ماذا كان ناتج محول بيسمير؟

ماذا كان ناتج محول بيسمير؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من المفهوم بشكل عام أن محول هنري بيسمير Bessemer هو التكنولوجيا التي خلقت مفهوم صناعة الصلب على نطاق صناعي ، ولكن ما الذي يشكل "النطاق الصناعي"؟ تقول صفحة Wikipedia أن محول Bessemer يمكنه معالجة دفعات من 5 إلى 30 طنًا في المرة الواحدة ، وأن مرحلة واحدة من العملية تستغرق 20 دقيقة ، ولكن هذا بقدر المعلومات.

إذا كنت صائغًا للفولاذ في ستينيات القرن التاسع عشر بمحول Bessemer واحد (النموذج الأصلي) والوصول إلى كمية غير محدودة من المواد الخام ، فما مقدار الفولاذ الذي يمكنني صنعه كل يوم بوتيرة مستدامة؟


وفقًا لـ "الحديد والصلب في أمريكا القرن التاسع عشر: تحقيق اقتصادي" بقلم بيتر تيمين ، في عام 1867 ادعى كتيب ...

تم تحديد تكلفة مصنع يحتوي على محولين بثلاثة أطنان بمبلغ 80000 دولار ؛ "محطة بخمسة أطنان" بطاقة بخارية 125000 دولار ؛ وأجهزة من الدرجة الأولى ذات مباني مقاومة للحريق وآلات مكررة تنتج 50 طنًا من السبائك في أربع وعشرين ساعة ، 200000 دولار. أكد الأمناء أن تكلفة مصنع بيسمير تكلف ثلثي تكلفة مصنع بسمر الفولاذي البوتقة ، أو الفحم النباتي ، أو مصنع القضبان المغطاة بنفس السعة ، واستغرق الأمر 30 رجلاً فقط لتشغيل مصنع بسمر خمسة أطنان.

"The Albany and Rensselaer Iron and Steel Works، Troy، New York" من تأليف A.L Holley هو مصدر ممتاز. قام هولي بترخيص التكنولوجيا من Bessemer وأنشأ مطحنة Troy. يحتوي كتابه ، الذي نُشر عام 1881 ، على تفاصيل واسعة حول المصنع. استخدمت ثلاث سفن وزنها 7 أطنان.

مع نمو الأقسام بشكل تدريجي وتجريبي ، ولم يكن من المتوقع أن تتجاوز 60 طنًا من المنتج يوميًا ، فإن المباني ليست بالحجم والترتيب الذي سيتم إنشاؤه الآن ؛ ولكن عن طريق وسيلة نقل مريحة ، 400 طن من السبائك الساخنة لكل 24 ساعة يتم توصيلها بالطاقة إلى أفران التزهير ، ويتم دحرجتها وتقطيعها وتقطيعها تحت مطرقة 7 أطنان وتحميلها ساخنًا على عربات مطحنة السكك الحديدية مع تسهيلات معقولة.

و…

يمكن أن يذوب اثنان من الكوبولات معًا 500 طن لكل 24 ساعة.

أنا لست صانعًا للصلب ، ولكن من قراءة حسابات هولي ، يبدو أن العامل المحدد لم يكن حجم المحول ولكن العديد والعديد من الآخرين. يقضي وقتًا قصيرًا جدًا في المحولات وأكثر من ذلك بكثير في محركات النفخ ، ومضخات الضغط ، والغلايات ، والقطارات المزهرة (أيا كان ذلك) ، وطاولات التغذية بالطاقة ...

كان لدى تروي ثلاث سفن بوزن 7 أطنان في مطحنة قادرة على توصيل (وليس فقط الذوبان) 400 طن في اليوم. من المحتمل أن تكون السفينة الواحدة أقل كفاءة. على سبيل المثال ، مع وجود ثلاثة ، يمكن أن يذوب واحد ، ويسكب واحد ، ويتم تنظيف واحد.


لم يزد استخدام المحول فعليًا حتى عام 1867 تقريبًا. في عام 1868 ، كان للمصنع الأفضل أداءً محولين بقدرة 5 أطنان ينتجان معًا 500 طن شهريًا. بحلول عام 1876 ، أدت التحسينات المختلفة وإتقان العملية إلى إنتاج نموذجي لمحول واحد سعة 5 أطنان في مطحنة جيدة بمتوسط ​​حوالي 3800 طن شهريًا. تشتهر أفضل المطاحن بأنها تنتج 4200 طن شهريًا في محول واحد بوزن 5 أطنان.

وهكذا ، بحلول منتصف سبعينيات القرن التاسع عشر ، كانت المطاحن الجيدة تقوم بما يتراوح بين 750 و 800 درجة حرارة في الشهر ، أو ربما حوالي 32 درجة حرارة كل يوم عمل. لاحظ أن السعة الاسمية للمحول والتي تبلغ 5 أطنان يمكن أن يتجاوزها طاقم جيد ، لذلك قد يقومون بتسخين 5.5 طن أو أكثر.

في ذلك الوقت كانت المحولات التي يبلغ وزنها 5 أطنان هي القاعدة. لم تأت المحولات العملاقة بوزن 30 طنًا إلا في وقت لاحق. في عام 1877 ، كان هناك محوّلان بحجم 10 أطنان في بريطانيا ، وكان هناك العديد من المحولات 2 و 3 أطنان.


تاريخ صناعة الحديد والصلب السويدية

صناعة الحديد والصلب السويدية لها تاريخ طويل بدأ في العصور الوسطى.

فترة أوسموند

كان التجار من L & uumlbeck هم الذين بدأوا ، في العصور الوسطى ، يهتمون بملوك السويد في تصدير الحديد على نطاق واسع. في ذلك الوقت أيضًا ، حصل أصحاب المناجم والتجار الألمان على حقوق إدارة عملياتهم الخاصة في مناطق التعدين والمجتمعات التجارية في السويد.

مهد التعدين والتجارة الخارجية الطريق لدمج السويد في التيار الرئيسي للحضارة الأوروبية. كانت النتيجة هيكل اقتصادي جديد وظهور مجتمع أوسع في السويد الزراعية سابقًا.

تتألف صادرات الحديد السويدية خلال العصور الوسطى مما يسمى osmunds & ndash وهو تنسيق موحد من الحديد المطروق عالي الجودة بوزن 3 هيكتوجرام فقط. شكل الدفع مع تحديد قيمته من قبل التاج.

في القرن الرابع عشر ، تم تصدير كمية كبيرة من إنتاج الحديد في السويد ، بشكل رئيسي إلى L & uumlbeck و Danzig. قُدِّر إجمالي الإنتاج السنوي في هذا الوقت بحوالي 2000 طن ، أي أقل من ثلث الإنتاج من المصوغات الألمانية.

نظرًا لأن التروس (السفن التجارية) من L & uumlbeck لم تكن قادرة على دخول بحيرة M & aumllar ، فقد تم إنشاء ستوكهولم كمركز لإعادة الشحن ومحطة جمركية وميناء شحن لصادرات الحديد والنحاس من N & aumlrke و V & aumlstmanland و Dalarna.

في عام 1420 ، منح الملك الإسكندنافي ، إريك من بوميرن ، الأفضلية للبحارة والتجار السويديين على نظرائهم من ألمانيا وحظر Oumlresund على التروس fiom L & uumlbeck. كان هذا مدمرًا لصادرات الحديد السويدية وأدى إلى خروج عمال المناجم الفلاحين في Dalarna و V & aumlstmanland - جنبًا إلى جنب مع التجار في ستوكهولم ، تحت قيادة الفلاح المنجم Engelbrekt - للانفصال عن الاتحاد مع الدنمارك والنرويج.

L & uumlbeck ، التي ساعدت Gustav Vasa في الحصول على السلطة - هذا مقابل الحقوق الوحيدة للتجارة في السويد - رأت نفسها هزمت من قبل القوات الموحدة للملوك السويديين والدانمركيين. كما تم إلغاء الاحتكارات التجارية التي تتمتع بها مدن هانسي الأخرى في وقت لاحق بعد توسع الشحن الهولندي والإنجليزي في بحر الشمال وبحر البلطيق.

بدأ سعر حديد أوسموند السويدي في الانخفاض في منتصف القرن الرابع عشر واستمر في الانخفاض خلال القرن الخامس عشر. تم العثور على الأسباب من جانب المنتجين والمستهلكين. في أوروبا ، كلما تم استخدام تقنية الأفران العالية ، زاد إنتاج الحديد ، مما أدى إلى الضغط على المنتجات السويدية. على الرغم من انخفاض السعر ، زادت الصادرات السويدية من حديد الأسموند إلى Danzig خلال القرن السادس عشر. هنا ، تم استخدام الحديد السويدي كأساس لتصنيع حديد تزوير أكثر قابلية للتطبيق ، والذي تم تحويله إلى قضبان طويلة - تُعرف في ذلك الوقت باسم حديد القضبان - بواسطة مطارق حديدية تعمل بالطاقة المائية. تم بيع هذا بعد ذلك تحت التسمية ، "بار حديد من دانزيغ" ، بشكل أساسي إلى هولندا وإنجلترا.

يتولى شريط الحديد

خلال القرن السادس عشر ، أدرك ملوك السويد أن على السويد أيضًا تحديث إنتاجها من الحديد والبدء في إنتاج الحديد. من أجل التعامل مع التغيير التقني الصعب ، كان من المطلوب مشاركة الخبرة والتمويل من البلدان الأجنبية.

حدث التحديث الحاسم لصناعة الحديد السويدية في الواقع في بداية القرن السابع عشر. ثم اعترفت إسبانيا باعتماد هولندا في عام 1609 ، وبدأ الهولنديون في التخطيط لدفاعهم المستقبلي جزئيًا من خلال استيراد مدافع حديدية من السويد. تم تجنيد عدد كبير من المزورين الذين هاجروا إلى هولندا من والونيا التي تسيطر عليها إسبانيا للعمل في السويد في مصانع الحديد والأسلحة الملكية ، والتي تم تحديثها من قبل المهندسين مثل ويليم دي بيش وتمويلهم من قبل رجال الأعمال مثل لويس دي جير.

كان المذهب الذي سيطر على السياسة التجارية في السويد في القرن السابع عشر هو المذهب التجاري الذي نص على أنه ينبغي تعزيز اقتصاد أي بلد من خلال التعريفات الوقائية العالية. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي تفضيل الصادرات وتقييد الواردات من أجل تحقيق فائض تجاري. حقيقة أن المنتجات النهائية في التجارة الدولية تتطلب سعرًا أفضل من المواد الخام أدت إلى حظر ، تم تقديمه في عام 1604 ، على الصادرات السويدية من حديد أوسموند. في المستقبل ، يمكن تصدير حديد القضبان المعالج في السويد فقط.

في أربعينيات القرن السادس عشر ، بلغت صادرات السويد من حديد القضبان حوالي 11000 طن سنويًا. بعد خمسين عامًا ، كان المتوسط ​​حوالي 27000 طن سنويًا وفي أربعينيات القرن الثامن عشر تم تحقيق متوسط ​​40.000 طن سنويًا.

اعتمدت الزيادة الكبيرة بشكل كامل تقريبًا على ظهور أسواق جديدة ، أولاً في هولندا ثم في إنجلترا. ومع ذلك ، بقيت معظم الأسلحة المنتجة في السويد وكان إنتاج المسامير والألواح والأدوات والأواني مخصصًا بشكل أساسي للسوق المحلية.

خلال القرن الثامن عشر ، تضاعف إنتاج الحديد في السويد تقريبًا بسبب زيادة الطلب على قضبان الحديد من الخارج ، ولا سيما إنجلترا ، التي كانت بحاجة كبيرة إلى جودة عالية ، ما يسمى بحديد Oregrund ، كمدخل لصناعة الصلب. جاء الحديد البار تدريجياً ليشكل ما لا يقل عن ثلاثة أرباع إجمالي الصادرات السويدية ، مما خلق للتاج عائدات مطلوبة بشدة في شكل ضرائب ورسوم تصدير.

في إنجلترا ، تم تجريد غابات الفحم إلى درجة أن البلاد أصبحت تعتمد بشدة على واردات الحديد من السويد. بلغ إجمالي واردات إنجلترا في ثلاثينيات القرن الثامن عشر حوالي 25000 طن ، كانت مساهمة السويد منها ما يقرب من 20000 طن. جاء حوالي 5000 طن من روسيا ، لكن الحديد الروسي ، بعد حوالي عشرين عامًا ، سيرتفع إلى 15000 طن وهو ما يعادل حصة السويد.

في نهاية القرن الثامن عشر ، تم تطوير التكنولوجيا في إنجلترا لتمكين استخدام الفحم الأحفوري في العمليات المعدنية.

بالإضافة إلى ذلك ، كانت المنافسة المتزايدة من حديد البار الروسي هي التي تسببت في أزمة صناعة الحديد السويدية والتي كانت بدورها عاملاً حاسمًا في إنشاء Jernkontoret في عام 1747. سيؤدي الاستخدام المتزايد للفحم وفحم الكوك لاحقًا إلى تغيير جذري في الوضع التنافسي للحديد السويدي ، وخلال القرن التاسع عشر ، تحول إنتاج الحديد في أوروبا تدريجياً إلى البلدان ذات الموارد الوفيرة من الفحم الأحفوري.

تزوير اللوائح

أثار النمو القوي لصادرات حديد القضبان مخاوف من أن تؤدي المنافسة بين مصانع القضبان للفحم والحديد الخام إلى زيادة تكاليف الإنتاج. ولهذا السبب تم إدخال قيود على إنتاج الصياغة حيث يمكن أيضًا التأثير على الأسعار في الأسواق الدولية. نجح أصحاب مصانع البار في تنفيذ لائحة تزوير في البرلمان السويدي من 1746-1747 والتي أعاقت فعليًا زيادة صادرات حديد القضبان على المدى الطويل. لم يتم إلغاء اللائحة بالكامل حتى ثلاثينيات القرن التاسع عشر.

ومع ذلك ، حدث ارتفاع كبير في قيمة تكوين الصادرات خلال الجزء الأخير من القرن الثامن عشر. زادت صادرات الحديد ، التي خضعت لمزيد من المعالجة بعد تزويرها تحت مطارق حديدية ثقيلة ، زيادة حادة. بمساعدة المطارق الحديدية الأخف والأسرع ، كان من الممكن إنتاج قضبان أو شرائط أرق ، والتي تم بعد ذلك ربطها معًا وتصديرها في حزم. كما تم تصدير الصفيح والصلب المطروق إلى حد أكبر من ذي قبل.

