نحوه کار ترانس اتوماتیک و استابلایزر

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، ترانس اتوماتیک و استابلایزر ابزاری است که به کمک آن نوسانات ولتاژ شبکه برق جبران می‌شود. با کم و زیاد شدن بار گذاری شبکه برق در طول شبانه روز، روز‌های هفته و حتی فصل‌های گوناگون سال، ولتاژ آن یکسان نبوده و زیاد و کم می‌شود. برای نمونه در فصل تابستان و در هنگام غروب آفتاب از یک سو همچنان گرمای روز از بین نرفته و نیاز است که کولر‌ها روشن باشند، از سوی دیگر با کم شدن روشنایی، چراغ‌های ساختمان‌ها نیز روشن هستند و نیز در این زمان همه واحد‌های اداری، تجاری، صنعتی و خانگی پویا و لوازم برقی آن‌ها نیز روشن هستند. در این زمان مصرف برق به بیشترین اندازه خود می‌رسد و ولتاژ شبکه بسیار کم می‌شود. در فصل‌های خنک و در نیمه‌های شب که مصرف برق بسیار کم است، ولتاژ شبکه به بیشینه خود می‌رسد؛ بنابراین کم و زیاد شدن ولتاژ برق طبیعی و گریز ناپذیر است.

از دیر باز تا کنون دو فناوری فراگیر برای جبران نوسان ولتاژ برق شهر به کار گرفته شده است. در روش نخست، یک اتو ترانسفورماتور (Auto-Transformer) با چندین سر بیرون آمده از سیم پیچ ثانویه، به کار رفته است. نمای کلی این ساختار در شکل ۱ نمایش داده شده است.

شکل ۱ ساختار ترانس اتوماتیک رله‌ای فراگیر

در ساختار بالا، با توجه به دامنه ولتاژ ورودی، یکی از کلید‌های SW۱، SW۲ یا SW۳ وصل می‌شوند. برای نمونه، چنانچه ولتاژ برق شهر دامنه خوبی داشته باشد، SW۲ روشن می‌شود و اگر برق ورودی با افت یا افزایش همراه باشد، به ترتیب SW۱ و SW۲ ولتاژ مناسب را به بار می‌رسانند.

همان طور که دیده می‌شود، پیاده سازی ساختار نشان داده شده در شکل بالا با کاربرد رله انجام می‌شود و روش پله-پله آن نمی‌تواند ولتاژ بار را در مقدار ویژه‌ای تثبیت کند. بلکه همواره آن را در بازه مناسبی نگاه می‌دارد. از دیدبعضی  به کار بردن واژه استابلایزر برای چنین ابزاری که ولتاژ خروجی آن روی یک عدد تثبیت نشده است، نادرست بوده و ترانس اتوماتیک رله‌ای برای نام گذاری آن بهتر است. 

ساختار دیگری که به طور فراگیر برای جبران نوسان ولتاژ به کار می‌رود، اتو ترانسفورماتور دیگری است که سیم پیچی آن بر روی هسته‌های حلقوی انجام شده و تک تک دور‌های آن در دسترس هستند. از آنجا که شماره دور‌های سیم پیچی بسیار زیاد است، به کار بردن رله برای وصل کردن آن‌ها ناشدنی است. از این روی، روکش لاکی سیم‌ها تراشیده شده و یک جاروبک زغالی که به خروجی وصل است به کمک یک موتور سروو روی آن‌ها لغزیده و با جابه‌جایی آن ولتاژ خروجی تنظیم می‌شود. تصویر یک نمونه از استابلایزر‌های سروو موتوری در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل ۲ استابلایزر سروو موتوری

از آنجا که با جابه‌جایی‌های اندک جاروبک، می‌توان نوسانات کوچک ولتاژ را نیز جبران نمود، بنابراین کارکرد این گونه جبران ساز‌ها بسیار به استابلایزر می‌ماند. ناگفته نماند لغزش پیوسته جاروبک همراه با خوردگی آن در کوتاه مدت به از بین رفتن آن و بروز اتصال کوتاه در سیم پیچی ترانس می‌انجامد و در چنین مواردی دستگاه دچار آسیب دیدگی جدی و جبران ناپذیر می‌شود. همچنین از آنجا که شتاب سامانه مکانیکی برای جابه‌جایی جاروبک بسیار پایین است، جبران جهش‌های ناگهانی ولتاژ با کندی فراوان همراه است و استابلایزر نمی‌تواند از رسیدن نوسان به بار پیش گیری کند.

برای از میان برداشتن همه کاستی‌های دستگاه‌های موجود، برجسته‌ترین توانایی‌های کلیدی در نظر گرفته شده برای این دستگاه: ۱- تثبیت دقیق ولتاژ خروجی روی اندازه نامی با دقت ۱± ولت. ۲- کارکرد ایستا و بدون استهلاک و ۳- جبران سازی پرشتاب نوسانات ولتاژ در بازه گسترده‌ای از ولتاژ بودند. برای  نمونه دستگاه استابلایزر / استابیلایز با قدرت ۵ کیلووات ، ساختار این دستگاه بر پایه کلید زنی با بهره گیری از کلید‌های نیمه هادی IGBT گسترش یافته و با روش کنترل پهنای پالس به تثبیت دامنه ولتاژ خروجی می‌پردازد. 

این آرایش، افزون بر آنکه می‌تواند ولتاژ خروجی را در اندازه نامی نگاه دارد، دارای کارکردی بدون فرسایش است و با شتابی بسیار زیاد به جبران نوسانات ولتاژ می‌پردازد. برای نمونه این دستگاه می‌تواند جهش آنی ولتاژ به اندازه ۶۵ ولت را در کمتر از ۴ هزارم ثانیه جبران نماید (شکل ۳) که در گونه خود یک دست آورد بزرگ به شمار می‌آید. همینک کار برای ساخت دستگاه‌های توان بالاتر و نیز نمونه‌های سه فاز در حال انجام است.

 

شکل ۳ جبران خیز ۶۵ ولتی، خروجی: CH۱ – ورودی: CH۲

منیع: ریز پردازان