية الشائعة للأنواع المختلفة التي تم شرحها من المكثفات.
استعمالات المكثف في الدائرة إلكترونية:
1- يستعمل المكثف لإمرار التيار المتغير ومنع مرور التيار المستمر في الدائرة الإلكترونية، حيث يعمل (كمكثف ربط) Coupling أو (مكثف تسريب
2- يستعمل المكثف الكيماوي للشحن والتفريغ في دوائر التنعيم التي تحول التيار المتغير إلى تيار مستمر.
3- يستعمل المكثف الكيماوي كبير السعة في دوائر فلاش كاميرا التصوير حيث يخزن شحنات كهربية عالية، وعندما يفرغ فجأة يعطي الضوء الأبيض الباهر اللازم لعملية التصوير.
4- يستعمل المكثف المتغير على التوازي مع ملف لاختيار المحطات (الترددات) في جهاز الراديو أو جهاز التلفزيون،.
5- يوصل المكثف مع المقاومة في الدائرة الإلكترونية للحصول على أشكال موجات متنوعة ويطلق على الدائرة في هذه الحالة دائرة تفاضل أو دائرة تكامل، كما هو مبين في الأشكال التالية.
شكل توضيحي يبين الفرق بين كلاً من استخدام موحد نصف الموجه ومقوم الموجه كاملة (القنطرة) في حالات تختلف باختلاف مقدار الحمل على كلاُ منهما
رابعاً : عملية التثبيت أو التنظيم (Regulation Process)
بعد دراستنا لعملية تخفيض الجهد في المرحلة الأولى ثم دراسة عملية التقويم في المرحلة الثانية ثم تلاها مرحلة التنعيم سنقوم ألان بدراسة المرحلة الرابعة والأخيرة وهي مرحلة التثبيت
** تعريف :
عملية التثبيت هي الحصول على ثبات عالي لجهد مصدر التغذية بعد مرحلة التنعيم .
** أهميتها:ـ
إن القول بأن جهد المصدر بعد عملية التنعيم يظل ثابتاً بغض النظر عن أي تغيرات للتيار المحول من المصدر غير صحيح في أغلب الأحيان والسبب هو المقاومة الداخلية في مصدر التغذية وبسببها فان الجهد الناتج قد يتغير بدرجة كبيرة عند الجهد المسحوب (زيادة الحمل) ولذلك يجب أن نلاحظ أن هذا التغير في جهد المصدر يكون صغير وقد لا يسب أي مشاكل في بعض الدوائر التي تعمل عليه ولكن في بعض الدوائر الحساسة مثل أجهزة الاختبار والحاسب الآلي فان التغيير الصغير في جهد المصدر قد يؤدي إلى مشاكل كبيرة وسنقوم ألان بمناقشة أحد الطرق التي تستخدم لتثبيت جهد مصادر التغذية (مثبتات الزنر).
مثبتات الزنر (ZENER DIODE REGULATOR):
الثنائي الزنر هو من أبسط الأجهزة المستخدمة في عملية تثبيت الجهد وفي الشكل (12) يمكن ملاحظة منحنى الخواص للزنر وكذلك رمزه العلمي .
إن ثنائي الزنر يماثل في عمله الدايود أو الثنائي العادي في حالة التوصيل الأمامي ولكن ما يميز الزنر عن الثنائي العادي هو أن الزنر عند توصيله توصيلا خلفيا وبزيادة فرق الجهد بين طرفيه إلى نقطة معينة فان الجهد يثبت على طرفي الزنر حتى وان قمنا بزيادة فرق الجهد فانه يظل ثابتا على طرفي الزنر .
يرمز للفولتية التي يعمل عندها الزنر كمثبت بالرمز وتسمى فولطية الانهيار وهذه الخاصية للزنر تجعله مؤهل لان يعمل كمثبت للجهد في الدائرة الموضحة في الشكل (13) .
نلاحظ أن الزنر مربوط على التوالي مع مقاومة لها قيمة معينة فإذا زادة قيمة أعلى من الجهد فان الجهد عبر الزنر يظل ثابتا لذلك فان الفرق بين ، يفقد خلال المقاومة .
ومما يجب الانتباه إليه أن المقاومة ضرورية للحد من تيار الزنر لقيمة آمنة وكلما كان التيار المار بالزنر أقل من القيمة العظمى له فلن يتلف الزنر.
**طريقة عمل أو أداء مثبت الزنر :ـ
من الشكل أعلاه لكي تتضح لنا طريقة عمل الدائرة أكثر فالمقاومة عليها جهد مقدار وهذا الفرق في الجهد يسبب سريان تيار خلال الحمل حينئذ يتوزع التيار ليسري خلال المجموعة المتوازية(مقاومة الحمل وثنائي الزنر) ليكون التيارين ,أي أن .
