استفاده از یک استابلایزر ولتاژ یا ترانس اتوماتیک برق در کنار لوازمی همچون یخچال، کولر، تلویزیون، تجهیزات گرمایشی، مایکروویو، تجهیزات ضبط و پخش موسیقی، ماشین‌های شستشو و دیگر لوازم الکترونیکی بسیار رایج است. هدف اصلی استفاده از استابلایزرهای ولتاژ، محافظت از دستگاه‌ها در برابر نوسانات ولتاژ است.
این امر بدین خاطر است که هر یک از لوازم الکترونیکی به منظور ارائه‌ی عملکرد مورد نظر، برای کار با ولتاژ به خصوصی طراحی شده‌اند.
در صورتی که این ولتاژ بالاتر و یا پایین‌تر از مقدار مشخصی باشد، لوازم الکترونیکی عملکرد مناسبی از خود نشان نداده و یا در شرایط بدی به عملکرد خود ادامه داده و حتی ممکن است موجب آسیب‌دیدگی دستگاه گردد.
در کاربردهای خانگی و صنعتی، عموما از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ اتوماتیک برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در تجهیزات خاص استفاده می‌شود. در ادامه به نکاتی در خصوص استابلایزرهای ولتاژ می‌پردازیم.
استابلایزر ولتاژ چیست؟
شاید ناگفته نیز مشخص باشد که استابلایزرها، در صورت تغییر ولتاژ تغذیه و یا نوسان آن در یک محدودهی مشخص، وظیفه‌ی ثابت نگه داشتن و یا تنظیم ولتاژ را بر عهده دارند. (این امر باعث می‌شود عمر لوازم برقی شما افزایش پیدا کند و مانع از خرابی و سوختن آنها می‌شود)
یک دستگاه الکتریکی در طول شرایط ولتاژ بالا و یا پایین، برای بار ولتاژ مداوم تامین می‌نماید. این دستگاه چنین ولتاژهایی را شناسایی نموده و به همان نسبت ولتاژ را به محدودهی مورد نظر می‌رساند.
استابلایزر ولتاژ برای یخچال
استابلایزرهای ولتاژ روشی برای تنظیم ولتاژ تغذیه به بار ارائه می‌دهند. این دستگاه‌ها خروجی ولتاژ مداوم تولید نمی‌کنند، بلکه بار یا سیستم را در یک محدودهی ولتاژ قابل قبول به کار می‌اندازند.
مدار داخلی استابلایزر را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید. این مدار از ترانسفورماتور خودکار / ترانسفورماتور، واحد یکسوساز، مقایسه‌گر، مدار گزینشی و رله تشکیل شده است.
در استابلایزرهای دیجیتال مدرن، از یک ریزکنترل‌کننده یا ریز پردازنده در واحد کنترل مرکزی استفاده شده است.
نمای داخلی استابلایزر
امروزه انواع مختلف استابلایزرهای ولتاژ از تولیدکننده‌های مختلف در بازار موجود است. استابلایزرها با مقادیر مختلف واحد KVA برای محدودهی نرمال (تولید 200-240V خروجی با 20-35V عملکرد boost-buck برای محدودهی ورودی 180-270V) و همچنین یک محدودهی وسیع (برای تولید خروجی 190-240V با 50-55V عملکرد boost-buck برای محدودهی ورودی 140-300V) در دسترس هستند.
این استابلایزرها برای خانه‌های مختلف و همچنین تجهیزات صنعتی خاصی همچون کولر، تلویزیون LCD/LED، یخچال، سیستم پخش موسیقی، ماشین ظرفشویی عرضه می‌شوند و می‌توان یک واحد بزرگ را برای تمامی تجهیزات استفاده نمود.
استابلایزرها توان بسیار کمی مصرف می‌کنند، حداکثر بار آنها تقریبا ۲ تا ۵٪ است (یعنی مقدار مصرف استابلایزر). این دستگاه‌ها بهره‌وری بالایی، اغلب بین ۹۵ تا ۹۸٪ دارند.
استابلایزر سه فاز
استابلایزرها را در دو نوع تک فاز و سه فاز می‌توانید بیابید. تولیدکننده‌های مطرح نیز دو نوع استابلایزرهای ولتاژ خودکار اتوماتیک و غیراتوماتیک را به بازار عرضه کرده‌اند.
از میان برخی از ویژگی‌های دیگر استابلایزرهای مدرن فعلی می‌توان به محافظت در برابر ولتاژ بالا، محافظت در برابر اضافه بار، سوییچینگ ولتاژ صفر، محافظت در برابر تغییرات فرکانس، نمایشگر قطعی ولتاژ و همچنین موارد دیگر اشاره نمود.
