کاربردهای استابلایزر (تثبیت کننده ولتاژ)
در کاربردهای خانگی و صنعتی، به طور کلی تنظیم کننده های ولتاژ خودکار برای ثابت نگه داشتن ولتاژ ثابت در تجهیزات خاص به کار گرفته می شوند. در این بخش به طور دقیق در مورد تثبیت کننده های ولتاژ اطلاعات کسب می کنیم.
تثبیت کننده های ولتاژ (استابلایزر) چیست؟
همانطور که از نام آن پیداست، اگر ولتاژ تغذیه، نوسان یا تغییری در مقدار مشخص شده داشته باشد، تثبیت کننده ولتاژ، این ولتاژ را تنظیم و تثبیت می کند. تثبیت کننده ولتاژ یا استابلایزر یک دستگاه الکتریکی است که ولتاژ ثابت را طی شرایط ولتاژی به یک بار اعمال می کند. این دستگاه این شرایط ولتاژ را تشخیص می دهد و در نتیجه ولتاژ را به محدوده مطلوب و مورد نظر می رساند.
تثبیت کننده های ولتاژ وسیله ای برای تنظیم ولتاژ ورودی یا تغذیه به جریان بار فراهم می کنند. این وسیله ها، به منظور فراهم کردن یک خروجی ولتاژ ثابت نیستند، در عوض، جریان بار یا سیستم را در محدوده قابل قبول ولتاژ هدایت می کنند.
مدار داخلی تثبیت کننده ولتاژ یا استابلایزر در شکل زیر نشان داده شده است. این دستگاه شامل ترانسفورماتور خودکار/ترانسفورماتور، واحد یکسو کننده، مقایسه کننده ی ولتاژ، مدارگزینی و رله می باشد. در مورد تثبیت کننده های مدرن و دیجیتالی، یک میکرو کنترل یا میکرو پردازنده به عنوان واحد کنترل مرکزی مورد استفاده قرار می گیرد.
امروزه چندین نوع مختلف از تثبیت کننده های ولتاژ در بازار از تولیدکنندگان مختلف وجود دارد. تثبیت کننده ها با مقدار KVA مختلف در کاربردهای محدود نرمال (برای تولید خروجی 220 تا 240 ولت به همراه بوست باک 20 تا 35 ولتی برای دامنه ی ورودی 180 تا 270 ولتی) و همچنین گستره ی وسیع (تولید خروجی 190 تا 240 ولت به همراه بوست باک 50 تا 55 ولتی برای دامنه ی ورودی 140 تا 300 ولتی) می باشد.
این تثبیت کننده ها به عنوان تثبیت کننده های مخصوص برای خانه ها و همچنین وسایل صنعتی مانند دستگاه های تهویه هوا، تلویزیون های ال سی دی و ال ای دی، یخچال ها، سیستم های موسیقی، ماشین های لباسشویی و همچنین در واحد بزرگتر برای همه وسایل موجود هستند. تثبیت کننده ها (استابلایزر)، توان و برق کمتری در حدود 2 تا 5 درصد از حداکثر بار (یا به بیان دیگر، درجه بندی تثبیت کننده) مصرف می کنند. این وسایل، کارایی بالایی، معمولاً 95 تا 98 درصدی دارند.
تثبیت کننده های ولتاژ می توانند به صورت استابلایزر تک فاز یا استابلایزر سه فاز باشند. هم تثبیت کننده اتوماتیک دیجیتالی و هم غیر دیجیتالی، از انواع محصولات شناخته شده موجود هستند. در تثبیت کننده های مدرن، برخی ویژگی های دیگر نیز وجود دارد که شامل محافظت از ولتاژ بالا، محافظت از جریان بار زیاد، تغییر ولتاژ صفر، محافظت از تغییر فرکانس، نمایش کاهش ولتاژ و غیره می باشد.
