استابلایزر چیست؟
استابلایزر چیست؟ تعبیه فناوری تراشه ریزپردازنده و دستگاه‌های الکترونیک قدرت در طراحی تثبیت‌کننده‌های ولتاژ AC هوشمند (یا تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار (AVR)) منجر به تولید منبع تغذیه الکتریکی با کیفیت بالا و پایدار در صورت انحراف قابل توجه و مداوم ولتاژ شبکه شده است.
با پیشرفت تثبیت‌کننده‌های ولتاژ رله‌ای مرسوم، تثبیت‌کننده‌های ولتاژ نوآورانه مدرن از مدارهای کنترل دیجیتال با کارایی بالا و مدار کنترل حالت جامد استفاده می‌کنند که تنظیمات پتانسیومتر را حذف می‌کند و به کاربر اجازه می‌دهد تا الزامات ولتاژ را از طریق یک صفحه کلید، با امکان شروع و توقف خروجی، تنظیم کند.
این امر همچنین منجر به کاهش زمان قطع یا پاسخگویی استابلایزرها به میزان بسیار کمتری، معمولاً کمتر از چند میلی‌ثانیه، شد، علاوه بر این، این زمان را می‌توان با تنظیمات متغیر تنظیم کرد. امروزه، استابلایزرها به یک راه‌حل بهینه برای بسیاری از لوازم الکترونیکی که به نوسانات ولتاژ حساس هستند تبدیل شده‌اند و در بسیاری از دستگاه‌ها مانند دستگاه‌های CNC، تهویه مطبوع ، تلویزیون، تجهیزات پزشکی، کامپیوتر، تجهیزات مخابراتی و غیره کار می‌کنند.
تثبیت کننده ولتاژ چیست؟
این یک وسیله الکتریکی است که صرف نظر از تغییرات ولتاژ ورودی، ولتاژ ثابتی را به بار در پایانه‌های خروجی خود ارسال می‌کند. این وسیله از تجهیزات و ماشین‌های الکتریکی در برابر ولتاژ بیش از حد بالا یا پایین یا سایر نوسانات ولتاژ محافظت می‌کند .
این دستگاه همچنین به عنوان تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) نامیده می‌شود. تثبیت کننده‌های ولتاژ برای تجهیزات الکتریکی گران قیمت برای محافظت در برابر نوسانات مضر ولتاژ کم/زیاد استفاده می‌شوند. برخی از این تجهیزات عبارتند از: تهویه مطبوع، دستگاه‌های چاپ افست، تجهیزات آزمایشگاهی، ماشین‌های صنعتی و دستگاه‌های پزشکی .
تثبیت‌کننده‌های ولتاژ، نوسانات ولتاژ ورودی را قبل از اینکه بتوانند به بار (یا تجهیزات حساس به تغییرات ولتاژ) آسیب برسانند، تنظیم می‌کنند. ولتاژ خروجی تثبیت‌کننده برای سیستم‌های تک فاز در محدوده ۲۳۰ ولت و برای سیستم‌های سه فاز در محدوده ۴۰۰ ولت تنظیم می‌شود. این تنظیمات توسط مدار داخلی، باک و بوست انجام می‌شود.
انواع مختلفی از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار در بازار موجود است. این دستگاه‌ها بر اساس نوع کاربرد و ظرفیت (KVA) طبقه‌بندی می‌شوند و می‌توانند تک فاز یا سه فاز باشند. استابلایزرهای سه فاز در دو نسخه موجود هستند که مدل‌های بار متعادل و مدل‌های بار نامتعادل نامیده می‌شوند .
استابلایزرها می‌توانند به طور خاص برای تثبیت ولتاژ برای یک دستگاه واحد یا برای محافظت از یک واحد بزرگتر مانند تجهیزات الکتریکی واقع در خانه یا دفتر یا واحد صنعتی استفاده شوند. علاوه بر این، آنها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.
انواع رایج تثبیت‌کننده‌های ولتاژ عبارتند از: تثبیت‌کننده‌های ولتاژ با قابلیت قطع و وصل دستی، تثبیت‌کننده‌های رله‌ای خودکار، تثبیت‌کننده‌های حالت جامد یا استاتیک و تثبیت‌کننده‌های ولتاژ با کنترل سروو موتور .
