الکتروتکنیک-برق صنعتی

شارژر                                                                        

شارژر وسیله ای است که طبق اصول الکترونیک قدرت کار کرده و ولتاژ متناوب را به مستقیم تبدیل می نماید . جريان مستقيم هميشه در يك مسير جاري مي شود ( هميشه مثبت و يا هميشه منفي است ) ولي ممكن است ميزان آن كاهش يا افزايش پيدا كند . باتري ها و رگولاتورها ،ولتاژ مستقيم مي دهند و اين ولتاژ براي مدارهاي الكترونيكي مناسب است . اكثر منابع تغذيه شامل يك تبديل كننده ترانسفورماتوري هستند كه جريان اصلي غير مستقيم را به يك جريان غير مستقيم كم و بي خطر تبديل مي كنند . سپس اين جريان كم و بي خطر توسط مدارات يكسو كننده جريان از غير مستقيم به مستقيم تبديل مي شود . البته اين ولتاژ مستقيم يك ولتاژ متغيير مي باشد و براي مدارهاي الكترونيكي مناسب نيست و لذا براي صاف كردن سطح ولتاژ مستقيم از يك سری خازن و سلف استفاده مي شود تا ولتاژ مستقيم براي مدارات الكترونيكي حساس قابل استفاده شود .

امروزه شارژر ها با ریپلی بسیار پائین در ولتاژ خروجی و نویزی کمتر از 2 میلی ولت و سازگار با منحنی سافومتریک تولید میشود. شارژرها را بر اساس ظرفیت و توان و ولتاژ باطریها انتخاب و تهیه می نمایند و هنگام تهیه دقت باید شود در هنگام استفاده چه لوازم حفاظتی و اندازه گیری نیاز است و شرایط نگهداری و سرویس آن چگونه است . شارژرها امروزه به انواع لوازم اندازه گیری خودکار مجهزند و باطریها را همیشه در حالت شارژ کامل نگه میدارند . شارژرها عموما بطور ایستاده تهیه میشوند و تمام لوازم آن در همان قالب نصب میشود . لوازم قابل تنظیم قابل دسترس و لوازم عموما قدرت در پشت تجهیزات دیگر نصب میشوند . جای نصب تجهیزات بسیار مهم است مثلا برد کنترل باید جایی نصب باشد که گرمای تجهیزات در حین کار کمتر بروی آن اثر بگذارد . در شارژرها حالتهای مختلفی از شارژ باید در دسترس باشد تا در مواقع ضروری جهت بهینه سازی ولتاژ چه برای باطریها و چه برای مصرف کننده اقدام شود .

در همه شارژرها جدای از لوازم کنترلی و اندازه گیری متفاوت چند وسیله کلی وجود دارد که کار تبدیل برق را انجام می دهد ، ترانس کاهنده ، دیودهای یکسو کننده و فیلترها . در شارژرهای با توان بالاتر از ولتاژ سه فاز استفاده میشود . مزیت ولتاژ سه فاز نسبت به تکفاز در شکل موج خروجی آنست که پس از تبدیل، موجهای خیلی کوتاهتری دارند و به شکل موج ولتاژ مستقیم بیشتر شبیه است . البته در بعضی شارژرها ولتاژ 380( تک فاز 380 و نول 380 ) نیز استفاده میشود ( بیشتر در شارژرهای پستهای کمپکت ) خروجی های ترانس هنوز ولتاژ متناوب است و توسط دیودها تبدیل به ولتاژ مستقیم شده و با استفاده از سلف ها و خازنها نویزهای آنرا محدود و حذف می نماید .همانطور که در شکل موجها ، نشان داده شده با اضافه نمودن هر قطعه میتوان شکل موج خروجی را بهینه نمود.

اصول کار شارژر:

در بیشتر شارژرها امروزه اصول کار تریستوری است . تریستورها وقتی فعالند که فرمانی از گیت خود دریافت کنند. تریستور با گرفتن فرمان از برد کنترل ولتاژ را عبور می دهد و باید سرهای مثبت و منفی در آن ( همانند دیودهای معمولی ) رعایت گردد. تریستورها همانند دیود ها تنها نیم سیکل مثبت موج سینوسی ولتاژ متناوب را عبور میدهند. تریستورها سه سر دارند آند ، کاتد و گیت ، تریستورها با ولتاژ مستقیم کار می کنند ، در حقیقت تریستور یک کلید خودکار است که جریان را به نسبت مورد نیاز از خود عبور می دهـد. تریستورها که بوسیله پالس کنترل میشوند ، پالسها را از یک رگلاتور ( تنظیم کننده ) الکترونیکی در برد جهت تنظیم و تاخیر زمانی نقطه آتش تریستور بکار میرود دریافت می کند که در واقع لحظه اعمال پالس را کنترل می کند . رگلاتور مانند یک مقایسه کننده رفتار کرده به اینصورت که سیگنال ولتاژ ایجاد شده در خروجی را با یک ولتاژ مرجع داخلی مقایسه می نماید ، تفاوت ایجاد شده اعمال پالس ها را تسریع بخشیده و یا به تاخیر می اندازد و بدین ترتیب ولتاژ خروجی تنظیم میشود .شارژرها دوحالت شارژ دارند که در جلوتر بیان میشود تنها این مطلب قابل ذکر است که در مد شارژ دستی ، که با تغییر وضعیت یک سلکتور یا پوش باتن انجام میشود اعمال پالس ها را ما و با تغییر پتانسومتر مخصوص همین

