مدار حفاظت اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ
به منظور عملکرد بهینه و مناسب تمامی دستگاه‌های الکترونیکی و الکتریکی، بهتر است که محدودیت‌هایی برای ولتاژ در نظر بگیریم. نوسانات ولتاژ در منبع توان الکتریکی قطعا بر روی بارهای متصل، تاثیرات معکوس خواهد گذاشت. این نوسانات ممکن است به دلیل اضافه ولتاژ و یا زیر ولتاژ، بر اثر عوامل متعددی همچون جهش ولتاژ، صاعقه، اضافه بار و موارد دیگر رخ دهند.
اضافه ولتاژها، ولتاژهایی هستند که از مقدار تعیین شده و عادی ولتاژ فراتر می‌روند که در نتیجه سبب آسیب به عایق‌بندی لوازم الکتریکی شده و مدارهای کوتاه را به وجود می‌آورند. اضافه ولتاژ نیز به همین ترتیب سبب افزایش بار تجهیزات شده و باعث می‌شود تا لامپ‌ها ضعیف شده و عملکرد تجهیزات تا حد چشمگیری کاهش یابد. بنابراین در این مقاله به موضوع مدار حفاظت اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ خواهیم پرداخت و ساختارهای کنترلی متفاوت آن را بررسی می‌کنیم.
اضافه ولتاژها و زیر ولتاژها
برای درک بهتر این مفهوم، می‌بایست با انواع مختلف مدارهای حفاظت اضافه ولتاژ که به مقایسهگر و تایمر مجهز هستند، آشنا شویم.
۱. مدار حفاظت اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ با استفاده از مقایسهگر
مدار حفاظت ولتاژ به منظور ایجاد یک مکانیزم قطع‌کننده‌ی اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ طراحی شده است تا از بار در برابر هر آسیبی محافظت نماید. در بسیاری از منازل و کارگاه‌های صنعتی، نوسان به عنوان یک پدیده‌ی رایج در منبع توان AC رخ می‌دهد. دستگاه‌های الکترونیکی به دلیل بروز این نوسانات به راحتی دچار آسیب‌دیدگی خواهند شد. به منظور جلوگیری از چنین حوادثی، می‌توانیم از یک مکانیزم قطع‌کننده‌ی مدار حافظت اضافه ولتاژ/ زیر ولتاژ استفاده می‌کنیم تا بارها را در برابر آسیب‌های احتمالی مصون بداریم.
نمودار بلوکی مدار حفاظت اضافه‌ولتاژ و زیرولتاژ
عملکرد مدار
- همانطور که در نمودار بلوکی بالا مشاهده می‌کنید توان AC اصلی، توان مورد نیاز تمام مدار را تامین می‌کند، علاوه بر آن توان AC اصلی با به کارگیری رله‌ها، توان مورد نیاز برای عملکرد بارها و همچنین برای قطع بار (لامپ‌ها) در حضور ولتاژ ورودی را فراهم می‌کند که بالاتر یا پایین‌تر از مقدار تعیین‌شده خواهد بود.
- از دو مقایسهگر به عنوان مقایسهگر پنجره‌ای استفاده شده که از یک چهارم مقایسهگر IC تشکیل شده است. در صورتی که ولتاژ ورودی به این مقایسهگر از محدوده‌ی پنجره‌ی ولتاژ عبور کند، این عملکرد سبب بروز اشکال در خروجی خواهد شد.
- در این مدار، یک منبع توان تنظیم‌نشده به هر دو پایانه‌ی تقویت‌کننده‌های عملیاتی متصل می‌شود، که هر پایانه‌ی غیروارونگر از طریق دو مقاومت سری و آرایش پتانسیل‌سنج متصل هستند. به همین ترتیب همانطور که در مدار حفاظت اضافه ولتاژ/ زیرولتاژ مشاهده می‌کنید، پایانه‌ی وارونگر نیز از طریق دیود زنر و آرایش مقاومت تغذیه می‌شود.
مدار حفاظت اضافه ولتاژ با استفاده از مقایسهگر
- پیش‌تنظیم VR1 پتانسیل‌سنج به طوری تنظیم شده است که ولتاژ در غیروارونگر برای نگهداری ثابت بار زیر ۶.۸ ولت باقی بماند، برای گستره‌ی عادی منبع ۱۸۰ تا ۲۴۰ در نظر گرفته شده است و ولتاژ پایانه‌ی وارونگر به خاطر دیود زنر، به طور ثابت ۶.۸ ولت است.
- از این رو خروجی تقویت‌کننده‌ی عملیاتی در این گستره، صفر ایت و به این ترتیب انرژی پیچک رله تخلیه می‌شود و در طول این عملیات ثابت، وقفه‌ای برای بار به وجود نخواهد آمد.
- زمانی که ولتاژ بالاتر از ۲۴۰ ولت باشد، ولتاژ پایانه‌ی غیروارونگر بیش از ۶.۸ ولت است، بنابراین خروجی تقویت‌کننده‌ی عملیاتی افزایش خواهد یافت. این خروجی ترانزیستور را تحریک می‌کند و بنابراین پیچک رله انرژی دریافت کرده و در نهایت بارها به دلیل اضافه ولتاژ، خاموش خواهند شد.