علاوه بر عملکرد تثبیت‌کننده، اکثر آنها دارای ویژگی‌های اضافی مانند قطع ولتاژ پایین ورودی/خروجی، قطع ولتاژ بالای ورودی/خروجی، قطع اضافه بار، قابلیت‌های روشن و خاموش کردن خروجی، شروع دستی/خودکار، نمایش قطع ولتاژ و تغییر ولتاژ صفر و غیره هستند .
لزوم استفاده از استابلایزر چیست؟
به طور کلی، هر تجهیز یا دستگاه الکتریکی برای طیف وسیعی از ولتاژ ورودی طراحی شده است. بسته به حساسیت، محدوده عملکرد تجهیز به مقادیر خاصی محدود می‌شود، به عنوان مثال، برخی از تجهیزات می‌توانند ±۱۰٪ ولتاژ نامی را تحمل کنند، در حالی که برخی دیگر ±۵٪ یا کمتر را تحمل می‌کنند.
نوسانات ولتاژ (افزایش یا کاهش مقدار ولتاژ نامی) در بسیاری از نقاط، به ویژه در نقاط اتصال به بار، یک پدیده طبیعی است. شایع‌ترین علل نوسانات ولتاژ، رعد و برق، خطاهای الکتریکی، سیم‌کشی معیوب و خاموش شدن دوره‌ای دستگاه‌ها است. این نوسانات باعث ایجاد مشکل برای تجهیزات یا دستگاه‌های الکتریکی می‌شوند.
اعمال اضافه ولتاژ بیش از حد به بار، نتایج زیر را به همراه خواهد داشت:
- آسیب دائمی به تجهیزات
- آسیب به عایق سیم پیچ ها
- وقفه ناخواسته در بار
- افزایش تلفات در کابل‌ها و تجهیزات مرتبط
- کاهش طول عمر دستگاه
اعمال ولتاژ پایین به بار نیز نتایج زیر را به همراه خواهد داشت:
- خرابی تجهیزات
- دوره‌های کاری طولانی‌تر (مانند بخاری‌های مقاومتی)
- کاهش عملکرد صحیح تجهیزات
- جریان‌های الکتریکی بزرگتر که منجر به گرمای بیش از حد می‌شوند
- خطاهای محاسباتی
- کاهش سرعت موتور
بنابراین پایداری و دقت ولتاژ، عملکرد صحیح تجهیزات را تعیین می کند. از این رو، تثبیت کننده های ولتاژ تضمین می کنند که نوسانات ولتاژ در منبع تغذیه ورودی، بر بار یا دستگاه الکتریکی تأثیری نگذارد.
استابلایزر چیست؟استابلایزر چگونه کار می کند؟
اصول اساسی تثبیت‌کننده ولتاژ برای انجام عملیات باک و بوست در یک تثبیت‌کننده ولتاژ، اصلاح ولتاژ در شرایط اضافه ولتاژ و کاهش ولتاژ از طریق دو عملیات اساسی، یعنی عملیات تقویت و کاهش ولتاژ، انجام می‌شود . این عملیات‌ها می‌توانند به صورت دستی توسط سوئیچ‌ها یا به صورت خودکار از طریق مدارهای الکترونیکی انجام شوند. در شرایط افت ولتاژ، عملیات تقویت، ولتاژ را به سطح نامی افزایش می‌دهد در حالی که عملیات کاهش، سطح ولتاژ را در شرایط اضافه ولتاژ کاهش می‌دهد.
مفهوم تثبیت شامل اضافه کردن یا کم کردن ولتاژ به و از منبع تغذیه اصلی است. برای انجام چنین کاری، تثبیت کننده از یک ترانسفورماتور استفاده می‌کند که در پیکربندی‌های مختلف با رله‌های سوئیچینگ متصل است. برخی از تثبیت کننده‌ها از یک ترانسفورماتور با تپ‌هایی روی سیم پیچ برای ارائه اصلاحات ولتاژ مختلف استفاده می‌کنند، در حالی که تثبیت کننده‌های سروو از یک ترانسفورماتور خودکار برای طیف وسیعی از اصلاحات استفاده می‌کنند.
