موصل

الموصل الكهربائي هو نوع من أنواع المرحلات ( المفاتيح الكهربائية ) ذات قدرة عالية ( من حيث التيار والجهد ). يُستخدم عادةً في الدوائر الكهربائية التي تعمل بتيار يزيد عن 15 أمبير أو بقدرة تزيد عن بضعة كيلوواط. يُستخدم الموصل الكهربائي عادةً للتحكم في المحركات الكهربائية ( بادئات تشغيل المحركات المركبة )، والإضاءة ، والتدفئة ، ومكثفات الطاقة ، والمبخرات الحرارية، وغيرها من الأحمال الكهربائية. يتراوح حجم الموصلات الكهربائية من جهاز صغير يمكن حمله بيد واحدة، إلى أجهزة كبيرة يصل طول ضلعها إلى متر تقريبًا.

عادةً ما تحتوي الموصلات على تجهيزات لتركيب كتل اتصال إضافية، مصنفة للعمل التجريبي، وتستخدم في دوائر التحكم في المحركات.

يتكون الموصل من ثلاثة مكونات:

• تُعدّ نقاط التلامس الجزء المسؤول عن نقل التيار في الموصل الكهربائي. وتشمل هذه النقاط نقاط تلامس الطاقة، ونقاط التلامس المساعدة، ونوابض التلامس. ويتم اختيار مادة التلامس بناءً على موصليتها الكهربائية العالية، وقوتها الميكانيكية، وثباتها في ظلّ ظروف التقوس الكهربائي والأكسدة. ومن المعادن الشائعة الاستخدام سبائك التنجستن والموليبدينوم والنحاس وغيرها. فعلى سبيل المثال، قد تستخدم موصلات دوائر المحركات نقاط تلامس مصنوعة من الفضة مع إضافة أكسيد الكادميوم لتحسين المتانة ومقاومة التقوس الكهربائي. ^{[ 1 ]}
• يُوفر المغناطيس الكهربائي (أو " الملف ") القوة الدافعة لإغلاق نقاط التلامس. الغلاف عبارة عن إطار يضم نقاط التلامس والمغناطيس الكهربائي. تُصنع الأغلفة من مواد عازلة مثل الباكليت والنايلون 6 والبلاستيك المتصلد حراريًا لحماية نقاط التلامس وعزلها، ولتوفير قدر من الحماية من لمس الأفراد لها. قد تحتوي الموصلات ذات الإطار المفتوح على غلاف إضافي للحماية من الغبار والزيوت ومخاطر الانفجار والظروف الجوية.
• تستخدم أجهزة إخماد التيار المغناطيسي ملفات إخماد لإطالةالقوس الكهربائي. وهي مفيدة بشكل خاص في دوائر التيار المستمر. تتميز أقواس التيار المتردد بفترات من التيار المنخفض، يمكن خلالها إخماد القوس بسهولة نسبية، بينما تتميز أقواس التيار المستمر بتيار عالٍ مستمر، لذا يتطلب إخمادها إطالة القوس لمسافة أبعد من قوس التيار المتردد ذي التيار نفسه. تعمل أجهزة الإخماد المغناطيسية في موصل ألبرايت الموضح في الصورة (المصمم للتيارات المستمرة) على مضاعفة التيار الذي يمكن للموصل قطعه، حيث يرتفع من 600 أمبير إلى 1500 أمبير.

أحيانًا، تُركّب دائرة مُوفِّرة للطاقة لتقليل الطاقة اللازمة لإبقاء الموصل مغلقًا؛ حيث يُقلِّل مُلامِسٌ مساعدٌ تيار الملف بعد إغلاق الموصل. يتطلب إغلاق الموصل في البداية طاقةً أكبر قليلًا من الطاقة اللازمة لإبقائه مغلقًا. تُوفِّر هذه الدائرة كميةً كبيرةً من الطاقة وتُساعد على تبريد الملف المُشغَّل. تُستخدم دوائر مُوفِّرة الطاقة دائمًا تقريبًا في ملفات موصلات التيار المستمر وفي ملفات موصلات التيار المتردد الكبيرة.

