تُعد المرحلات من أهم اللبنات في الإلكترونيات الحديثة.
من السيارات وأنظمة التكييف HVAC إلى الأتمتة الصناعية وتصميم لوحات الدارات المطبوعة (PCB)، تعمل هذه الأجهزة الكهروميكانيكية بصمت على استخدام إشارة تحكم صغيرة لقطع أو وصل حمل كهربائي أكبر بكثير.
يشرح هذا الدليل ما هو المرحل (Relay/ريليه)، وكيف يعمل، وكيفية توصيله واختباره، ويستعرض مزايا أشهر الأنواع: SPDT وDPDT والمرحلات الصلبة SSR ومرحلات القصب Reed.
ما هو المرحل ولماذا نستخدمه؟
المرحل مفتاح يُدار كهربائيًا. يسمح لدارة أن تتحكم في دارة أخرى مع توفير عزل كهربائي بين جانب التحكم وجانب الحمل.
بكلمات أبسط: يمكنك استخدام إشارة منطقية بجهد 5 أو 12 فولت للتحكم في حمل بجهد 120 أو 240 فولت دون اتصال مباشر بين الدارتين.
على عكس المفتاح اليدوي، يستخدم المرحل مغناطيسًا كهربائيًا أو عنصرًا شبه موصل لتحريك نقاط التلامس تلقائيًا. لذا فهو مثالي للتحكم عن بُعد، والأتمتة، والحماية، والتتابع الزمني.
أمثلة تطبيقية:
- أنظمة السيارات (مضخة الوقود، المصابيح، البوق)
- لوحات التحكم الصناعية ووصلات تشغيل المحركات
- ضواغط وأنظمة تحكم HVAC
- التوزيع الكهربائي والمرحلات الوقائية
- وحدات المنزل الذكي وإنترنت الأشياء
داخل المرحل: الملف والعضو المتحرك والنابض ونقاط التلامس
المرحل الميكانيكي أو المرحل الكهرومغناطيسي (EMR) يتكوّن من أربعة أجزاء رئيسية:
- الملف (Coil): لف سلكي يصبح ممغنطًا عند مرور التيار.
- العضو المتحرك (Armature): ذراع معدني متحرك يجذبه المجال المغناطيسي.
- النابض (Spring): يعيد العضو المتحرك إلى وضعه الأصلي عند انقطاع التغذية.
- نقاط التلامس (Contacts): أطراف معدنية تقوم بفتح/غلق دارة الحمل.
عند تغذية الملف، ينجذب العضو المتحرك وتتغيّر حالة نقاط التلامس. وعند قطع التغذية، يعيد النابض النقاط إلى وضعها الافتراضي.
حالتا التلامس الأكثر شيوعًا:
- NO (مفتوح عادةً): مفتوح والملف غير مُغذّى؛ يُغلق عند التغذية.
- NC (مغلق عادةً): مغلق والملف غير مُغذّى؛ يفتح عند التغذية.
هذه الآلية المغناطيسية البسيطة تجعل المرحلات موثوقة ومعزولة ومناسبة للتحكم في التيار المتردد والمستمر.
الأقطاب ومسارات التحويل: SPST وSPDT وDPST وDPDT
يُصنّف المرحل وفق عدد الدارات التي يتحكم بها (Poles) وعدد المسارات التي يمكن لكل دارة التحويل إليها (Throws):
- SPST: قطب واحد/مسار واحد — مفتاح تشغيل/إيقاف بسيط.
- SPDT: قطب واحد/مساران — دخل واحد يتحوّل بين مخرَجين (NO/NC).
- DPST: قطبان/مسار واحد — يتم تبديل دائرتين معًا في وقت واحد.
- DPDT: قطبان/مساران — بمثابة مفتاحي SPDT متزامنين، ويُستخدم كثيرًا لعكس قطبية محرك تيار مستمر أو للتبديل بين مسارين منفصلين.
كيفية توصيل المرحل (4 أطراف و5 أطراف)
تشيع المرحلات ذات أربع أو خمس أطراف على النمط والسيارات، وفق معيار DIN 72552. وظيفة كل طرف:
- 30: الطرف المشترك (دخل القدرة من البطارية/المصدر).
- 87: طرف NO (يُغذّي الحمل عند تنشيط الملف).
- 87a: طرف NC (يُغذّي الحمل عند عدم تنشيط الملف) — يوجد فقط في مرحلات 5 أطراف.