انواع تثبیت کننده ولتاژ:
در این نوع تثبیت‌کننده‌های ولتاژ، تنظیم ولتاژ با سوئیچینگ رله‌ها انجام می‌شود به این صورت که یکی از چندین انشعاب ترانسفورماتور به بار متصل می‌شود (مانند روشی که در بالا توضیح داده شد) یا برای تقویت یا تضعیف. شکل زیر مدار داخلی تثبیت‌کننده‌های نوع رله‌ای را نشان می‌دهد.
در شکل، می‌توانید ببینید که دستگاه دارای یک مدار الکترونیکی و مجموعه‌ای از رله‌ها در کنار ترانسفورماتور است. (ترانسفورماتور می‌تواند حلقوی باشد یا دارای یک هسته آهنی با انشعاباتی باشد که در قسمت ثانویه آن قرار دارند). مدار الکترونیکی شامل مدار یکسوساز، تقویت‌کننده عملیاتی OPAMP، واحد میکروکنترلر و سایر اجزای کوچک است.
تثبیت کننده های ولتاژ کنترل شده توسط سروو موتور:
مدار الکترونیکی ولتاژ را با مقدار مرجع ارائه شده توسط منبع ولتاژ مرجع داخلی، خروجی می‌دهد. هر زمان که ولتاژ از مقدار مرجع افزایش یا کاهش یابد، مدار کنترل، رله مربوطه را برای اتصال شیر مورد نظر به خروجی سوئیچ می‌کند.
این استابلایزرها معمولاً ولتاژ خروجی را برای تغییرات ولتاژ ورودی در محدوده ±۱۵٪ تا ±۶٪، بین ±۵ تا ±۱۰٪ تنظیم می‌کنند. به دلیل وزن کم و هزینه پایین، این نوع استابلایزرها بیشترین کاربرد را برای دستگاه‌های کم‌اهمیت‌تر در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی دارند. با این حال، این استابلایزرها با محدودیت‌های متعددی مانند سرعت اصلاح ولتاژ پایین، دوام کمتر، قابلیت اطمینان کمتر، قطع مسیر برق در حین تنظیم و عدم توانایی در تحمل نوسانات ولتاژ بالا مواجه هستند.
تثبیت کننده های ولتاژ کنترل شده توسط سروو موتور:
همانطور که از نامش پیداست، از یک سروو موتور برای فعال کردن اصلاح ولتاژ استفاده می‌کند. این دسته همچنین به عنوان بازخورد منفی شناخته می‌شود. اینها عمدتاً برای دقت بالا در ولتاژ خروجی، معمولاً ۱٪ ± با تغییرات ولتاژ ورودی تا ۵۰٪ ± استفاده می‌شوند. شکل زیر مدار داخلی یک سروو استابلایزر را نشان می‌دهد که شامل سروو موتور، اتوترانسفورماتور، ترانسفورماتور کاهنده-افزاینده، درایور موتور و مدار کنترل به عنوان اجزای لازم است.
در این استابلایزر، یک سر اولیه ترانسفورماتور کاهنده-افزاینده به سر ثابت اتوترانسفورماتور متصل است، در حالی که سر دیگر آن به بازوی متحرک که توسط سروو موتور کنترل می‌شود، متصل است. ثانویه ترانسفورماتور کاهنده-افزاینده به صورت سری به منبع ورودی متصل است که چیزی جز خروجی استابلایزر نیست.
مدار کنترل الکترونیکی با مقایسه ورودی با یک منبع ولتاژ مرجع داخلی، میزان افت و افزایش ولتاژ را تشخیص می‌دهد. هنگامی که مدار خطا را تشخیص می‌دهد، موتور را فعال می‌کند که به نوبه خود بازوی اتوترانسفورماتور را حرکت می‌دهد. این می‌تواند ترانسفورماتور باک-بوست اولیه را تغذیه کند، به طوری که ولتاژ دو سر ثانویه باید خروجی ولتاژ مورد نظر باشد.
