أحسنت! وصلت إلى ختام الفصل الخامس: مجهزات القدرة الكهربائية Power Supply

وزاري: ٢٠٢٥ د٢ ، ٢٠٢٤ د٢

تعرف جودة التغذية الكهربائية بأنها الكهرباء التي يمكنها أن تشغّل أجهزتك بأمان وموثوقية، أي أن الانحرافات في قيمة الجهد والتردد تكون في حدود القيم القياسية المسموحة. فإذا كان مصدر التغذية غير كافٍ لتشغيل الأجهزة الحساسة فهذا يؤدي إلى انهيارها (جودة التغذية سيئة)، أما إذا كان كافياً لتشغيلها دون أي تغيير في قيم الجهد فجودة التغذية جيدة.

وزاري: ٢٠٢٤ د١

أمان ، موثوقية

وزاري: ٢٠٢٥ د١ ، ٢٠٢٤ د٢ ، ٢٠٢٣ تمهيدي ، ٢٠٢٢ د١ ، ٢٠٢١ د٢ ، ٢٠٢١ تمهيدي ، ٢٠١٩ د١ ، ٢٠١٨ د١ ، ٢٠١٨ د٣ ، ٢٠١٧ تمهيدي

كاتم الحالات العابرة (Surge Suppressor) هو وسيلة أو أداة تصمم لحماية (Protection) الأجهزة الكهربائية من الفولتيات الحادة المفاجئة (Spike Voltage)، ويسمى أحياناً مرشحات تبدلات التيار المفاجئة، وهو أحد الأجهزة المهمة للحصول على تغذية كهربائية جيدة. ويتكون من مجموعة من العناصر الإلكترونية التي تقوم بتثبيت قيم التيار المرتفع بشكل مفاجئ، وتقوم المرشحات (Filters) بحماية الحواسيب والأجهزة الكهربائية من الأضرار الناتجة عن تبدلات التيار المفاجئة والاضطرابات (التشويش) التي يتعرض لها التيار المتناوب. وله أشكال متنوعة وأحجام مختلفة تعتمد على الشركة المصنعة وعلى مقدار التيار المار فيه.

وزاري: ٢٠٢٥ د٢

حماية ، الفولتيات الحادة المفاجئة (Spike Voltage)

وزاري: ٢٠١٦ تمهيدي

حماية ، الفولتيات الحادة المفاجئة

وزاري: ٢٠١٩ تمهيدي

كاتم الحالات العابرة (Surge Suppressor)

وزاري: ٢٠٢٠ تمهيدي ، ٢٠١٧ د٣ ، ٢٠١٧ تمهيدي ، ٢٠١٦ د٣ ، ٢٠١٥ إقليم د١

(UPS) هو جهاز كهربائي يقوم بتمرير الطاقة الكهربائية الداخلة عليه إلى أجهزة الحاسوب الموصولة معه (علبة النظام Case والشاشة) دون أن يغير فيها أي شيء، وفي الوقت نفسه يخزن الطاقة الكهربائية داخل بطاريات خاصة موجودة بداخله خلال فترة تشغيله، والتي توفر استمرار مرور التيار الكهربائي في الحاسوب عند انقطاع مصدر التغذية لفترة زمنية معينة.

أهميته: يزود الحاسوب بالطاقة باستمرار وبدون انقطاع لفترة زمنية، ويستخدم في المستشفيات والبنوك ومواقع الحاسوب الرئيسة، ويساعد على تنظيم التيار الداخل إلى الحاسوب نتيجة زيادة أو انخفاض الفولتية بشكل سريع مما يحافظ على مكونات الحاسوب.

وزاري: ٢٠٢٦ د١ ، ٢٠٢٥ د٢ ، ٢٠٢٣ تمهيدي ، ٢٠١٨ د٣ ، ٢٠١٧ د٢ ، ٢٠١٧ د٣ ، ٢٠١٧ تمهيدي ، ٢٠١٥ د٢

١) بوجود الكهرباء الوطنية: مع وجود الكهرباء الوطنية يكون جهاز (UPS) متصلاً بمدخل المصدر الكهربائي الرئيسي للحاسوب (الشكل ٥-٣)؛ يستمر شحن البطارية وتتوقف مرحلة العاكس (Inverter) الذي يعمل على تحويل التيار المستمر (DC) إلى تيار متناوب (AC)، بينما يعمل الشاحن على تحويل التيار المتناوب (AC) إلى تيار مستمر (DC) لشحن البطارية.