يحتوي الموصل الأساسي على مدخل ملف (يمكن تشغيله إما بتيار متردد أو تيار مستمر حسب تصميم الموصل). كما تتوفر في السوق اليوم ملفات عالمية (تعمل بالتيار المتردد والتيار المستمر). ^{[ 2 ]} يمكن تنشيط الملف بنفس جهد المحرك الذي يتحكم به الموصل، أو يمكن التحكم به بشكل منفصل بجهد ملف أقل، وهو أنسب للتحكم بواسطة وحدات التحكم القابلة للبرمجة وأجهزة التحكم التجريبية ذات الجهد المنخفض. تحتوي بعض الموصلات على ملفات متصلة على التوالي في دائرة المحرك؛ وتُستخدم هذه الملفات، على سبيل المثال، للتحكم التلقائي في التسارع، حيث لا يتم فصل المرحلة التالية من المقاومة إلا بعد انخفاض تيار المحرك. ^{[ 3 ]}

عند مرور التيار الكهربائي عبر المغناطيس الكهربائي ، يتولد مجال مغناطيسي يجذب القلب المتحرك للموصل. يسحب ملف المغناطيس الكهربائي تيارًا أكبر في البداية، حتى تزداد محاثته عند دخول القلب المعدني إلى الملف. يدفع القلب المتحرك الموصل المتحرك، وتحافظ القوة المتولدة من المغناطيس الكهربائي على تماسك الموصلين المتحرك والثابت. عند فصل التيار عن ملف الموصل، تعيد الجاذبية أو نابض القلب إلى وضعه الأصلي، فتفتح الموصلات.

في الموصلات التي تعمل بالتيار المتردد ، يُحاط جزء صغير من القلب بملف تظليل ، مما يؤخر قليلاً التدفق المغناطيسي فيه. ويتمثل تأثير ذلك في تقليل قوة جذب المجال المغناطيسي المتردد، وبالتالي منع القلب من إصدار طنين بتردد ضعف تردد التيار الكهربائي.

نظراً لأن حدوث الشرارة والضرر الناتج عنها يحدث تماماً عند فتح أو إغلاق نقاط التلامس، فقد تم تصميم الموصلات لفتحها وإغلاقها بسرعة كبيرة؛ وغالباً ما توجد آلية نقطة تحول داخلية لضمان العمل السريع.

مع ذلك، قد يؤدي الإغلاق السريع إلى زيادة ارتداد التلامس، مما يتسبب في دورات فتح وإغلاق إضافية غير مرغوب فيها. يتمثل أحد الحلول في استخدام تلامسات متشعبة لتقليل ارتداد التلامس؛ أي تلامسان مصممان للإغلاق في وقت واحد، لكنهما يرتدان في أوقات مختلفة حتى لا تنفصل الدائرة لفترة وجيزة وتتسبب في حدوث شرارة كهربائية.

هناك تقنية أخرى لتحسين عمر الموصلات وهي مسح الموصلات ؛ حيث تتحرك الموصلات متجاوزة بعضها البعض بعد الاتصال الأولي من أجل مسح أي تلوث.

بدون حماية كافية للتلامس ، يتسبب حدوث شرارة كهربائية في تدهور كبير في نقاط التلامس، مما يؤدي إلى تلفها بشكل ملحوظ. يحدث القوس الكهربائي بين نقطتي التلامس (القطبين الكهربائيين) عند انتقالهما من حالة مغلقة إلى حالة مفتوحة (كسر القوس) أو من حالة مفتوحة إلى حالة مغلقة (تكوين القوس). ويكون كسر القوس عادةً أكثر طاقة، وبالتالي أكثر تدميراً. ^{[ 4 ]}

