مرجع کامل سیستم های صوتی ایران

امروزه با ترکیب المان های میکروپروسسور ها و قطعه های الکترونیک قدرت،میتوان استابیلایزر های هوشمندی را به وجود آورد،که برخلاف نمونه های رله ای قدیمی،میتوانند کنترل دیجیتالی با عملکرد بسیار ملطوبی را در اختیار ما قرار دهند،و همچنین مدارات کنترل با نیمه هادی ها و المان های الکترونیکی جامد،پتانسیومتر ها را حذف کرده و حتی به کاربر اجازه میدهند با استفاده از کی پد و یا کنترلر های دیگر،به صورت دستی،ولتاژ خروجی را به صورت دلخواه تنظیم کنند و یا امکاناتی دیگر همچون زمان دادن شروع و پایان کار،و...

همچنین این نوع از استابیلایزر ها دارای زمان پاسخگویی بسیار بالا و تاخیر بسیار اندکی،دارند،معمولا کمتر از چندین میلی ثانیه.امروزه استابیلایز ها به عنوان دستگاه هایی بهینه برای استفاده و تصفیه برق ورودی برای دستگاه های الکترونیکی حساس به نوسانات برق میباشند،و حتی به صورت فابریک و یا یک ماژول بر روی برخی از دستگاه ها به صورت داخلی قرار دارند همانند دستگاه های برش cnc،تهویه های هوا،تلوزیون ها،دستگاه های پزشکی،کامپیوتر ها،دستگاه های ارتباط از راه دور و....

استابیلایزر ولتاژ چیست؟یک دستگاه الکترونیکی است برای تحویل دادن یک ولتاژ ثابت به بارش،در ترمینال های خروجی اش،بدون در نظر گرفتن تغییرات و نوسانات ورودی.استابیلایزر ها به این صورت از افت ولتاژ،افزایش ولتاژ و دیگر شار های ناخواسته ی ولتاژ برق اصلی جلوگیری کرده و از دستگاه ها محافظت مینمایند.همچنین به آنها،رگولاتور اتوماتیک ولتاژ،گفته میشود(AVR).از دستگاه های گران قیمت،باز هم میتوان مثالهایی از پاور میکسر،میکسر های دیجیتال،پاور آمپلی فایر ها،پرینتر ها و دستگاه های فتوکپی،و دیگر دستگاه های صنعتی،آزمایشگاهی،و پزشکی نام برد.

استابیلایزر های ولتاژ نوسان ولتاژ ها را قبل از رسیدن به این تجیهزات،میگیرند.ولتاژ خروجی استابیلایزر ها میتواند در رنج 220 تا 230 ولت تک فاز یا 380تا400 ولت سه فاز،قرار گیرد.انجام شدن عمل رگولاتور ولتاژ توسط مبدل های باک-بوست انجام میپذیرد،که توسط مدارات داخلی کنترل میشوند.امروزه انواع وسیعی از استابیلایزر ها در بازار وجود دارند،و میتوانند وابسه به نوع تک فاز یا سه فاز بودن،و ظرفیت توان های مختلف،متغیر باشند.استابیلایزر های سه فاز در دو مدل بار بالانس شده و بار بالانس نشده،وجود دارند.همچنین میتوان برخی از استابیلایزر های کوچک را که برای تجهیزات یا کار های خاص تر به صورت تخصصی تر ساخته میشوند و یا استابیلایزر های بزرگ که به صورت عمومی برای تصفیه برق یک مکان طراحی میشوند،در بازار پیدا کرد،همچنین استابیلایزر ها میتوانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.

یک دسته ی عمومی دیگر برای استابیلایزر ها،این است که آنها میتوانند سوییچینگ یا دستی،رله ای،استاتیکی،با سروو موتور،کنترل شوند.همچنین برخی از قابلیت های بیش تر میتوان به قطع در ولتاژ بسیار پایین و یا بسیار بالای ورودی،قطع در صورت اضافه بار و بیش از حد توان کشیدن از استابیلایزر،داشتن زمان برای روشن و خاموش شدن،استارت دستی یا اتوماتیک،نمایشگر،ولتاژ سوییچینگ صفر،و... اشاره کرد.