ركزت صادرات السويد من حديد القضبان خلال القرن الثامن عشر - كما ذكرنا سابقًا - بشكل كبير على السوق البريطانية. وقد تم استكمال ذلك من خلال تصدير مستقر وهام إلى دول بحر البلطيق ، وفي الجزء الأخير من القرن ، من خلال زيادة الصادرات إلى فرنسا والبرتغال وأراضي البحر الأبيض المتوسط. في نفس الوقت تضاءلت المبيعات الكبيرة السابقة لهولندا. كانت اعتبارات السياسة التجارية ذات أهمية كبيرة لسياسة السويد الخارجية خلال الفترات الثورية والنابليونية القادمة.

أدت الحروب النابليونية إلى أزمة خطيرة لصناعة الحديد السويدية. كانت الأسباب - من بين أمور أخرى - هي رفع التعريفات الجمركية على حديد البار السويدي لبريطانيا العظمى بشكل حاد. من ما يزيد قليلاً عن 52000 طن من قضبان الحديد سنويًا خلال التسعينيات من القرن الثامن عشر ، انخفض إجمالي الصادرات السويدية إلى أقل من 30.000 طن لأدنى عام ، 1808. ومع ذلك ، يمكن تعويض الخسائر في السوق البريطانية إلى حد كبير من قبل السوق الأمريكية الناشئة حديثًا . وهكذا ، في أوائل القرن التاسع عشر ، أصبحت الولايات المتحدة سوقًا مهمًا وكانت ، حتى الحرب العالمية الأولى ، أكبر مستورد لقضبان الحديد السويدية.

الصناعة

في هذا الوقت ، أدرك الكثير من العاملين في صناعة الحديد السويدية أن حل الأزمة يكمن في تحسين جودة تشكيل الفحم السويدي. احتفظت Walloon forge بمكانتها في السوق في Sheffield. أوصى آخرون بالذهاب إلى استخدام أفران البرك التي تعمل بالفحم & ndash التي تم اختراعها في إنجلترا & ndash لإنتاج الحديد القابل للتغيير وتكميله بمصانع الدرفلة. ومع ذلك ، كان من المقرر تأجيل ذلك ، حتى عام 1845 عندما حل صاحب المطحنة ، غوستاف إيكمان ، مشاكل تكييف لانكشاير مع الظروف السويدية باستخدام الفحم بدلاً من الفحم كمصدر للطاقة. في فرن Ekman ، يمكن لحام الأسطح المهترئة على قضبان البركة معًا بشكل فعال. وبذلك أصبح فرن إيكمان هو النابض الرئيسي في تطوير مطحنة الدرفلة في تلك الفترة. ومن المزايا الإضافية أن استهلاك الوقود انخفض بشكل حاد.

أتاحت الجودة المحسنة الآن استعادة جزء كبير من السوق المفقودة في شيفيلد. عندما تم تطوير الأفران التي تتكيف مع الظروف السويدية وإنشاء مصانع الدرفلة ، يمكن إنتاج الحديد عالي الجودة بكميات كبيرة. أيضًا ، مع مصانع الدرفلة ، يمكن استبدال المطرقة باهظة الثمن التي تعمل في الصياغة. أدى التوسع في لانكشاير فورج إلى زيادة حادة في الطلب على الحديد الخام وزاد الإنتاج الإجمالي إلى حوالي 180 ألف طن سنويًا بحلول بداية ستينيات القرن التاسع عشر.

أدت التطورات التقنية إلى عمليات مركزة بشكل أكبر ، وتم الآن إغلاق المطاحن الأصغر للاستفادة من الوحدات الأكبر والأكثر ديناميكية. هذه العملية ، المعروفة باسم "إغلاق المطحنة الكبرى" ، تعني أن عدد أفران الصهر في السويد قد انخفض من 220 في عام 1840 إلى أقل من 160 بحلول عام 1880 (على الرغم من حقيقة أن العديد من الأفران الجديدة تم افتتاحها خلال هذه الفترة).

عملية بسمر

ازدادت الحاجة إلى الفولاذ بقوة في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي. بالنسبة للصناعات ووسائل النقل ، كان الصلب عالي الجودة مطلوبًا بكميات كبيرة. تم بذل جهود حثيثة في كل من أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية لاستبدال الأساليب الحرفية القديمة لإنتاج الصلب بعمليات تستجيب بشكل أفضل للطلب المتزايد. إحدى هذه الطرق كانت طريقة بيسيمر ، التي أدخلها هنري بيسيمر في عام 1855 ، وهي نظام يتم بموجبه نفخ الهواء في الحديد الخام المصهور ، مما يجعل من الممكن إنتاج الفولاذ مباشرة في الفرن.

تم الحصول على محتوى الكربون المطلوب عن طريق قطع العملية على فترات مناسبة. في ذلك الوقت كان اكتشافًا تاريخيًا. قبل ذلك ، في عمليات التبرج ، أصبح المنتج أكثر ليونة ، ويفتقر إلى الكربون ، وكان يجب أن يتم كربنه من خلال عمليات خاصة وبتكلفة عالية من أجل أن يصبح صلبًا قابلاً للتصلب. باستخدام عملية Bessemer ، لم يعد هذا ضروريًا الآن. لم ينجح بيسمر نفسه في إنتاج سبائك ذات جودة مرضية.

عندما أصبح السويدي ، G & oumlran Fredrik G & oumlransson ، في عام 1858 في Edsken ، أول شخص في العالم يطبق بنجاح عملية Bessemer على نطاق عملي وينتج سبيكة فولاذية ذات نوعية جيدة ، كان هذا استغلالًا صناعيًا ذا أهمية تاريخية مع تداعيات دولية. لقد كانت بداية عصر الفولاذ الحديث من خلال تمكين الإنتاج الاقتصادي لمنتجات الصلب عالية الجودة مثل القضبان وعجلات السكك الحديدية وألواح السفن وما إلى ذلك. الآن ، على سبيل المثال ، يمكن أن يبدأ بناء السكك الحديدية العظيم في أوروبا والولايات المتحدة.

أدى الإدخال الناجح لطريقة بيسمير في السويد إلى تنفيذها في العديد من مصانع الصلب السويدية في بداية ثمانينيات القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، قد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تتجاوز مستويات الإنتاج 50000 طن ولن يتم تجاوز الإنتاج البالغ 100000 طن لأول مرة حتى عام 1895. ومع ذلك ، في السويد ، لم تصبح عملية بيسمر أبدًا طريقة الإنتاج الرئيسية للصلب العادي كما فعلت في البلدان الأخرى. كان هذا بشكل أساسي بسبب الحديد الخام الغالي الثمن المطلوب لشحن محول Bessemer.

بدلاً من ذلك ، كانت طريقة سبائك الصلب الأخرى الرائعة ، طريقة سيمنز مارتن ، التي كانت تقود صناعة الصلب السويدية إلى عصرها العظيم من التوسع. كانت إحدى سمات هذه الطريقة أن صهر الفولاذ تم في فرن صممه الأخوان سيمنز في عام 1861. كان بيير مارتن أول شخص نجح في إنتاج سبائك الصلب في فرن من هذا النوع.

سيستغرق الأمر بعض الوقت - وليس حتى الجزء الأخير من ثمانينيات القرن التاسع عشر وندش - قبل أن يصبح الإنتاج المفتوح للصلب في السويد راسخًا على نطاق واسع ولكن بحلول عام 1895 كان قد تجاوز بالفعل إنتاج فولاذ بيسمير. لم يتجاوز حجم إنتاج سبائك الصلب حتى ذلك الحين حجم إنتاج الحديد المطاوع ، مما يعني أن طريقة لانكشاير حافظت على مكانتها كأهم طريقة لإنتاج الحديد والصلب خلال معظم القرن التاسع عشر.

يمثل إدخال عمليات سبائك الصلب انتعاشًا كبيرًا في صناعة الصلب السويدية. تضاعف الإنتاج والصادرات خلال الفترة من سبعينيات القرن التاسع عشر حتى الحرب العالمية الأولى. في الوقت نفسه ، زاد تصدير حديد لانكشاير بنفس معدل سبائك الصلب ، على الأقل حتى نهاية القرن. على وجه الخصوص في أسواق التصدير الأكثر أهمية - بريطانيا العظمى والولايات المتحدة الأمريكية - واصلت لانكشاير بار حديد السيادة. بعد عام 1900 ، استحوذ الفولاذ المصنوع على السبائك على حصة أكبر بشكل متزايد من السوق في حين انخفضت أهمية ما يسمى بطرق الحديد المطاوع ، القائمة على لانكشاير وخاصة تشكيل والون.

كان الشرط المسبق للتركيز الجغرافي لصناعة الحديد والصلب في نهاية القرن التاسع عشر هو تطوير الاتصالات & ndash وخاصة السكك الحديدية. طلبت Steelworks توريدًا رخيصًا من المواد وندش الفحم والخام وما إلى ذلك & ndash بالإضافة إلى مرافق نقل جيدة إلى موانئ التصدير للصلب النهائي.

شهدت بداية القرن العشرين طفرة في صناعة الصلب الكهربائي - وهي عملية كانت ، نتيجة لأسعار الكهرباء المواتية ، تتمتع بتوسع سريع في السويد. جنبًا إلى جنب مع عملية المجمرة الحمضية المفتوحة ، كان لعملية الفولاذ الكهربائي أهمية كبيرة في تطوير الفولاذ عالي الجودة في السويد.

تقدم التجارة الحرة

الاختراق في سياسة التجارة الأكثر ليبرالية لم يحدث حتى ج.أ. جريبنشتيد مؤيد للتجارة الحرة - أصبح وزيرا للمالية في منتصف القرن التاسع عشر. في أواخر عام 1850 كان هناك حظر على صادرات وواردات الحديد الخام ، وحظر تصدير خام الحديد وحظر استيراد الحديد. ولكن في عام 1865 ، وبفضل سلطة جريبنشتيد ، أصبحت السويد عضوًا في نظام التجارة الحرة الدولي الذي ظهر على غرار ما يسمى بمعاهدة كوبدن بين فرنسا وبريطانيا العظمى.

كان Gripenstedt أيضًا وراء السياسة الوطنية للسكك الحديدية ، والإصلاحات في القطاع المصرفي وإدخال حرية التجارة في عام 1864. لقد حان لتجسيد التحرير والتحرير الذي حدث في السويد في منتصف القرن التاسع عشر.

لم يكن هناك بالتأكيد مسألة إدخال حرية كاملة للتجارة بدون تعريفات وقائية. تمتع عدد من المنتجات المهمة بإعفاء كامل من الرسوم الجمركية بينما كان البعض الآخر يخضع لرسوم متواضعة نسبيًا. كان الحديد والصلب على قائمة الإعفاءات حتى عام 1888 عندما أعيد تقديم التعريفات. كانت التعريفة الجمركية السويدية في ذلك الوقت حساسة إلى حد ما للتجارة الحرة.

في عام 1934 ، حدث تغيير في السياسة التجارية الأمريكية. لقد أدرك الأمريكيون أنه من أجل زيادة صادراتهم ، يجب أن يكونوا مستعدين أيضًا لزيادة الواردات. كان هذا التصور وراء اتفاقية تحرير التعريفة الجمركية التي أبرمتها أمريكا مع عدد من البلدان بما في ذلك السويد. منذ الثلاثينيات وحتى الفترة التي أعقبت الحرب العالمية الثانية مباشرة ، أصبحت اعتبارات السياسة الأمنية تلعب دورًا متزايد الأهمية في تشكيل السياسة التجارية. ومن الضروري لفرادى البلدان أن تجعل نفسها مكتفية ذاتيا فيما يتعلق بأهم السلع الأساسية.

و lsquoA الصلب لكل غرض و rsquo

خطت صناعة الصلب خطوات سريعة خلال الثلاثينيات. أدى الترشيد والتحديث الذي حدث خلال العشرينات من القرن الماضي إلى زيادة إنتاج الصلب بنحو 60 في المائة. كانت هذه الزيادة تقريبًا بسبب سبائك الصلب. نما إنتاج الحديد الزهر خلال نفس الفترة بنحو 30 في المائة لكنه لم يصل إلى أعلى الأرقام المسجلة خلال الحرب العالمية الأولى. خلال عام 1920 ، انخفض إنتاج الحديد المطاوع إلى كميات ضئيلة. كما تم إحراز تقدم هام في إنتاج الفولاذ المتخصص ، حيث تم تصدير جزء كبير منه. في الوقت نفسه ، زاد إنتاج الفولاذ العادي أيضًا بشكل كبير.

خلال سنوات الكساد في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تمكنت مصانع الصلب السويدية من استعادة حصة كبيرة من سوقها المحلية من منتجي الصلب الأجانب. تطورت صناعة الصلب السويدية أيضًا خلال هذه الفترة ، مما أدى إلى تنويع نطاق منتجاتها بشكل كبير. شعار Fagersta Bruk الإعلاني - "صلب لكل غرض" - معروف جيدًا. أدى هذا إلى زيادة المنافسة بين الشركات الفردية ولكنه أتى ثماره خلال حصار السويد خلال الحرب العالمية الثانية وسهل بشكل كبير إعادة التسلح السويدي.

بعد الحرب العالمية الثانية

خلال سنوات ما بعد الحرب مباشرة ، ظل عدد كبير من اللوائح سارية - ليس أقلها في مجال التجارة الخارجية. هنا كانت هناك غابة من اتفاقيات التجارة الثنائية ، معظمها مع بلدان مختلفة ، وتباين وضع الأسعار مع كل من الواردات والصادرات بشكل حاد. كانت صعوبات الدفع تحدث بشكل منتظم. تدريجيا ، ومع ذلك ، تم إلغاء هذه اللوائح. من خلال نظام بريتون وودز ، تم إنشاء نظام عملة مستقر مما يعني أن التجارة العالمية يمكن أن تبدأ في التوسع مرة أخرى. كان أحد العوامل المساهمة القوية هو الاتفاق المعاصر إلى حد ما الذي تم التوصل إليه بين الدول الصناعية الرائدة في العالم بشأن التعريفات الجمركية والتجارة: الاتفاقية العامة للتعريفات الجمركية والتجارة (الجات).

