في نظام الطاقة الحديث والمعدات الإلكترونية الحديثة، المفاعل كمكون كهربائي مهم، يتم استخدام تطبيقه على نطاق واسع ودوره مهم. يلعب المفاعل بشكل أساسي دور تغيير معاوقة دائرة التيار المتردد، وبالتالي تحقيق عزل الدائرة، وموازنة الجهد، وتعزيز التيار، وتقييد التيار، وتخزين الطاقة الكهربائية وغيرها من الوظائف. في هذه الورقة، سنتناول بالتفصيل تعريف المفاعل ودوره ومبدأ عمله وتطبيقه، بهدف تزويد القراء بفهم شامل ومتعمق.

ثانيًا، تعريف المفاعل

المفاعل هو مكون رئيسي للدائرة الكهربية، وتشكل المقاومة والسعة معاً المكونات الأساسية للدائرة. وهو يستخدم بشكل أساسي خصائص الحث، أي أنه عندما يتدفق التيار في ملف حثي يتولد مجال مغناطيسي، والتغيرات في المجال المغناطيسي تولد جهداً كهربائياً، والذي بدوره يعيق التغيرات في التيار. المفاعل هو في الأساس محث كبير، وظيفته حجب التردد العالي من خلال التردد المنخفض.

ثالثًا، دور المفاعل

دائرة العزل

يمكن للمفاعل عزل الدائرة، بحيث تكون دائرة التحويلة الإلكترونية، وذلك لتجنب تجمع عدد كبير من الإلكترونات في الدائرة لتقليل حمل الدائرة، لضمان التشغيل العادي للدائرة. في أجهزة التلفزيون وغيرها من الأجهزة عالية التردد، المفاعل كعزل لمكونات التيار المستمر لمنع تدفق التيار المستمر من خلاله، وبالتالي منع نفاد الصورة وغيرها من الحالات.

موازنة الجهد

في أنظمة الطاقة، تعتبر موازنة الجهد مهمة جدًا للتشغيل العادي والمستقر لشبكة الطاقة. يمكن استخدام المفاعلات لموازنة الجهد وتقليل فرق الجهد بين المراحل. تحافظ المكثفات والمفاعلات في شبكة الطاقة على توازن الجهد وتمنع حدوث أعطال في الخط الزائد.

التيار المحسّن

عندما تتطلب الدائرة مستوى معين من تيار التعزيز، يمكن للمفاعل توفير قيمة أعلى من التيار للحفاظ على استقرار الدائرة. وهذا التعزيز للتيار مهم بشكل خاص في أنظمة الطاقة لضمان التشغيل المستقر للشبكة.

الحد من التيار المحدود

يمكن للمفاعلات أيضًا أن تحد من التيار، ويمكن استخدامها للحد من كمية التيار المتدفق عبرها، وبالتالي حماية المكونات الأخرى في الدائرة من التلف الناجم عن الحمل الزائد للتيار. هذا التحديد للتيار مهم في حماية المعدات الكهربائية من التلف.

تخزين الطاقة الكهربائية

عندما تحتاج الدائرة إلى مستوى معين من الطاقة الاحتياطية، يمكن للمفاعل تخزين كمية معينة من الطاقة، وبالتالي ضمان التشغيل الطبيعي للدائرة. ويكتسي هذا التخزين للطاقة أهمية خاصة في أنظمة الطاقة لتوفير إمدادات طاقة مستقرة عندما يتذبذب الحمل على الشبكة.

تحسين معامل القدرة وإدارة التوافقيات

المفاعل مناسب لتعويض الطاقة التفاعلية ونظام إدارة التوافقيات، ويمكنه تحسين عامل الطاقة، والترشيح التوافقي لمنع تشويه شكل موجة جهد الشبكة، وبالتالي تغيير جودة الشبكة وضمان التشغيل الآمن لنظام الطاقة.