چرا به استابیلایزر ولتاژ نیاز داریم؟معمولا دستگاه های الکترونیکی پذیرای رنج گترده ای از ولتاژ ورودی هستند و میتوانند با آن کار کنند.بسته به نوع کار و میزان حساسیت این گستردگی میتواند متغیر باشد.مثلا برخی از دستگاه ها میتوانند تا 10 درصد تغییرات ولتاژ ورودی را پذیرا باشند در حالی که در دستگاه های حساس تر این میزان به 5 درصد یا کمتر کاهش میابد.نوسانات ولتاژ در بسیاری از مکان ها رایج هستند به خصوص خطوط متناهی انتقال برق.همچنین نوسانات بر اثر رعد و برق،مشکلات الکتریکی،سیم پیچی های نادرست،روشن و خاموش شدن دستگاه های برقی متصل به شبکه،عمدتا باعث ایجاد نوسانات برقی میشوند.همچنین:

ولتاژ اضافی در طولانی مدت،باعث:

1-آسیب دائمی به دستگاه

2-آسیب به عایق های سیم پیچ ها،

3-وقفه ناخواسته در بار،

4-بالا رفتن تلفات در کابل و یا دستگاه ها،

5-پایین آمدن عمر کارکرد دستگاه،میشوند.

افت ولتاژ در طولانی مدت باعث:

1-کارکرد ناصحیح دستگاه،

2-مدت زمان طولانی تر کارکرد(و افزایش دما در نتیجه ی آن)

3-کاهش بازدهی و کارایی دستگاه،

4-کشیدن بیش تر و طولانی جریان و در نتیجه افزایش دما،

5-ارور های محاسباتی در کامپیوتر ها و افت دور در موتور ها،میشوند.

در نتیجه ولتاژ دقیق و درست باعث کارکرد صحیح دستگاه ها میشود.بنابراین استابیلایزر ها این را تضمین کرده و باعث جلوگیری از ورود نوسانات منبع تغذیه به دستگاه ها میشوند.

استابیلایزر ها چگونه کار میکنند؟اصل های پایه ی کارگرد استابیلایزر های باک بوست:

در یک استابیلایزر،تصحیح ولتاژ در نوسان گیری ولتاژ بالا یا ولتاژ پایین،توسط دو عملیات انجام میشود،که به عملیات بوست و عملیات باک مشهور اند.این عملکرد میتوان به صورت دستی و با کلید ها باشد،یا اتوماتیک با مدارات الکترونیکی.عملیات بوست هنگامی انجام میشود که ولتاژ پایین باشد و آنرا بالا میبرد و عملیات باک هنگامی که ولتاژ بالا باشد،انجام میپذیرد و آنرا پایین میاورد.

در طرح یک استابیلایزر،یک ولتاژ به ولتاژ برق اصلی افزوده میشود یا از آن کاسته میشود،برای تصحیح آن.برای این کار،استابیلایزر ها از ترانس ها کمک میگیرند که مطابق نیاز،در حالات مختلف در مدار به همراه کلید یا رله ها،بسته میشوند.مثلا برخی از ترانسفورماتور ها دارای ثانویه با چندین خروجی در دور های مختلف سیم پیچ نسبت به سیم پیچ اصلی هستند،و رله ها خروجی را با تواجه به نیاز از یکی از سیم های خروجی ترانس انتخاب میکنند.در حالی که استابیلایزر های سروو موتوری،از یک اتوترانسفورماتور برای تحصیح ولتاژ خروجی و نیز کارکرد در رنجی بالا تر،استفاده میکنند.برای درک این طرح،بگذارید یک مثال از یک ترانس کاهنده ی 230 به 12 ولت را در حالتی که در مدار زیر بسته شده است،بزنیم:

مدار بالا،یک حالت بوست را نشان میدهد که در آن،پلاریته ی سیم پیچ ثانویه در جهتی است که ولتاژ آن مستقیم با ولتاژ برق اصلی جمع میشود،در نتیجه در خروجی 242 ولت خواهیم داشت اگر برق اصلی 230 ولت باشد.

حال به مدار زیر توجه کنید:

در این مدار ترانسفورماتور به صورت باک بسته شده و پلاریته سیم پیچ ثانویه با برق اصلی مخالف است،در نتیجه ولتاژی که به بار میرسد 218 ولت خواهد بود.حال،میتوان یک مداری طراحی کرد که مثلا اگر ولتاژ بالای 230 ولت بود مدار را به این صورت در بیاورد و ولتاژ پایین بیاید،و اگر ولتاژ زیر 220 ولت بود مدار بوست را تشکیل داده و ولتاژ را بالا ببرد.این یک مثال ساده از استابیلایزر بود.