در نوع تک فاز، یک سروو موتور می‌تواند از طریق کوپلینگ به اتوترانسفورماتور، اصلاح ولتاژ را انجام دهد. در مورد نوع سه فاز متعادل، سروو موتور با سه اتوترانسفورماتور کوپل می‌شود تا با تنظیم خروجی ترانسفورماتورها، خروجی تثبیت‌شده‌ای را در طول نوسانات فراهم کند. در نوع نامتعادل استابلایزرهای سروو موتور، سه سروو موتور مستقل به همراه سه اتوترانسفورماتور و سه مدار کنترل جداگانه وجود دارد.
استفاده از استابلایزرهای سروو موتوری در مقایسه با استابلایزرهای رله‌ای مزایای متعددی دارد. برخی از این مزایا عبارتند از: سرعت اصلاح بالاتر، دقت بالای خروجی تثبیت‌شده، توانایی تحمل جریان‌های هجومی و قابلیت اطمینان بالا. با این حال، به دلیل وجود موتور، این استابلایزرها نیاز به نگهداری دوره‌ای دارند.
تثبیت کننده های ولتاژ استاتیک:
همانطور که از نامش پیداست، تثبیت‌کننده‌های ولتاژ استاتیک مانند مکانیزم سروو موتور هیچ قطعه متحرکی ندارند. این تثبیت‌کننده‌ها برخلاف تثبیت‌کننده‌های واریاک معمولی، از یک مدار مبدل الکترونیکی قدرت برای تنظیم ولتاژ استفاده می‌کنند. این تثبیت‌کننده‌ها در مقایسه با تثبیت‌کننده‌های سروو، دقت و تنظیم ولتاژ عالی‌تری را ارائه می‌دهند.
اینها اساساً از ترانسفورماتور کاهنده-افزاینده، مبدل توان IGBT (یا مبدل AC به AC) و میکروکنترلر، ریزپردازنده یا کنترل‌کننده مبتنی بر DSP تشکیل شده‌اند. این واحد که توسط یک ریزپردازنده کنترل می‌شود، مقدار مناسبی از ولتاژ را با تکنیک مدولاسیون پهنای پالس تولید می‌کند و این ولتاژ به ترانسفورماتور کاهنده-افزاینده اصلی اعمال می‌شود. IGBT ولتاژ را به گونه‌ای تولید می‌کند که می‌تواند با ولتاژ خط ورودی هم فاز یا ۱۸۰ درجه اختلاف فاز داشته باشد تا ولتاژها را در طول نوسانات جمع و تفریق کند.
هر زمان که ریزپردازنده افت ولتاژ را تشخیص دهد، پالس‌های PWM را به مبدل IGBT ارسال می‌کند تا ولتاژی معادل با میزان انحراف از مقدار نامی تولید کند. این خروجی با منبع ورودی همفاز است و به ترانسفورماتور اصلی باک-بوست اعمال می‌شود. از آنجایی که ثانویه به خط ورودی متصل است، ولتاژ القایی به منبع ورودی اضافه می‌شود و این ولتاژ یکسو شده به بار اعمال می‌شود.
به طور مشابه، افزایش ولتاژ باعث می‌شود مدار ریزپردازنده پالس PWM را ارسال کند تا مبدل مقدار ولتاژ انحرافی با اختلاف فاز ۱۸۰ درجه با ولتاژ ورودی باشد. این ولتاژ از ولتاژ ورودی در ثانویه ترانسفورماتور باک بوست کاهش می‌یابد تا عمل باک (کاهش ولتاژ) انجام شود.
در مقایسه با استابلایزرهای سروو موتوری و رله‌ای، این استابلایزرها به دلیل مزایای مختلفی مانند اندازه جمع و جور، سرعت اصلاح بسیار سریع، تنظیم ولتاژ عالی، عدم نیاز به تعمیر و نگهداری به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، راندمان بالا و قابلیت اطمینان بالا، بسیار محبوب هستند.
تثبیت کننده های ولتاژ نوع رله
در این نوع تثبیت‌کننده‌های ولتاژ، تنظیم ولتاژ با تغییر رله‌ها به گونه‌ای انجام می‌شود که یکی از چندین انشعاب ترانسفورماتور را به بار (همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت) متصل کند، چه برای افزایش ولتاژ و چه برای کاهش ولتاژ. شکل زیر مدار داخلی تثبیت‌کننده نوع رله را نشان می‌دهد.