- 85: طرف ملف — عادةً السالب (أرضي).
- 86: طرف ملف — عادةً الموجب.
مرحل 4 أطراف (SPST أو SPDT)
الأطراف: 30 و85 و86 و87.
عند تغذية 85–86، يتصل 30 مع 87 فيعمل الحمل.
مرحل 5 أطراف (SPDT يحوي NO وNC)
إضافة الطرف 87a (NC).
عند توقف التغذية: 30–87a متصلان. وعند التنشيط: 30–87 هو المتصل.
نصائح توصيل:
- ضع فيوز/مصهر على جهة القدرة قريبًا من الطرف 30.
- ثبّت أقطاب الملف وفق قطبية النظام.
- إن كان المرحل مزوّدًا بدايود داخلي على الملف، فإن القطبية إلزامية: عادةً 86 موجب و85 سالب.
كيفية اختبار المرحل: 3 طرق موثوقة
يضمن الاختبار أن المرحل يبدّل كما ينبغي وأن الملف/التلامس سليم.
الطريقة 1: الاستبدال السريع (Swap Test)
استبدل المرحل المشكوك به بآخر مطابق من دارة تعمل جيدًا.
إذا انتقل العطل مع المرحل → المرحل تالف.
إن لم ينتقل → الخلل في الأسلاك/الفيوز/إشارة التحكم.
هذه الطريقة عملية في لوحات السيارات لوجود مرحلات متطابقة.
الطريقة 2: اختبار بالمقياس المتعدد (مقاومة الملف والتلامس)
فحص الملف:
- اضبط المقياس على الأوم.
- قِس بين الطرفين 85 و86.
- في مرحل 12 فولت يظهر غالبًا 50–120 أوم.
- قيمة لانهائية = ملف مقطوع، وقيمة قريبة من الصفر = ملف مقصور.
فحص نقاط التلامس:
- بدون تغذية: يجب أن يكون 30–87 مفتوحًا و30–87a مغلقًا (إن وُجد).
- غذِّ الملف بجهد 12 فولت بين 85 و86.
- الآن يصبح 30–87 مغلقًا و30–87a مفتوحًا.
الطريقة 3: اختبار ديناميكي بالطاقة (استمع وقِس)
اغذِ الملف واستمع إلى نقرة عمل المرحل، مع قياس الاستمرارية بين 30 و87.
لا توجد نقرة أو لم تتغيّر القراءة؟ قد يكون هناك تعطل ميكانيكي أو احتراق داخلي.
شجرة قرار سريعة:
- ملف مفتوح → استبدال المرحل.
- ملف سليم بلا نقرة → جهد منخفض/تعشيق ميكانيكي.
- توجد نقرة لكن لا توصيل → نقاط محروقة/ملتحمة.
- المرحل سليم والدارة لا تعمل → افحص القاعدة والأسلاك والفيوز.
أجهزة اختبار المرحلات (Relay Testers)
جهاز يدوي يسهّل الاختبارات السابقة: يزوّد الملف بالجهد الصحيح ويفحص تلقائيًا استمرارية التلامس، وغالبًا بواجهات LED تمر/فشل.
تدعم معظم الأجهزة مرحلات السيارات 4 و5 أطراف بجهد 12 فولت — مثالية للورش التي تختبر مرحلات عديدة يوميًا.
اختر جهازًا يدعم: نوع الأطراف، محاكاة الحمل أو مؤشرات LED، وضوح تسميات الأطراف، وحماية من القطبية العكسية.
تذكّر: جهاز الاختبار يبيّن الوظيفة الفورية لكنه لا يضمن اعتمادية التلامس تحت الحمل طويلًا.
مخطط مرحل DPDT وأمثلة التوصيل
مرحل DPDT يبدّل دائرتين مستقلّتين في آن واحد؛ لكل جهة نقاط COM/NO/NC.
1) مخطط DPDT (توضيحي)
- عند تنشيط الملف تُغلَق نقاط NO1/NO2 وتُفتَح NC1/NC2 معًا.
- فكّر فيه كـ قسمين SPDT متزامنين على ذراع واحد.
2) تطبيقات شائعة
- عكس دوران محرك تيار مستمر: تبديل القطبية بتشابك التوصيلات عبر القطبين.
- التبديل بين مصدرين أو مسارين إشارِيَّين.
- تشغيل دائرتين متزامنتين (إضاءة مزدوجة، مخارج صوتية…).