مدار بالا یک استابیلایزر دومرحله ای رله ای را نشان میدهد که از دو رله برای کار و فراهم کردن تغذیه AC استفاده میکند،در زمان کار و یا ولتاژ بالا و یا ولتاژ پایین.با تغییر حالت رله ها،دو حالت باک و بوست برای ولتاژ پایین و ولتاژ بالا ایجاد میشود،چون سیم پیچ ثانویه ترانس 25 ولت نسبت به 230 ولت ورودی است،ولتاژ پایین را باید 195 و ولتاژ بالا را باید 245 در نظر گرفت.به این ترانس ها که به ترانس های ضربه ای معروف هستند،چندین سیم پیچ ثانویه وجود دارد که به همین صورت،رله ها آنها را با توجه به نیاز،انتخاب میکنند،نحوه ی کار این استابیلایزر ها به همین صورت است.اما در اتوترانسفورماتور استابیلایزر ها،یک سرووموتور با اتصال به سیم پیچ اتوترانسفورماتور،عملیات بوست یا باک را بر روی ولتاژ انجام میدهند،در حالی که یک سیم پیچ دارند و نیاز به چندین سیم پیچ نیست.

اتواع استابیلایزر های ولتاژ:در گذشته از استابیلایزر هایی که در بالا گفته شد به همراه رله ها و تنظیمات دستی،استفاده میشد،اما در ادامه،اندازه گیر های الکترونیکی به همراه کنترل الکترونیکی روی کار آمدند،که میتوانستند سیم پیچ ترانس ضربه ای را اتوماتیک انتخاب کنند،و سپس،استابیلایزر های سروو موتوری که ولتاژ در آنها به صورت ادامه دار وجود دارد و توسط کلید ها قطع نمیشود.حال اجازه دهید سه نوع استابیلایزر رایج و موجود در بازار را برسی کنیم:

1-استابیلایزر های رله ای:در این استابیلایزر ها،تعویض ولتاژ خروجی ترانسفورماتور توسط رله هایی که به سیم پیچ های با نسبت های مختلف ترانس متصل شده اند،انجام میشود.یک رله ای که برای خروجی مورد نظر انتخاب شده،روشن شده و جریان را به بار میرساند(همانطور که در بالا نیز گفته شد).شکل زیر مدار داخل یک استابیلایزر رله ای را نشان میدهد،همانطور که میبینید این استابیلایزر تشکیل شده از یک ترانس و یک برد با چندین رله و قطعات الکترونیکی کوچک تر برای ایجاد مدار کنترل همانند اپ امپ ها،میکرو کنترلر ها،یک رگولاتور کوچک برای تغذیه آنها و....میباشد.استفاده از ترانس حلقوی نیز مزایایی نسبت به ترانس های EI معمولی دارد،همانند راندمان بالا تر،نویز کمتر و...:

مدار کنترل،ولتاژ خروجی را با یک ولتاژ منبع که ساخته شده توسط منبع خودش است،مقایسه میکند.حال به راحتی اگر ولتاژ خروجی کمتر یا بیش تر از مقدار منبع باشد،کنترلر با استفاده از رله ها بهترین رنج را انتخاب کرده و خروجی را وصل میکند.این استابیلایزر ها تغییرات 15 درصد تا 6 درصدی ولتاژ ورودی را به تغییرات 5 تا 10 درصدی در خروجی تبدیل میکنند.از این استابیلایزر ها برای تجهیزات ارزان تر در واحد های مسکونی،و صنعتی استفاده میشود،این استابیلایزر ها ارزان و سبک هستند اگرچه ایراداتی همچون تغییرات کند نسبت به تغییرات ولتاژ،دوام کمتر،قابلیت اطمینان کمتر،ایجاد وقفه هنگام تغییر رله،و همچنین محافظت کمتر در هنگام ولتاژ بالای ناگهانی،دارند.

2-استابیلایزر های کنترل شده با سروو موتور:این استابیلایزر ها با مکانیسم سروو کار میکنند که به عنوان فیدبک منفی در اینجا شناخته میشود.همانطور که از نام سروو استابیلایزر ها پیدا است،آنها با سروو موتور کنترل میشوند،برای تصحیح ولتاژ.این استابیلایزر ها بسیار دقیق هستند به طوری به ازای 50 درصد از تغییرات ولتاژ در ورودی،تنها 1 درصد نوسان در ولتاژ خروجی خواهند داشت.شکل زیر داخل یک استابیلایزر سرووموتوری را نشان میدهد،به همراه قطعات داخلی اش،شامل سرووموتور،اتوترانسفورماتور،ترانس باک-بوست و کنترلر و درایور موتور و مدارات کنترلر.

در این استابیلایزر،یک سر از سیم پیچ اولیه ترانس باک-بوست به سر ثابت اتوترانسفورماتور متصل شده در حالی که سر دیگر سیم پیچ اولیه به یک بازوی متحرک که سروو موتور آنرا کنترل میکند،به سر متحرک اتوترانس،متصل میباشد.ثانویه ترانس باک بوست یک سرش به ولتاژ ورودی برق اصلی متصل است و سر دیگرش،خروجی استابیلایزر است.یعنی به صورت سری بین برق ورودی،و خروجی،قرار گرفته است.