 کار در برد کنترل انجام میدهیم و نقطه آتش را تنظیم میکنیم .ترانسهای شارژرها ممکن است دارای چند خروجی باشند که اغلب خروجی های دیگر جهت تغذیه برد کنترل و یا برد آلارمی و دیگر رله های اندازه گیری استفاده میشوند. سلف ها تنها سیم پیچه هایی هستند که باعث از بین رفتن نویز های خروجی پس از یکسو سازی دیودها و تریستورها می شود.

درشارژرهای قدیمی نویز و ریپل خروجی هنگام استفاده از شارژر بصورت مجزا از باطری بسیار زیاد بوده که امروزه با استفاده از یک سری خازن ( بطور موازی ) به همراه سلف( که بطور سری قرار میگیرد) ریـپل خروجی بسیار پائین و در حدود 1% میباشد و جهت تغذیه رله ها بطور جدای از باطریها میشود استفاده نمود .

در شارژرها بسته به نوع آنها ممکن است از پل تمام تریستوری و یا نیمه تریستوری استفاده گردد. کلاً در شارژر ها سه نوع دیود بکار میرود . دیودهای سد کننده ، دیودهای اتصال معکوس ( حفاظت در برابر اتصال معکوس باطریها ) و دیودهای دراپر ( جهت اعمال ولتاژ نامی به بار ).

دیود های یکسوساز عموما" در مدارهای جریان متناوب بکار برده می شوند تا با کمک آنها بتوان جریان متناوب (AC) را به مستقیم (DC) تبدیل کرد. این عملیات یکسوسازی یا Rectification نامیده می شود.
از مشهورترین این دیودها می توان به انواع دیودهای 1N400x و یا 1N540x اشاره کرد که دارای ولتاژ کاری بین 50 تا بیش از 1000 ولت هستند و می توانند جریان های بالا را یکسو کنند. این ولتاژ، ولتاژی است که دیود می تواند بدون شکسته شدن – سوختن – در جهت معکوس آنرا تحمل کند. دیودهای یکسوساز معمولآ از سیلیکون ساخته می شوند و ولتاژ بایاس مستقیم آنها حدود 0.7 ولت می باشد. شما می توانید با قرار دادن فقط یک دیود در مسیر جریان متناوب مانع از گذر سیکل منفی جریان در جهت مورد نظر در مدار باشید به شکل اول دقت کنید که چگونه قرار دادن یک دیود در جهت موافق، فقط به نیم سیکل های مثبت اجاز خروج به سمت بار را می دهد. به این روش یکسوسازی نیم موج یا Half Wave گفته میشود. بدیهی است برای بالابردن کیفیت موج خروجی و نزدیک کردن آن به یک ولتاژمستقیم باید در خروجی از خازن هایی با ظرفیت بالا استفاده کرد. این خازن در نیم سیکل مثبت شارژ می شود ودر نیم سیکل منفی در غیاب منبع تغذیه ، وظیفه تغذیه بار را برعهده خواهد داشت .ظرفیت خازنها بسته به نوع دستگاه و توان آن خواهد بود .خازنهای استفاده شده از نوع الکترولیتی هستند، پس باید مد نظر داشت که در صورت گرمای بیشتر از حد باعث نشتی در این نوع خازنها و اگر حرارت خیلی بالا رود باعث انفجار خازن و با توجه به وجود الکترولیت در آن باعث شعله ور شده الکترولیت نیز خواهد شد . ما برای آنکه بتوانیم از نیمه منفی موج ورودی که در نیمی از سیکل جریان امکان عبور به خروجی را ندارد، استفاده کنیم باید از مداری بعتوان پل دیود استفاده کنیم. پل متشکل از چهار دیود به یکدیگر متصل می باشد. جریان متناوب به قسمتی که دو جفت آند و کاتد به یکدیگرمتصل هستند صل می شود و خروجی از یک جف آند و یک جفت کاتد به یکدیگر متصل شده گرفته می شود. روش کار به اینصورت است که در سیکل مثبت مدار ( شکل مداری صفحه قبل ) دیودهای 1 و 2 عمل کرده و خروجی را تامین میکنند و در سیکل منفی مدار دیودهای 3 و 4 عمل می کند و باز خروجی را در همان وضعیت تامین می کند.
خازن ها هم کارشان صاف نمودن ولتاژ مستقیم خروجی است . شکل موج های خروجی پس از خازن را در نمودارها گواه بر ضرورت نصب آنها در شارژر است .

