This post is also available in: 
فهرست مطالب
جهت مشاهده انواع مختلف استابلایزر اینجا کلیک کنید.
استفاده از تراشه های ریزپردازنده و تجهیزات و قطعات الکترونیک صنعتی در طراحی استابلایزرهای AC هوشمند (یا تنظیم کننده های ولتاژ خودکار ((AVR) منجر به تولید منابع تغذیه با کیفیت بالا و پایدار ،در برابر انحراف قابل توجه و مداوم ولتاژ شبکه میشود.
در استابلایزرهای نسل جدید ، نسبت به نسل قبلی که از نوع رله ای بودند ، از مدارهای کنترل دیجیتال با کارایی بالا و مدارهای SSR استفاده میشود و تنظیمات پتانسیومتری کاملا حذف می شود و به کاربر اجازه میدهد تا ولتاژ مورد نیاز خود و همچنین روشن و خاموش شدن دستگاه را از طریق صفحه کلید ، کنترل کند.
همچنین این موضوع زمان پاسخ‌دهی استابلایزرها را تسریع میکند (معمولاً کمتر از چند میلی‌ثانیه). امروزه استابلایزرها به یک راه حل قدرتمند و بهینه برای بسیاری از لوازم الکترونیکی حساس به نوسانات ولتاژ تبدیل شده اند و به همراه بسیاری از دستگاه ها مانند دستگاه های CNC، تهویه مطبوع، تلویزیون، تجهیزات پزشکی، کامپیوتر، تجهیزات مخابراتی و غیره بکار میروند.
استابلایزر ولتاژ چیست ؟
یک وسیله الکتریکی است که بدون توجه به تغییرات ولتاژ در ورودی ، ولتاژ ثابتی را در ترمینالهای خروجی خود به بار(load) می رساند. از تجهیزات الکتریکی و ماشین آلات در برابر ولتاژ بیش از حد بالا و یا پایین و یا سایر نوسانات ولتاژ محافظت می کند.
همچنین این دستگاه به عنوان تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) نیز نامیده می شود. تثبیت کننده های ولتاژ برای تجهیزات الکتریکی گران قیمت استفاده می شوند تا از نوسانات مضر ولتاژ پایین/بالا محافظت کنند. برخی از این تجهیزات عبارتند از: تهویه مطبوع، دستگاه های چاپ افست، تجهیزات آزمایشگاهی، ماشین های صنعتی و دستگاه های پزشکی.
استابلایزرهای ولتاژ، نوسان ولتاژ ورودی را قبل از اینکه بتواند به بار (یا تجهیزات حساس به تغییرات ولتاژ) آسیب بزند، تنظیم می کنند. ولتاژ خروجی استابلایزر در محدوده ۲۳۰ ولت در خصوص سیستمهای تک فاز، و ۴۰۰ ولت در سیستمهای سه فاز، تنظیم می شود. این تنظیمات توسط مدار داخلی ،باک و بوست انجام می شود.
انواع زیادی از تنظیم کننده های ولتاژ اتوماتیک در بازار موجود است. این دستگاهها بر حسب نوع کاربرد و ظرفیت (KVA) طبقه بندی می شوند و میتوانند بصورت تک فاز یا سه فاز باشند. استابلایزرهای سه فاز در دو نسخه ، با عنوان مدل های بار متعادل و مدل های بار نامتعادل عرضه می شوند.
استابلایزرها میتوانند به طور اختصاصی برای تثبیت ولتاژ برای یک تجهیز استفاده شوند و یا اینکه برای حفاظت از یک واحد بزرگتر مانند تجهیزات الکتریکی مستقر در یک خانه و یا اداره و یا واحد صنعتی استفاده شوند .علاوه بر این، می توانند از نوع آنالوگ یا دیجیتال باشند.
انواع متداول استابلایزرهای ولتاژ عبارتند از استابلایزرهای قابل قطع و وصل دستی ، استابلایزرهای نوع رله اتوماتیک، استابلایزرهای حالت جامد یا استاتیک و استابلایزرهای کنترل شده سروو موتوری.
علاوه بر عملکرد استابلایزر، اکثر آنها دارای ویژگی های اضافی مانند قطع ولتاژ پایین ورودی/خروجی، قطع ولتاژ بالا ورودی/خروجی، قطع اضافه بار، قابلیت های روشن و خاموش نمودن خروجی، استارت دستی/خودکار، نمایشگر قطع ولتاژ، سوئیچینگ ولتاژ صفر(zero voltage switching) و غیره هستند.