این دستگاه علاوه بر ترانسفورماتور (که می‌تواند ترانسفورماتور هسته حلقوی یا آهنی با انشعابات ارائه شده در ثانویه آن باشد)، دارای مدار الکترونیکی و مجموعه‌ای از رله‌ها است. مدار الکترونیکی شامل مدار یکسوساز، تقویت‌کننده عملیاتی، واحد میکروکنترلر و سایر اجزای کوچک است.
مدار الکترونیکی ولتاژ خروجی را با مقدار مرجع ارائه شده توسط منبع ولتاژ مرجع داخلی مقایسه می‌کند. هر زمان که ولتاژ از مقدار مرجع افزایش یا کاهش یابد، مدار کنترل رله مربوطه را برای اتصال یک تپ دلخواه به خروجی سوئیچ می‌کند.
این استابلایزرها معمولاً ولتاژ را برای تغییرات ولتاژ ورودی از ±15 درصد تا ±6 درصد با دقت ولتاژ خروجی ±5 تا ±10 درصد تغییر می‌دهند. این نوع استابلایزرها به دلیل وزن کم و هزینه پایین، بیشتر برای لوازم خانگی با توان پایین در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، این استابلایزرها با محدودیت‌های متعددی مانند سرعت اصلاح ولتاژ پایین، دوام کمتر، قابلیت اطمینان کمتر، قطع مسیر برق در حین تنظیم و عدم تحمل نوسانات ولتاژ بالا مواجه هستند.
تفاوت بین استابلایزر و تنظیم کننده ولتاژ AVR:
یک سوال بزرگ اما گیج کننده اینجا مطرح می‌شود، تفاوت (یا تفاوت‌های) بین استابلایزر و رگولاتور دقیقاً چیست؟ خب. هر دو کار یکسانی را انجام می‌دهند که تثبیت ولتاژ است، اما تفاوت اصلی بین استابلایزر و رگولاتور ولتاژ در موارد زیر است :
تثبیت‌کننده ولتاژ: دستگاه یا مداری است که برای ارائه ولتاژ ثابت به خروجی بدون تغییر ولتاژ ورودی طراحی شده است .
تنظیم‌کننده ولتاژ: دستگاه یا مداری است که برای ارائه ولتاژ ثابت به خروجی بدون تغییر جریان بار طراحی شده است .
چگونه یک استابلایزر با ظرفیت مناسب انتخاب کنیم؟
قبل از خرید استابلایزر برای یک دستگاه، عوامل مختلفی را در نظر بگیرید. این عوامل عبارتند از: وات مورد نیاز دستگاه، سطح نوسانات ولتاژ در محل نصب، نوع دستگاه، نوع استابلایزر، محدوده کاری استابلایزر (ولتاژهای صحیح برای کدام استابلایزر)، قطع ولتاژ بیش از حد/کمتر از حد مجاز، نوع مدار کنترل، نوع نصب و سایر عوامل. در اینجا مراحل اساسی را که باید قبل از خرید استابلایزر برای کاربرد خود در نظر بگیرید، شرح داده‌ایم.
مشخصات مصرف برق تجهیزاتی که برای آنها نیاز به خرید استابلایزر دارید را از روی پلاک یا دفترچه راهنمای آن مشخص کنید .
از آنجایی که تثبیت‌کننده‌ها بر حسب کیلوولت آمپر هستند (همانطور که ترانسفورماتورها بر حسب کیلوولت آمپر هستند نه کیلووات)، وات را می‌توان با ضرب ولتاژ دستگاه در حداکثر جریان نامی محاسبه کرد .
توصیه می‌شود که یک حاشیه اطمینان به درجه تثبیت‌کننده، معمولاً 20 تا 25 درصد، اضافه شود. این می‌تواند برای کاربردهای آینده جهت اضافه کردن دستگاه‌های بیشتر به خروجی تثبیت‌کننده مفید باشد .
اگر توان دستگاه بر حسب وات است، هنگام محاسبه ظرفیت KVA استابلایزر، ضریب توان را در نظر بگیرید .
در زیر مثالی از نحوه انتخاب استابلایزر ولتاژ با اندازه مناسب برای وسایل برقی شما آورده شده است .