در شارژرها وسایل حفاظتی مختلفی نصب میشود از جمله رله RFI جهت حذف فرکانس های رادیویی و جلو گیری از تداخل و برگشت آنها بروی شبکه ، سیستم خنک کننده که بیشتر در شارژرها با توان بالا استفاده می کردد و رله های کنترل فاز ورودی نیز نصب میشود که نوسان و توالی فازها را کنترل می نماید این رله ها در زمانی که ولتاژ بالا میرود برق را قطع میکنند و بسته به نوع تنظیم رله ، عمل می نماید واگر توالی فاز مشکل داشته باشد عملا خللی در جریان شارژ وجود نخواهد داشت اما رله آلارمی را ارسال مینماید . رله ولتاژ DC نیز ممکن است در شارژر تعبیه شود که کنترل ولتاژ مستقیم را بر عهده دارد و در صورت کم و یا زیاد شدن بیش از حد ولتاژ آلارمی را ارسال می نماید . رله زمین نیز مورد استفاده در شارژرها ست و کار آن بررسی ولتاژ سر مثبت و منفی با زمین است و در صورتی که توازن بر قرار نباشد آلارمی را ارسال میکند . علاوه بر این رله ها در صورت بروز هر اشکال دیگری در شارژر و یا قطع کردن فیوزهای مربوط آلارم به صدا در آمده تا نسبت به رفع عیب آن اقدام شود . جهت فرستادن آلارم به راه دور نیز در شارژرها ترمینالهایی جهت آن استفاده میشود.

سیستم حفاظت تابلو شارژر نیز حائز اهمیت است مثلا در اغلب شارژرها از درجه حفاظت IP 21 استفاده میشود و کلاس رطوبت آن بخصوص در منطقه با رطوبت بالا باید مورد نظرمی باشد در شارژر ها بیشتر از کلاس F استفاده میشود. بنا به در خواست کار فرما جهت حفاظت دستگاه از برقزدگی نیز میتوان از برقگیر های مخصوص ( VDR ) در تابلوها استفاده نمود .

در شارژرها دو نوع وضعیت برای شارژ وجود دارد . 1- در وضعیت اتومات 2- در وضعیت دستی

در هر دو وضعیت ، حالتهای مختلف شارژ وجود دارد و در حالت خودکار با تشخیص وسایل اندازه گیری حالت مناسب شارژ فعال می شود و در حالت دستی نیز حالت شارژ قابل تغییر است . در تغییر حالت شارژ به طور دستی باید توجه داشت ولتاژ و جریان بیش از حد بالا نرود تا برای دستگاههای مصرف کننده ضرر نداشته باشد.

حالت شارژ نگهداری :

 در این حالت از شارژ باطریها را با ولتاژی برابر با 2.20 با تلرانس 5% شارژ می کنند این حالت از شارژ جریان ضعیفی را به باطریها اعمال می کند و باعث ثابت ماندن ولتاژ در خروجی باطریها و جبران تلف داخلی ولتاژ باطری میشود .علی رغم تغییرات در جریان بار و یا تغذیه ورودی ولتاژ اعمالی ثابت می ماند .

حالت شارژ سریع :

 در این حالت شارژ بسته به ولتاژ باطری و یا زمان قطع برق اصلی شارژر و اندازه زمان شارژ در این حالت ، شارژر تا سپری شدن زمان تنظیمی ، باطریها را با ولتاژی بین 2.20 تا 2.40 تغذیه میکند، بدیهی است در این زمان ، جریان شارژر هم بیشتر از حالت شارژ شناور یا نگهداری خواهد بود.