بعد الحرب العالمية الثانية ، تم إنشاء العديد من الأجهزة في أوروبا الغربية من أجل التعاون الاقتصادي والسياسي الذي كان الغرض الرئيسي منه هو تقليل مخاطر الحرب في المستقبل. كان أهمها الجماعة الأوروبية للفحم والصلب (1951) & ndash جنين الاتحاد الأوروبي. من هذه الخطوة الأولى ، التي كانت تهدف في المقام الأول إلى تعزيز التعاون بين فرنسا وألمانيا الغربية ، نمت المجموعة الاقتصادية الأوروبية (1957) لاحقًا لتشمل صناعات أخرى ، بما في ذلك الزراعة.

كان محور هذا التعاون هو إنشاء اتحاد جمركي يستلزم تعريفة جمركية خارجية مشتركة لجميع الدول الأعضاء. تم تطوير التعاون تدريجيًا نحو إنشاء سوق داخلي واحد يضم خمسة عشر مشتركًا نعرفه الآن باسم الاتحاد الأوروبي. أتاح دخول السويد كعضو كامل العضوية في 1 يناير 1995 للصناعة السويدية المشاركة الكاملة في أعمال التكامل في الاتحاد الأوروبي.

بالنسبة لصناعة الصلب في السويد ، فإن العضوية في حد ذاتها لم تحدث تغييرات كبيرة. لطالما ارتبطت الصناعة ارتباطًا وثيقًا بمجتمع الفحم والصلب مع شركات الصلب السويدية التي تطبق لوائح الأسعار والسوق المتعلقة بتجارة الصلب في الاتحاد. ومع ذلك ، فإن من المزايا المهمة للعضوية المشاركة في مؤسسات صنع القرار وإزالة الضوابط الحدودية المكلفة المفروضة على التجارة.


محول بيسمر

كان محول Bessemer عبارة عن آلة وعملية محيطة بها تضمنت إزالة الشوائب من حديد الصب (نوع من الحديد يحتوي على نسبة عالية من الكربون) وتحويله إلى صلب - وهي مادة كانت مكلفة تاريخيًا وتستغرق وقتًا طويلاً في التصنيع. كان المبدأ الرئيسي وراء تشغيله هو إزالة الشوائب مثل السيليكون والمنغنيز والكربون من خلال الأكسدة ، وتحويل الحديد الخام الهش وغير القابل للاستخدام إلى حد كبير إلى فولاذ مفيد للغاية.

حدثت أكسدة الشوائب في محول Bessemer ، وهو وعاء كبير على شكل بيضة تم فيه صهر الحديد. يتم إدخال الحديد الصلب من خلال ثقب في الأعلى ويتم تسخينه من الأسفل. بمجرد أن يذوب المحول الحديد الزهر ، يتم حقن الهواء المضغوط عبر المعدن السائل وعبره ، مما يجبر السيليكات غير المرغوب فيها على التفاعل مع الأكسجين والتحويل إلى غاز و / أو أكاسيد صلبة (أي خبث).

بمجرد حدوث عملية الأكسدة ، يمكن سكب الفولاذ المصهور القابل للاستخدام من الحاوية مباشرة عن طريق قلبه على محور مركزي - تم تعليق الحاوية عن الأرض بواسطة زوج من الدعامات الكبيرة - بينما يمكن إزالة الخبث من الحاوية السطح لإعادة استخدامه أو التخلص منه. تم تفريغ الفولاذ في قوالب كبيرة ، حيث يمكن وضعه في مجموعة واسعة من المنتجات.


بسمر

قاعة بيسمر للتاريخ تأسست في عام 1886 من قبل الصناعي هنري فيرفيلد ديبارديلبين ، بيسيمر هي ثالث أكبر مدينة في مقاطعة جيفرسون. تقع في وسط ولاية ألاباما في الجزء الجنوبي من وادي جونز ، وهي منطقة غنية بخام الحديد والحجر الجيري. ولد نجم كرة القدم والبيسبول الشهير بو جاكسون والممثل جلين شاديكس في بيسمر. قضى الفنان العالمي ثورنتون ديال معظم حياته في المدينة. اكتسب المقيمان Keith و Donna Barton شهرة في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين لدجاجتهما ، ماتيلدا ، "أقدم دجاجة حية في العالم". المدينة لديها شكل من أشكال الحكومة البلدية. وسط مدينة بيسيمر بعد أن أصبح رئيسًا لشركة Bessemer Land and Improvement Company في عام 1886 ، اشترى Henry Fairfield DeBardeleben 4000 فدانًا من الأراضي لمدينة جديدة مخطط لها والتي من شأنها أن ترتبط بأعمال الحديد والفحم الخاصة به. أطلق على المدينة الجديدة اسم السير هنري بسمر ، مخترع أكثر عمليات صناعة الفولاذ انتشارًا في ذلك الوقت. باعت DeBardeleben القطع التجارية الأولى في أبريل 1887 بحلول يونيو 1887 ، وكان عدد سكان المدينة حوالي 1000 نسمة وأنشأت محكمة وسجنًا. في نفس العام ، اختار مواطنو بسمر روبرت إم ماكادور كأول رئيس بلدية وانتخبوا ثمانية أعضاء في المجلس. صوّت رئيس البلدية وأعضاء المجلس لدمج مدينة بسمر في 9 سبتمبر 1887. اشترت ديبارديلبين أيضًا مبانٍ من معرض القطن 1884 في نيو أورليانز لاستخدامها في بيسمير وشحنها إلى ألاباما عبر السكك الحديدية. أصبح مبنى المكسيك فندق مونتيزوما وكان بمثابة منزل ديبارديلبين في البداية في عام 1896 ، وأصبح كلية الطب بجامعة مونتيزوما ، وعملت حتى احترق في عام 1900. تم استخدام مبنى جامايكا كجزء من مطحنة. ولا يزال أي من المبنيين قائما. بعد ذلك بعامين ، شيدت المدينة قاعة المدينة التي تضم أيضًا قسم الإطفاء ، وقد دمر المبنى بنيران في منتصف الثلاثينيات ، وتم بناء هيكل جديد في نفس الموقع في عام 1937. كما قامت المدينة ببناء مكتبة بالأموال التي تم الحصول عليها من رجل الصناعة والمحسن أندرو كارنيجي عام 1906. ركز الاقتصاد المبكر لـ Owen House Bessemer بشكل أساسي على التعدين وتصنيع الصلب ، مما جذب العديد من العمال إلى المدينة ، لكن اقتصاد المدينة غالبًا ما عانى أثناء الانكماش الاقتصادي بسبب ارتفاع معدل البطالة الناتج في قطاع العمل. خلال فترة الركود في عام 1907 ، باعت شركة تينيسي للفحم والحديد والسكك الحديدية ، وهي صاحب عمل رئيسي في المدينة ، أسهمًا لشركة الولايات المتحدة للصلب لتخفيف الديون. ساعدت شركة US Steel Bessemer من خلال إنشاء برنامج رعاية للموظفين المرضى والمصابين ، وتحسين البنية التحتية ، والاستثمار في تعليم الأطفال. لتكملة المحكمة الرئيسية في مقاطعة جيفرسون في برمنغهام ، قامت المقاطعة ببناء محكمة تابعة لمحكمة بسمر في عام 1915 لتلبية احتياجات منطقة بسمر. قامت المقاطعة ببناء محكمة جديدة في أكتوبر 2009. بعد تراجع صناعة التعدين والصلب خلال العقدين الأخيرين من القرن العشرين ، نوعت المدينة اقتصادها ليشمل المجمعات الصناعية والمكاتب المهنية ومراكز البيع بالتجزئة والمرافق الترفيهية.
  • الخدمات التعليمية والرعاية الصحية والمساعدات الاجتماعية (20.4٪).
  • تجارة التجزئة (15.0٪)
  • التصنيع (14.7٪)
  • الفنون والترفيه والاستجمام والإقامة وخدمات الطعام (12.5 بالمائة)
  • الخدمات المهنية والعلمية والإدارية والإدارية وخدمات إدارة النفايات (7.4 بالمائة)
  • البناء (6.7 في المائة)
  • النقل والتخزين والمرافق (5.7٪)
  • الخدمات الأخرى باستثناء الإدارة العامة (5.6 بالمائة)
  • التمويل والتأمين والعقارات والإيجارات والتأجير (5.0 بالمائة)
  • الإدارة العامة (3.4 في المائة)
  • تجارة الجملة (1.5٪).
  • المعلومات (1.3٪)
  • الزراعة والغابات والصيد والصيد والاستخراج (0.8 بالمائة)

تشمل الأفران التاريخية في Tannehill أماكن الجذب السياحي في بسمر متنزه ألاباما أدفينتشر الترفيهي ، والذي يضم متنزهًا ترفيهيًا تقليديًا مع ركوب الخيل ومركز تسوق WaterMark Place Outlet المائي ومركزًا مدنيًا مملوكًا للمدينة يستضيف المسرح الحي والأحداث الرياضية والحفلات الموسيقية والمآدب و المعارض. Bessemer هي أيضًا موطن لمتنزه Tannehill Ironworks Historical State Park ، الذي يقع في موقع مسبك تاريخي كان يعمل من عام 1829 إلى عام 1865 وخدم الكونفدرالية خلال الحرب الأهلية ، هذا الموقع أيضًا موطن لمتحف الحديد والصلب. تشمل المواقع التاريخية الأخرى McAdory Plantation House و Owen Plantation House ، وهما اثنان من المنازل الثلاثة التي تضم منازل West Jefferson County Pioneer Homes التي تعود للقرن التاسع عشر. يقع مطعم Bright Star الذي يعود تاريخه إلى قرن من الزمان ، وهو مطعم من فئة الخمس نجوم اسمه أمريكي كلاسيكي من قبل مؤسسة James Beard Foundation ، في وسط مدينة Bessemer. يحتوي متحف Bessemer Hall of History على القطع الأثرية والعروض المتعلقة بالتاريخ الصناعي والثقافي ل Bessemer ، ويقع في مستودع Alabama Great Southern Railroad ، وهو موجود في السجل الوطني للأماكن التاريخية. يقع Watercress Darter National Wildlife Refuge خارج Bessemer مباشرةً ويحمي موطن ربة الجرجير المهددة بالانقراض ، وهي سمكة صغيرة للمياه العذبة.


محتويات

تحرير جهد الإدخال

يتطلب جهاز أو دائرة عاكس طاقة نموذجية مستقرة مصدر طاقة التيار المستمر قادرة على توفير تيار كافٍ لمتطلبات الطاقة المقصودة للنظام. يعتمد جهد الدخل على تصميم العاكس والغرض منه. الامثله تشمل:

  • 12 فولت تيار مستمر ، للمحولات الصغيرة الاستهلاكية والتجارية التي تعمل عادةً من بطارية حمض الرصاص 12 فولت قابلة لإعادة الشحن أو مأخذ كهربائي للسيارات. [3]
  • 24 و 36 و 48 فولت تيار مستمر ، وهي معايير شائعة لأنظمة الطاقة المنزلية.
  • 200 إلى 400 فولت تيار مستمر ، عندما تكون الطاقة من الألواح الشمسية الكهروضوئية.
  • من 300 إلى 450 فولت تيار مستمر ، عندما تكون الطاقة من حزم بطاريات السيارة الكهربائية في أنظمة من السيارة إلى الشبكة.
  • مئات الآلاف من الفولتات ، حيث يكون العاكس جزءًا من نظام نقل تيار مباشر عالي الجهد.

إخراج تحرير الموجي

قد ينتج العاكس موجة مربعة ، أو موجة جيبية معدلة ، أو موجة جيبية نبضية ، أو موجة مشكلة بعرض النبضة (PWM) أو موجة جيبية اعتمادًا على تصميم الدائرة. تنتج الأنواع الشائعة من المحولات موجات مربعة أو موجات شبه مربعة. مقياس نقاء الموجة الجيبية هو التشويه التوافقي الكلي (THD). تعادل الموجة المربعة لنبضة العمل بنسبة 50٪ موجة جيبية بنسبة 48٪ من THD. [4] تتطلب المعايير الفنية لشبكات توزيع الطاقة التجارية أقل من 3٪ THD في شكل الموجة عند نقطة اتصال العميل. يوصي معيار IEEE 519 بأقل من 5٪ THD للأنظمة المتصلة بشبكة الطاقة.

يوجد تصميمان أساسيان لإنتاج جهد توصيل منزلي من مصدر تيار مستمر منخفض الجهد ، يستخدم الأول منهما محول تعزيز التبديل لإنتاج تيار مستمر عالي الجهد ثم يتحول إلى تيار متردد. الطريقة الثانية تحول التيار المستمر إلى التيار المتردد عند مستوى البطارية وتستخدم محول تردد الخط لإنشاء جهد الخرج. [5]

تحرير الموجة المربعة

هذا هو أحد أبسط أشكال الموجات التي يمكن أن ينتجها تصميم العاكس وهو الأنسب للتطبيقات منخفضة الحساسية مثل الإضاءة والتدفئة. يمكن أن ينتج عن إخراج الموجة المربعة "طنين" عند توصيله بجهاز صوت وهو غير مناسب بشكل عام للإلكترونيات الحساسة.

موجة جيبية تحرير

يشار إلى جهاز عاكس الطاقة الذي ينتج شكل موجة جيبية متناوبة متعددة الخطوات باسم a العاكس موجة جيبية. لتمييز المحولات بشكل أكثر وضوحًا بمخرجات أقل تشويهًا من موجة جيبية معدلة (ثلاث خطوات) تصميمات العاكس ، غالبًا ما يستخدم المصنعون العبارة العاكس موجة جيبية نقية. لا تنتج جميع محولات درجة المستهلك تقريبًا التي تُباع على أنها "عاكس موجة جيبية نقية" خرج موجة جيبية سلسًا على الإطلاق ، [6] فقط ناتج أقل تقطعًا من الموجة المربعة (خطوتين) وموجة جيبية معدلة (ثلاث خطوات) ) محولات. ومع ذلك ، هذا ليس بالغ الأهمية بالنسبة لمعظم الإلكترونيات لأنها تتعامل مع الإخراج بشكل جيد.

عندما تحل أجهزة عاكس الطاقة محل طاقة الخط القياسي ، يكون خرج الموجة الجيبية مرغوبًا لأن العديد من المنتجات الكهربائية مصممة للعمل بشكل أفضل مع مصدر طاقة التيار المتردد ذو الموجة الجيبية. توفر الأداة الكهربائية القياسية موجة جيبية ، عادةً مع عيوب بسيطة ولكن في بعض الأحيان مع تشويه كبير.

