انتشرت إلكترونيات القدرة power electronics في البيئات الصناعية، و باتت تقنياتها معتمدة بشكل واسع. حيث أتاحت التحكم بالقدرة الكهربائية و تحويلها من شكل لآخر مرغوب و مطلوب. سنتعرف في هذا المقالبعض التفاصيل عن هذه التقنيات.
ما هي إلكترونيات القدرة power electronics؟
تعد إلكترونيات الطاقة مجالًا فرعيًا من الهندسة الكهربائية يتعامل مع تصميم الطاقة الكهربائية والتحكم فيها وتحويلها من شكل إلى آخر. يتضمن استخدام إلكترونيات الحالة الصلبة ، مثل الترانزستورات والثنائيات ، للتحكم في الطاقة الكهربائية عالية الطاقة ومعالجتها.
يمكن العثور على محولات الطاقة الإلكترونية حيثما كانت هناك حاجة لتعديل شكل الطاقة الكهربائية، أي تعديل الجهد أو التيار أو التردد. بعض الأمثلة على ذلك هي محولات التيار المستمر المستخدمة في العديد من الأجهزة المحمولة، مثل الهواتف المحمولة أو أجهزة المساعد الرقمي الشخصي. ومحولات التيار المتردد / التيار المستمر في أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون. تُستخدم إلكترونيات الطاقة على نطاق واسع للتحكم في مئات ميغاواط من تدفق الطاقة.
أنواع دارات إلكترونيات القدرة power electronics:
تتضمن العناصر و المكونات الرئيسية ما يلي:
- المقومات Rectifiers: تستخدم المعدلات لتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر. غالبًا ما يتم استخدامها في تطبيقات مثل شحن البطارية ومصدر طاقة التيار المستمر وتحويل طاقة التيار المتردد إلى التيار المستمر.
- العاكس Inverters: تقوم هذه المحولات بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة التيار المتردد. يتم استخدامها في تطبيقات مثل مصدر طاقة التيار المتردد ، وتكامل الطاقة المتجددة ، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة.
- محولات(DC-DC converters): تستخدم محولات DC-DC لتنظيم مستويات الجهد بين مصادر التيار المستمر المختلفة. يتم استخدامها في تطبيقات مثل تنظيم الجهد وإدارة البطارية ومطابقة الحمل.
- AC-DC converters: تستخدم محولات AC-DC لتنظيم مستويات الجهد بين مصادر التيار المتردد والتيار المستمر. يتم استخدامها في تطبيقات مثل تحويل الطاقة من التيار المتردد إلى التيار المستمر ، وتكامل الطاقة المتجددة ، وشحن البطارية.
- أجهزة أشباه موصلات الطاقة: تستخدم للتحكم في تدفق الطاقة الكهربائية. وهي تشمل الثنائيات والثايرستور والترانزستورات و MOSFETs. هذه الأجهزة ضرورية لإلكترونيات الطاقة لأنها توفر طريقة سريعة وفعالة لتشغيل وإيقاف الطاقة الكهربائية.
- الملفات والمكثفات: تستخدم الملفات والمكثفات لتخزين وإطلاق الطاقة في الدوائر الإلكترونية للطاقة. إنها تساعد على تنظيم و تنعيم أشكال موجة الجهد والتيار في الدارة، وهو أمر ضروري لتحويل الطاقة المستقر والفعال.
- المحولات: تستخدم المحولات لتصعيد أو خفض مستويات الجهد في الدارات الإلكترونية للطاقة. إنها ضرورية لتكييف مستوى جهد الطاقة الكهربائية مع متطلبات الحمل.
- دارات التحكم: تُستخدم دارات التحكم لتنظيم تشغيل مكونات الطاقة الإلكترونية ولضمان تحويل الطاقة المستقر والفعال. يتم استخدامها للتحكم في تبديل أشباه موصلات الطاقة ، وتنظيم مستويات الجهد والتيار ، وأداء وظائف التحكم الأخرى.
- دارات الحماية: تستخدم لمنع تلف مكونات الطاقة الإلكترونية ولضمان التشغيل الآمن للنظام. يتم استخدامها للكشف عن حالات التيار الزائد والجهد الزائد ودرجة الحرارة الزائدة في الدائرة والاستجابة لها ، مما قد يتسبب في تلف المكونات أو التسبب في مخاطر على السلامة.
تطبيقات إلكترونيات القدرة power electronics:
- تكامل الطاقة المتجددة: تُستخدم إلكترونيات الطاقة في الألواح الشمسية وتوربينات الرياح ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى لتحويل الطاقة المولدة إلى طاقة تيار متردد قابلة للاستخدام يمكن دمجها في شبكة الطاقة.
- النقل الكهربائي: يستخدم في السيارات الكهربائية لإدارة شحن وتفريغ البطارية والتحكم في المحرك الكهربائي وتنظيم تدفق الطاقة في السيارة.
- الإلكترونيات الاستهلاكية: تستخدم في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون ، لتنظيم مستويات الجهد وإدارة مصدر الطاقة.
- محركات وأنظمة التحكم الصناعية: تستخدم في المحركات الصناعية وأنظمة التحكم للتحكم في سرعة وعزم دوران المحركات الكهربائية ، وتنظيم إمدادات الطاقة ، وتحسين أداء النظام.