٢) عند انقطاع المصدر الكهربائي: في حالة انقطاع المصدر الكهربائي (AC) تعمل البطارية على تشغيل العاكس (Inverter) لتوليد الفولتية (AC) بالقيمة 220V وبالتردد 50Hz الذي يوصل إلى مدخل جهاز الحاسوب (الشكل ٥-٤)، ويستمر بالعمل لفترة من الزمن تعتمد على كمية شحن البطارية وسعتها ومقدار القدرة لجهاز (UPS).

تكبير

تكبير

وزاري: ٢٠٢٢ د١ ، ٢٠٢٠ تمهيدي

يتكون جهاز (UPS) من: محولة، ومقوم، ومنظم جهد كهربائي، وبطاريات، وشاحن للبطاريات، ودائرة تحكم إلكترونية مزودة بمعالج (CPU)، ويوجد أيضاً نظام يقوم بفلترة الكهرباء أي تنقيتها لإتمام الجهد الكهربائي الخارج المطلوب (الشكل ٥-٦).

وزاري: ٢٠١٧ د١

هناك طريقة رياضية لحساب القدرة المطلوبة لجهاز (UPS) من خلال قدرة مجهز القدرة للحاسوب؛ فإذا كان مجهز القدرة قدرته 400 واط نقسم هذه القيمة على الرقم 0.62 فينتج قدرة جهاز (UPS) وهي 645 VA أو أقرب قيمة لها. ويفضل أن تكون قدرة الجهاز: للجهاز المتوسط الأداء (550–600) فولت أمبير، وللجهاز العالي الأداء (800–1000) فولت أمبير.

وزاري: ٢٠١٧ د١

يعتمد وقت التشغيل لبطاريات (UPS) على نوعها وحجمها ومعدل التفريغ وكفاءة العاكس، وتمثل السعة الكلية لبطارية (الرصاص – الحامض) (Lead-Acid Battery) معدل أداء التفريغ، ولهذا توجد أنواع وأحجام مختلفة لهذه البطاريات.

ومن ذلك أن البطارية القديمة لا تعمل عند انقطاع المصدر (التمرين ١٩)، ويمكن زيادة وقت العمل بتوصيل بطارية سيارة (12 فولت) (التمرين ١٨).

وزاري: ٢٠٢٦ تمهيدي ، ٢٠٢٢ تمهيدي

220V ، 50Hz

وزاري: ٢٠٢١ د٢

العاكس (Inverter)

وزاري: ٢٠١٨ د١ ، ٢٠١٦ د١

التيار المتناوب (AC) ، تيار مستمر (DC)

وزاري: ٢٠٢٥ د١

التفريغ ، العاكس

وزاري: ٢٠٢٤ د١

الشركات المصنعة ، قدرته

وزاري: ٢٠٢٥ د٢ ، ٢٠٢٤ د١ ، ٢٠٢١ د٢ ، ٢٠٢١ تمهيدي

الأنواع: (Standby) Off Line UPS ، Line Interactive UPS ، True On Line Double Conversion UPS ، Online UPS (Delta-Conversion) ، أجهزة (UPS) ذات الأحمال العالية.

١- جهاز (Standby) Off Line UPS: جهاز يستخدم فيه أقل التقنيات الممكنة، إذ يحوي بطاريات ويقوم بتوصيل القدرة الكهربائية مباشرة إلى الجهاز الإلكتروني المتصل به (الشكل ٥-٩).

٢- جهاز Line Interactive UPS: جهاز يستخدم تقنيات تكنولوجية متقدمة، إذ يحوي بطاريات ومنظماً كهربائياً يمكن بواسطته تنظيم وتعديل جهد الخرج الكهربائي، ويوجد فيه دوائر إلكترونية خاصة لتنظيف وتنعيم الطاقة من المشاكل، وهو ما يسمى (AVR) Automatic Voltage Regulation، وبذلك تعطي حماية أكبر للأجهزة المتصلة بها (الشكل ٥-١٠).