تعد محولات الموجة الجيبية التي تحتوي على أكثر من ثلاث خطوات في خرج الموجة أكثر تعقيدًا ولها تكلفة أعلى بكثير من الموجة الجيبية المعدلة ، مع ثلاث خطوات فقط ، أو أنواع الموجة المربعة (خطوة واحدة) لنفس معالجة الطاقة. تعمل أجهزة إمداد الطاقة في وضع التبديل (SMPS) ، مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية أو مشغلات DVD ، على طاقة موجة جيبية معدلة. قد تنتج محركات التيار المتردد التي تعمل مباشرة على طاقة غير جيبية حرارة إضافية ، وقد يكون لها خصائص عزم دوران مختلفة ، أو قد تنتج ضوضاء مسموعة أكثر من تلك التي تعمل على طاقة جيبية.

تعديل موجة جيبية

ناتج الموجة الجيبية المعدلة لمثل هذا العاكس هو مجموع موجتين مربعتين إحداهما تم إزاحة طورها بمقدار 90 درجة بالنسبة إلى الأخرى. والنتيجة هي شكل موجة بثلاثة مستويات مع فترات متساوية من صفر فولت ذروة موجبة صفر فولت فولت ذروة سالبة ثم صفر فولت. يتكرر هذا التسلسل. تشبه الموجة الناتجة تقريبًا شكل موجة جيبية. تنتج معظم محولات الطاقة الاستهلاكية الرخيصة موجة جيبية معدلة بدلاً من موجة جيبية نقية.

يشبه شكل الموجة في محولات الموجة الجيبية المعدلة المتوفرة تجاريًا موجة مربعة ولكن مع توقف مؤقت أثناء انعكاس القطبية. [5] تم تطوير حالات التبديل للجهد الموجب والسالب والصفر. إذا تم اختيار شكل الموجة للحصول على قيم الذروة لنصف وقت الدورة ، فإن نسبة جهد الذروة إلى نسبة جهد RMS هي نفسها بالنسبة لموجة جيبية. يمكن تنظيم جهد ناقل التيار المستمر بشكل فعال ، أو يمكن تعديل أوقات "التشغيل" و "الإيقاف" للحفاظ على نفس خرج قيمة RMS حتى جهد ناقل التيار المستمر للتعويض عن تغيرات جهد ناقل التيار المستمر. عن طريق تغيير عرض النبضة ، يمكن تغيير الطيف التوافقي. أدنى THD لموجة جيبية معدلة من ثلاث خطوات هي 30٪ عندما تكون النبضات عند 130 درجة لكل دورة كهربائية. هذا أقل قليلاً من الموجة المربعة. [7]

يمكن ضبط نسبة وقت التشغيل إلى وقت الإيقاف لتغيير جهد RMS مع الحفاظ على تردد ثابت بتقنية تسمى تعديل عرض النبضة (PWM). يتم إعطاء نبضات البوابة المتولدة لكل مفتاح وفقًا للنمط المطور للحصول على المخرجات المطلوبة. يعتمد الطيف التوافقي في الخرج على عرض النبضات وتردد التشكيل. يمكن إثبات أنه يتم الوصول إلى الحد الأدنى من التشوه لشكل موجة من ثلاثة مستويات عندما تمتد النبضات أكثر من 130 درجة من شكل الموجة ، لكن الجهد الناتج سيظل يحتوي على حوالي 30٪ THD ، أعلى من المعايير التجارية لمصادر الطاقة المتصلة بالشبكة. [8] عند تشغيل المحركات الحثية ، فإن توافقيات الجهد عادة لا تكون مصدر قلق ، ومع ذلك ، فإن التشويه التوافقي في شكل الموجة الحالية يؤدي إلى تسخين إضافي ويمكن أن ينتج عزم دوران نابض. [9]

ستعمل عناصر عديدة من المعدات الكهربائية بشكل جيد على أجهزة عاكس الطاقة ذات الموجة الجيبية المعدلة ، خاصة الأحمال المقاومة في الطبيعة مثل المصابيح التقليدية المتوهجة. تعمل العناصر المزودة بمصدر طاقة في وضع التبديل بالكامل تقريبًا دون مشاكل ، ولكن إذا كان العنصر يحتوي على محول رئيسي ، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة اعتمادًا على مدى هامشي تصنيفها.

ومع ذلك ، قد يعمل الحمل بكفاءة أقل بسبب التوافقيات المرتبطة بموجة جيبية معدلة وينتج ضوضاء طنين أثناء التشغيل. يؤثر هذا أيضًا على كفاءة النظام ككل ، نظرًا لأن كفاءة التحويل الاسمية للشركة المصنعة لا تأخذ في الحسبان التوافقيات. لذلك ، قد توفر محولات الموجة الجيبية النقية كفاءة أعلى بكثير من محولات الموجة الجيبية المعدلة.

ستعمل معظم محركات التيار المتردد على محولات MSW مع تقليل الكفاءة بنسبة 20 ٪ تقريبًا بسبب المحتوى التوافقي. ومع ذلك ، قد تكون صاخبة جدًا. قد يساعد مرشح LC المتسلسل المضبوط على التردد الأساسي. [10]

طوبولوجيا عاكس الموجة الجيبية الشائعة والموجودة في محولات الطاقة الاستهلاكية هي كما يلي: يقوم متحكم دقيق على متن الطائرة بتشغيل وإيقاف تشغيل وحدات MOSFET للطاقة بسرعة عالية مثل

50 كيلو هرتز. يتم سحب الدوائر MOSFET مباشرة من مصدر تيار مستمر منخفض الجهد (مثل البطارية). تمر هذه الإشارة بعد ذلك عبر محولات الصعود (يتم وضع العديد من المحولات الأصغر بشكل متوازٍ لتقليل الحجم الكلي للعاكس) لإنتاج إشارة جهد أعلى. ثم يتم ترشيح ناتج محولات الصعود بواسطة المكثفات لإنتاج مصدر تيار مستمر عالي الجهد. أخيرًا ، يتم نبض مصدر التيار المستمر هذا بوحدات MOSFET ذات طاقة إضافية بواسطة متحكم دقيق لإنتاج إشارة الموجة الجيبية المعدلة النهائية.

تستخدم العواكس الأكثر تعقيدًا أكثر من جهدين لتشكيل تقريب متعدد الخطوات لموجة جيبية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل الجهد والتوافقيات الحالية و THD مقارنةً بالعاكس الذي يستخدم فقط نبضات موجبة وسالبة متناوبة ، لكن هذه المحولات تتطلب مكونات تحويل إضافية ، مما يزيد من التكلفة.

بالقرب من موجة جيبية تحرير PWM

تستخدم بعض المحولات PWM لإنشاء شكل موجة يمكن ترشيح تمريره منخفضًا لإعادة إنشاء الموجة الجيبية. لا تتطلب هذه سوى مصدر واحد للتيار المستمر ، على غرار تصميمات MSN ، لكن التبديل يحدث بمعدل أسرع بكثير ، عادةً ما يكون عددًا كبيرًا من KHz ، بحيث يمكن تنعيم العرض المتغير للنبضات لإنشاء موجة جيبية. إذا تم استخدام معالج دقيق لتوليد توقيت التبديل ، فيمكن التحكم عن كثب في المحتوى التوافقي والكفاءة.

تحرير تردد الإخراج

عادةً ما يكون تردد خرج التيار المتردد لجهاز عاكس الطاقة هو نفسه تردد خط الطاقة القياسي ، 50 أو 60 هرتز. الاستثناء هو في تصميمات القيادة الآلية ، حيث ينتج عن التردد المتغير تحكم متغير في السرعة.

أيضًا ، إذا كان إخراج الجهاز أو الدائرة سيتم تكييفه بشكل إضافي (على سبيل المثال تصعيد) ، فقد يكون التردد أعلى بكثير من أجل كفاءة المحولات الجيدة.

تحرير الجهد الناتج

غالبًا ما يتم تنظيم جهد خرج التيار المتردد لعاكس الطاقة ليكون هو نفسه جهد خط الشبكة ، عادةً 120 أو 240 فولت تيار متردد عند مستوى التوزيع ، حتى عندما تكون هناك تغييرات في الحمل الذي يقوده العاكس. هذا يسمح للعاكس بتشغيل العديد من الأجهزة المصممة لخط الطاقة القياسي.

تسمح بعض المحولات أيضًا بجهد إخراج متغير أو قابل للتحديد.

تحرير طاقة الإخراج

غالبًا ما يكون لمحول الطاقة تصنيف طاقة إجمالي معبرًا عنه بالواط أو كيلووات. يصف هذا الطاقة التي ستكون متاحة للجهاز الذي يقودها العاكس ، وبشكل غير مباشر ، الطاقة التي ستكون مطلوبة من مصدر التيار المستمر. الأجهزة الاستهلاكية والتجارية الصغيرة الشائعة والمصممة لتقليد طاقة الخط تتراوح عادةً من 150 إلى 3000 واط.

لا تهتم جميع تطبيقات العاكس فقط أو بشكل أساسي بتوصيل الطاقة في بعض الحالات ، يتم استخدام خصائص التردد و / أو شكل الموجة بواسطة دائرة أو جهاز المتابعة.

ال مدة العرض العاكس الذي يتم تشغيله بواسطة البطاريات يعتمد على طاقة البطارية وكمية الطاقة المستمدة من العاكس في وقت معين. مع زيادة كمية المعدات التي تستخدم العاكس ، سينخفض ​​وقت التشغيل. من أجل إطالة وقت تشغيل العاكس ، يمكن إضافة بطاريات إضافية إلى العاكس. [11]

صيغة لحساب سعة بطارية العاكس: [12]

سعة البطارية (آه) = الحمولة الإجمالية (بالواط) X وقت الاستخدام (بالساعات) / جهد الإدخال (V)

عند محاولة إضافة المزيد من البطاريات إلى العاكس ، هناك خياران أساسيان للتثبيت:

تكوين السلسلة إذا كان الهدف هو زيادة جهد الدخل الإجمالي للعاكس ، فيمكن للمرء أن يقوم ببطاريات سلسلة ديزي في تكوين سلسلة. في تكوين متسلسل ، إذا ماتت بطارية واحدة ، فلن تتمكن البطاريات الأخرى من تشغيل الحمل. التكوين المتوازي إذا كان الهدف هو زيادة السعة وإطالة وقت تشغيل العاكس ، فيمكن توصيل البطاريات بالتوازي. يؤدي هذا إلى زيادة التصنيف الإجمالي لساعة الأمبير (Ah) لمجموعة البطارية.

تحرير استخدام مصدر طاقة التيار المستمر

يقوم العاكس بتحويل التيار المستمر من مصادر مثل البطاريات أو خلايا الوقود إلى تيار متردد. يمكن أن تكون الكهرباء عند أي جهد مطلوب على وجه الخصوص ، ويمكنها تشغيل معدات التيار المتردد المصممة لتشغيل التيار الكهربائي ، أو تصحيحها لإنتاج التيار المستمر عند أي جهد مطلوب.

تحرير إمدادات الطاقة غير المنقطعة

يستخدم مزود الطاقة غير المنقطع (UPS) البطاريات وعاكسًا لتزويد طاقة التيار المتردد عند عدم توفر الطاقة الرئيسية. عند استعادة التيار الكهربائي ، يقوم المقوم بإمداد طاقة التيار المستمر لإعادة شحن البطاريات.

تعديل سرعة المحرك الكهربائي

غالبًا ما تستخدم دوائر العاكس المصممة لإنتاج نطاق جهد خرج متغير داخل أجهزة التحكم في سرعة المحرك. يمكن اشتقاق طاقة التيار المستمر لقسم العاكس من مقبس حائط تيار متردد عادي أو مصدر آخر. تُستخدم دوائر التحكم والتغذية الراجعة لضبط الإخراج النهائي لقسم العاكس الذي سيحدد في النهاية سرعة المحرك الذي يعمل تحت حمله الميكانيكي. تتعدد احتياجات التحكم في سرعة المحرك وتشمل أشياء مثل: المعدات الصناعية التي تعمل بمحركات ، والمركبات الكهربائية ، وأنظمة النقل بالسكك الحديدية ، والأدوات الكهربائية. (انظر ذات الصلة: محرك التردد المتغير) تم تطوير حالات التبديل للجهد الموجب والسالب والصفر وفقًا للأنماط الواردة في جدول التبديل 1. يتم إعطاء نبضات البوابة المتولدة لكل مفتاح وفقًا للنمط المطور وبالتالي الناتج تم الحصول عليها.

في ضواغط التبريد تحرير

يمكن استخدام العاكس للتحكم في سرعة محرك الضاغط لدفع تدفق المبرد المتغير في نظام التبريد أو تكييف الهواء لتنظيم أداء النظام. تُعرف هذه التركيبات باسم ضواغط العاكس. تستخدم الطرق التقليدية لتنظيم التبريد ضواغط أحادية السرعة يتم تشغيلها وإيقافها بشكل دوري ، وتحتوي الأنظمة المجهزة بالعاكس على محرك متغير التردد يتحكم في سرعة المحرك وبالتالي الضاغط ومخرج التبريد. يعمل التيار المتردد المتغير التردد من العاكس على تشغيل محرك بدون فرشاة أو محرك تحريضي ، وتتناسب سرعته مع تردد التيار المتردد الذي يتم تغذيته ، لذلك يمكن تشغيل الضاغط بسرعات متغيرة - مما يؤدي إلى التخلص من دورات إيقاف تشغيل الضاغط مما يزيد من الكفاءة. يراقب المتحكم الدقيق عادةً درجة الحرارة في المكان المراد تبريده ، ويضبط سرعة الضاغط للحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة. تضيف الأجهزة الإلكترونية والأنظمة الإضافية تكلفة إلى المعدات ، ولكن يمكن أن تؤدي إلى تحقيق وفورات كبيرة في تكاليف التشغيل. [13] تم إطلاق أول مكيفات هواء عاكس بواسطة توشيبا في عام 1981 ، في اليابان. [14]

تحرير شبكة الطاقة

تم تصميم المحولات المتصلة بالشبكة لتغذية نظام توزيع الطاقة الكهربائية. [15] ينتقلون بشكل متزامن مع الخط ولديهم أقل قدر ممكن من المحتوى التوافقي. كما يحتاجون أيضًا إلى وسيلة لاكتشاف وجود طاقة المرافق لأسباب تتعلق بالسلامة ، حتى لا يستمروا في تغذية الطاقة بشكل خطير إلى الشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

المحولات المزامنة هي محولات مصممة لمحاكاة المولد الدوار ، ويمكن استخدامها للمساعدة في استقرار الشبكات. يمكن تصميمها لتتفاعل بشكل أسرع من المولدات العادية مع التغيرات في تردد الشبكة ، ويمكن أن تمنح المولدات التقليدية فرصة للاستجابة للتغيرات المفاجئة للغاية في الطلب أو الإنتاج.