نیاز استابلایزرهای ولتاژ
نوسانات ولتاژ تنها تغییراتی در اندازه‌ی ولتاژ هستند، که اغلب بالاتر و یا پایین‌تر از محدودهی ولتاژ ثابت مشخص شده توسط برخی از استانداردها می‌باشد.
در برخی از کشورها، توزیع توان الکتریکی برای تک فاز ۲۳۰ ولت و برای سه فاز ۴۱۵ ولت می‌باشد. در چنین مواردی، تمام تجهیزات الکتریکی (به ویژه تک فاز) برای عملکرد در محدودهی ولتاژ ۲۲۰ تا ۲۴۰ ولت طراحی شده‌اند.
مقدار قابل قبول ولتاژ در برخی از کشورها در ازای استانداردهای الکتریسیته ۲۲۰ ± ۱۰ ولت می‌باشد. و همچنین بسیاری از تجهیزات در برابر این محدوده نوسان ولتاژ از خود مقاومت نشان می‌دهند.
در کشورهای مختلف، نوسانات ولتاژ بسیار رایج بوده و اغلب بین ۱۷۰ تا ۲۷۰ ولت هستند. این نوسانات ولتاژ تاثیرات معکوس چشمگیری بر روی تجهیزات دارند.
- برای تجهیزات روشنایی، کاهش ولتاژ سبب کاهش خروجی لومن (روشنایی) می‌شود که در ادامه عمر لامپ را کوتاه خواهد نمود.
- موتور AC گشتاور کمتری تولید کرده و همچنین به خاطر ولتاژ پایین سرعت کمتری تولید خواهد نمود، و در طول اضافه ولتاژ، مقدار تولید سرعت بیش از حد موردنظر خواهد بود. این مسئله سبب کاهش عمر موتور شده و همچنین در زیر ولتاژهای بالا، سبب آسیب عایق‌گذاری می‌شود.
- در مورد گرمایش القایی باید بدانید که ولتاژ پایین سبب کاهش خروجی گرما شده که در نتیجه باعث می‌شود بار در دمای نامناسبی کار کند.
- در انتقال تلویزیون و رادیو، کاهش ولتاژ سبب کاهش کیفیت انتقال شده و همچنین باعث می‌شود تا سایر اجزای الکترونیکی عملکرد درستی از خود نشان ندهند.
- یخچالها توسط موتور AC راه‌اندازی می‌شوند که جریان‌های بزرگ را در طول شرایط کاهش ولتاژ، جریان‌های بزرگ را کشیده و سبب داغ شدن بیش از حد سیم‌پیچ خواهد شد.
به منظور دستیابی به تمامی تغییرات ولتاژ که در بالا ذکر شد، به استابلایزرهای ولتاژ نیاز داریم.
قانون اولیه‌ی عملکرد استابلایزر ولتاژ
تنظیمات ولتاژ برای دو هدف کاملا متمایز یعنی شرایط اضافه ولتاژ و افت ولتاژ، ضروری است. روند افزایش ولتاژ از شرایط افت ولتاژ با نام عملکرد boost شناخته می‌شود، در حالی که کاهش ولتاژ از شرایط افت ولتاژ، عملکرد buck نام دارد.
این دو عملکرد اصلی برای هر یک از استابلایزرهای ولتاژ ضروری هستند.
همانطور که در بالا هم اشاره کردیم، اجزای استابلایزر ولتاژ شامل ترانسفورماتور، رله و مدار الکترونیکی می‌شود. اگر استابلایزر در ولتاژ دریافتی، افت ولتاژ را تشخیص دهد، رله‌ی الکترومغناطیسی را فعال می‌کند تا ولتاژ بیش‌تری از ترانسفورماتور اضافه کند تا از دست رفتن ولتاژ جبران گردد.
زمانی که ولتاژ ورودی بیش از مقدار نرمال باشد، استابلایزر یک رله‌ی الکترومغناطیسی دیگر را فعال می‌کند تا ولتاژ را کاهش داده و مقدار نرمال ولتاژ را حفظ نماید.
عملکرد boost
نمودار عملکرد boost استابلایزر ولتاژ را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.
در اینجا، ولتاژ تغذیه به یک ترانسفورماتور داده می‌شود که معمولا یک ترانسفورماتور کاهنده است. این ترانسفورماتور به نحوی متصل شده است که خروجی ثانویه به ولتاژ تغذیه‌ی اولیه اضافه می‌شود.
در شرایط افت ولتاژ، مدار الکترونیکی در استابلایزر، رله‌ی متناظر را سوییچ کرده تا به این ترتیب این منبع افزوده (منبع ورودی + خروجی ثانویه‌ی ترانسفورماتور) به بار اعمال شود.
