استابلایزر یا تثبیت کننده ولتاژ یک دستگاه الکتریکی است که برای ارائه ولتاژ ثابت به یک بار در پایانه های خروجی بدون توجه به تغییرات ولتاژ ورودی طراحی شده است. این وسیله، دستگاه یا تجهیزات را در برابر ولتاژ بیش از حد، تحت ولتاژ و سایر نوسانات ولتاژ محافظت می کند.
هم چنین به عنوان تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) نامیده می شود. تثبیت کننده های ولتاژ برای تجهیزات برقی گران قیمت ترجیح داده می شود تا از نوسانات مضر ولتاژ پایین/بالا محافظت کند. برخی از این تجهیزات شامل تهویه مطبوع، ماشین های چاپ افست، تجهیزات آزمایشگاهی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات پزشکی است.
استابلایزر یا تثبیت کننده های ولتاژ، نوسانات ولتاژ ورودی را قبل از تغذیه با بار (یا تجهیزاتی که به تغییرات ولتاژ حساس هستند) تنظیم می کنند. ولتاژ خروجی از تثبیت کننده در صورت تغذیه تک فاز در محدوده 220 ولت یا 230 ولت و در صورت تغذیه سه فاز در محدوده نوسان ولتاژ ورودی، در محدوده 220 ولت باقی می ماند. این تنظیم توسط عملیات باک و بوست انجام می شود که توسط مدارهای داخلی انجام می شود.
انواع مختلفی از تنظیم کننده های ولتاژ اتوماتیک در بازار امروز موجود است. این ها می توانند واحدهای تک یا سه فاز باشند که بر اساس نوع برنامه و ظرفیت مورد نیاز (KVA)، مورد نیاز است. تثبیت کننده های سه فاز در دو نسخه به عنوان مدل بار متعادل و مدل بار نامتعادل ارائه می شوند.
این دستگاه ها یا به عنوان واحدهای اختصاصی برای لوازم خانگی یا به عنوان یک واحد تثبیت کننده بزرگ برای کل لوازم در یک مکان خاص، به عنوان کل خانه، در دسترس هستند. علاوه بر این، این ها می توانند از نوع آنالوگ یا دیجیتال واحدهای تثبیت کننده باشند.
انواع متداول تثبیت کننده های ولتاژ شامل تثبیت کننده های دستی یا قابل تعویض، تثبیت کننده های نوع رله اتوماتیک، تثبیت کننده های حالت جامد یا استاتیک و تثبیت کننده های سروو هستند. علاوه بر عملکرد تثبیت کننده، اکثر تثبیت کننده ها دارای ویژگی های اضافی مانند قطع ولتاژ ورودی/خروجی، قطع ولتاژ بالا ورودی/خروجی، قطع اضافه بار، امکان شروع و توقف خروجی، شروع دستی/خودکار، نمایش قطع ولتاژ، تعویض ولتاژ صفر و غیره هستند.
چرا تثبیت کننده های ولتاژ مورد نیاز است؟
به طور کلی، هر یک از تجهیزات یا دستگاه های الکتریکی برای طیف گسترده ای از ولتاژ ورودی طراحی شده اند. بسته به حساسیت، محدوده کار تجهیزات محدود به مقادیر خاصی است. به عنوان مثال، برخی از تجهیزات می توانند 10± ولتاژ نامی را تحمل کنند، در حالی که برخی دیگر 5± یا کم تر.
نوسانات ولتاژ (افزایش یا کاهش مقدار ولتاژ نامی) در بسیاری از مناطق، به ویژه در خطوط خاتمه یافته، بسیار رایج است. شایع ترین دلایل نوسانات ولتاژ عبارتند از: روشنایی، نقص برق، سیم کشی معیوب و خاموش شدن دوره ای دستگاه. این نوسانات باعث خرابی تجهیزات و لوازم برقی می شوند.