تستخدم المحولات الكبيرة ، المصنفة بعدة مئات من ميغاوات ، لتوصيل الطاقة من أنظمة نقل التيار المباشر ذات الجهد العالي إلى أنظمة توزيع التيار المتناوب.

تحرير الطاقة الشمسية

العاكس الشمسي هو توازن نظام (BOS) مكون من النظام الكهروضوئي ويمكن استخدامه لكل من الأنظمة المتصلة بالشبكة وخارج الشبكة. تحتوي عواكس الطاقة الشمسية على وظائف خاصة مهيأة للاستخدام مع المصفوفات الكهروضوئية ، بما في ذلك تتبع نقطة الطاقة القصوى والحماية ضد الانزلاق. تختلف محولات الطاقة الشمسية الدقيقة عن العواكس التقليدية ، حيث يتم توصيل عاكس صغير فردي بكل لوحة شمسية. هذا يمكن أن يحسن الكفاءة الكلية للنظام. يتم بعد ذلك دمج الإخراج من عدة محولات صغيرة وغالبًا ما يتم تغذيته بالشبكة الكهربائية.

في تطبيقات أخرى ، يمكن دمج العاكس التقليدي مع بنك بطارية يتم صيانته بواسطة جهاز التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية. غالبًا ما يشار إلى هذا المزيج من المكونات على أنه مولد للطاقة الشمسية. [16]

تحرير التسخين التعريفي

تقوم المحولات بتحويل طاقة التيار المتردد الرئيسية منخفضة التردد إلى تردد أعلى لاستخدامها في التسخين بالحث. للقيام بذلك ، يتم تصحيح طاقة التيار المتردد أولاً لتوفير طاقة التيار المستمر. يقوم العاكس بعد ذلك بتغيير طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد عالية التردد. نظرًا لانخفاض عدد مصادر التيار المستمر المستخدمة ، يصبح الهيكل أكثر موثوقية ويكون جهد الخرج أكثر دقة بسبب زيادة عدد الخطوات بحيث يمكن تحقيق الجهد الجيبي المرجعي بشكل أفضل. أصبح هذا التكوين مؤخرًا شائعًا جدًا في إمداد طاقة التيار المتردد وتطبيقات محرك السرعة القابلة للتعديل. يمكن لهذا العاكس الجديد تجنب الثنائيات الإضافية أو مكثفات موازنة الجهد.

هناك ثلاثة أنواع من تقنيات التعديل بتبديل المستوى ، وهي:

  • ترتيب معارضة المرحلة (POD)
  • ترتيب معارضة الطور البديل (APOD)
  • ترتيب المرحلة (PD)

تحرير نقل الطاقة HVDC

مع نقل الطاقة HVDC ، يتم تصحيح طاقة التيار المتردد ويتم نقل طاقة التيار المستمر عالية الجهد إلى موقع آخر. في موقع الاستلام ، يقوم العاكس في مصنع العاكس الثابت بتحويل الطاقة مرة أخرى إلى التيار المتردد. يجب أن يكون العاكس متزامنًا مع تردد الشبكة وطورها وتقليل التوليد التوافقي.

أسلحة الصدمات الكهربائية تحرير

تحتوي أسلحة الصعق الكهربائي ومسدسات الصعق الكهربائي على عاكس تيار مستمر / تيار متردد لتوليد عشرات الآلاف من فولت تيار متردد من بطارية صغيرة 9 فولت تيار مستمر. أولاً ، يتم تحويل 9 فولت تيار مستمر إلى 400-2000 فولت تيار متردد مع محول مضغوط عالي التردد ، والذي يتم بعد ذلك تصحيحه وتخزينه مؤقتًا في مكثف عالي الجهد حتى يتم الوصول إلى عتبة الجهد المحددة مسبقًا. عندما يتم الوصول إلى العتبة (المحددة عن طريق فجوة هوائية أو TRIAC) ، يقوم المكثف بتفريغ حمولته بالكامل في محول النبض الذي يقوم بعد ذلك بتدويره إلى جهد الخرج النهائي من 20-60 كيلو فولت. يتم استخدام متغير من المبدأ أيضًا في الفلاش الإلكتروني ومضخات الحشرات ، على الرغم من أنها تعتمد على مضاعف الجهد القائم على المكثف لتحقيق جهدها العالي.

تحرير متنوع

تشمل التطبيقات النموذجية لمحولات الطاقة ما يلي:

  • أجهزة استهلاكية محمولة تتيح للمستخدم توصيل بطارية أو مجموعة بطاريات بالجهاز لإنتاج طاقة التيار المتردد لتشغيل مختلف العناصر الكهربائية مثل الأضواء وأجهزة التلفزيون وأجهزة المطبخ وأدوات الطاقة.
  • تستخدم في أنظمة توليد الطاقة مثل شركات المرافق الكهربائية أو أنظمة توليد الطاقة الشمسية لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة التيار المتردد.
  • استخدم في أي نظام إلكتروني أكبر حيث توجد حاجة هندسية لاشتقاق مصدر التيار المتردد من مصدر التيار المستمر.
  • تحويل التردد - إذا كان المستخدم في (على سبيل المثال) بلد 50 هرتز يحتاج إلى إمداد 60 هرتز لمعدات الطاقة الخاصة بالتردد ، مثل محرك صغير أو بعض الأجهزة الإلكترونية ، فمن الممكن تحويل التردد عن طريق تشغيل العاكس باستخدام خرج 60 هرتز من مصدر تيار مستمر مثل مصدر طاقة 12 فولت يعمل من أنابيب 50 هرتز.

تحرير التصميم الأساسي

في دائرة عاكس بسيطة واحدة ، يتم توصيل طاقة التيار المستمر بمحول من خلال الصنبور المركزي للملف الأساسي. يتم تبديل المفتاح بسرعة للخلف وللأمام للسماح للتيار بالتدفق مرة أخرى إلى مصدر التيار المستمر باتباع مسارين بديلين من خلال أحد طرفي الملف الأساسي ثم الآخر. ينتج عن تناوب اتجاه التيار في الملف الأولي للمحول تيارًا متناوبًا (AC) في الدائرة الثانوية.

يشتمل الإصدار الكهروميكانيكي لجهاز التبديل على جهتي اتصال ثابتتين ووصلة اتصال متحركة مدعومة بنابض. يحمل الزنبرك جهة الاتصال المنقولة ضد إحدى جهات الاتصال الثابتة ويسحب المغناطيس الكهربائي جهة الاتصال المتحركة إلى جهة الاتصال الثابتة المعاكسة. ينقطع التيار في المغناطيس الكهربائي عن طريق عمل المفتاح بحيث يتحول المفتاح باستمرار سريعًا ذهابًا وإيابًا. هذا النوع من التبديل العاكس الكهروميكانيكي ، المسمى بالهزاز أو الجرس ، كان يستخدم مرة واحدة في أجهزة راديو السيارات ذات الأنبوب المفرغ. تم استخدام آلية مماثلة في أجراس الأبواب ، والجرس ، وآلات الوشم.

عندما أصبحت متوفرة بمعدلات طاقة مناسبة ، تم دمج الترانزستورات وأنواع أخرى مختلفة من مفاتيح تبديل أشباه الموصلات في تصميمات دوائر العاكس. تصنيفات معينة ، خاصة للأنظمة الكبيرة (عدة كيلووات) تستخدم الثايرستور (SCR). توفر SCRs قدرة كبيرة على معالجة الطاقة في جهاز أشباه الموصلات ، ويمكن التحكم فيها بسهولة عبر نطاق إطلاق متغير.

عندما لا يقترن المفتاح الموجود في العاكس البسيط الموصوف أعلاه بمحول خرج ، فإنه ينتج شكل موجة جهد مربع بسبب إيقاف تشغيله البسيط وعلى طبيعته على عكس شكل الموجة الجيبية الذي يمثل الشكل الموجي المعتاد لمصدر طاقة التيار المتردد. باستخدام تحليل فورييه ، يتم تمثيل الأشكال الموجية الدورية كمجموع لسلسلة لا نهائية من الموجات الجيبية. تسمى الموجة الجيبية التي لها نفس التردد مثل شكل الموجة الأصلي المكون الأساسي. موجات جيبية أخرى ، ودعا التوافقيات، المضمنة في السلسلة لها ترددات تعد مضاعفات متكاملة للتردد الأساسي.

يمكن استخدام تحليل فورييه لحساب إجمالي التشوه التوافقي (THD). إجمالي التشوه التوافقي (THD) هو الجذر التربيعي لمجموع مربعات الفولتية التوافقية مقسومًا على الجهد الأساسي: THD = V 2 2 + V 3 2 + V 4 2 + ⋯ + V n 2 V 1 < displaystyle < mbox> = << sqrt ^ <2> + V_ <3> ^ <2> + V_ <4> ^ <2> + cdots + V_^ <2> >> over V_ <1> >>

تحرير التصاميم المتقدمة

هناك العديد من طوبولوجيا دوائر الطاقة المختلفة واستراتيجيات التحكم المستخدمة في تصميمات العاكس. [17] تتناول مناهج التصميم المختلفة العديد من القضايا التي قد تكون أكثر أو أقل أهمية اعتمادًا على الطريقة التي يُقصد بها استخدام العاكس.

استنادًا إلى الهيكل الأساسي للجسر H ، هناك استراتيجيتان أساسيتان مختلفتان للتحكم تسمى محول الجسر الأساسي المتغير التردد والتحكم PWM. [18] هنا ، في الصورة اليسرى لدائرة جسر H ، تم تسمية المفتاح الأيسر العلوي باسم "S1" ، بينما تمت تسمية المفتاح الآخر باسم "S2 ، S3 ، S4" بترتيب عكس اتجاه عقارب الساعة.

بالنسبة لمحول الجسر الأساسي المتغير التردد ، يمكن تشغيل المفاتيح بنفس تردد التيار المتردد في الشبكة الكهربائية (60 هرتز في الولايات المتحدة). ومع ذلك ، فإن معدل فتح وإغلاق المفاتيح هو الذي يحدد تردد التيار المتردد. عندما يكون S1 و S4 في وضع التشغيل والاثنان الآخران متوقفان ، يتم تزويد الحمل بجهد موجب والعكس صحيح. يمكننا التحكم في حالات التشغيل والإيقاف للمفاتيح لضبط حجم التيار المتردد والمرحلة. يمكننا أيضًا التحكم في المفاتيح للتخلص من بعض التوافقيات. يتضمن ذلك التحكم في المفاتيح لإنشاء الشقوق ، أو مناطق الحالة 0 ، في شكل الموجة الناتج أو إضافة مخرجات محولين أو أكثر على التوازي والتي يتم إزاحتها طورًا فيما يتعلق ببعضها البعض.

طريقة أخرى يمكن استخدامها هي PWM. على عكس محول الجسر الأساسي المتغير التردد ، في إستراتيجية التحكم في PWM ، يمكن لمفتاحين فقط S3 و S4 العمل عند تردد جانب التيار المتردد أو عند أي تردد منخفض. سوف يتحول الاثنان الآخران بشكل أسرع (عادةً 100 كيلو هرتز) لإنشاء جهود مربعة من نفس الحجم ولكن لمدد زمنية مختلفة ، والتي تتصرف كجهد متغير الحجم في نطاق زمني أكبر.

هاتان الإستراتيجيتان تخلقان توافقيات مختلفة. بالنسبة للأول ، من خلال تحليل فورييه ، سيكون حجم التوافقيات 4 / (pi * k) (k هو ترتيب التوافقيات). لذلك تتركز غالبية طاقة التوافقيات في التوافقيات ذات الترتيب الأدنى. وفي الوقت نفسه ، بالنسبة لاستراتيجية PWM ، تكمن طاقة التوافقيات في ترددات أعلى بسبب التبديل السريع. تؤدي خصائصها المختلفة من التوافقيات إلى متطلبات إزالة THD والتوافقيات المختلفة. على غرار "THD" ، يمثل مفهوم "جودة شكل الموجة" مستوى التشوه الناتج عن التوافقيات. جودة شكل الموجة للتيار المتردد التي يتم إنتاجها مباشرة بواسطة H-bridge المذكورة أعلاه لن تكون جيدة كما نريد.

يمكن معالجة مسألة جودة شكل الموجة بعدة طرق. يمكن استخدام المكثفات والمحاثات لتصفية شكل الموجة. إذا كان التصميم يشتمل على محول ، فيمكن تطبيق التصفية على الجانب الأساسي أو الثانوي للمحول أو على كلا الجانبين. يتم تطبيق مرشحات التمرير المنخفض للسماح للمكون الأساسي لشكل الموجة بالمرور إلى الخرج مع الحد من مرور المكونات التوافقية. إذا كان العاكس مصممًا لتوفير الطاقة بتردد ثابت ، فيمكن استخدام مرشح طنين. بالنسبة لمحول التردد القابل للضبط ، يجب ضبط المرشح على تردد أعلى من الحد الأقصى للتردد الأساسي.

نظرًا لأن معظم الأحمال تحتوي على محاثة ، غالبًا ما يتم توصيل مقومات التغذية الراجعة أو الثنائيات المضادة المتوازية عبر كل مفتاح من أشباه الموصلات لتوفير مسار لتيار الحمل الاستقرائي الأقصى عند إيقاف تشغيل المفتاح. الثنائيات المضادة المتوازية تشبه إلى حد ما الثنائيات الطليقة تستخدم في دوائر تحويل التيار المتردد / التيار المستمر.