عملکرد buck
نمودار عملکرد buck را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.
در عملکرد buck، ترانسفورماتور کاهنده به نحوی متصل می‌شود که ولتاژ خروجی ثانویه از ولتاژ ورودی کاسته خواهد شد.
به این خاطر، در صورتی که ولتاژ ورودی افزایش یابد، مدار الکترونیکی به رله که ولتاژ تغذیه‌ی کاهش یافته (یعنی ولتاژ ورودی – ولتاژ ثانویه‌ی ترانسفورماتور) را به مدار بار سوییچ می‌کند، سوییچ خواهد نمود.
در شرایط عملکرد عادی ولتاژ، مدار الکترونیکی بار را بدون هیچ ولتاژ ترانسفورماتور، کاملا به منبع ورودی سوییچ می‌کند.
این عملکردهای buck, boost و عادی برای تمامی استابلایزرها یکسان هستند، چه از نوع عادی باشند و چه از نوع سرومکانیسم. علاوه بر این دو عملکرد اصلی، استابلایزر ولتاژ عملکردهای ولتاژ پایان کار کمتر یا بیشتر را نیز اجرا می‌کند.
عملکرد استابلایزر ولتاژ
تصویر زیر نمودار عملکرد استابلایزر ولتاژ را نشان می‌دهد که شامل یک ترانسفورماتور کاهنده (معمولا روی ترانسفورماتور ثانویه شیر دارد)، یکسوساز، واحد تقویت‌کننده/ ریز کنترلر و مجموعه‌ای از رله‌ها می‌باشد.
در این نوع استابلایزر، تقویت‌کننده‌های عملیاتی به نحوی تنظیم می‌شوند که قادر به تشخیص ولتاژهای مختلف از جمله ولتاژ پایان کار کمتر، ولتاژ عملکرد boost، ولتاژ عملکرد عادی، ولتاژ پایان کار بیشتر و ولتاژ عملکرد buck هستند.
مجموعه‌ای از رله‌ها به نحوی متصل می‌شوند که در طول ولتاژهای پایان کار کمتر و بیشتر، مدار بار را قطع می‌کند و همچنین ولتاژهای buck و boost را به مدار بار سوییچ می‌کنند.
یک ترانسفورماتور tap changing، دارای voltage tapping ثانویه است که بر روی عملکرد تقویت‌کننده‌های عملیاتی در ولتاژهای مختلف تاثیرگذار است و همچنین تاثیراتی بر روی افزایش و کاهش ولتاژ، به ترتیب در عملکردهای boost و buck نیز بی تاثیر نخواهد بود.
یک مدار یکسوساز، منبع AC را به DC تبدیل می‌کند تا علاوه بر پیچک رله، تمام مدار کنترل الکترونیکی را نیز تغذیه نماید.
فرض می‌کنیم که این استابلایزر تک فاز 1kVA مقادیر ولتاژ 200 تا 245 را با مقدار 20-35V ولتاژ boost-buck برای ولتاژ ورودی 180V تا 270V فراهم می‌سازد.
بر فرض اگر منبع ورودی 195V باشد، سپس تقویت‌کننده‌های عملیاتی، سیم‌پیچ رله boost را تغذیه می‌کنند به نحوی که 195+25=220V برای بار تامین می‌شود.
اگر ولتاژ ورودی زیر 180V باشد، تقویت‌کننده عملیاتی متناظر، سیم‌پیچ رله فرکانس کات آف پایین را سوییچ می‌کند تا اتصال بار از منبع قطع گردد.
و اگر منبع بالای 270V باشد، تقویت‌کننده عملیاتی متناظر سیم‌پیچ رله فرکانس کات آف بالا را تقویت نموده و از این رو اتصال بار از منبع قطع خواهد شد.
تمام این مقادیر فرضی هستند و ممکن است بر اساس کاربرد خود متفاوت باشند. به این ترتیب می‌توان گفت که استابلایزر تحت شرایط ولتاژی متفاوتی کار می‌کند.
استابلایزرهای ولتاژ با کنترل اتوماتیک
سرعت اصلاح ولتاژ در استابلایزرهای ولتاژ اتوماتیک بسیار کم است. سرعت بالای اصلاح ولتاژ با دقت بالاتر به وسیله‌ی استابلایزرهای کنترل اتوماتیک به دست خواهد آمد.
در استابلایزرهای کنترل اتوماتیک، اصلاح ولتاژ بسیار دقیق انجام می‌شود، یعنی بسیار نزدیک به مقدار ولتاژ اصلی.
اجزای اصلی استابلایزر کنترل اتوماتیک، شامل موتور اتوماتیک که ترانسفورماتورها اتوماتیک متغیر را راه‌اندازی می‌کند، ترانسفورماتور boost-buck و مدار کنترل نیمه رسانا تشکیل می‌شود.