ولتااژ طولانی مدت بیش از حد منجر خواهد شد به:
- آسیب دائمی به تجهیزات
- آسیب عایق سیم پیچ ها
- وقفه ناخواسته در بار
- افزایش تلفات در کابل ها و تجهیزات مربوطه
- عمر نامناسب دستگاه
مدت زمان طولانی تحت ولتاژ نتیجه خواهد شد به:
- خرابی تجهیزات
- دوره های کار طولانی تر (مانند گرمکن های مقاومتی)
- کاهش عملکرد تجهیزات
- کشیدن جریان های بزرگ که منجر به گرم شدن بیش از حد می شود.
- خطاهای محاسباتی
- کاهش سرعت موتورها
بنابراین ثبات و دقت ولتاژ عملکرد صحیح تجهیزات را تعیین می کند. بنابراین تثبیت کننده های ولتاژ اطمینان حاصل می کنند که نوسانات ولتاژ در منبع تغذیه ورودی بر بار یا دستگاه برقی تأثیر نمی گذارد.
تثبیت کننده ولتاژ چگونه کار می کند؟
اصل اساسی تثبیت کننده ولتاژ برای انجام عملیات Buck و Boost
در یک تثبیت کننده ولتاژ، اصلاح ولتاژ در شرایط ولتاژ بالا و پایین از طریق دو عملیات ضروری، یعنی عملیات تقویت و باک انجام می شود. این عملیات را می توان به صورت دستی توسط سوئیچ ها یا به طور خودکار از طریق مدارهای الکترونیکی انجام داد. در شرایط تحت ولتاژ، عملکرد تقویت کننده ولتاژ را به سطح نامی افزایش می دهد در حالی که عملکرد باک سطح ولتاژ را در شرایط بیش از حد ولتاژ کاهش می دهد.
مفهوم تثبیت شامل افزودن ولتاژ به یا تفریق ولتاژ از منبع اصلی است. برای انجام چنین تثبیت کننده ای، از ترانسفورماتوری استفاده می شود که در تنظیمات مختلف با رله های سوئیچینگ متصل شده است. برخی از تثبیت کننده ها از ترانسفورماتور با ضربه روی سیم پیچ برای ارائه ولتاژ مختلف استفاده می کنند در حالی که تثبیت کننده های سروو از ترانسفورماتور خودکار برای طیف گسترده ای از اصلاح استفاده می کنند.
انواع تثبیت کننده های ولتاژ
تثبیت کننده های ولتاژ جزء لاینفک بسیاری از لوازم برقی خانگی، صنایع و سیستم های تجاری شده است. پیش از این، از تثبیت کننده های ولتاژ دستی یا قابل تغییر برای افزایش یا کاستن ولتاژ ورودی به منظور ایجاد ولتاژ خروجی در محدوده دلخواه استفاده می شد. چنین تثبیت کننده هایی با رله های الکترومکانیکی به عنوان دستگاه های سوئیچینگ ساخته می شوند.
بعداً، مدارهای الکترونیکی اضافی فرآیند تثبیت را خودکار کرده و تنظیم کننده های ولتاژ خودکار تغییر دهنده شیر را به وجود آورد. یکی دیگر از انواع متداول تثبیت کننده ولتاژ، تثبیت کننده سروو است که در آن اصلاح ولتاژ به طور مداوم بدون هیچ گونه سوئیچ انجام می شود. اجازه دهید سه نوع اصلی تثبیت کننده ولتاژ را مورد بحث قرار دهیم.
تثبیت کننده های ولتاژ نوع رله
در این نوع از تثبیت کننده های ولتاژ، تنظیم ولتاژ با تغییر رله ها به گونه ای انجام می شود که یکی تعدادی ضامن ترانسفورماتور را به بار وصل کند چه برای تقویت و چه برای عملیات باک. شکل زیر مدار داخلی تثبیت کننده نوع رله را نشان می دهد.
دارای مدار الکترونیکی و مجموعه ای از رله ها علاوه بر ترانسفورماتور (که می تواند ترانسفورماتور toroidal یا هسته آهنی باشد که در قسمت ثانویه آن ضمیمه ای وجود دارد). مدار الکترونیکی شامل مدار یکسو کننده، تقویت کننده عملیاتی، 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. هرگاه ولتاژ از مقدار مرجع بالاتر یا پایین بیاید، مدار کنترل رله مربوطه را تغییر می دهد تا ضربه مورد نظر را به خروجی وصل کند.