لزوم استفاده از استابلایزر چیست ؟
به طور کلی، هر تجهیز یا دستگاه الکتریکی برای گستره ی وسیعی از ولتاژ ورودی طراحی شده است. بسته به حساسیت، محدوده کاری تجهیزات به مقادیر خاصی محدود می شود، به عنوان مثال، برخی تجهیزات می توانند ۱۰ ± درصد ولتاژ نامی را تحمل کنند در حالی که برخی دیگر ۵ ± درصد یا کمتر.
نوسانات ولتاژ (افزایش یا افت مقدار ولتاژ نامی) در بسیاری از مناطق، به ویژه در نقاط اتصال به بار(Load) ، کاملاً رایج است. شایع ترین دلایل نوسانات ولتاژ رعد و برق، خطاهای الکتریکی، سیم کشی معیوب و خاموش شدن دوره ای دستگاههاست. این نوسانات باعث ایجاد مشکلاتی برای تجهیزات یا وسایل برقی می شود.
اعمال اضافه ولتاژ بیش از حد به بار نتایج زیر را به همراه خواهد داشت :
- آسیب دیدن دائمی تجهیزات
- آسیب رسیدن به عایق در سیم پیچ ها
- وقفه ناخواسته در بار
- افزایش تلفات در کابل ها و تجهیزات مربوطه
- کاهش رتبه عمر دستگاه
اعمال ولتاژ کم به بارنیز نتایج زیر را بهمراه خواهد داشت :
- خرابی تجهیزات
- دوره های کاری طولانی تر (مانند بخاری های مقاومتی)
- کاهش عملکرد مناسب تجهیزات
- کشیدن جریان های بزرگتر که منجر به گرمای بیش از حد می شود
- خطاهای محاسباتی
- کاهش سرعت موتورها
بنابراین ثبات و دقت ولتاژ، عملکرد صحیح تجهیزات را تعیین می کند. بنابراین استابلایزرهای ولتاژ تضمین می کنند که نوسانات ولتاژ در منبع تغذیه ورودی بر بار یا دستگاه الکتریکی تأثیر نمی گذارد.
استابلایزر ولتاژ چگونه کار می کند؟ اساس کار استابلایزر ولتاژ برای انجام عملیات Buck و Boost
در یک دستگاه استابلایزر ولتاژ، در صورتی که ولتاژ ورودی زیاد باشد عملیات باک و اگر ولتاژ ورودی کم باشد عملیات بوست ، تارسیدن به مقدار ولتاژ مطلوب در خروجی صورت میگیرد . این عملیات را می توان به صورت دستی توسط سوئیچ ها و یا به صورت خودکار از طریق مدارهای الکترونیکی انجام داد.
مفهوم تثبیت ولتاژ در حقیقت همان افزودن یا کم کردن ولتاژ به منبع تغذیه ورودی میباشد. برای انجام چنین کارهایی استابلایزر از یک ترانسفورماتور استفاده می کند که در پیکربندی های مختلف به چندین رله متصل می شود. برخی از استابلایزر ها از ترانسفورماتور با تپ های روی سیم پیچ برای ایجاد اصلاحات مختلف ولتاژ استفاده می کنند ، در حالی که استابلایزرهای سرو موتوری از ترانسفورماتور خودکار برای داشتن محدوده ی وسیعی از اصلاحات استفاده می کنند.
برای درک این مفهوم، ابتدا ترانسفورماتور کاهنده ی ۱۲/۲۳۰ ولت را در نظر بگیریم و ارتباط آن با این عملیات در زیر آورده شده است.
شکل بالا ، پیکربندی ترانسی که افزایشی(boosting) است را نشان می دهد که در آن قطبیت سیم پیچ ثانویه به گونه ای قرار میگیرد که ولتاژ آن مستقیماً به ولتاژ اولیه اضافه می شود. بنابراین، در شرایط کاهش ولتاژ، ترانسفورماتور (سروموتوری یا اتوترانسفورماتور) توسط رله ها یا کلیدهای حالت جامد سوئیچ می شود تا ولتاژهای اضافی به ولتاژ ورودی اضافه شود.
شکل بالا ، پیکربندی ترانسی که کاهشی(Buck) است را نشان می دهد که در آن قطبیت سیم پیچ ثانویه به گونه ای قرار میگیرد که ولتاژ آن مستقیماً از ولتاژ اولیه کم می شود. بنابراین، در شرایط افزایش ولتاژ، ترانسفورماتور (سرو موتور یا اتوترانسفورماتور) توسط رله ها یا کلیدهای حالت جامد سوئیچ می شود تا ولتاژهای اضافی از ولتاژ ورودی کم شود.