يكشف تحليل فورييه أن شكل الموجة ، مثل الموجة المربعة ، التي تكون غير متناظرة حول نقطة 180 درجة تحتوي فقط على مدروجات فردية ، الثالثة ، الخامسة ، السابعة ، إلخ. على حساب تضخيم التوافقيات الأعلى. على سبيل المثال ، بإدخال خطوة جهد صفري بين المقاطع الموجبة والسالبة للموجة المربعة ، يمكن التخلص من جميع التوافقيات التي يمكن قسمة ثلاثة (الثالث والتاسع ، إلخ). هذا يترك فقط الخامس والسابع والحادي عشر والثالث عشر وما إلى ذلك. العرض المطلوب للخطوات هو ثلث الفترة لكل خطوة من الخطوات الموجبة والسالبة وسدس الفترة لكل خطوة من خطوات الجهد صفر. [20]

يعد تغيير الموجة المربعة كما هو موضح أعلاه مثالاً على تعديل عرض النبضة. غالبًا ما يتم استخدام تعديل أو تنظيم عرض نبضة الموجة المربعة كطريقة لتنظيم أو ضبط جهد خرج العاكس. عندما لا يكون التحكم في الجهد مطلوبًا ، يمكن تحديد عرض نبضة ثابت لتقليل التوافقيات المحددة أو إزالتها. يتم تطبيق تقنيات الإزالة التوافقية عمومًا على أدنى التوافقيات لأن الترشيح يكون أكثر عملية عند الترددات العالية ، حيث يمكن أن تكون مكونات المرشح أصغر بكثير وأقل تكلفة. عرض النبضات المتعددة أو الناقل القائم تنتج مخططات التحكم في PWM أشكالًا موجية تتكون من العديد من النبضات الضيقة. التردد الذي يمثله عدد النبضات الضيقة في الثانية يسمى تردد التبديل أو تردد الناقل. غالبًا ما تُستخدم مخططات التحكم هذه في محولات التحكم في المحركات ذات التردد المتغير لأنها تتيح نطاقًا واسعًا من جهد الخرج وتعديل التردد مع تحسين جودة شكل الموجة أيضًا.

توفر المحولات متعددة المستويات طريقة أخرى للإلغاء التوافقي. توفر المحولات متعددة المستويات شكل موجة خرج يعرض خطوات متعددة عند مستويات جهد مختلفة. على سبيل المثال ، من الممكن إنتاج موجة جيبية أكثر من خلال وجود مدخلات تيار مباشر مقسم للسكك الحديدية بجهدين ، أو مدخلات موجبة وسالبة بأرضية مركزية. من خلال توصيل محطات خرج العاكس بالتسلسل بين السكة الموجبة والأرض ، السكة الموجبة والسكك الحديدية السالبة ، السكة الأرضية والسكك الحديدية السالبة ، ثم كلاهما بالسكك الحديدية الأرضية ، يتم إنشاء شكل موجة متدرج عند خرج العاكس. هذا مثال على عاكس ثلاثي المستويات: الفولتية والأرضية. [21]

المزيد عن تحقيق تحرير موجة جيبية

تنتج محولات الرنين موجات جيبية بدارات LC لإزالة التوافقيات من موجة مربعة بسيطة. عادةً ما يكون هناك عدة دوائر LC متسلسلة ومتوازية الرنين ، يتم ضبط كل منها على توافقي مختلف لتردد خط الطاقة. هذا يبسط الإلكترونيات ، لكن المحاثات والمكثفات تميل إلى أن تكون كبيرة وثقيلة. تجعل كفاءتها العالية هذا النهج شائعًا في مصادر الطاقة الكبيرة غير المنقطعة في مراكز البيانات التي تقوم بتشغيل العاكس بشكل مستمر في وضع "متصل بالإنترنت" لتجنب أي تبديل مؤقت عند فقد الطاقة. (انظر ذات الصلة: العاكس الرنان)

نهج وثيق الصلة يستخدم محول طنين خاطئ ، المعروف أيضًا باسم محول الجهد الثابت ، لإزالة التوافقيات وتخزين طاقة كافية للحفاظ على الحمل لبضع دورات التيار المتردد. هذه الخاصية تجعلها مفيدة في إمدادات الطاقة الاحتياطية للتخلص من عابر التبديل الذي يحدث بخلاف ذلك أثناء انقطاع التيار الكهربائي أثناء بدء تشغيل العاكس الخامل بشكل طبيعي وتتحول المرحلات الميكانيكية إلى خرجها.

تعديل تكميم محسن

اقتراح مقترح في إلكترونيات القوى تستخدم المجلة جهدين كتحسين على التكنولوجيا التجارية الشائعة ، والتي يمكنها فقط تطبيق جهد ناقل التيار المستمر في أي اتجاه أو إيقاف تشغيله. يضيف الاقتراح جهدًا متوسطًا إلى التصميم المشترك. ترى كل دورة التسلسل التالي للجهود التي تم تسليمها: v1، v2، v1، 0، −v1، −v2، −v1، 0. [19]

ثلاث مراحل محولات تحرير

تُستخدم المحولات ثلاثية الطور لتطبيقات محرك التردد المتغير ولتطبيقات الطاقة العالية مثل نقل الطاقة HVDC. يتكون العاكس الأساسي ثلاثي الطور من ثلاثة مفاتيح عاكس أحادية الطور ، كل منها متصل بإحدى محطات الحمل الثلاثة. بالنسبة لمخطط التحكم الأساسي ، يتم تنسيق تشغيل المفاتيح الثلاثة بحيث يعمل مفتاح واحد عند كل نقطة 60 درجة من شكل الموجة الناتج الأساسي. يؤدي هذا إلى إنشاء شكل موجي ناتج من خط إلى خط يتكون من ست خطوات. يحتوي الشكل الموجي المكون من ست خطوات على خطوة جهد صفري بين القسمين الموجب والسالب للموجة المربعة بحيث يتم التخلص من التوافقيات التي تكون مضاعفات الثلاثة كما هو موضح أعلاه. عندما يتم تطبيق تقنيات PWM القائمة على الموجة الحاملة على أشكال موجة من ست خطوات ، فإن الشكل العام الأساسي ، أو مغلف، من شكل الموجة بحيث يتم إلغاء التوافقي الثالث ومضاعفاته.

لإنشاء محولات ذات تصنيفات طاقة أعلى ، يمكن توصيل محولات ثلاثية الطور من ست خطوات بالتوازي للحصول على تصنيف تيار أعلى أو في سلسلة للحصول على تصنيف جهد أعلى. في كلتا الحالتين ، يتم إزاحة الطور في أشكال الموجة الناتجة للحصول على شكل موجة مكون من 12 خطوة. إذا تم دمج محولات إضافية ، يتم الحصول على عاكس من 18 خطوة بثلاثة محولات وما إلى ذلك. على الرغم من أن المحولات يتم دمجها عادة بغرض تحقيق زيادة الجهد أو معدلات التيار ، إلا أن جودة شكل الموجة تتحسن أيضًا.

بالمقارنة مع الأجهزة الكهربائية المنزلية الأخرى ، فإن المحولات كبيرة الحجم والحجم. في عام 2014 ، بدأت Google بالاشتراك مع IEEE في مسابقة مفتوحة تسمى Little Box Challenge ، مع جائزة مالية قدرها 1000000 دولار ، لبناء محول طاقة أصغر (كثيرًا). [22]

العواكس المبكرة تحرير

من أواخر القرن التاسع عشر وحتى منتصف القرن العشرين ، تم إنجاز تحويل الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتردد باستخدام المحولات الدوارة أو مجموعات المولدات ذات المحركات (مجموعات M-G). في أوائل القرن العشرين ، بدأ استخدام الأنابيب المفرغة والأنابيب المملوءة بالغاز كمفاتيح في دوائر العاكس. أكثر أنواع الأنبوب استخدامًا هو الثيراترون.

تشرح أصول المحولات الكهروميكانيكية مصدر المصطلح العاكس. استخدمت محولات التيار المتردد إلى التيار المتردد المبكرة محركًا حثيثًا أو محرك تيار متردد متزامن متصل مباشرة بمولد (دينامو) بحيث يقوم عاكس المولد بعكس توصيلاته في اللحظات المناسبة تمامًا لإنتاج التيار المستمر. التطوير اللاحق هو المحول المتزامن ، حيث يتم دمج لفات المحرك والمولد في عضو إنتاج واحد ، مع حلقات انزلاقية في أحد طرفيها ومبدل في الطرف الآخر وإطار مجال واحد فقط. النتيجة مع أي منهما هي AC-in ، DC-out. مع مجموعة M-G ، يمكن اعتبار أن التيار المستمر يتم إنشاؤه بشكل منفصل من التيار المتردد باستخدام محول متزامن ، بمعنى ما يمكن اعتباره "تيار متردد مصحح ميكانيكيًا". بالنظر إلى المعدات المساعدة والتحكم الصحيحة ، يمكن "تشغيل مجموعة M-G أو المحول الدوار" ، وتحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد. ومن ثم فإن العاكس هو محول مقلوب. [23]

محولات المعدل المتحكم فيه تحرير

نظرًا لأن الترانزستورات المبكرة لم تكن متوفرة مع الجهد الكافي والتصنيفات الحالية لمعظم تطبيقات العاكس ، فقد كان إدخال الثايرستور أو المعدل المتحكم فيه بالسيليكون (SCR) في عام 1957 هو الذي بدأ الانتقال إلى دوائر عاكس الحالة الصلبة.

ال التخفيف تعتبر متطلبات SCRs من الاعتبارات الرئيسية في تصميمات دوائر SCR. لا يتم إيقاف SCRs أو تبديل تلقائيًا عند إيقاف تشغيل إشارة التحكم في البوابة. يتم إيقاف تشغيلها فقط عندما يتم تقليل التيار الأمامي إلى أقل من الحد الأدنى لتيار التثبيت ، والذي يختلف مع كل نوع من أنواع SCR ، من خلال بعض العمليات الخارجية. بالنسبة إلى SCRs المتصلة بمصدر طاقة التيار المتردد ، يحدث التبديل بشكل طبيعي في كل مرة ينعكس فيها قطبية جهد المصدر. عادةً ما تتطلب SCRs المتصلة بمصدر طاقة التيار المستمر وسيلة للتبديل القسري الذي يفرض التيار إلى الصفر عندما يكون التبديل مطلوبًا. تستخدم دوائر SCR الأقل تعقيدًا التبديل الطبيعي بدلاً من التخفيف القسري. مع إضافة دوائر التبديل القسري ، تم استخدام SCRs في أنواع دوائر العاكس الموضحة أعلاه.

في التطبيقات التي تنقل فيها المحولات الطاقة من مصدر طاقة تيار مستمر إلى مصدر طاقة تيار متردد ، من الممكن استخدام دوائر مقوم يتم التحكم فيها من التيار المتردد إلى التيار المستمر تعمل في وضع الانعكاس. في وضع الانعكاس ، تعمل دائرة المعدل المتحكم به كعاكس تبديل خطي. يمكن استخدام هذا النوع من العمليات في أنظمة نقل الطاقة HVDC وفي عملية الكبح المتجدد لأنظمة التحكم في المحركات.

نوع آخر من دارة العاكس SCR هو محول إدخال المصدر الحالي (CSI). العاكس CSI هو ثنائي من ست خطوات لمصدر الجهد العاكس. باستخدام عاكس المصدر الحالي ، يتم تكوين مصدر طاقة التيار المستمر كمصدر حالي بدلاً من مصدر جهد. يتم تبديل SCRs العاكس في تسلسل من ست خطوات لتوجيه التيار إلى حمل التيار المتردد ثلاثي الطور كشكل موجة تيار متدرج. تتضمن طرق تبديل العاكس CSI تبديل الحمل واستبدال المكثف المتوازي. مع كلتا الطريقتين ، يساعد تنظيم الإدخال الحالي في التخفيف. مع تخفيف الحمل ، يكون الحمل عبارة عن محرك متزامن يعمل بعامل طاقة رائد.

نظرًا لأنها أصبحت متوفرة في تصنيفات الجهد والتيار العالي ، أصبحت أشباه الموصلات مثل الترانزستورات أو IGBT التي يمكن إيقافها عن طريق إشارات التحكم مكونات التبديل المفضلة للاستخدام في دوائر العاكس.

المعدل وأرقام نبض العاكس تحرير

غالبًا ما يتم تصنيف دارات المعدل حسب عدد النبضات الحالية التي تتدفق إلى جانب التيار المستمر من المعدل لكل دورة من جهد دخل التيار المتردد. المعدل نصف الموجي أحادي الطور عبارة عن دائرة أحادية النبضة ومعدل الموجة الكاملة أحادي الطور عبارة عن دائرة ثنائية النبض. المعدل نصف الموجي ثلاثي الطور عبارة عن دائرة ثلاثية النبضات ومعدل الموجة الكاملة ثلاثي الأطوار عبارة عن دائرة بستة نبضات. [24]

مع مقومات ثلاثية الطور ، يتم توصيل مقومين أو أكثر أحيانًا في سلسلة أو متوازية للحصول على معدلات جهد أو تيار أعلى. يتم توفير مدخلات المقوم من محولات خاصة توفر مخرجات متغيرة الطور. هذا له تأثير الضرب الطوري. يتم الحصول على ست مراحل من محولين ، اثني عشر مرحلة من ثلاثة محولات وما إلى ذلك. دوائر المعدل المصاحبة هي مقومات ذات 12 نبضة ومعدلات 18 نبضة وما إلى ذلك.

عندما يتم تشغيل دارات المعدل المتحكم به في وضع الانعكاس ، فسيتم تصنيفها أيضًا حسب رقم النبض. دوائر المعدل التي تحتوي على عدد نبضات أعلى قللت المحتوى التوافقي في تيار إدخال التيار المتردد وقللت التموج في جهد خرج التيار المستمر. في وضع الانعكاس ، تحتوي الدوائر التي تحتوي على عدد نبضات أعلى على محتوى توافقي أقل في شكل موجة جهد خرج التيار المتردد.