این تثبیت کننده ها معمولاً ولتاژ تغییرات ولتاژ ورودی 6 تا 15 درصد را با دقت ولتاژ خروجی 5 تا 10 درصد تغییر می دهند. این نوع تثبیت کننده ها بیش تر برای لوازم خانگی با درجه پایین در مصارف مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می شوند زیرا وزن کم و هزینه کمی دارند. با این حال، این ها با محدودیت های متعددی مانند سرعت تصحیح ولتاژ آهسته، دوام کم تر، قابلیت اطمینان کم تر، وقفه در مسیر تغذیه در حین تنظیم و عدم تحمل ولتاژ بالا رنج می برند.
تثبیت کننده های ولتاژ تحت کنترل سروو
این ها به سادگی به عنوان تثبیت کننده سرو (کار بر روی سروو مکانیسم که به عنوان بازخورد منفی نیز شناخته می شود) نامیده می شوند و نام آن نشان می دهد که از یک موتور سروو برای فعال کردن ولتاژ استفاده می کند. این ها عمدتا برای دقت بالای ولتاژ خروجی استفاده می شوند، معمولاً 1± درصد با تغییرات ولتاژ ورودی تا 50± درصد. شکل زیر مدار داخلی یک تثبیت کننده سروو را نشان می دهد که شامل موتور سروو، ترانسفورماتور خودکار، ترانسفورماتور تقویت کننده باک، درایور موتور و مدار کنترل به عنوان اجزای اصلی است.
در این تثبیت کننده، یک سر ترانسفورماتور باک بوست اولیه به شیر ثابت ترانسفورماتور خودکار متصل است، در حالی که سر دیگر آن به بازوی متحرک متصل است که توسط سروو موتور کنترل می شود. ثانویه ترانسفورماتور تقویت کننده باک به صورت سری با منبع ورودی متصل می شود که چیزی جز خروجی تثبیت کننده نیست.
مدار کنترل الکترونیکی با مقایسه ورودی و منبع ولتاژ مرجع، افت ولتاژ و افزایش ولتاژ را تشخیص می دهد. هنگامی که مدار خطا را پیدا می کند، موتور را به کار می اندازد که به نوبه خود بازو را روی ترانسفورماتور خودکار حرکت می دهد. این می تواند اولیه ترانسفورماتور بوک بوست را تغذیه کند به طوری که ولتاژ در ثانویه باید ولتاژ مطلوب باشد. اکثر تثبیت کننده های سروو برای دستیابی به کنترل هوشمند از میکروکنترلر یا پردازنده تعبیه شده برای مدارهای کنترل استفاده می کنند.
این تثبیت کننده ها می توانند واحدهای تک فاز، سه فاز متعادل یا سه فاز نامتعادل باشند. در نوع تک فاز، یک سروو موتور به همراه ترانسفورماتور متغیر به اصلاح ولتاژ دست می یابد. در مورد نوع سه فاز متعادل، یک سرو موتور با سه ترانس اتوماتیک همراه می شود به طوری که خروجی تثبیت شده در طول نوسانات با تنظیم خروجی ترانسفورماتورها فراهم می شود. در نوع نامتعادل سروو تثبیت کننده ها، سه موتور سروو مستقل همراه با سه ترانسفورماتور خودکار و سه مدار کنترل جداگانه دارند.
مزایای مختلفی از استفاده از تثبیت کننده های سرو در مقایسه با تثبیت کننده های نوع رله وجود دارد. برخی از این موارد عبارتند از: سرعت تصحیح بالاتر، دقت بالای خروجی تثبیت شده ، قابلیت تحمل جریان های هجومی و قابلیت اطمینان بالا. با این حال، این ها به دلیل وجود موتورها نیاز به نگهداری دوره ای دارند.