فإذا زادت قيمة مقاومة الحمل تسبب نقص التيار أو انخفاضه، يسري تيار كبير جدا في الثنائي وتجعل الجهد خلاله ثابت.
وبالمثل إذا ازداد التيار سيقل تيار بالتبعية ليحفظ قيمة Iz ثابتة.
** أشياء يجب تفاديها في مثبت الزنر :
هناك حالتان يجب الانتباه إليهما في دائرة الزنر وهما :ـ
الحالة الأولى:ـ
هناك أعطال شائعة للزنر كالقص خلاله وهذه الأعطال قد تسبب سوء عمل للزنر لكل ما هو أهم من ذلك لأنه لا يمكن التنبه إليه هو أن الزنر يجب أن يعطى توصيل في الاتجاه المعاكس وذلك للحفاظ على جهد ثابت خلال الثنائي وعلى الأقل يجب أن نسري مللي أمبيرات قليلة خلال الزنر في كل الأوقات وإذا أصبحت المقاومة كبيرة جدا أو إذا أصبح الجهد منخفض جدا بحيث ينخفض أقل من مللي أمبيرات قليلة فلن يكون الزنر قادر على حفظ جهد ثابت خلال الحمل ولذلك سينخفض جهد الحمل إلى أقل من الطبيعي .
الحالة الثانية:ـ
الحالة الأخرى التي قد تسبب مشاكل هي التيار الكبير للزنر فإذا أصبح كبيرا جدا بحيث أن القدرة المستهلكة في الزنر تصبح كبيرة فان الزنر سيتلف وقد تنتج زيادة كبيرة للجهد أو الانخفاض الشديد في قيمة المقاومة
من عيوب ثنائي الزنر كمثبت للجهد:ـ
- تولد كمية من الحرارة عندما يكون اجتياح تيار الحمل منخفضا وتحول إلى المرور خلال الزنر وبمعنى أخر فان التعبير (الانهيار) لايعني أن الثنائي قد تلف لكن ببساطة يعني أن الثنائي في حالة توصيل في الاتجاه المعاكس (يمر به تيار) .
قدرة الزنر(power zener) :
تتوفر ثنائيات الزنر في مدى كبير للجهود من ثلاثة إلى مئات الفلتات ، و الأغلفة من حيث الشكل تشبه تلك الخاصة بوحدات السيلكون كذلك بالاعتماد على شدة التيار التي يتحملها الثنائي تتوفر ثنائيات الزنر بالعديد من القدرات بالوات مثل وات .
والقدرة التي يستهلكها الزنر عبارة عن
حيث هو تيار الزنر الأقصى و هو جهد الزنر .
ملاحظه:ـ يمكننا الاستعاضة عن أي زنر ذو قدرة محدودة بزنر أخر بمعدل قدرة اكبر.
مثبتات الجهد القابلة للتحكم
يتكون مثبت الجهد من العديد من القطع الالكترونية كالزينر والمقاومات والترانزستورات والغرض منها هو تنظيم الجهد الكهربائي بأكثر دقه بعد عملية التنعيم وهي تقوم بعمل مثبتات الزنر بل وأكثر كفاءة من حيث قابلية التحكم في فولتية الخرج وكذلك التيار الذي يمر بها قد يصل إلى وكذلك تمتلك مميزات لاتحصرها فقط في مجال التنظيم بل في مجالات عديدة وكل هذا ليس مجال مناقشتنا ولا نريد أن نتعمق أكثر فيها أكثر من اللازم .
ملاحظة: في قسم الملحقات قمنا بإضافة معلومات التصنيع وكذلك الشكل الواقعي لنوع من مثبتات الجهد القابلة للتحكم.
التصميم باستخدام الكمبيوتر
The simulation with computer
By circuit maker program
بعد دراستنا للتحليل النظري بالكامل بكل تفاصيله وحساباته ومعادلاته قمت بالبدء في تصميم مشروعنا وكانت كالأتي :-
عملية التخفيض:
استخدمنا محول كهربائي ثنائي لتحويل الفولتية من 220 فولت إلى 19.5 فولت بحيث أن اعلي تيار يتحمله المحول واحد أمبير.