٣- جهاز True On Line Double Conversion UPS: هو أحدث ما توصلت له التكنولوجيا في مجال وحدات عدم انقطاع التيار الكهربائي، فهو يعطي طاقة كهربائية معيارها دقيق جداً بواسطة الأخذ من المصدر الموجود داخل الـ (UPS) إلى الجهاز المتصل به (الشكل ٥-١١).

٤- جهاز Online UPS: تسمى أحياناً وحدات عدم انقطاع التيار الكهربائي الحقيقية (True UPS)، والميزة الكبيرة في هذه الأجهزة أن الطاقة فيها تأتي من البطارية فسُمّيت (Delta-Conversion Online UPS) وهي تقلل من استهلاك الطاقة الكهربائية (الشكل ٥-١٢).

٥- أجهزة (UPS) ذات الأحمال العالية: مصممة لتزويد الطاقة الكهربائية للأجهزة الإلكترونية كبيرة الحجم وذات الاستهلاك الكبير للطاقة لحين رجوع تيار التغذية، وخاصة بعض الأنظمة الحساسة التي لا تقبل أي توقف في العمل، وقد توجد معها مولدات كهربائية تعمل بالوقود وبقدرات تختلف حسب الحاجة، وتستخدم في المنشآت الكبيرة وشركات تقنية المعلومات ذات الوظائف المهمة.

وزاري: ٢٠٢٦ د١ ، ٢٠٢٥ تمهيدي

جهاز (Standby) Off Line UPS: جهاز يستخدم فيه أقل التقنيات الممكنة، إذ يحوي بطاريات ويقوم بتوصيل القدرة الكهربائية مباشرة إلى الجهاز الإلكتروني المتصل به (الشكل ٥-٩).

وزاري: ٢٠٢٦ تمهيدي

جهاز Line Interactive UPS: جهاز يستخدم تقنيات تكنولوجية متقدمة، إذ يحوي بطاريات ومنظماً كهربائياً يمكن بواسطته تنظيم وتعديل جهد الخرج الكهربائي، ويوجد فيه دوائر إلكترونية خاصة لتنظيف وتنعيم الطاقة من المشاكل، وهو ما يسمى (AVR) Automatic Voltage Regulation، وبذلك تعطي حماية أكبر للأجهزة المتصلة بها (الشكل ٥-١٠).

وزاري: ٢٠٢٥ د١

جهاز Online UPS: تسمى أحياناً وحدات عدم انقطاع التيار الكهربائي الحقيقية (True UPS)، والميزة الكبيرة في هذه الأجهزة أن الطاقة فيها تأتي من البطارية فسُمّيت (Delta-Conversion Online UPS) وهي تقلل من استهلاك الطاقة الكهربائية (الشكل ٥-١٢).

وزاري: ٢٠٢٣ تمهيدي

أقل ، القدرة الكهربائية

وزاري: ٢٠٢٤ د٢

بطاريات ، منظماً كهربائياً (AVR)

وزاري: ٢٠٢٥ تمهيدي ، ٢٠٢٤ د٢ ، ٢٠٢٢ تمهيدي ، ٢٠٢١ د١ ، ٢٠١٩ تمهيدي ، ٢٠١٨ د١ ، ٢٠١٨ تمهيدي ، ٢٠١٥ د٢ ، ٢٠١٥ إقليم د٢

مجهز القدرة (Power Supply) هو جهاز محول كهربائي متعدد الجهود يعمل على تحويل الجهد الكهربائي المتغير في مآخذ المنازل (220 أو 110 فولت) إلى مجموعة من الجهود ذات القيم المختلفة وتكون جهوداً مستمرة (DC) مناسبة لتشغيل جهاز الحاسوب، وهو أيضاً مسؤول عن توزيع القدرة على المكونات الداخلية للحاسوب، ويعتبر من المكونات الأساسية إذ إنه مصدر الطاقة الكهربائية لجميع مكونات النظام مثل محركات الأقراص والمعالج واللوحة الأم. فهو غالباً ما يحول الجهد والتيار المتردد (220V, 50Hz) إلى تيار ثابت بجهود مختلفة.