مبدأ عمل المفاعل

يعتمد مبدأ عمل المفاعل على الطبيعة الاستقرائية للتيار المتردد ومبدأ تخزين الطاقة. ويتكون بشكل أساسي من ملف وقلب حديدي. عندما يمر التيار المتردد عبر الملف، يتولد مجال مغناطيسي، ويولد تغير المجال المغناطيسي قوة دافعة كهربائية تعيق تغير التيار. وتعرف هذه الإعاقة للتيار باسم الاستجابة الاستقرائية، والتي يقوم المفاعل من خلالها بضبط مقاومة الدائرة.

وعلى وجه التحديد، يمكن تلخيص مبدأ عمل المفاعل على النحو التالي:

الاقتران الاستقرائي: الملف في المفاعل حثي بطبيعته وعندما يتغير التيار عبر الملف، يحدث الحث الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى جهد كهربائي. تعيق هذه القوة الدافعة الكهربائية التغير في التيار وبالتالي تعمل كجهاز تحكم في التيار.

استجابة التردد: المفاعلات لها معاوقات مختلفة للتيارات ذات الترددات المختلفة. عند الترددات المنخفضة، يكون للمحرِّض مقاومة كبيرة يمكن أن تعيق تدفق التيار؛ بينما عند الترددات العالية، على الرغم من أن مقاومة المحرِّض لا تزال موجودة، فإن مقاومة المكثف ستزداد، مما قد يعيق تدفق التيار أيضًا. لذلك، من خلال ضبط معلمات المفاعل، يمكن تحقيق التحكم في التيار عند الترددات المختلفة.

تخزين الطاقة: عندما يتم تنشيط مصدر الطاقة، يتدفق تيار التيار المتردد عبر الملف مولداً مجالاً مغناطيسياً متحولاً يسبب تغيراً في التيار في الملف، مما يعيق تدفق تيار التيار المتردد. ويعمل هذا العائق للتيار في الواقع على تخزين الطاقة الكهربائية في المجال المغناطيسي. وعندما يتغير اتجاه التيار، يتغير المجال المغناطيسي تبعًا لذلك، مما يؤدي إلى تحرير الطاقة المخزنة وخلق قوة دافعة كهربية عكسية لإعاقة التغير في التيار. تمكِّن عملية تخزين الطاقة وإطلاقها هذه المفاعل من تغيير مقاومة الدائرة الكهربية.

خامسًا، تطبيق المفاعل

للمفاعل في نظام الطاقة والمعدات الإلكترونية والتحكم الصناعي مجموعة واسعة من التطبيقات. ففي أنظمة الطاقة، تُستخدم المفاعلات في المحطات الفرعية وخطوط النقل وما إلى ذلك، لتثبيت الدوائر وتحسين جودة شبكات الطاقة؛ وفي المعدات الإلكترونية، تُستخدم المفاعلات لكبح الضوضاء والتداخل الكهرومغناطيسي؛ وفي التحكم الصناعي، تُستخدم المفاعلات للتحكم في المحركات عند تشغيلها وإيقافها، وهكذا.

سادسًا. الخاتمة

باختصار، يلعب المفاعل، باعتباره مكونًا كهربائيًا مهمًا، دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في أنظمة الطاقة والمعدات الإلكترونية. إنه يحقق وظائف عزل الدائرة، وموازنة الجهد، وتعزيز التيار، والحد من التيار، وتخزين الطاقة الكهربائية عن طريق تغيير مقاومة دائرة التيار المتردد. في الوقت نفسه، يعتمد مبدأ عمل المفاعل على الطبيعة الاستقرائية للتيار المتردد ومبدأ تخزين الطاقة، ويتم تحقيق التحكم في الدائرة وتحسينها من خلال آليات الاقتران الاستقرائي واستجابة التردد وتخزين الطاقة. مع التطوير المستمر لأنظمة الطاقة والمعدات الإلكترونية، فإن آفاق تطبيق المفاعلات ستكون أوسع.