شکل بالا یک استابلایزر ولتاژ دو مرحله ای را نشان می دهد که از دو رله برای تامین AC ثابت به بار در هنگام اضافه ولتاژ و کاهش ولتاژ استفاده می کند. با سوئیچ کردن رله ها، عملیات باک و بوست برای دو نوسان ولتاژ خاص (یکی ولتاژ کم است، مثلاً ۱۹۵ ولت و دیگری برای اضافه ولتاژ، مثلاً ۲۴۵ ولت) را می توان انجام داد.
در صورتیکه که استابلایزر از تکنولوژی ترانس با تپ های مختلف بهره گیری کند؛ با توجه به مقدار ولتاژ در ورودی، تپ های مختلف ترانس وارد مدار میشوند. اما در صورتی که استابلایزر دارای اتوترانس باشد از سرو موتور برای کاهش و یا افزایش ولتاژ استفاده می شود زیرا دستگاه فقط داری یک سیم پیچ است و جهت افزایش و یا کاهش ولتاژ بایستی سرو موتور در سرهای سیم پیچ ترانس حرکت کند .
استابلایزرهای ولتاژ به بخشی جدایی ناپذیر از بسیاری از لوازم الکتریکی خانگی، صنایع و سیستم های تجاری تبدیل شده اند. پیش از این، از استابلایزرهای ولتاژ دستی برای تقویت یا تضعیف ولتاژ ورودی به منظور ایجاد ولتاژ خروجی ثابت دلخواه استفاده می شد. چنین استابلایزر هایی از رله های الکترومکانیکی به عنوان قطعه ای جهت قطع و وصل بهره می بردند.
بعداً، مدارهای الکترونیکی فرآیند تثبیت را به طور خودکار انجام دادند. یکی دیگر از انواع محبوب استابلایزر ولتاژ، استابلایزر های سرو موتوری هستند که در آن اصلاح ولتاژ به طور مداوم بدون هیچ کلیدی انجام می شود. اجازه دهید سه نوع اصلی استابلایزر ولتاژ را مورد بحث قرار دهیم.
انواع استابلایزر ولتاژ :
استابلایزرهای ولتاژ نوع رله ای :
در این نوع از استابلایزرهای ولتاژ، تنظیم ولتاژ با سوئیچ کردن رله ها به گونه ای انجام می شود که یکی از تعدادی از تپهای ترانسفورماتور را به بار متصل می کند (مانند روشی که در بالا توضیح داده شد) خواه برای عملیات تقویت یا تضعیف باشد. شکل زیر مدار داخلی استابلایزرهای نوع رله را نشان می دهد.
در شکل میبینید که دستگاه دارای مدار الکترونیکی و مجموعه ای از رله ها در کنار ترانسفورماتور میباشد. ( ترانسفورماتور میتواند حلقوی یا دارای هسته ی آهنی باشد که تپها در قسمت ثانویه آن قرار دارند). مدار الکترونیکی شامل مدار یکسو کننده، تقویت کننده عملیاتی OPAMP ، واحد میکروکنترلر و سایر اجزای کوچک است.
مدار الکترونیکی ولتاژ خروجی را با مقدار مرجع ارائه شده توسط منبع ولتاژ مرجع داخلی، مقایسه می کند. هر زمان که ولتاژ فراتر از مقدار مرجع افزایش یا کاهش یابد، مدار کنترل ،رله مربوطه را سوئیچ می کند تا تپ مورد نظر را به خروجی متصل کند.
این استابلایزرها معمولاً ولتاژ خروجی را برای تغییرات ولتاژ ورودی در محدوده ۱۵± تا ۶± درصد را به محدوده ۵± تا ۱۰± درصد در خروجی تغییر می دهند. این نوع استابلایزرها به دلیل وزن کم و هزینه کم، بیشترین کاربرد را برای وسایل کم اهمیت تر در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی دارند. با این حال، اینها با محدودیت‌های متعددی مانند سرعت تصحیح ولتاژ کم، دوام کمتر، قابلیت اطمینان کمتر، قطع شدن مسیر برق در طول تنظیم و ناتوانی در مقاومت در برابر نوسانات ولتاژ بالا روبرو هستند.
استابلایزرهای ولتاژ کنترل شده با سرووموتور :
همانطور که از نامشان پیداست از یک موتور سروو برای فعال کردن تصحیح ولتاژ استفاده می کند.این دسته به عنوان بازخورد منفی (فیدبک) نیز شناخته می شوند. اینها عمدتاً برای دقت بالا در ولتاژ خروجی، معمولاً ± ۱ درصد با تغییرات ولتاژ ورودی تا ۵۰ ± درصد استفاده می شوند. شکل زیر مدار داخلی یک استابلایزر سروو را نشان می دهد که شامل سروو موتور، ترانسفورماتور خودکار، ترانسفورماتور باک بوست، درایور موتور و مدار کنترل به عنوان اجزای ضروری است.