إن وحدة التغذية الموجودة في صندوق الحاسوب (Case) من أهم المكونات المادية للجهاز، فعطلها يعني عدم تشغيل الحاسوب بالكامل، ومجهز القدرة ليس وحدة منطقية يتعامل معها المعالج بشكل مباشر ولا تدخل في عملياته المنطقية والحسابية. ويكون (Power Supply) بقدرة تتراوح من (250 Watt) أو (400 Watt) في العادة وحسب المكونات المادية للحاسوب. ويقوم بتحويل الفولتيات والتيار المتناوب (AC) الرئيسي إلى فولتيات وتيارات مستمرة (DC) مستقرة ومنتظمة (Regulated) واطئة تغذي جميع المكونات المادية للحاسوب، ويصمم عادة بطريقة مجهز القدرة المتقطع (SMPS) Switched Mode Power Supply.

وزاري: ٢٠١٩ د١

١- في دائرة التقويم يتم تحويل فولتية (AC) إلى فولتية (DC) تسلط على دائرة التقطيع (Switching) المكونة من ترانزستور القدرة والملف الابتدائي لمحولة الخرج للحصول على عدة فولتيات مختلفة متناوبة (AC)، تقوّم وترشح وهي (+12V, -12V, +5V, -5V, 3.3V).

٢- تعمل دائرة التحكم بدائرة التقطيع للسيطرة على عمل ترانزستور القدرة، وتكون جميع الفولتيات الخارجة مستقرة بسبب استخدام الدوائر الإلكترونية للتنظيم (Regulation).

٣- بعض مجهزات القدرة لها مفتاح اختيار فولتية المصدر 220V / 110V، وبعضها لها مفتاح تلقائي لتغيير فولتية المصدر.

تكبير

وزاري: ٢٠٢٦ تمهيدي ، ٢٠٢٥ د١ ، ٢٠٢٢ د١ ، ٢٠٢١ د٢ ، ٢٠٢٠ تمهيدي ، ٢٠١٧ د٢ ، ٢٠١٧ د٣ ، ٢٠١٧ تمهيدي ، ٢٠١٦ د١ ، ٢٠١٦ د٣ ، ٢٠١٥ د٢ ، ٢٠١٥ إقليم د١ ، ٢٠١٥ إقليم د٢

يتكون مجهز القدرة من عدة دوائر وعناصر إلكترونية هي:

١- دائرة التوحيد: هي الدائرة التي تقوم بتحويل التيار المتناوب (AC) إلى تيار مستمر (DC)، وتتكون من مجموعة من العناصر الإلكترونية، وأهم عنصر فيها هو الثنائي السيليكوني (Silicon Diode).

٢- المحولة: جزء مهم في دوائر مجهز القدرة تقوم بتحويل القيم العالية للجهد إلى قيم أوطأ بعد مرور التيار الكهربائي من خلالها.

٣- المقاومات: مجموعة من المقاومات المختلفة القيم المثبتة على اللوحة الرئيسة في مجهز القدرة، مهمتها إعاقة التيار لتقليل الجهد، وتنتج منها معظم المشاكل لسرعة تلفها، وتقاس هذه المقاومة بالألوان.

٤- المكثفات: يحتوي مجهز القدرة على الكثير من المكثفات، إذ تحتوي دائرة التوحيد مثلاً على مكثفات تفيد في تنعيم موجة التيار المتناوب وغيرها.

٥- الترانزستور: من أهم المكونات في مجهز القدرة، ويحتوي مجهز القدرة على أنواع مختلفة منه مثل ترانزستور (Mosfet).

٦- الملف (Coil): سلك معزول مكون من عدد معين من اللفات للحماية من التيارات العالية.

٧- الفاصم (الفيوز): يمكن تسميته بالمصهر، مهمته الحماية ضد زيادة التيار.

٨- الدوائر المتكاملة (IC): توجد في مجهز القدرة دوائر متكاملة تتكون من مجموعة من الترانزستورات تقوم بوظائف كثيرة كبوابات كهربائية حسب موقعها من الدوائر الإلكترونية داخل مجهز القدرة.

٩- المروحة: تقع مروحة التبريد الرئيسة في الحاسوب ضمن وحدة التغذية، إذ تساعد في تبريد وحدة التغذية وتمنعها من الاحتراق كما تساعد على تبريد علبة النظام.