ملاحظات أخرى تحرير

كانت أجهزة التحويل الكبيرة لتطبيقات نقل الطاقة التي تم تركيبها حتى عام 1970 تستخدم في الغالب صمامات القوس الزئبقي. عادة ما تكون العواكس الحديثة صلبة (محولات ثابتة). تتميز طريقة التصميم الحديثة بمكونات مرتبة في تكوين جسر H. هذا التصميم شائع أيضًا مع الأجهزة الاستهلاكية الأصغر حجمًا. [25] [26]


ترويض بركان

في المرة الأولى التي جرب فيها العملية الجديدة ، اكتشف بيسمر مدى عنف رد الفعل هذا. كتب: "استمر كل شيء بهدوء لمدة عشر دقائق تقريبًا ، صعدت شرارات مثل التي تُرى عادةً عند النقر على قبة ، مصحوبة بغازات ساخنة ، من خلال الفتحة الموجودة أعلى المحول ، تمامًا كما افترضت. ولكن بعد فترة وجيزة ، حدث تغيير سريع في الواقع ، تم استهلاك السيليكون بهدوء ، وأطلق الأكسجين ، الذي اتحد بعد ذلك مع الكربون ، تيارًا متزايدًا من الشرارات وشعلة بيضاء ضخمة. ثم تبع ذلك سلسلة من الانفجارات الخفيفة ، مما أدى إلى إلقاء الخبث المنصهر ورذاذ المعدن عالياً في الهواء ، وأصبح الجهاز بركانًا حقيقيًا في حالة ثوران بركاني نشط. لم يستطع أحد الاقتراب من المحول لإيقاف الانفجار ، وكانت بعض الأسطح المنخفضة والمسطحة والمغطاة بالزنك القريبة في متناول اليد معرضة لخطر الاشتعال بسبب سقوط مادة حمراء ساخنة عليها. كان كل هذا كشفًا بالنسبة لي ، حيث لم أتوقع مثل هذه النتائج العنيفة بأي حال من الأحوال. ومع ذلك ، في غضون عشر دقائق أخرى ، توقف الانفجار ، وخمد اللهب ، واكتملت العملية. عند النقر على المحول في مقلاة أو مغرفة ضحلة ، وتشكيل المعدن في سبيكة ، وجد أنه حديد قابل للطرق بالكامل. "

فشلت جميع المحاولات لجعل رد الفعل أقل شراسة ، وخلص بيسمر إلى أن السرعة (اكتملت العملية برمتها في حوالي 20 دقيقة) والحرارة الشديدة والانفجارات العنيفة كلها السمات المميزة اللازمة لإنتاج الصلب الناجح. بدلاً من ذلك ، كرس وقتًا طويلاً وفكر في تصميم وعاء تفاعل يحتوي على العملية بأمان قدر الإمكان.

بعد بعض التجارب ، صمم وعاء التفاعل على شكل بيضاوي طويل مع الكثير من الفسحة العلوية للمعدن المنصهر ليشرع وينفجر دون مغادرة المحول ، ومنفذ الإزاحة المميزة ، أو "الفم". تم تدوير المحول على أعمدة الدوران بحيث يمكن إمالته لاستقبال الشحنة وصب الفولاذ المصهور في مغارف أو قوالب. تتراوح السعة ما بين 8-30 طنًا من الحديد المصهور ، على الرغم من أن معظم المحولات مصممة لتحمل شحنة تبلغ 15 طنًا.

تم تسجيل براءة اختراع العملية في عام 1855 ، على الرغم من أن شركات الحديد فشلت في البداية في إنتاج الفولاذ عالي الجودة الذي توقعوا أن الأكسجين الزائد ترك الفولاذ هشًا وكان من الصعب الاحتفاظ بالكمية الصحيحة (بين 0.2 - 2.1٪ بالوزن) من الكربون في الفولاذ. استغرق حل Bessemer ، وهو وقف تدفق الهواء قبل تحويل كل الكربون ، الكثير من التجربة والخطأ إلى الكمال. تم اقتراح حل أسهل من قبل عالم المعادن روبرت موشيه ، الذي اقترح حرق كل الكربون ثم إضافة كمية محددة من Spiegeleisen ، سبيكة من الحديد والكربون والمنغنيز. جعل هذا الأمر سهلاً نسبيًا لضمان احتواء الفولاذ على الكمية المناسبة بدقة من الكربون ، بينما أزال المنغنيز الأكسجين الزائد من الفولاذ. تم ترخيص عملية Bessemer المحسنة هذه لأول مرة في عام 1865 ، لشركة Dowlais Iron في ويلز.


كيف غير هنري بيسمر صناعة الصلب

كان السير هنري بيسيمر مخترعًا ومهندسًا إنكليزيًا معروفًا على نطاق واسع بكونه أول من طور ومعالجة الفولاذ بطريقة غير مكلفة ، وساهم لاحقًا في اختراع محول & # 8220 بيسمير. & # 8221 غيّر السير هنري صناعة الصلب بطريقة لا من أي وقت مضى ، ولا أحد لديه منذ ذلك الحين. لقد كان مصدر إلهام لصناعة الصلب بأكملها ، خاصة خلال الثورة الصناعية.

يُعرف بسمر باختراعات أخرى أيضًا ، وينبغي ملاحظة مثابرته ومثابرته على النحو الواجب إذا كنت تبحث عن الإلهام لتصبح مخترعًا. إن النظر إلى حياة Bessemer & # 8217s واختراعاته يجب أن يلهمك لإلقاء نظرة على جانبك الإبداعي أيضًا ، حيث يمكننا جميعًا استخدام بعض الإلهام من هذا المخترع الإنجليزي المذهل.

السير هنري بسمر (19 يناير 1813 - 15 مارس 1898)

هنري بيسمر & # 8217s في وقت مبكر

وُلِد بيسمر عام 1813 ، في هيرتفوردشاير ، إنجلترا ، وتربى على يد مهندس وخطاط ، وأظهر جانبه الإبداعي في سن مبكرة جدًا. نظرًا لأن والده كان مخترعًا ، كان من الواضح أن هنري أراد أن يحذو حذوه ، ليصبح مخترعًا مثل والده. لسوء الحظ ، لم تكن أسرهم غنية تمامًا ، مما أجبر هنري على ترك المدرسة والعمل لمساعدة أسرته على البقاء على قيد الحياة. لكنه لم يترك ذلك يمنعه في الواقع ، كانت هذه هي الشرارة ذاتها التي احتاجها لبدء إخراج أفكاره واختراعاته. لقد نشأت الكثير من الاختراعات والإبداعات من هنري بسبب تجاوزاته ، لأنه لولا مشاكله ، لما دفعته أبدًا إلى ابتكار وابتكار بعض أهم المنتجات في كل العصور.

من خلال العمل مع والده ، تعلم هنري علم المعادن ، وبينما كان معظم تعليمه غير رسمي ، فقد تعلم بالتأكيد ما يحتاج إلى معرفته لمساعدة اختراعاته في المستقبل. مع العلم أن عائلته بحاجة إلى مساعدة مالية ، ولأنه مخترع في جوهره يريد أن يسير على خطى والده ، بدأ في التلاعب بالعناصر والمنتجات في جميع أنحاء المنزل.

ربما تكون إحدى الحقائق الأكثر إثارة للاهتمام حول Henry Bessemer في اسمه الأخير & # 8211 على مر الأجيال ، يبدو كما لو أن الاسم الأخير قد تم إتلافه في Bessemer عندما تم تهجئته في الأصل بحرف A ، BA-ssemer. ظل باسم باسمر لبعض الأجيال ، ولكن على مر السنين ، تم تغييره إلى حرف E ، ولم يصححه مطلقًا.

أنتوني بيسمر & # 8211 هنري & # 8217s الأب

في سن العشرين ، ساعد والد هنري أنتوني في بناء أول آلة ضخ بخار تعمل في هولندا. في سن الحادية والعشرين ، هرب إلى باريس ، فرنسا ، بلا أحد ولا مال. مصيره الفشل ، أثبت خطأ الجميع ، وأصبح جزءًا من الأكاديمية الفرنسية للعلوم في غضون خمس سنوات فقط.

في دار سك النقود في باريس ، حصل أنتوني على منصب رائد ، مما أدى في النهاية إلى اختراعه لآلة النسخ ، وكما يمكنك أن تتخيل ، فقد جلب له هذا الكثير من الشعبية والوفرة. ومع ذلك ، هذا لم يدم طويلا. كان هذا ، للأسف ، عندما بدأت الثورة الفرنسية ، وعندما جاءوا من أجل أنتوني ، هرب إلى إنجلترا.

كانت هذه بداية حياة Henry & # 8217 ، لو لم يهرب أنتوني ، من يدري ما إذا كان هنري قد ولد في يوم من الأيام.

الاختراعات المبكرة

قبل أن يغير Henry Bessemer صناعة الصلب ، كانت لديه أفكار وإبداعات أخرى في الاعتبار. يقول الكثير من الناس أنه كان مصدر إلهام لبدء ابتكار الأشياء حتى لا يضطر هو وعائلته & # 8217t إلى النضال أثناء المشكلات المالية التي كانوا يواجهونها.

كان اختراعه الأول هو أول طوابع متحركة تستخدم حتى الآن في الوثائق. ثم قام بتحديث جهاز التنضيد ، وإنشاء آلة تنتج الجرافيت لاستخدامه في أقلام الرصاص.

من عام 1838 إلى عام 1883 ، حصل هنري على حوالي 129 براءة اختراع لاختراعاته ، وأصبح مخترعًا غزير الإنتاج. فيما يلي قائمة بجميع الإبداعات والاختراعات التي ابتكرها بيسمر خلال القرن التاسع عشر.

  • طوابع متحركة
  • أصباغ متحركة للطوابع البريدية المنقوشة
  • المرسوم العسكري
  • آلة بثق لولبية تستخدم لإزالة السكر من قصب السكر
  • آلة إنتاج الجرافيت
  • ترقية آلة التنضيد

حلم بسمر بالعديد من الاختراعات الأخرى في صناعات الحديد والصلب والزجاج.

اس اس بسمر

تُعرف أيضًا باسم & # 8220Bessemer Saloon ، & # 8221 ، كانت SS Bessemer عبارة عن باخرة ركاب ساعدت في مكافحة دوار البحر. اخترع هنري هذه السفينة في عام 1868 بعد أن عانى من مشاكله الخاصة مع دوار البحر ، لذا فقد تأثر شخصياً ، وقام بإنشاء سفينة ذات محاور تم تصميمها للبقاء في المستوى. تم التحكم في المكونات الهيدروليكية من قبل الموجه الذي كان يراقب التسوية ، ويتأكد من أن كل شيء يعمل دون مشاكل. لسوء الحظ ، كانت السفينة دائمًا في نسخة تجريبية ولم تتلق أبدًا الاختبارات المناسبة التي تحتاجها لتصبح سفينة فعلية على البحر ، وفي النهاية ، تم تعليب الفكرة ووضعها بعيدًا ، وتم إلغاء السفينة.

تجارب ومحن

لم يتم التخلص من SS Bessemer & # 8217t فقط & # 8220 ، & # 8221 لكنها في الواقع دمرت بعض أرصفة كاليه في رحلتها ، وهذا وضع ثقة Henry & # 8217 في أدنى مستوياتها على الإطلاق. هذا يدل فقط على أنه لا يهم مدى موهبتك في إنشاء المنتجات وابتكارها. حتى لو كان من الممكن أن تفيد أفكارك بالعالم ، فلا يزال بإمكانك رفضها ورفضها ورفضها. بدلاً من السماح لهذا بإنهاء حياتك المهنية ، ومع ذلك ، يمكننا جميعًا تدوين الملاحظات والتعلم قليلاً من السير هنري والسماح للفشل بدفعنا إلى الأمام & # 8211 وليس إلى الوراء.

في الواقع ، ولد هنري خلال واحدة من أصعب لحظات حياة والده خلال الثورة الفرنسية. هرب أنتوني بيسمير (الأب) من الانتكاسات أثناء الثورة وهرب إلى هيرتفوردشاير ، إنجلترا ، من باريس ، فرنسا. لم يكن لديه مال باسمه على الإطلاق ، لكنه كان يعلم أنه يجب عليه القيام بهذا العمل ، ليس فقط من أجله ولكن الآن للطفل هنري في الطريق. لذا بدأت قصة Henry & # 8217s خلال الأوقات العصيبة. بدت عائلته دائمًا وكأنها في أزمة مالية ، لذلك ترك دراسته وراءه. تألفت طفولته من وجوده في ورشة العمل كل يوم مع والده أنتوني.

ازدهر هنري بسمر واختراعاته من التجارب والمحن. هذا يثبت لك أنه حتى في أحلك الأيام ، نحتاج جميعًا إلى مواصلة المحاولة.

تصنيع مسحوق البرونز وطلاء الذهب

غيّر هنري بيسيمر صناعة الصلب عدة مرات خلال حياته. نمت شعبيته وثروته بعد أن ابتكر لأول مرة نظام تصنيع مسحوق البرونز الذي ساعد في إنتاج طلاء الذهب. كانت هذه العملية موجودة منذ بعض الوقت ، خاصة في الصين واليابان ، لكنه نجح في جعلها في متناول الجميع.

يتألف هذا الإبداع من ست آلات تعمل بالبخار ، مما يجعل مسحوقًا برونزيًا قام بفحصه من نورمبرغ ، ولكنه يحسن المنتج بسعر أقل بكثير من أي مكان آخر. يساعد مسحوق البرونز هذا في إنتاج طلاء الذهب أيضًا ، وكان هنري من أوائل الأشخاص الذين استخدموا الهندسة العكسية في هذه العملية. كان هذا ، في الواقع ، أحد أقدم استخدامات الهندسة العكسية التي تم تنفيذها على الإطلاق ، والتي تقوم أساسًا بتفكيك منتج ما لمعرفة أكبر قدر ممكن من المعلومات ، ثم نسخ تلك المعلومات وتحسينها أيضًا أثناء إعادة بنائها وإعادة تجميعها معًا.

كانت العملية دائمًا سرية ، حيث كان بعض أفراد عائلته فقط يعرفون خصوصيات وعموميات تصنيع مسحوق البرونز ، ولا تزال هذه العملية السرية مستخدمة حتى اليوم. جعل هنري هذا الاختراع والمنتج رخيصًا جدًا للمستهلكين لدرجة أنه حقق ربحًا كبيرًا منه ، مما ساعد في بداية العديد من الاختراعات الأخرى.

نابليون ، الإمبراطور

كان نابليون بونابرت قائدًا عسكريًا فرنسيًا قاد العديد من الحملات الناجحة خلال الحروب الثورية ، وازدادت شعبيته في كل مرة كان ناجحًا فيها. إذن ما علاقة نابليون بالسير هنري بسمر؟ من المحتمل جدًا أن يكون الاجتماع مع Emporer أهم بداية لمسيرة Henry & # 8217 ، حيث كانت البداية الأولى لمحول Bessemer & # 8211 ، فقد أثار الفكرة على الأقل وساهم في إنشائها.

خلال حرب القرم ، كان هناك العديد من العيوب في مدفعية الجيش البريطاني والمدفعية رقم 8217 ، والتي استمر بسمر في توضيحها لجنرالاته. كان أحد مقترحاته المبكرة هو إطلاق رصاصة مطولة من مسدس أملس ، لكن المكتب البريطاني لم يسمع أيًا من هذا. كان التشجيع الوحيد الذي تلقاه ، في الواقع ، من نابليون بونابرت ، الإمبراطور. شجعه نابليون كثيرًا لدرجة أنه دعا هنري إلى فينسينز حيث أجروا تجربة تلو الأخرى ، واختبر هذه الطريقة من تسديدة ممدودة من خلال مسدس أملس ، وساعد في الدوران عن طريق تحزيز قذيفة اللقطة. ومع ذلك ، خلال هذه التجارب ، وجد بيسمر أن المادة كانت ضعيفة للغاية ، وكان عليه أن يجد مادة ما لجعل المادة أقوى ، مما دفعه إلى دمج الحديد الزهر مع الفولاذ وإنشاء مادة معدنية قوية. أدى هذا المزيج إلى تسجيل براءة اختراع لهذه العملية في عام 1855 ، وهي الأولى من بين العديد من براءات الاختراع على مدار الخمسة عشر عامًا القادمة.