تنظیم ولتاژ برای دو هدف متمایز یعنی ولتاژ بیش از حد و شرایط پایین ولتاژ مورد نیاز است. فرآیند افزایش ولتاژ در شرایط پایین ولتاژی، عملیات تقویت نامیده می شود و بالعکس، فرآیند کاهش ولتاژ در شرایط ولتاژ بالا، عملیات مقاومت نامیده می شود. این دو عملیات اصلی در هر یک از انواع تثبیت کننده های ولتاژ، مهم و ضروری به شمار می آید.
همانطور که گفته شد، اجزای تثبیت کننده ی ولتاژ شامل، ترانسفورماتور، رله و مدار الکترونیکی هستند. اگر تثبیت کننده، کاهش ولتاژ ورودی را تشخیص دهد، رله الکترومغناطیسی را فعال می سازد تا ولتاژ بیشتری از ترانسفورماتور جمع کند و افت ولتاژ جبران شود. زمانی که ولتاژ ورودی بیشتر از مقدار نرمال باشد، تثبیت کننده یا استابیلایزر ، رله الکترومغناطیسی دیگر را فعال می کند به طوری که ولتاژ را برای رساندن به مقدار نرمال کاهش می دهد.
شکل زیر مدل کارکرد تثبیت کننده ولتاژ یا استابلایزر را نشان می دهد که شامل یک ترانسفورماتور کاهنده (معمولا به همراه لغزاننده در سیم پیچ دوم)، یکسو کننده، تقویت کننده های عملیاتی/ واحد میکروکنترل و مجموعه ای از رله ها است. در این صورت، تقویت کننده های عملیاتی، به گونه ای تنظیم می شوند که بتوانند ولتاژ های مختلف مثل کاهش قطع ولتاژ، افزایش ولتاژ، ولتاژ عملکردی نرمال، افزایش قطع ولتاژ و عملیات مقاومتی ولتاژ را تشخیص دهد.
مجموعه ای از رله ها به گونه ای متصل هستند که به مدار بار در طول افزایش یا کاهش قطع ولتاژ، لغزشی ایجاد می کنند و همچنین ولتاژ تقویتی و مقاومتی را برای مدار بار تغییر می دهند.
یک ترانسفورماتور کاهنده متغیر، لغزاننده ولتاژ ثانویه ی متفاوتی دارد که برای راه اندازی تقویت کننده عملیاتی در ولتاژ های مختلف مفید هستند و همچنین برای عملیات های تقویتی و مقاومتی، به ترتیب ولتاژ را افزایش و کاهش می دهد.
مدار یکسو کننده نیز منبع AC را به DC تبدیل می کند تا کل مدار الکترونیکی و همچنین سیم پیچ های رله را تقویت کند. فرض کنیم که یک تثبیت کننده ی تک فاز 1KVA داریم که برای محدوده ی ولتاژ 200 تا 245 ولت به همراه ولتاژ بوست باک 20 تا 35 ولتی برای ولتاژ ورودی 180 تا 270 ولتی، ثبات ایجاد می کند.
اگر منبع ورودی 195 ولت باشد، پس تقویت کننده عملیاتی، سیم پیچ رله را تقویت می کند بدین صورت که 195+25=220 ولت برای بار تأمین میشود. اگر منبع ورودی 260 ولت باشد، تقویت کننده ی عملیاتی، سیم پیچ رله باک را تقویت می کند بدین صورت که ۲۶۰ – ۳۰ = ۲۲۵ ولت برای بار تأمین می شود.
اگر ولتاژ ورودی پایین‌تر از ۱۸۰ ولت باشد، تقویت کننده عملیاتی متناظر، سیم پیج رله قطع کننده و کاهشی را تغییر می دهد به طوری که بار از منبع قطع می شود و اگر منبع بیشتر از 270 ولت باشد، تقویت کننده عملیاتی متناظر، سیم پیچ رله قطع کننده و افزایشی را تقویت می کند و از این رو بار از منبع قطع می شود. تمامی این مقادیر تقریبی هستند و ممکن است بسته به کاربرد متفاوت باشند. بدین ترتیب، یک تثبیت کننده، تحت شرایط ولتاژی مختلف، عمل می کند.