- در حفاظت زیر ولتاژ نیز به طور مشابه، زمانی که ولتاژ منبع به زیر ۱۸۰ ولت کاهش یابد، مقایسهگر پایینی از طریق حفظ ۶ ولت در پایانه‌ی وارونگر، وارونگر پایینی را انرژی‌دار خواهد نمود. این تنظیمات اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ را می‌توان با استفاده از پتانسیل‌سنج‌های مخصوص تغییر داد.
۲. مدار حفاظت اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ با استفاده از تایمر
این یکی دیگر از روش‌های مدار حفاظت اضافه ولتاژ/ زیرولتاژ است که برای مکانیزم حافظت ولتاژ بالا و ولتاژ پایین طراحی شده تا از بارها در برابر آسیب‌دیدگی محافظت نماید. این مدار الکترونیکی ساده به جای مقایسهگر که در مثال بالا دیدیم، از یک تایمر به عنوان یک مکانیزم کنترلی بهره می‌گیرد. ترکیب این دو تایمر، زمانی که ولتاژ از محدوده‌ی مشخص عبور کند، برای تغییر مکانیزم رله، خروجی خطا ایجاد می‌کند. به این ترتیب از لوازم الکتریکی در برابر تاثیرات معکوس ولتاژ منبع محافظت می‌نماید.
حفاظت اضافه ولتاژ با استفاده از تایمر
عملکرد مدار
- تمام مدار به وسیله‌ی منبع DC یکسو‌شده تغذیه می‌شوند، اما توان تنظیم‌شده به تایمرها متصل است و توان تنظیم‌نشده برای دریافت ولتاژ متغیر به پتانسیل‌سنج متصل می‌شود.
- هر دو تایمر به نحوی تنظیم شده‌اند که مانند یک مقایسهگر عمل کنند، یعنی مادامی که ورودی موجود در پین ۲ تایمر کمتر از 1/3 Vcc مثبت باشد، خروجی در پین ۳ افزایش می‌یابد، و زمانی که ورودی پین ۲ بیشتر از 1/3 Vcc مثبت باشد، وارونگی رخ می‌دهد.
- پتانسیل‌سنج VR1 برای قطع زیرولتاژ به تایمر ۱ وصل می‌شود، و VR2 نیز برای قطع اضافه ولتاژ به تایمر دوم متصل می‌گردد. دو ترانزیستور برای تبدیل منطقی به دو تایمر متصل می‌شوند.
مدار حفاظت اضافه ولتاژ با استفاده از تایمرها
- در شرایط عادی عملکردی، (بین ۱۶۰ تا ۲۵۰ ولت)، خروجی تایمر ۱ پایین نگه داشته می‌شود تا ترانزیستور ۱ در حالت قطعی قرار گیرد. در نتیجه، پین بازنشانی تایمر ۲ افزایش یافته که سبب افزایش خروجی پین ۳ خواهد گردید، بنابراین در شرایط عادی یا ولتاژ ثابت، بار دچار اختلال نخواهد شد.
- در شرایط اضافه ولتاژ (بالاتر از ۲۶۰ ولت)، ولتاژ ورودی در پین ۲ تایمر ۲ افزایش می‌یابد. این امر سبب کاهش خروجی در پین ۳ خواهد شد، که در ادامه ترانزیستور ۲ را به قرارگیری در حالت قطع تحریک خواهد نمود. سپس، انرژی پیچک رله تخلیه شده و بارها از منبع اصلی قطع خواهند شد.
- به طور مشابه در شرایط زیرولتاژ، خروجی تایمر ۱ بالا است و ترانزیستور ۱ را به قرارگیری بر روی حالت رسانش تحریک می‌کند. در نتیجه، پین بازنشانی تایمر ۲ کاهش یافته و به همین خاطر ترانزیستور ۲ بر روی حالت قطع قرار می‌گیرد. و در آخر، رله عملکرد خود را آغاز نموده و بارها را از منبع اصلی جدا می‌سازد.
- این شرایط اضافه ولتاژ و کاهش ولتاژ بر روی نمایشگر LED به نمایش در می‌آید که همانند تصویر به ترتیب به تایمرها متصل هستند.
دو مدار حفاظت اضافه ولتاژ و زیر ولتاژ متفاوت وجود دارد. هر دو مدار عملکردی مشابه دارند، اما اجزای سازنده‌ی آن‌ها دلیل اصلی تفاوت میان آن‌ها می‌باشد. این مدارها ساده، کم‌هزینه بوده و به راحتی نصب می‌شوند، بنابراین حالا می‌توانید از میان این دو بهترین مدل با کنترل مناسب و نصب آسان‌تر را برای خود انتخاب کنید. در آخر باید اضافه کنیم که در صورتی که هر گونه پرسش برای شما به وجود آمده و یا به اطلاعات بیشتری نیاز دارید، در بخش کامنت‌ها برای ما بنویسید.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع مطلب: elprocus
منبع تصاویر: pimg, electronic, blogspot, circuitdigest