كما ذكرنا سابقًا ، حتى المحاكمات والمحن لها مكان في حياتنا ، وقادت حادثة وقعت خلال إحدى هذه التجارب هنري في اتجاه مختلف.بدأ في تجربة تجارب أخرى لم يفكر بها بعد ، مما أدى إلى براءة اختراع ثانية للصلب. تتكون براءة الاختراع هذه من صهر الحديد الزهر ، والذي يتم من خلاله نفخ البخار ، ويسمح لك باستخدام فرن كبير يحتوي على العديد من البوتقات. قادته هذه التجارب إلى تسجيل براءة اختراع لما نعرفه الآن باسم & # 8220Bessemer Converter. & # 8221

عملية Bessemer ومحول Bessemer

قبل أن يكون لدينا الفرن المفتوح ، اخترع السير هنري بسمر محول بيسمير ، مما أدى إلى التحول إلى صناعة الصلب إلى الأبد. تتكون هذه العملية من صهر الحديد الخام أثناء نفخ الهواء أو البخار من خلاله. ساعدت هذه التهوية في إزالة أي شوائب عن طريق الأكسدة ، والتي ساعدت أيضًا على كتلة الحديد ، وإبقائها ذائبة لفترة أطول. تم استخدام هذه العملية خارج أوروبا لسنوات عديدة ولكن لم يتم استخدامها على هذا النطاق الصناعي الكبير.

محول بيسمر طلب من السير هنري بسمر

نتج عن هذه العملية إنتاج ضخم وكانت أيضًا أرخص طريقة لإنتاج الفولاذ في نفس الوقت ، مما جعل السير هنري بسمر أحد أكثر المخترعين شرفًا في كل العصور. لقد غير صناعة الصلب عن طريق العاصفة لأنه إن لم يكن بالنسبة له ، فقد لا توجد خطوط السكك الحديدية وناطحات السحاب والآلات المعدنية الأقوى هنا اليوم. أحد أفضل العوامل في فكرة إنتاج الصلب هذه التي غيرت قواعد اللعبة هو حقيقة أنه كان أعلى جودة من الفولاذ ولكن بأقل معدلات ممكنة.

على الرغم من أن محول Bessemer يعتبر اختراع Sir Henry & # 8217s ، كان هناك مخترع اسمه James Nasmyth ، الذي كان يعمل بالفعل على هذه الفكرة لبعض الوقت. ومع ذلك ، تخلى عن المشروع ، وحتى عندما حاول هنري منحه بعض الائتمان والأرباح ، رفض ناسميث ذلك لأنه كان بالفعل في التقاعد. كان هذا عندما أصبح السير هنري بيسمر معروفًا باسم & # 8220Man of Steel & # 8221 أو & # 8220Inventor of Steel. & # 8221

ما الذي يمكن أن نتعلمه من حياة واختراعات السير هنري & # 8217؟

ربما توفي السير هنري في عام 1898 ، لكن إرثه يعيش إلى الأبد. غير هنري بيسيمر صناعة الصلب والعديد من الصناعات الأخرى خلال حياته. غرس شغفه وإصراره في قلوب المخترعين والمبدعين في كل مكان. نشأ هنري في عالم صعب وكان يُنظر إليه على أنه مُقدَّر تقريبًا للفشل ، ومع ذلك بدا أن هذه التحديات هي التي دفعته. حقيقة أنه دفع المحاكمات وسمح لها بإحداث شيء عظيم بنفسه هي قصة وإرث يجب علينا جميعًا تدوين الملاحظات منه.

إذا كنت & # 8217 مبدعًا أو مخترعًا ، فيمكننا اعتبار حياة السير هنري مصدر إلهام لك. حتى لو لم تكن تخطط لإنشاء أو ابتكار الشيء الكبير التالي ، بغض النظر عن حب حياتك ، يمكنك أن تأخذ تجاربه والمحن التي مر بها واستخدمها كشيء إيجابي وجعل هذه الأفكار الإيجابية ملكك .

إذا قام شخص مثل Henry Bessemer بتغيير صناعة الصلب ، فما هي الصناعة التي يمكنك التأثير فيها؟ لقد ولد في الشدائد والفقر ، ومع ذلك فقد استخدم تلك النضالات كأسباب ليصنع شيئًا من نفسه. لقد أخذ بالفعل البطاقات التي تم التعامل معها وبنى شيئًا منها. هذا يثبت أنه يمكن لأي شخص التغلب على مشاكله وإحداث فرق في العالم ، خاصة كمخترع.

هل أنت مستعد لتصبح مخترع؟

إن إخراج فكرتك من رأسك إلى يديك ليس سوى الخطوة الأولى في مجموعة طويلة من الخطوات نحو أن تصبح مخترعًا ناجحًا.

الخطوات الأولى لاختراع ناجح

يرجى الاشتراك في قناة يوتيوب لدينا!

المحتوى الأخير

الشيء الذي يفصل بين المخترع الحقيقي والشخص الذي لديه أفكار هو أن المخترع يعرف كيف يتصور منتجًا من خلال تحديد إمكانات السوق أولاً. ثم يبنون.

إذن أنت تجلس على اختراع عظيم. لقد عملت على حل مكامن الخلل ، ورسمت التصميم الخاص بك ، أو ربما صنعت النموذج الأولي. أنت الآن جاهز لتأمين حماية براءات الاختراع لعملك الشاق. قبل.


يتم تصنيع الفولاذ الحديث باستخدام تقنية تعتمد على عملية بيسمر. قال بسمر عن صناعة أول سبيكة فولاذية:

حصل بسمر على وسام فارس عام 1879 لإسهاماته في العلم. سميت "عملية بسمر" لإنتاج الفولاذ على نطاق واسع باسمه. قام Andrew Carnegie بتطوير صناعة الصلب في أمريكا بشكل كبير بعد دراسة عملية Bessemer وصناعة الصلب البريطانية في أواخر القرن التاسع عشر.

يعود الفضل إلى روبرت موشيه في اختراع فولاذ التنجستن في عام 1868 ، واخترع هنري بريلي الفولاذ المقاوم للصدأ في عام 1916.


من دليل النعم

كانت عملية Bessemer أول عملية صناعية غير مكلفة للإنتاج الضخم للصلب من الحديد الخام المصهور.

1855 سميت العملية على اسم مخترعها ، هنري بسمر ، الذي حصل على براءة اختراع لهذه العملية في عام 1855.

تم اكتشاف عملية مماثلة في عام 1851 من قبل ويليام كيلي. تم استخدام هذه العملية أيضًا خارج أوروبا لمئات السنين ، ولكن ليس على نطاق صناعي. المبدأ الأساسي هو إزالة الشوائب من الحديد عن طريق الأكسدة من خلال الهواء الذي يتم نفخه عبر الحديد المصهور. ترفع الأكسدة أيضًا درجة حرارة كتلة الحديد وتبقيها ذائبة.

تتم العملية في حاوية فولاذية بيضاوية كبيرة مبطنة بالطين أو الدولوميت تسمى محول بيسمر. كانت قدرة المحول من 8 إلى 30 طنًا من الحديد المصهور بشحنة عادية تبلغ حوالي 15 طنًا. يوجد في الجزء العلوي من المحول فتحة ، عادةً ما تميل إلى الجانب بالنسبة لجسم الوعاء ، والتي يتم من خلالها إدخال الحديد وإزالة المنتج النهائي. الجزء السفلي مثقوب بعدد من القنوات تسمى tuyères والتي من خلالها يتم دفع الهواء إلى المحول. يتم تدوير المحول على مرتكزات بحيث يمكن تدويره لاستقبال الشحنة ، ثم قلبه بشكل عمودي أثناء التحويل ، ثم تدويره مرة أخرى لسكب الفولاذ المصهور في النهاية.

تزيل عملية الأكسدة الشوائب مثل السيليكون والمنغنيز والكربون كأكاسيد. هذه الأكاسيد إما تتسرب كغاز أو تشكل خبثًا صلبًا. تلعب البطانة المقاومة للصهر للمحول أيضًا دورًا في التحويل - يتم استخدام بطانة الطين في حمض Bessemer ، حيث يوجد فوسفور منخفض في المادة الخام. يتم استخدام الدولوميت عندما يكون محتوى الفوسفور مرتفعًا في بيسمر الأساسي (تُستخدم أيضًا بطانات الحجر الجيري أو المغنسيت أحيانًا بدلاً من الدولوميت) - يُعرف هذا أيضًا باسم محول جيلكريست توماس ، بعد سيدني جيلكريست توماس الذي ابتكر عملية للتعامل مع الفوسفور بمساعدة ابن عمه ، بيرسي جيلكريست & # 911 & # 93.

من أجل إعطاء الفولاذ الخصائص المرغوبة ، يمكن إضافة مواد أخرى إلى الفولاذ المصهور عند اكتمال التحويل ، مثل spiegeleisen (سبيكة من الحديد والكربون والمنغنيز).

عندما تم تشكيل الفولاذ المطلوب ، تم سكبه في مغارف ثم نقله إلى قوالب ويترك الخبث الأخف وراءه. اكتملت عملية التحويل (تسمى "النفخ") في حوالي عشرين دقيقة. خلال هذه الفترة ، تم الحكم على تقدم أكسدة الشوائب من خلال ظهور اللهب المنبعث من فم المحول: ساعد الاستخدام الحديث للطرق الكهروضوئية لتسجيل خصائص اللهب بشكل كبير في التحكم في الجودة النهائية. للمنتج.

بعد النفخ ، تمت إعادة تفريغ المعدن السائل إلى النقطة المرغوبة وتضاف مواد صناعة السبائك الأخرى ، اعتمادًا على المنتج المطلوب.

قبل عملية بيسمر لم يكن لدى بريطانيا طريقة عملية لتقليل محتوى الكربون في الحديد الخام. تم تصنيع الفولاذ من خلال العملية العكسية لإضافة الكربون إلى الحديد المطاوع الخالي من الكربون ، وعادة ما يتم استيراده من السويد. تتكون عملية التصنيع ، التي تسمى عملية التثبيت ، من قضبان تسخين من الحديد المطاوع مع الفحم لفترات تصل إلى أسبوع في صندوق حجري طويل. أنتج هذا الصلب نفطة. تم حرق ما يصل إلى 3 أطنان من فحم الكوك باهظ الثمن مقابل كل طن من الفولاذ المنتج. تم بيع هذا الفولاذ عند دحرجته إلى 50 جنيهًا إسترلينيًا إلى 60 جنيهًا إسترلينيًا للطن الطويل. كان الجزء الأصعب والأكثر كثافة في العمل من العملية هو إنتاج الحديد المطاوع الذي يتم في المشغولات الحرفية في السويد.

تم تنقيح هذه العملية في القرن الثامن عشر مع إدخال تقنية بنيامين هانتسمان في صنع بوتقة الصلب ، والتي أضافت ثلاث ساعات إضافية من وقت الإطلاق ، وكميات هائلة إضافية من فحم الكوك.

في صنع البوتقة الفولاذية ، تم تكسير القضبان الفولاذية البثرة إلى قطع وصهرت في بوتقات صغيرة تحتوي كل منها على 20 كجم أو نحو ذلك. أنتج هذا فولاذ بوتقة عالي الجودة ، وزاد من التكلفة. قللت عملية Bessemer بنحو الوقت اللازم لصنع الفولاذ بهذه الجودة ، بينما كانت تتطلب فقط فحم الكوك اللازم في البداية لصهر الحديد الخام. أنتجت محولات Bessemer الأقدم الصلب مقابل 7 جنيهات إسترلينية للطن الطويل ، على الرغم من أنها كانت تسعير في البداية بحوالي 40 جنيهاً إسترلينياً للطن.

كان كل من بيسمير وهانتسمان مقيمين في مدينة شيفيلد. تتمتع شيفيلد بسمعة دولية في صناعة الصلب ، يعود تاريخها إلى عام 1740 ، عندما اكتشف بنجامين هانتسمان تقنية البوتقة لتصنيع الفولاذ ، في ورشته في منطقة هاندسوورث. كان لهذه العملية تأثير هائل على كمية ونوعية إنتاج الصلب ، ولم تصبح قديمة إلا بعد قرن من الزمان ، في عام 1856 من خلال اختراع هنري بيسيمر لمحول بيسمر الذي سمح بالإنتاج الضخم الحقيقي للصلب. نقل Bessemer شركته Bessemer Steel Co إلى شيفيلد لتكون في قلب الصناعة. لا يزال متحف جزيرة كيلهام بالمدينة يحتفظ بأحد الأمثلة الأخيرة للمملكة المتحدة لمحول بيسيمر العامل [من وركينغتون ، كمبريا] للعرض العام.

أحدثت عملية بسمر ثورة في العالم. قبل استخدامه على نطاق واسع ، كان الفولاذ مكلفًا للغاية لاستخدامه في معظم التطبيقات ، واستخدم الحديد المطاوع طوال الثورة الصناعية. بعد تقديمه ، تم تسعير الصلب والحديد المطاوع بشكل مماثل ، وتحولت جميع الصناعات إلى الفولاذ.

كانت عملية Bessemer سريعة جدًا (10-20 دقيقة للحرارة) بحيث أتاحت القليل من الوقت للتحليل الكيميائي أو تعديل عناصر السبائك في الفولاذ. لم تقم محولات بيسمير بإزالة الفوسفور بكفاءة من الفولاذ المصهور حيث أصبحت الخامات منخفضة الفوسفور أكثر تكلفة ، وزادت تكاليف التحويل. سمحت العملية فقط بشحن كمية محدودة من خردة الصلب ، مما أدى إلى زيادة التكاليف ، خاصة عندما تكون الخردة غير مكلفة. كانت درجات معينة من الفولاذ حساسة للنيتروجين الذي كان جزءًا من انفجار الهواء الذي يمر عبر الفولاذ.


شاهد الفيديو: شاهد مراحل استخلاص الحديد صناعيا بواسطة الفرن العالى كيميا ث. علوم بوك #إستخلاصالحديد