تكون الحرارة المتولدة عن القوس الكهربائي الناتج عالية جدًا، مما يؤدي في النهاية إلى هجرة المعدن الموجود على الموصل مع التيار. وتؤدي درجة الحرارة المرتفعة للغاية للقوس (عشرات الآلاف من الدرجات المئوية) إلى تكسير جزيئات الغاز المحيطة، مما ينتج عنه الأوزون وأول أكسيد الكربون ومركبات أخرى. وتدمر طاقة القوس معدن الموصل ببطء، مما يتسبب في تسرب بعض المواد إلى الهواء على شكل جزيئات دقيقة. ويؤدي هذا النشاط إلى تدهور المادة الموجودة في الموصلات بمرور الوقت، مما يؤدي في النهاية إلى تعطل الجهاز. على سبيل المثال، يبلغ العمر الافتراضي للموصل المُستخدم بشكل صحيح ما بين 10000 و100000 عملية تشغيل عند تشغيله بالطاقة؛ وهو أقل بكثير من العمر الميكانيكي (بدون طاقة) لنفس الجهاز، والذي قد يتجاوز 20 مليون عملية تشغيل. ^{[ 5 ]}

معظم موصلات التحكم في المحركات ذات الفولتية المنخفضة (600 فولت أو أقل) هي موصلات هوائية؛ حيث يحيط الهواء عند الضغط الجوي بالموصلات ويطفئ القوس الكهربائي عند قطع الدائرة. أما وحدات التحكم الحديثة في محركات التيار المتردد متوسطة الفولتية فتستخدم موصلات تعمل بالفراغ. وقد تستخدم موصلات التيار المتردد عالية الفولتية (أكثر من 1000 فولت) الفراغ أو غازًا خاملًا حول الموصلات. بينما لا تزال موصلات التيار المستمر عالية الفولتية (أكثر من 600 فولت ) تعتمد على الهواء داخل قنوات مصممة خصيصًا لكسر طاقة القوس الكهربائي. ويمكن عزل قاطرات الكهرباء عالية الفولتية عن مصدر الطاقة العلوي بواسطة قواطع دوائر مثبتة على السطح تعمل بالهواء المضغوط؛ ويمكن استخدام مصدر الهواء نفسه لإخماد أي قوس كهربائي يتشكل. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

تُصنّف الموصلات الكهربائية بناءً على تيار الحمل المصمم لكل قطب، ^{[ 8 ]} وأقصى تيار تحمل للأعطال، ودورة التشغيل، والعمر الافتراضي التصميمي، والجهد، وجهد الملف. قد يكون موصل التحكم في المحركات للأغراض العامة مناسبًا لبدء تشغيل المحركات الكبيرة؛ أما موصلات "الأغراض المحددة" فتُصمم بعناية لتطبيقات مثل بدء تشغيل محركات ضواغط مكيفات الهواء. تتبع تصنيفات الموصلات في أمريكا الشمالية وأوروبا فلسفات مختلفة، حيث تُركز موصلات أدوات الآلات للأغراض العامة في أمريكا الشمالية عمومًا على سهولة الاستخدام، بينما تُركز فلسفة تصنيف موصلات الأغراض المحددة والأوروبية على التصميم لدورة الحياة المقصودة للتطبيق.

عند تشغيل سلسلة من الموصلات بالتتابع، يمكن استخدام عمود الكامات بدلاً من المغناطيسات الكهربائية الفردية. ويمكن تشغيل عمود الكامات بواسطة محرك كهربائي أو أسطوانة هوائية. قبل ظهور الإلكترونيات الصلبة ، كان نظام عمود الكامات شائع الاستخدام للتحكم في سرعة القاطرات الكهربائية . ^{[ 12 ]}

• أنتونينو دافيو، خوسيه ألفونسو (2014). المقاول (تقرير). اتش دي ال : 10251/38926 .
• الوسائط المتعلقة بالمقاولين على ويكيميديا ​​كومنز