عملية التقويم :
استخدمت لعملية التقويم أربعة ثنائيات من النوع وقمت بتصميمها لتعمل بنظام موحد القنطرة نظراً للميزات التي يتميز بها موحد القنطرة على باقي الموحدات وهذه الميزات يمكن ملاحظتها من الجدول الأتي :
مقوم نصف موجه
مقوم موجه كاملة ذو محول ثلاثي
مقوم موجة كأمله باستخدام القنطرة
المحول
ثنائي الأطراف
ثلاثي الإطراف (بنقطة تمركز)
ثنائي الأطراف
الثنائيات
واحد
اثنان
أربعه
الجهد العكسي
التكلفة
اقل
أعلى
وسط
الأداء والكفاءة
أقل
وسط
أعلى
عملية التنعيم:
في عملية التنعيم استخدمنا مكثف سعته ذو فولتية .
ملاحظة : كذلك الشكل الحقيقي للمكثف وكذلك أنواع المكثفات وتركيبها موجود في قسم الملحقات .
عملية التنظيم :
نظراً لان هدفنا هو الحصول على جهد مستمر يمكن التحكم في قيمته حسب الحاجة فأني بحثت عن طريقة يمكن من خلالها التحكم في الفولتيه التي حصلنا عليها من ثنائي الزنر لكن وبدون جدوى فشلت كل المحاولات وكانت المشكلة الأساسية التي واجهتني هي حدوث توزيع للجهد أو التيار حسب قاعدة (The Divider Rule) لذلك لجأت إلى منظمات الجهد القابلة للتحكم واستخدمت احد أنواها وهو ذو مقاومة متغيرة من أجل التحكم في فولتية الخرج لتكون متغيرة من فولت إلى فولت و بجدر الإشارة إلى أن الشكل الحقيقي ومعلومات المصنع له موجودة في قسم الملحقات .
من أجل التخلص من فولت حتى يصبح التحكم في الخرج من الصفر قُمت بربط دايودين على التوالي من النوع وبذلك يكون الخرج متغير من 0 فولت إلى 19.6 فولت .
- بعض القطع التي استخدمناها كانت متوفرة لدينا من قبل ولكن بعضها قمنا بشرائها مؤخراً من محلات بيع قطع الغيار الالكترونية في التحرير .
- تم تعديل التصميم بعد أن قمنا بالبحث عن القطع الغير متوفرة لدينا والموجودة في السوق .
بعد أن قمت بتوفير القطع التي استخدمتها في التصميم بشراء بعض منها من التحرير والبعض الأخر كان متوفر لدي قمت بتركيب المشروع على لوحة تجارب فقط ثم عرضتها على الدكتور علي الحمدي الذي كلفني بالمشروع مع بعض زملائي وذلك بعد إحدى محاضراته والذي أشار أن نقوم بتركيبها على لوحه عمليه وان نُكون غلاف مناسب ومتقن ولم ينسى أن يذكرنا بان لاننسا أو نُهمل الجزء النظري وننشغل عنه بالجزء العملي فقط .
انطلاقاً من توجيهات الدكتور وتعليماته وجهت كل انتباهي في بداية الأمر إلى الجزء النظري وبحثت عن عدة مراجع من أماكن عديدة كجامعة العلوم والتكنولوجيا والمكتبة المركزية وبيت الثقافة في التحرير وكذلك مصادر الانترنت التي سلمت جزء منها للدكتور وحرصت كل الحرص على أن يكون البحث بحث نموذجي بمعلوماته العلمية وطريقه ترتيبه وتسلسل الأفكار فيه كل هذا تطلب مني بذل جهد كبير جداُ لأنني لم نتعلم من قبل في دراستنا ألسابقه كيفيه تكوين البحوث والتقارير والحمد لله وبعد إكمالي للبحث سلمناه للدكتور علي ألحمدي قبل امتحانات الفصل الدراسي الثاني لكي يطلع عليه ، وبعد اطلاعه عليه بين لنا بعض التعديلات عليه بطريقة تسلسل المعلومات وكذلك أضافه بعض المعلومات الجديدة وشجعنا بقوله أن بحثنا أفضل بحث أطلع عليه من بين زملائنا .
بعد ذلك قمت بتعديل بحثي حسب توجيهات وتعليمات الدكتور وكذلك قمت بطباعة البحث بالكمبيوتر بنفسي من أجل الاستفادة بتعلم الطباعة وكذلك التنسيقات ، ثم بعد ذلك حولت انتباهي إلى الجزء العملي وبدأت بالتفكير بكيفية تصميم الغلاف الخارجي ومما وُفقت بة إضافة فولتميتر إلى الغلاف الخارجي وهكذا استقر رأيي على التصميم الذي سنشرحه بعد قليل . المهم من كل هذا كله والثمرة التي جنيناها من مشروعنا هذا لم تكن جهاز تغذيه كهربائية ولم تكن ايظاً درجات نسعى ورائها فأجهزة التغذية متوفرة بالسوق بأرخص الأثمان وأكثر كفاءة وكذلك درجات المشروع لم تكن الغاية فالمشروع كان اختياري وليس إجباري ، لكن الثمرة أو المحصول كان اكبر بكثير فقد تعلمنا طريقة البحث الصحيحة والنموذجية كذلك عرفنا كيف يكون التعاون قاعدة لكل نجاح كذلك تعلمنا أننا قادرين على عمل كل شئ نريده ونحتاج فقط للعزيمة والإصرار والصبر وكذلك عدم الاكتراث بما يسود بمحيطنا من اقتناع بعدم النجاح وعدم القدرة على عمل شئ وحتى وان فشلنا لن نتوقف بل نعيد ونعيد حتى يتحقق لنا انجاز.