در این استابلایزر، یک سر اولیه ی ترانسفورماتور باک بوست به سر ثابت اتوترانسفورماتور متصل می شود، در حالی که سر دیگر به بازوی متحرکی که توسط سروو موتور کنترل می شود، متصل می شود. ثانویه ترانسفورماتور باک بوست به صورت سری به منبع ورودی متصل می شود که چیزی جز خروجی استابلایزر نیست.
مدار کنترل الکترونیکی میزان افت ولتاژ و افزایش ولتاژ را با مقایسه ورودی با منبع ولتاژ مرجع داخلی تشخیص می دهد. هنگامی که مدار خطا را پیدا می کند، موتور را به کار می اندازد که به نوبه خود بازوی اتوترانسفورماتور را حرکت می دهد. این می تواند ترانسفورماتور اولیه باک بوست را تغذیه کند به طوری که یک ولتاژ در سرتاسر ثانویه باید خروجی ولتاژ مورد نظر باشد. اکثر استابلایزرهای سروو موتوری از میکروکنترلر یا پردازنده تعبیه شده برای مدار کنترل برای دستیابی به کنترل هوشمند استفاده می کنند.
این استابلایزرها می توانند از نوع تک فاز، سه فاز متعادل و یا سه فاز نامتعادل باشند. در نوع تک فاز، یک سروو موتور از طریق کوپل شدن به اتوترانس میتواند به اصلاح ولتاژ دست یابد. در مورد نوع متعادل سه فاز، سروو موتور با سه اتوترانس کوپل می شود تا با تنظیم خروجی ترانسفورماتورها، خروجی تثبیت شده در هنگام نوسانات فراهم شود. در نوع نامتعادل از استابلایزرها ی سرو موتوری ، سه سروو موتور مستقل به همراه سه اتو ترانس و دارای سه مدار کنترل مجزا هستند.
استفاده از استابلایزرهای سروو موتوری در مقایسه با استابلایزرهای نوع رله مزایای مختلفی دارد. برخی از این موارد عبارتند از: سرعت تصحیح بالاتر، دقت بالای خروجی تثبیت شده، توانایی مقاومت در برابر جریان های هجومی و قابلیت اطمینان بالا. با این حال، به دلیل وجود موتور، اینها نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای دارند.
استابلایزرهای ولتاژ استاتیکی Static Voltage Stabilizers:
همانطور که از نام آن پیداست، استابلایزرهای ولتاژ استاتیک هیچ قسمت متحرکی به عنوان مکانیزم سروو موتوری ندارد. از مدار مبدل الکترونیکی قدرت برای دستیابی به تنظیم ولتاژ استفاده می کند تا در مورد تثبیت کننده های معمولی واریاک. امکان تولید دقت بیشتر و تنظیم ولتاژ عالی توسط این استابلایزرها در مقایسه با استابلایزرهای سروو وجود دارد و معمولاً تنظیم ۱± درصد است.
اینها اساساً از ترانسفورماتور باک بوست، مبدل قدرت IGBT (یا مبدل AC به AC) و میکروکنترلر، ریزپردازنده یا کنترل کننده ی مبتنی بر DSP تشکیل شده است. Converter IGBT ، کنترل شده با میکروپروسسور مقدار مناسب ولتاژ را با تکنیک مدولاسیون عرض پالس تولید می کند و این ولتاژ به ترانسفورماتور اصلی باک بوست تامین می شود. مبدل IGBT ولتاژ را به گونه ای تولید می کند که می تواند هم فاز یا ۱۸۰ درجه اختلاف فاز با ولتاژ خط ورودی داشته باشد تا در هنگام نوسانات، ولتاژها را جمع و کم کند.
هر زمان که ریزپردازنده افت ولتاژ را تشخیص دهد، پالس های PWM را به مبدل IGBT می فرستد تا ولتاژی برابر با مقدار انحراف از مقدار اسمی تولید کند. این خروجی با منبع ورودی هم فاز است و به ترانسفورماتور اصلی باک بوست اعمال می شود. از آنجایی که ثانویه به خط ورودی متصل است، ولتاژ القایی به منبع ورودی اضافه می شود و این ولتاژ اصلاح شده به بار اعمال می شود.