حال،مدار کنترل الکترونیکی،افت یا کاهش ولتاژ برق اصلی را با مقایسه با ولتاژ مرجع داخلی خودش،تشخیص داده،هنگامی که متوجه خطا شود،یک موتور را که به بازویی که به اتوترانس متصل است،راه اندازی میکند.این کار باعث تغذیه ی سیم پیچ اولیه ترانس باک بوست شده و در نتیجه،ولتاژ القا شده در ثانویه اش،همان ولتاژی خواهد بود که ما میخواهیم.اکثر استابیلایزر های سرووموتوری دارای مدارات کنترلر با میکروکنترلر ها و یا میکروپروسسور ها برای کنترل هرچه هوشمند تر دستگاه،میباشند.

استابیلایزر های تک قاز،دارای یک سرووموتور و یک اتو ترانس،و استابیلایزر های سه فاز بالانس دارای یک سرووموتور و سه اتوترانس میباشند،و در نمونه های سه فاز غیر بالانس دارای سه اتوترانس و سه سرووموتور و کنترل جداگانه برای هر فاز،هستند.

مزایای زیادی در استفاده از استابیلایزر های سرووموتوری نسبت به رله ای وجود دارد.سرعت تصحیح بالا،درصد بالای پایداری خروجی،توانایی مقاومت در تغییرات ناگهانی،و قابلیت اطمینان بالا تر.اگرچه که این استابیلایزر ها نیازمند سرویس های دوره ای برای خوب ماندن،به دلیل وجود قطعات متحرک و سرووموتور،میباشند.

3-استابیلایزر های استاتیک:همانطور که از اسمشان پیدا است،استابیلایزر های استاتیکی دارای قطعات متحرک همانند همتایان سرووموتوری شان،نیستند.این استابیلایزر ها از مدارات مبدل الکترونیک قدرت استفاده میکنند برای ایجاد ثبات در ولتاژ،نسبت به واریاک(یا همان ترانسفورماتور متغیر).در این استابیلایزر ها قابلیت ایجاد دقت حتی بالا تر از استابیلایزر های سرووموتوری وجود دارد،معمولا کمتر از 1 درصد.

این استابیلایزر ها از یک ترانس باک بوست استفاده میکنند،به علاوه یک مبدل قدرت AC به AC با IGBT،و یک کنترلر بر مبنای DSP،میکروپروسسور،و یا میکروکنترلر.سپس،IGBT هایی که با میکروپروسسور ها کنترل میشوند،یک موج PWM با مقدار مناسب را تولید کرده و این ولتاژ به اولیه ی ترانس،اعمال میشود.IGBT میتواند سیگنالی هم فاز یا با اختلاف فاز 180 درجه ای نسبت به سیگنال برق اصلی تولید کند،که در نتیجه باعث افزایش یا کاهش ولتاژ در هنگام عبور جریان میشود.

هنگامی که مدار کنترل کاهش ولتاژ را احساس کند،پالس های PWM را به IGBT ها فرستاده که متناسب با مقداری است که دچار کمبود شده.خروجی IGBT هم فاز با برق ورودی است و به اولیه ی ترانس میرود.چون ثانویه ترانس به لاین برق اصلی متصل است،ولتاژ القا شده در سیم پیچ اولیه اش در ثانویه القاء شده و با آن جمع میشود،چون هم فاز با آن است.در نهایت این ولتاژ تصحیح شده به بار میرود.

مشابه همین،اگر مدار کنترل افزایش ولتاژ را حس کند باز هم فرمانی به IGBT با پالس های PWM  و مقدار لازم برای جبران افزایش ولتاژ میفرستد اما این بار با اختلاف فاز 180 درجه ای نسبت به برق اصلی و ورودی.با القای این ولتاژ در اولیه ی ترانس باک بوست،این ولتاژ  القا شده از ولتاژ برق اصلی کاسته شده و ولتاژ خروجی ثابت میشود.این استابیلایزر ها از انواع سرووموتوری و رله ای بسیار محبوب تر هستند زیرا مزایایی مانند وزن کمتر،حجم کمتر،سرعت بسیار بالای تصحیح ولتاژ،رگولاتوری ولتاژ به بهترین نحو،عدم نیاز به سرویس دوره ای،بازدهی بالا و ضریب اطمینان بالا.

یک نکته:دوستان همیشه در نظر داشته باشید که توان استابیلایزر و توان بار را با هم مچ کنید.مثلا اگر یک دستگاهی دارید که 2 کیلو وات یا 2000 وات است،مقدار 20 درصد به این توان اضافه کنید و استابیلایزر را با توان 2.4 کیلو وات یا بیش تر،در نظر بگیرید.توان کم تر باعث سوختن استابیلایزر شما خواهد شد.