وزاري: ٢٠٢٤ د١ ، ٢٠٢٣ تمهيدي

دائرة التوحيد: هي الدائرة التي تقوم بتحويل التيار المتناوب (AC) إلى تيار مستمر (DC)، وتتكون من مجموعة من العناصر الإلكترونية، وأهم عنصر فيها هو الثنائي السيليكوني (Silicon Diode).

وزاري: ٢٠١٩ د١

المحولة: جزء مهم في دوائر مجهز القدرة تقوم بتحويل القيم العالية للجهد إلى قيم أوطأ بعد مرور التيار الكهربائي من خلالها.

وزاري: ٢٠١٨ تمهيدي

المكثفات: يحتوي مجهز القدرة على الكثير من المكثفات، إذ تحتوي دائرة التوحيد مثلاً على مكثفات تفيد في تنعيم موجة التيار المتناوب وغيرها.

وزاري: ٢٠١٩ تمهيدي ، ٢٠١٥ إقليم د١

المروحة: تقع مروحة التبريد الرئيسة في الحاسوب ضمن وحدة التغذية، إذ تساعد في تبريد وحدة التغذية وتمنعها من الاحتراق كما تساعد على تبريد علبة النظام.

وزاري: ٢٠٢١ تمهيدي

المتناوب (AC) ، المستمر (DC) ، الثنائي السيليكوني (Silicon Diode)

وزاري: ٢٠٢٥ تمهيدي ، ٢٠١٨ د٣

التيار المتناوب (AC) ، التيار المستمر (DC)

وزاري: ٢٠٢٠ تمهيدي

الجهد المتناوب (AC) 220V / 50Hz ، تيار ثابت (DC) بجهود مختلفة

وزاري: ٢٠٢٦ د١

القيم العالية ، قيم أوطأ

وزاري: ٢٠٢٦ تمهيدي ، ٢٠٢٥ د١ ، ٢٠١٧ د٢ ، ٢٠١٧ د٣ ، ٢٠١٧ تمهيدي ، ٢٠١٥ إقليم د١

دائرة التوحيد ، المحولة ، المقاومات ، المكثفات (وكذلك الترانزستور والملف والفاصم والدوائر المتكاملة والمروحة)

وزاري: ٢٠٢٤ د٢ ، ٢٠٢١ د٢ ، ٢٠١٨ د١ ، ٢٠١٦ د١ ، ٢٠١٥ د١ ، ٢٠١٥ إقليم د٢

١- لابد من إغلاق الجهاز قبل العمل في علبة وحدة النظام (System Unit).

٢- المس أي جزء معدني بيدك لتفريغ الشحنات الكهربائية الموجودة بجسمك.

٣- لا تلمس أي مكونات في الدوائر الإلكترونية داخل الجهاز حتى لا تصاب هذه الدوائر بالتلف.

٤- يجب تغطية جهاز الحاسوب لمنع دخول الأتربة إليه (وبضمنه مجهز القدرة) بعد الانتهاء من العمل بواسطة الغطاء المخصص له.

وزاري: ٢٠٢٦ د١ ، ٢٠٢١ تمهيدي ، ٢٠٢٠ تمهيدي ، ٢٠١٨ د١ ، ٢٠١٨ د٣ ، ٢٠١٧ د١ ، ٢٠١٧ د٢ ، ٢٠١٦ تمهيدي ، ٢٠١٥ د٢ ، ٢٠١٥ إقليم د١

السبب: المروحة متسخة.

المعالجة: تنظيف المروحة بإزالة الغبار عنها، ثم إزالة اللاصق من على المروحة، ثم وضع نقطة زيت على محور الجزء الدوار للمروحة. واستخدم الهواء المضغوط لتنظيف الفتحات الخارجية لوحدة التغذية ثم الفتحات الداخلية، وأيضاً لتنظيف الأماكن المخصصة للمحركات وأخيراً المنافذ الخارجية للغلاف (الشكل ٥-٢٤).