ا لتصميم الخارجي
كما بينت من قبل بعد اكتمال البحث بدأت بتنفيذ الجزء العملي وقررت أن يكون الغلاف الخارجي من ألواح الخشب الخفيف نسبياً . وكانت القياسات كاالموضحه بالشكل الذي تحت مع ملاحظة أن الرسم الذي تحت ليس دقيقاً لعدم توفر الوقت الكافي لان الوقت غير كافي لنقله إلى الكمبيوتر .
10cm
مقاومه متغيرة
فيوز
فتحة الخرج
ثنائي ضوئي متغير الاضاءة حسب فولتية الخرج
اخذ مني تجهيز الغلاف يومان كاملان بالتعاون مع بعض زملائي وبالطبع الرسم الذي أعلى ناقص مسقطان مسقط حقيقي ومسقط فوقي وكذلك بعض القياسات وذلك لضيق الوقت .
الملحقات
نظراً لان الملاحقات هي عبارة عن ملفات منفصلة لمعلومات القطع المستعملة لم استطع إدراجها ضمن البحث لكن يمنكم الحصول عليها بدخول موقع البحث جوجل (www.google.com) وكتابة الأتي: (data sheet of …………)
حيث يمكنكم وضع مكان النقاط رقم أو اسم أي قطعه نريدها ثم نبحث فنحصل على عدة مواقع تقدم تلك المعلومات اختر أي موقع وقم بالبحث داخ الموقع برقم القطعة وقم بتنزيل(download) الملفات وإذا لم تستطع أرسل لي رسالة على بريدي وأنا سأرسل لك الملفات إلى بريدك .
وأيضا سأرفق صور توضيحيه بسيطة من هذه الملفات في الورقة التالية:
* * معلومات التصنيع للمنضم القابل للتحكم (Lm317 Regulator)وكذلك تركيبه الداخلي وبعض تطبيقاته الأخرى
كانت المراجع التي اعتمت عليها كثيرة منها كتب ككتاب بلوستد باللغة الانجليزية كذلك كتاب إصلاح الأجهزة الالكترونية والكهربائية باللغة العربية
وغيرها كثير قد نسيت أسمائها لان البحث استمر لمدة ثلاثة أشهر
آما مصادر الانترنت فأخذت من موقع نواة مايتعلق بالمحولات وكذلك موقع سعودي لا أتذكر اسمه ولكنه تابع للمعاهد المهنية قمت بتنزيل كتاب الالكتروني وأخذت بعض الصور منه .
كذلك اعتمت على مواقع انجليزية عديدة أخذت منها الأفكار الهامة وبعض الصور ذات الاهميه ولا أنسى أن اذكر أن مصادر مراجع الكتب التي اعتمت عليها كانت أستعيرها من جامعة العلوم والتكنولوجيا أو أقوم بتصوير جزء منها وكذلك وكذلك من المكتبة التابعة لكليتنا والمكتبة المركزية وبيت الثقافة في التحرير وأنا اذكر كل هذه التفاصيل لكي يستفيد منها طلاب اليمن الذين يمكنهم زيارتها وكذلك ترشيد لكل طلاب أمتي إلى أماكن يمكن أن تكون عندهم مشابهه لها وتشجيعهم على زيارتها .
الخاتمة
في الأخير لايسعني إلا أن اشكر من ساعدني في انجاز هذا البحث المتواضع واخص بالذكر
الدكتور علي ألحمدي وزلاملائي الأعزاء منهم الأخ العزيز مختار الدلالي والأخ علي القحطاني
الأخيرة
والله الموفق.
أخوكم /م/ إبراهيم محمد علي معوضه
00967- 77617541
2006/8/8 تاريخ النشر
26-11-2006, 03:18 مساءً
كتاب الالكتروني مجاني عن دوائر التغذيه الكهربائية (power supply)
رد: كتاب الالكتروني مجاني عن دوائر التغذيه الكهربائية (power supply)
رد: كتاب الالكتروني مجاني عن دوائر التغذيه الكهربائية (power supply)
العرض العادي