به طور مشابه، افزایش ولتاژ باعث می شود مدار ریزپردازنده پالس های PWM را به گونه ای ارسال کند که مبدل، مقدار ولتاژ انحرافی با ۱۸۰ درجه اختلاف فاز با ولتاژ ورودی باشد. این ولتاژ در ثانویه ترانسفورماتور باک بوست از ولتاژ ورودی کم می شود تا عملیات باک (کاهش ولتاژ)انجام شود.
این استابلایزرها در مقایسه با استابلایزرهای سرو موتوری و رله ای به دلیل مزایای بسیار متنوعی مانند اندازه جمع و جور، سرعت تصحیح بسیار سریع، تنظیم ولتاژ عالی، عدم نگهداری به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، راندمان بالا و قابلیت اطمینان بالا، بسیار محبوب هستند.
تفاوت بین استابلایزر و تنظیم کننده ولتاژAVR :
یک سوال عمده اما گیج کننده در اینجا مطرح می شود که دقیقاً تفاوت(های) بین استابلایزر و رگولاتور چیست؟ خوب.. هر دو یک کار را انجام می دهند که ولتاژ را تثبیت می کند، اما تفاوت اصلی بین استابلایزر ولتاژ و تنظیم کننده ولتاژ این است:
استابلایزر ولتاژ Voltage Stabilizer: دستگاه یا مداری است که برای رساندن ولتاژ ثابت به خروجی بدون تغییر در ولتاژ ورودی طراحی شده است.
رگولاتور ولتاژ Voltage Regulator: دستگاه یا مداری است که برای رساندن ولتاژ ثابت به خروجی بدون تغییر در جریان بار طراحی شده است.
چگونه یک استابلایزر ولتاژ با ظرفیت مناسب انتخاب کنیم؟
قبل از خرید یک استابلایزر ولتاژ برای یک دستگاه، چندین فاکتور را در نظر بگیرید. این فاکتور ها عبارتند از: وات مورد نیاز دستگاه، سطح نوسانات ولتاژی که در محل نصب تجربه می شود، نوع دستگاه، نوع استابلایزر، محدوده کاری استابلایزر (ولتاژهای صحیح به کدام استابلایزر)، قطع اضافه ولتاژ/کاهش ولتاژ، نوع مدار کنترل، نوع نصب و عوامل دیگر. در اینجا ما مراحل اساسی که باید قبل از خرید یک استابلایزر برای برنامه شما در نظر بگیرید را ارائه کرده ایم.
مشخصات توان مصرفی تجهیزی (تجهیزات)که لازم است برای آن استابلایزر بخرید را از روی پلاک آن و یا از دفترچه راهنمای آن تعیین نمایید.
از آنجایی که استابلایزرها بر حسب کیلو ولت آمپر هستند (همانطور که ترانسفورماتور به جای کیلووات بر حسب کیلو ولت آمپر است)،می توان وات را با ضرب ولتاژ دستگاه در حداکثر جریان نامی محاسبه کرد.
توصیه می شود که یک حاشیه ایمنی به درجه استابلایزر اضافه کنید، معمولاً ۲۰-۲۵ درصد. این می تواند برای برنامه های آینده برای افزودن دستگاه های بیشتر به خروجی استابلایزر مفید باشد.
اگر دستگاه بر حسب وات درجه بندی شده است، هنگام محاسبه ظرفیت کیلو ولت آمپر استابلایزر، ضریب توان را در نظر بگیرید.
در زیر مثال نمونه ای که چگونه استابلایزر ولتاژ با اندازه مناسب را برای وسایل برقی خود انتخاب کنید،آمده است.
فرض کنید توان دستگاهی (کولر یا یخچال) ۱ کیلو ولت آمپر است. بنابراین، حاشیه امن ۲۰ درصد، ۲۰۰ وات است. با افزودن این وات ها به وات واقعی، ۱۲۰۰ VA وات دریافت می کنیم. بنابراین استابلایزر ۱٫۲ کیلوولت آمپر یا ۱۲۰۰ VA برای دستگاه ارجح است. برای نیازهای خانه، استابلایزرهای ۲۰۰ ولت آمپر تا ۱۰ کیلو ولت آمپر ترجیح داده می شود. و برای کاربردهای تجاری و صنعتی از استابلایزرهای درجه بندی بزرگ تک فاز و سه فاز استفاده می شود.
امید است که اطلاعات ارائه شده برای خوانندگان آموزنده و مفید باشد. ما از خوانندگان محترم ،صمیمانه می خواهیم نظرات خود را در مورد نوشته این بیان کنند.