وزاري: ٢٠٢٥ تمهيدي ، ٢٠٢٢ تمهيدي ، ٢٠١٩ د١ ، ٢٠١٩ تمهيدي ، ٢٠١٨ تمهيدي ، ٢٠١٧ د١ ، ٢٠١٥ إقليم د١

من الأعطال الشائعة وأسبابها:

١- تحميل مجهز القدرة بأحمال أكثر من قدرة الجهاز.

٢- ارتفاع الحرارة داخلها، ويمكن أن يكون بسبب أن المروحة غير قادرة على الأداء لسوء نوعيتها.

٣- العمر الطويل للقطع الذي يؤدي إلى استهلاك مكوناتها الداخلية، لذلك ينصح باستبدالها بشكل دوري مرة واحدة في السنة.

٤- تغير الجهد الكهربائي الواصل إليها من المصدر بشكل مفاجئ.

٥- تولد الحرارة الزائدة في الموصلات والمحولات نتيجة مرور تيارات التوافقيات بها والتي ترددها أعلى من التردد الأساسي.

٦- ارتفاع التيارات المارة بمسار التعادل.

٧- التشغيل الخاطئ لدوائر التحكم بالمعالج الدقيق كون الفولتيات الخارجة غير مستقرة، ويمكن علاج هذه الحالة بتركيب مرشح على مصدر التغذية.

٨- من الأعطال الشائعة عطل الفاصم (الفيوز) الموجود داخله.

المعالجة: تنظيف المروحة والفتحات بالهواء المضغوط، واستبدال القطع (الفاصم، المتسعات التالفة) بأخرى صالحة، وتركيب مرشح على مصدر التغذية، واستبدال القطع بشكل دوري مرة واحدة في السنة.

وزاري: ٢٠٢٦ تمهيدي ، ٢٠٢٤ د١ ، ٢٠٢٢ د١ ، ٢٠١٧ د٣ ، ٢٠١٥ د١

١- قد تكون الوحدة غير قادرة على تحميل عدد من الوحدات الخارجية (External) مثل مشغل الأقراص المضغوطة (CD-ROM Drive) أو أي بطاقة أخرى وذلك بسبب قدرتها الضعيفة.

٢- رخص بعض الوحدات يؤدي إلى عدم ثبات الجهود التي تنتجها علاوة على وجود تشويش عالٍ (Distortion or Noise) يؤدي إلى عدم ثبات عمل وحدات الحاسوب.

٣- تشغيل الحاسوب لمدد طويلة يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة مكونات الحاسوب مما قد يؤدي إلى قصر عمر الوحدة، وفي هذه الحالة ننصح بتركيب وحدة ذات قدرة عالية (Heavy Duty).

٤- قد تحتاج إلى تغيير مروحة الجهاز بمروحة ذات قدرة أعلى لزيادة معدل التبريد، وقد يؤدي ذلك إلى زيادة التحميل على وحدة الطاقة وبالتالي إلى ارتفاع درجة حرارتها.

٥- المشاكل الناتجة عن العبور: العبور هو تغير طفيف في الطاقة لا يمكن أن يكرر نفسه مرة أخرى ويأتي على شكل انخفاض في الجهد أو ارتفاع في الجهد، فإذا امتلك العبور تردداً كافياً عطّل مكثفات الحماية وعناصر أخرى لوحدة الإمداد بالطاقة.

٦- مشاكل الأتربة: ولحلها يتم تنظيف فلتر الهواء الخاص بمروحة التبريد حتى يساعد على سريان تيار الهواء بمعدل تدفق ثابت يؤدي إلى تبريد كامل للمكونات الداخلية.

وزاري: ٢٠١٨ د١

حسب ما ورد في التمرين (٢٦):

١- نفتح غطاء علبة وحدة مجهز القدرة ونضع سلكاً (Short) بين السلك الأخضر والأسود للتوصيلة.

٢- نتأكد بجهاز متعدد القياس من الفولتيات الخارجة، ونتتبع المكونات الإلكترونية بالنظر للتأكد من وجود قطع أو توصيل سيئ (Bad Contact) أو انتفاخ بعض المتسعات.

٣- نستبدل المتسعة أو القطعة التالفة بأخرى صالحة، وقد يكون العطل في الفاصم (الفيوز) فيستبدل.

٤- نقيس الفولتيات الخارجة من جديد.