در این استابلایزر، مدار کنترل نیمه رسانا کاهش و افزایش ولتاژ را از یک مقدار از پیش مشخص شده احساس می‌کند و به همان نسبت موتور اتوماتیک را به کار می‌اندازد.
اولین سیم‌پیچ مبدل buck-boost به ترانسفورماتور اتوماتیک موتوریزه شده متصل می‌شود، در حالی که سیم‌پیچ دوم به صورت سری به منبع ورودی متصل می‌شود.
هر زمان که موتور، ترانسفورماتور را به کار می‌اندازد، ولتاژ مناسب برای نخستین ترانسفورماتور buck-boost تامین می‌شود و به این ترتیب ولتاژ ثانویه متناظر، منبع ولتاژ را برای بار اصلاح می‌نماید.
در اینجا مقایسه‌گرها (همان تقویت‌کننده‌های عملیاتی) در مدار کنترل نیمه رسانا، تغییرات ولتاژ را تشخیص داده و موتور اتوماتیک را به مکان موردنظر فعال می‌سازد، تا از این طریق ترانسفورماتور متغیر، ولتاژ خروجی به بار را کاهش و یا افزایش دهد.
زمانی که مدار کنترل ولتاژ خروجی را بالاتر از ولتاژ مرجع تشخیص داد، کنترلگر موتور اتوماتیک را با سیگنال مثبت تغذیه می‌کند و به همین خاطر تا زمانی که دو ولتاژ برابر شوند، بازوها به چرخش خود ادامه می‌دهند.
اگر ولتاژ خروجی به پایین‌تر از مقدار مرجع کاهش یابد، یک سیگنال منفی به موتور اتوماتیک ارسال می‌شود و بازو، قسمت رسانا را در جهت دیگر می‌چرخاند تا ولتاژ کاهش یابد. استابلایزرهای اتوماتیک قادر به تولید تنظیمات خروجی ±0.5% با بهره‌وری بالای ۹۸٪ هستند.
چگونه برای نیازهای خانگی خود یک استابلایزر مناسب انتخاب کنیم؟
انتخاب اندازه‌ی مناسب استابلایزر ولتاژ بر اساس مقدار مصرف تجهیزات انجام می‌شود. بنابراین اولین و مهم‌ترین مورد در هنگام خرید یک استابلایزر ولتاژ این است که مقدار مصرف تمامی لوازم (یا لوازم خاص) که به استابلایزر متصل می‌کنید را در نظر داشته باشید. این مقادیر توان معمولا به شکل VA یا KVA نشان داده می‌شوند. همچنین باید تک فاز یا سه فاز بودن آن را نیز در نظر داشته باشید.
مقدار توان مصرفی لوازم معمولا بر روی برچسب‌های روی محصول درج می‌شود، اگر مقدار مصرف توان در دسترس نبود، تنها کافیست تا مقدار ولتاژ یا جریان آن تجهیزات را محاسبه کنید تا مقدار مصرف توان آن را به دست بیاورید.
توصیه می‌شود که همیشه مقدار حقیقی RMS بار را در نظر بگیرید.
یکی از عوامل مهم دیگر این است که افزایش بار آتی را در نظر داشته باشید. بنابراین تخمین مقدار توان مصرفی کل، از طریق تخمین گسترش بار احتمالی آتی امکان‌پذیر است که اغلب 20% بیشتر از مقدار توان مصرفی حقیقی است تا اتصال بارها در طولانی مدت فراهم شود.
برای مصارف خانگی استابلایزرهای ولتاژ 200VA, 300VA, 500VA, 1KVA, 2KVA, 3KVA, 4KVA, 5KVA, 8KVA و 10KVA مناسب هستند. برای مصارف تجاری و صنعتی، استابلایزرهای اتوماتیک با مقادیر توان بیش‌تری مورد نیاز خواهد بود.
این باور در میان برخی از افراد وجود دارد که تلویزیون‌های LED، یخچالها، کولرها و دیگر لوازم الکترونیکی دارای قابلیت تثبیت‌کنندگی داخلی هستند و از این رو به استابلایزرهای ولتاژ خارجی نیاز ندارند. اما آنها مانند استابلایزرهای ولتاژ جداگانه، قادر به انجام عملکردهای boost یا buck نیستند. بنابراین پیشنهاد تیم ما این است که همیشه حداقل یک استابلایزر ولتاژ در خانه، اداره، مغازه، کارگاه و… خود داشته باشید تا از لوازم برقی خود در مقابل نوسانات ولتاژ محافظت کنید.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع مطلب: voltage
منبع تصاویر: g02.s, canadian, vguard