تثبیت کننده های ولتاژ استاتیک
همان طور که از نامش پیداست، تثبیت کننده ولتاژ استاتیک در حالت تثبیت کننده های سروو هیچ قطعه متحرکی به عنوان مکانیزم موتور سروو ندارد. از مدار مبدل الکترونیکی قدرت برای دستیابی به تنظیم ولتاژ استفاده می کند تا یک واریاک در مورد تثبیت کننده های معمولی. در مقایسه با تثبیت کننده های سروو، می توان دقت بیش تر و تنظیم ولتاژ عالی را توسط این تثبیت کننده ها تولید کرد و معمولاً تنظیم 1± درصد است.
اساساً شامل ترانسفورماتور تقویت کننده باک، مبدل قدرت IGBT (یا مبدل AC به AC) و میکروکنترلر، ریزپردازنده یا کنترلر مبتنی بر DSP است. مبدل IGBT کنترل شده با ریزپردازنده با استفاده از تکنیک مدولاسیون عرض پالس مقدار مناسب ولتاژ را تولید می کند و این ولتاژ به اولیه ترانسفورماتور تقویت کننده باک تأمین می شود. مبدل IGBT ولتاژ را به گونه ای تولید می کند که می تواند در فاز یا 180 درجه خارج از ولتاژ خط ورودی فاز باشد تا بتواند در طول نوسانات، ولتاژهای جمع و تفریق را انجام دهد.
هرگاه ریزپردازنده، افت ولتاژ را تشخیص دهد، پالس های PWM را به مبدل IGBT می فرستد تا ولتاژی برابر با مقدار انحراف شده از مقدار اسمی ایجاد کند. این خروجی با عرضه ورودی در فاز است و به ترانسفورماتور اولیه تقویت کننده باک عرضه می شود. از آن جا که ثانویه به خط ورودی متصل است، ولتاژ القایی به منبع ورودی اضافه می شود و این ولتاژ تصحیح شده به بار وارد می شود.
به طور مشابه، افزایش ولتاژ باعث می شود که مدار ریزپردازنده پالس های PWM را به گونه ای ارسال کند که مبدل مقدار ولتاژ انحرافی را تولید کند، که با ولتاژ ورودی 180 درجه خارج از فاز است. این ولتاژ در ثانویه ترانسفورماتور تقویت کننده باک از ولتاژ ورودی کم می شود تا عملیات باک انجام شود.
این تثبیت کننده ها در مقایسه با تثبیت کننده های تعویض شیر و سروو بسیار محبوب هستند زیرا مزایای زیادی 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 دارند.
تفاوت بین تثبیت کننده ولتاژ و تنظیم کننده ولتاژ
در این جا یک سوال عمده اما گیج کننده مطرح می شود که تفاوت دقیق بین تثبیت کننده و تنظیم کننده چیست؟ خوب … هر دو یک عمل را انجام می دهند؛ ولتاژ را تثبیت می کنند، اما تفاوت اصلی بین تثبیت کننده ولتاژ و تنظیم کننده ولتاژ در موارد زیر است:
- تثبیت کننده ولتاژ: دستگاه یا مداری است که برای ارائه ولتاژ ثابت به خروجی بدون تغییر در ولتاژ ورودی طراحی شده است.
- تنظیم کننده ولتاژ: دستگاه یا مداری است که برای ارائه ولتاژ ثابت به خروجی بدون تغییر در جریان بار طراحی شده است.
چگونه یک تثبیت کننده ولتاژ اندازه مناسب انتخاب کنیم؟
قبل از خرید یک تثبیت کننده ولتاژ برای یک وسیله، مهم است که چندین عامل را در نظر بگیرید. این عوامل عبارتند از وات مورد نیاز دستگاه، سطح نوسانات ولتاژ که در ناحیه نصب تجربه می شود، نوع دستگاه، نوع تثبیت کننده، محدوده کاری تثبیت کننده (که تثبیت کننده ولتاژهای صحیح را به آن می رساند)، ولتاژ بیش از حد/تحت ولتاژ، نوع مدار کنترل، نوع نصب و سایر عوامل.
ما را در اینستاگرام دنبال کنید.