حالت شارژ اولیه :

 در این حالت از شارژ نباید بار به شارژر متصل باشد و تنها باطری به شارژر متصل است و بنا به دستورالعمل باطریها نسبت به شارژ آنها اقدام می کنیم. در این حالت ولتاژ باطریها در مراحل شارژ تا ولتاژ 2.50 تا 2.70 نیز ممکن است برسد . در این زمان رله های DC از مدار خارج خواهند شد . در این شارژ باید اقدامات ایمنی در باطریها را بخاطر تولید حجم زیادی از گازهای اکسیژن و هیدروژن در دستور کار داشت .هنگام نصب شارژر حتما باید سیم ارت آن را وصل نمود و شارژر تراز نصب گردد . شارژر باید در جایی که نصب میشود به سهولت در دسترس و نشانگرهای آن قابل دید باشد . در هنگام نصب لازم است کلیه رله ها تست و ترمینال ها بازدید گردند و کلیه اتصالات چک شوند و کارت سرویس و نقشه مدارات شارژر درون آن قرار گیرند.رعایت فاصله شارژر از دستگاههای دیگر و دیوار لازم است تا به سهولت هوا جریان داشته وخللی درتبادل حرارتی وجود نداشته باشد.

یکی از خصوصیات شارژرها این است که در زمانی که جریان پائین و زیر حد جریان نامی دستگاه است ، دستگاه شارژر بصورت منبع ولتاژ کار می کند و هنگامی که میزان جریان بالا برود ( حتی تا حد نامی ) دستگاه بصورت منبع جریان عمل می کند . در این حالت چراغ مربوط به جریان محدود در شارژر روشن شده و جریان ثابت ولی ولتاژ با کمی افت به مجموعه باطریها و بار که با هم تشکیل سیستم قدرت DC را می دهند اعمال میشودو با بالا آمدن ولتاژ در باطریها ، جریان کم میشود و در این حالت چراغ مربوط به جریان محدود خاموش خواهد شد و دستگاه تبدیل به منبع ولتاژ میشود.

اتصال دو دستگاه شارژر به یک بانک باطری در صورتی که بصورت موازی بسته شوند هیچ اشکالی ندارد و بهتر است محل اتصال بروی شینه های مسی در یک تابلوی جداگانه بسته شود و مزیت آن اینست که جریان بیشتری را می توان از آن گرفت و حتی اگر یک شارژر هم به باطری متصل باشد و جریان از حد جریان نامی شارژر هم بالا تر برود ، باطریها به عنوان منبع پشتیبان به کمک شارژر می آید و تغذیه مصرف کننده را بر عهده می گیرند .

کابلهای وارده به شارژر باید سطح مقطع مناسبی داشته باشند وطبق ظرفیت انتخاب شوند و همچنین کابلهای خروجی نیز باید مناسب انتخاب گردند. در داخل شارژر نیز وایرها و کابلهای هر قسمت باید در داخل داکت و یا روکش مناسب را دارا باشند و از کابلشوهای پرسی با روکش عایق استفاده گردد. شارژرها ورودی برق متناوب تک یا سه فاز دارند و ترمینالهای خروجی آن جهت بار و باطری نیز تعبیه می شود و تفاوت این دو ترمینال خروجی در این است که در زمانهای مختلف ممکن است ولتاژ ترمینال باطری متفاوت باشد ( بسته به نوع شارژ ) اما ولتاژ ترمینال بار همیشه در حد نرمال و نامی شارژر باقی می ماند ، این ولتاژ ثابت را دیود های دراپر تامین می نمایند بدین صورت که در زمان شارژ های مختلف و ولتاژهای بیشتر از نامی شارژر در مدار هستند و هنگامی که ولتاژ در حال کاهش باشد ( مثلا در زمان قطع شارژر ) این دیودها از مدار خارج ( بای پس ) میشوند .ترمینال های خروجی دیگری نیز ممکن است تعبیه شود مثلا برای ارسال آلارم و یا ترمینالی جهت پارالل کردن دو شارژر(ترجیحا هم تیپ و هم توان ).

فیوزهای حفاظت دیود ها از نوع بسیار سریع انتخاب میشوند و هنگام تعویض آن باید دقیقا رعایت گردد. آمپرمترهای شارژر عموما با شنت موازی هستند و در شارژرها آمپر بار و جریان کل خروجی شارژر قابل اندازه گیری است. ولت متر در شارژرها نیز قادر به قرائت ولتاژهای بار و باطری هستند .( در نمونه های جدید شارژرها ).

معمولا برد های کنترل ترانس تغذیه جداگانه ای با ولتاژهای مختلف دارند که دانستن این ولتاژها در سر ترمینالهای برد ها میتواند عیب یابی احتمالی را سرعت بخشند و یا فیوزهای شیشه ای روی بردها باید مورد توجه باشند.

در بعضی مواقع احتیاج است به همراه شارژر، UPS و یا اینورتر نیز تواما در یک دستگاه ( تابلو) قرار داده شوند تا از باطریها جهت برقراری ولتاژ AC در مواقع ضروری استفاده گردد که در این حالت هم، شارژر همان وظیفه قبلی را به درستی باید انجام دهد .