فرض کنید توان دستگاه (کولر یا یخچال) ۱ کیلوولت آمپر باشد. بنابراین، حاشیه امن ۲۰٪، ۲۰۰ وات می‌شود. با اضافه کردن این وات به وات واقعی، ۱۲۰۰ ولت آمپر دریافت می‌کنیم. بنابراین استابلایزر ۱.۲ کیلوولت آمپر یا ۱۲۰۰ ولت آمپر است. برای نیازهای خانگی، استابلایزرهای ۲۰۰ ولت تا ۱۰ کیلوولت آمپر ترجیح داده می‌شوند. و برای کاربردهای تجاری و صنعتی، استابلایزرهای تک فاز و سه فاز با توان نامی بالا استفاده می‌شوند.
چگونه یک استابلایزر با اندازه مناسب انتخاب کنیم؟
قبل از خرید استابلایزر برای یک دستگاه، مهم است که عوامل مختلفی را در نظر بگیرید. این عوامل شامل وات مورد نیاز دستگاه، سطح نوسانات ولتاژ در محل نصب، نوع دستگاه، نوع استابلایزر، محدوده کاری استابلایزر (که استابلایزر به آن ولتاژ صحیح را اعمال می‌کند)، قطع ولتاژ بیش از حد/کمتر از حد مجاز، نوع مدار کنترل، نوع نصب و سایر عوامل است. در اینجا مراحل اساسی را که باید قبل از خرید استابلایزر برای کاربرد خود در نظر بگیرید، ارائه می‌دهیم.
- با مشاهده جزئیات پلاک (نمونه‌ها عبارتند از: پلاک ترانسفورماتور ، پلاک MCB ، پلاک خازن و غیره) یا از دفترچه راهنمای محصول، میزان توان دستگاهی را که قرار است با تثبیت‌کننده استفاده شود، بررسی کنید .
- از آنجایی که توان نامی تثبیت‌کننده‌ها بر حسب کیلوولت‌آمپر (kVA) است (همانند ترانسفورماتور که به جای کیلووات بر حسب کیلوولت‌آمپر است )، می‌توان وات مصرفی را با ضرب کردن ولتاژ دستگاه در حداکثر جریان نامی محاسبه کرد.
- توصیه می‌شود یک حاشیه ایمنی به توان نامی تثبیت‌کننده اضافه شود، معمولاً ۲۰ تا ۲۵ درصد. این می‌تواند برای برنامه‌های آینده برای اضافه کردن دستگاه‌های بیشتر به خروجی تثبیت‌کننده مفید باشد.
- اگر دستگاه بر حسب وات درجه‌بندی شده است، هنگام محاسبه‌ی توان نامی کیلوولت‌آمپر استابلایزر، ضریب توان را در نظر بگیرید . برعکس، اگر توان نامی استابلایزرها به جای کیلوولت‌آمپر بر حسب کیلووات است، ضریب توان را در حاصلضرب ولتاژ و جریان ضرب کنید.
خوب است بدانید: تعیین اندازه یک استابلایزر مشابه تعیین اندازه یک ژنراتور یا پیدا کردن اندازه مناسب یک اینورتر است .
در زیر مثال حل شده‌ای وجود دارد که نحوه انتخاب استابلایزر ولتاژ با اندازه مناسب برای دستگاه(های) برقی شما را نشان می‌دهد.
مثال:
فرض کنید اگر دستگاه (کولر گازی یا یخچال) دارای توان نامی ۱ کیلوولت آمپر باشد. بنابراین، حاشیه امن ۲۰ درصد، ۲۰۰ وات است. با اضافه کردن این وات به توان نامی واقعی، ۱۲۰۰ ولت آمپر به دست می‌آید. بنابراین، استابلایزر ۱.۲ کیلوولت آمپر یا ۱۲۰۰ ولت آمپر برای دستگاه ترجیح داده می‌شود. برای مصارف خانگی، استابلایزرهای ۲۰۰ ولت آمپر تا ۱۰ کیلوولت آمپر ترجیح داده می‌شوند. و برای کاربردهای تجاری و صنعتی، از استابلایزرهای تک فاز و سه فاز با توان نامی بالا استفاده می‌شود.