ضع تسميات واضحة على COM/NO/NC في المخطط؛ الخطأ الشائع هو خلط COM مع NO.
أنواع المرحلات: ميكانيكي، صلب SSR، وقصب Reed
1) المرحل الكهرومغناطيسي EMR
- التصميم التقليدي (ملف + عضو متحرك).
- يتحمل تيارات عالية (حتى عشرات الأمبيرات).
- عزل جيد لكن يصدر نقرة مسموعة.
- مثالي للتحكم الصناعي وHVAC والسيارات.
2) المرحل الصلب SSR
- يعتمد ترانزستورات/ترياك/عوازل ضوئية بدل نقاط التلامس.
- بلا أجزاء متحركة → صامت ومقاوم للاهتزاز وعمر طويل.
- يوجد هبوط جهد وتوليد حرارة؛ قد يحتاج مشتتًا حراريًا.
- الأفضل للتبديل السريع أو عالي التكرار.
3) مرحل القصب Reed
- نقاط تلامس صغيرة مختومة بالزجاج تُفعَّل بملف صغير.
- سريع جدًا ويحمل تيارات صغيرة.
- مستخدم في أجهزة القياس والتحويلات عالية التردد.
اختيار المرحل يجب أن يطابق جهد الملف وتيار/جهد نقاط التلامس وسرعة التبديل لتطبيقك.
أعطال المرحلات الشائعة وكيفية معالجتها
حتى المرحلات الجيدة تتقادم. أبرز الأعطال:
- تآكل/لحام نقاط التلامس بسبب القوس الكهربائي أو تيارات الاندفاع.
- احتراق الملف نتيجة زيادة الجهد أو السخونة المستمرة.
- تعطل ميكانيكي (اتساخ/تشوه يعيق الحركة).
- تآكل قاعدة المرحل أو ارتخاء الأطراف → عمل متقطع.
إن نجح المرحل في الاختبار وما زالت الدارة لا تعمل، افحص:
القاعدة للأكسدة، والفيوز، واستمرارية جهد التحكم والأرضي.
أحيانًا يكون المرحل سليمًا والمشكلة في دارة التحكم.
أسئلة شائعة (FAQ)
س1: فيمَ يُستخدم المرحل؟
هو مفتاح مُدار كهربائيًا يسمح لإشارة منخفضة الجهد بالتحكم في أحمال عالية بأمان وبشكل تلقائي.
س2: كيف أعرف أن المرحل تالف؟
لا يوجد استجابة ولا تسمع نقرة؟ افحص مقاومة الملف واستمرارية التلامس. الملف المفتوح، أو التلامس الملتحم، أو غياب التبديل تحت التغذية كلها مؤشرات عطل.
س3: ماذا تعني الأرقام 30 و85 و86 و87 و87a؟
هي ترقيم DIN 72552: الطرف 30 دخل القدرة، 87 خرج NO، 87a خرج NC، 85 ملف (−)، 86 ملف (+).
س4: كيف أختبر مرحل 4 أطراف مقابل 5 أطراف؟
الإجراءات متطابقة، لكن 5 أطراف يضيف 87a. تحقّق من تبدّل كلٍّ من 30–87 و30–87a عند التنشيط.
س5: أيهما أفضل للاختبار: جهاز اختبار مرحلات أم المقياس المتعدد؟
المختبِر أسرع لإعطاء تمرير/فشل، بينما المقياس يعطي قراءات تفصيلية لمقاومة الملف والتلامس.
س6: كيف أوصل مرحل DPDT لعكس دوران محرك؟
قاطع أقطاب المحرك عبر القطبين بحيث يؤدي تنشيط المرحل إلى تبديل القطبية. لا تنسَ المصهر ودايود منع الارتداد (Flyback) للحماية.
خلاصة
قد يبدو المرحل بسيطًا، لكن إتقانه يربط بين منطق التحكم وقدرة العالم الحقيقي.
بفهم تركيبِه، وطرق توصيله واختباره، ومعايير اختياره، ستصمّم أو تُشخص الدارات بثقة—سواء في ضفيرة سيارة، أو متحكّم صناعي، أو لوحة PCB مخصّصة.
من “ما هو المرحل” إلى “كيف تختبره وتوصله بأمان”، ستضمن تشغيلًا موثوقًا وعمرًا أطول للمكوّنات ووقتًا أقل في البحث عن الأعطال.