- تخزين الطاقة: يتم استخدامه في أنظمة تخزين الطاقة ، مثل البطاريات والحذافات ، لتنظيم شحن وتفريغ جهاز تخزين الطاقة ولضمان تحويل الطاقة الفعال والمستقر.
- التحكم في الإضاءة والإضاءة: يستخدم في أنظمة التحكم في الإضاءة والإضاءة لتنظيم مستويات الجهد والتحكم في السطوع وإدارة إمداد الطاقة لأنظمة الإضاءة.
- توزيع الطاقة ونقلها: تستخدم في توزيع الطاقة وأنظمة النقل لتنظيم مستويات الجهد وتحسين كفاءة النظام ومنع فقدان الطاقة.
- المعدات الطبية: تستخدم في المعدات الطبية مثل أنظمة التصوير وأنظمة دعم الحياة والأجهزة العلاجية لتنظيم مستويات الجهد وإدارة مصدر الطاقة وتحسين أداء النظام.
محاسن استخدام إلكترونيات القدرة:
- كفاءة الطاقة: تعمل إلكترونيات الطاقة على تحسين كفاءة الطاقة عن طريق تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر بأقل قدر من الخسائر ، وعن طريق تنظيم مستويات الجهد لتتناسب مع متطلبات الحمل.
- زيادة الموثوقية: إنها تزيد الموثوقية من خلال توفير تحويل ثابت ومتسق للطاقة ، ومن خلال منع تلف المكونات الكهربائية من ظروف التيار الزائد والجهد الزائد ودرجات الحرارة الزائدة.
- تحكم محسّن: يوفر تحكمًا محسّنًا في تدفق الطاقة الكهربائية ، مما يسمح بالتنظيم الدقيق لمستويات الجهد ومستويات التيار وجودة الطاقة.
- زيادة السلامة: تعمل إلكترونيات الطاقة على تحسين السلامة عن طريق منع المخاطر الكهربائية وتوفير الحماية للمكونات الكهربائية من التلف.
- توفير التكاليف: يمكن أن يوفر التكاليف عن طريق تقليل استهلاك الطاقة وزيادة كفاءة النظام وتقليل الحاجة إلى الصيانة والإصلاحات.
- تعدد الاستخدامات: إنه متعدد الاستخدامات ويمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات ، من تكامل الطاقة المتجددة إلى السيارات الكهربائية إلى الإلكترونيات الاستهلاكية.
- تصميم مضغوط: مكونات إلكترونيات الطاقة عادةً ما تكون أصغر حجمًا وأخف وزنًا من المكونات الكهربائية التقليدية ، مما يسمح بتصميمات أكثر إحكاما وانسيابية في الأنظمة الكهربائية.
مستقبل إلكترونيات القدرة:
مستقبل إلكترونيات الطاقة مشرق ، مع العديد من الاتجاهات والتطورات المثيرة المتوقعة في السنوات القادمة:
- زيادة اعتماد الطاقة المتجددة: من المتوقع أن يستمر نمو اعتماد مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الألواح الكهروضوئية وتوربينات الرياح. ستلعب إلكترونيات الطاقة دورًا مهمًا في تمكين دمج الطاقة المتجددة في الشبكة الكهربائية.
- تقنية الشبكة الذكية: من المتوقع أن يلعب تطوير تقنية الشبكة الذكية دورًا مهمًا في مستقبل إلكترونيات الطاقة. سيتم استخدام إلكترونيات الطاقة للتحكم في تدفق الطاقة وضمان الاستقرار والموثوقية ، مما يسمح بإدارة طاقة أكثر كفاءة وفعالية.
- تخزين الطاقة: ستلعب أنظمة تخزين الطاقة ، مثل البطاريات والمكثفات الفائقة ، دورًا متزايد الأهمية في مستقبل إلكترونيات الطاقة. سيتم استخدام إلكترونيات الطاقة لإدارة شحن وتفريغ أنظمة تخزين الطاقة ، مما يضمن أنها تعمل بكفاءة وفعالية.
- السيارات الكهربائية: من المتوقع أن يؤدي نمو سوق السيارات الكهربائية إلى زيادة الطلب على إلكترونيات الطاقة. سيتم استخدام إلكترونيات الطاقة للتحكم في شحن وتفريغ بطاريات السيارات الكهربائية ، مما يسمح بإدارة فعالة وموثوقة للطاقة.
- التصغير والتكامل: من المتوقع أن يستمر الاتجاه نحو التصغير والتكامل في صناعة إلكترونيات الطاقة. سيؤدي ذلك إلى أنظمة أكثر إحكاما وكفاءة ، مما يجعلها أكثر سهولة وفعالية من حيث التكلفة.
- الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة: من المتوقع أن يلعب دمج الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في إلكترونيات الطاقة دورًا مهمًا في المستقبل. سيسمح هذا بالمراقبة والتحكم في الوقت الفعلي لأنظمة الطاقة الإلكترونية ، وتحسين الكفاءة والموثوقية.
في الختام ، من المتوقع أن يكون مستقبل إلكترونيات الطاقة مدفوعًا بنمو الطاقة المتجددة ، وتطوير تقنية الشبكة الذكية ، ونمو سوق السيارات الكهربائية ، والاتجاه نحو التصغير والتكامل. سيلعب تكامل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي أيضًا دورًا مهمًا.
اقرأ المزيد في science sky:
