گالری تصاویر – 2

درایور 36-50 غیر ایزوله
درایور 36-50 غیر ایزوله
درایور ال ای دی 50 وات 1500 میلی آمپر
درایور ال ای دی 50 وات 1500 میلی آمپر
درایور ال ای دی 50 وات 900 میلی آمپر
درایور ال ای دی 50 وات 900 میلی آمپر
درایور ال ای دی 50 وات 1500 میلی آمپر
درایور ال ای دی 50 وات 1500 میلی آمپر
درایور ال ای دی 50 واتی
درایور ال ای دی 50 واتی
درایور 2 عدد 50 واتی
درایور 100 واتی برای درایو کردن  2 عدد 50 واتی
درایور ال ای دی 100 واتی
درایور ال ای دی 120 واتی

 

منبع تغذیه صنعتی  24 ولت 7 آمپر
منبع تغذیه صنعتی 24 ولت 7 آمپر
منبع تغذیه 24 ولت صنعتی
منبع تغذیه 24 ولت صنعتی

 

درایور دیمر دار 50 واتی
درایور دیمر دار 50 واتی
درایور دیمر دار 100 واتی
درایور دیمر دار 100 واتی

 

 

new product

محصولات جدید در راه اند …


محصولات قدیمی تر که دیگر تولید نمیشوند ( امکان تولید سفارشی وجود دارد )

درایور های 10 واتی
درایور های 10 وات
درایور دیمر دار 10 واتی
درایور دیمر دار 10 واتی
درایور لامپ ال ای دی
درایور لامپ ال ای دی دیمر دار برای حیوانات
ماژول دیمر 6 آمپر
ماژول دیمر 6 آمپر
سیستم دیمر مرکزی
سیستم دیمر مرکزی

 

 

درایور 24 تا 36 واتی
درایور 24 تا 36 واتی
درایور بهمراه ماژول تایمر
درایور بهمراه ماژول تایمر

 

منبع تغذیه صنعتی ریل خور 24 ولت 3 آمپر
منبع تغذیه صنعتی ریل خور 24 ولت 3 آمپر
منبع تغذیه رول خور صنعتی 24 ولت 3 آمپر
منبع تغذیه رول خور صنعتی 24 ولت 3 آمپر

 

درایور 72 واتی
درایور 72 واتی
کانورتور
کانورتور
پاور کامپیوتر
پاور کامپیوتر
درایور 10 وات گرد
درایور 10 وات گرد

درایور 10 واتی

دیتالاگر
دیتالاگر
تغذیه متغیر
تغذیه متغیر

ضریب توان چیست؟

ضریب توان چیست؟

ضریب توان نسبت توان واقعی (توان اکتیو) به توان ظاهری می باشد. ضریب توان مقداری بین ۰ و ۱ دارد که بطور خلاصه می توان گفت که هرچه این عدد نزدیک به ۱ باشد ، اختلاف فاز ولتاژ با جریان صفر می باشد و بار به اصطلاح کاملا مقاومتی می باشد . در بالاست های الکترونیکی هر قدر این ضریب به ۱ نزدیکتر باشد ، بالاست دارای هارمونیک های جریان و ولتاژ کمتری می باشد.

یکی از ویژگی های یک  پروژکتور LED   ضریب توان آن است که در این مقاله به صورت کامل به توضیح آن میپردازیم.

توان واقعی در واقع توانایی یک مصرف‌کننده برای تبدیل انرژی الکتریکی به دیگر شکل‌های انرژی را نشان می‌دهد در حالی که توان ظاهری در اثر وجود اختلاف بین ولتاژ و جریان پدید می‌آید. با توجه به نوع بارها و میزان توان راکتیو آنها توان ظاهری می‌تواند از توان واقعی نیز بیشتر باشد.

کم بودن ضریب توان (بزرگ بودن توان ظاهری نسبت به توان واقعی) در یک مدار موجب بالا رفتن جریان در مدار و در نتیجه بالا رفتن تلفات در مدار می‌شود.

شکل زیر مشخصات یک بالاست الکترونیکی را نشان می دهد :

 

ضریب توان در محصولات led

 

در شکل فوق شکل موج سینوسی قرمز رنگ ، ولتاژ ورودی و شکل موج آبی که رنگ درهمان قسمت نشان دهنده ی شکل موچ جریان ورودی به بالاست می باشد . مقدار نشان داده شده در قسمت PFW که مقدار پاورفاکتور ورودی را اندازه می گیرد ، مقدار  ۰٫۴۷ را مشاهده می کنیم . از روی شکل هم می توان فهمید که این بالاست در وضعت مطلوب و جالبی نیست .

به عنوان مثال ضریب اعوجاج جریان بالا = %۱۷۸ (همان هارمونیک های فرد ) در این بالاست بسیار مشهود است .

پاورفاکتور پایین در بالاست های الکترونیکی باعث به وجود آمدن ILCF خارج از محدوده (۱٫۴ تا ۱٫۷) می شود که در طول عمر لامپ نقش دارد و عمر لامپ را به شدت کاهش می دهد .

 

در شکل زیر یک بالاست با پاورفاکتور بالا را نشان می دهد.

ضریب توان محصولات led

در یک مدار کاملاً مقاومتی شکل موج جریان و ولتاژ با هم هم‌زمان هستند (یعنی در یک زمان صفر و ماکسیمم می‌شوند). حال اگر در مدار بار راکتیوی مانند خازن یا القاگر وجود داشته باشد انرژی ذخیره شده در این نوع بارها باعث به وجود آمدن اختلاف بین شکل موج ولتاژ و جریان می‌شود. این انرژی ذخیره شده به منبع باز خواهد گشت در حالیکه تأثیر مثبتی در عملکرد بار نخواهد داشت. به این ترتیب یک مدار با ضریب توان پایین در مقایسه با یک مدار با ضریب توان بالا نیازمند جریان بیشتری برای ایجاد مقدار ثابتی از توان واقعی است.

مدارهایی که شامل مصرف‌کننده‌های کاملاً مقاومتی هستند (مانند لامپ‌های رشته‌ای، بخاری‌های برقی، اجاق‌های برقی و …) ضریب توانی برابر ۱ دارند در حالی که در مدارهایی که دارای بارهای راکتیو هستند (مانند خازن‌ها، موتورها، ترانسفورماتورها و…) ضریب توان کمتر از یک است. ضریب توان صفر در یک مدار بدین معناست که تمام بار مدار به صورت راکتیو است و در هر سیکل انرژی ذخیره شده در بار به منبع باز می‌گردد در حالیکه زمانیکه ضریب توان ۱ است تمام انرژی فرستاده شده به وسیله منبع در بار مصرف می‌شود. ضریب توان یک بار با توجه به جهت زاویه بین جریان و ولتاژ می‌تواند پیش‌فاز یا پس‌فاز باشد. برای نشان دادن جهت این زاویه از علامت منفی یا مثبت نیز استفاده می‌شود.

در بارهای القایی مانند موتورهای الکتریکی یا ترانسفورماتورها شکل موج جریان عقب‌تر از ولتاژ است در حالی که این مورد در بارهای خازنی مانند بانک‌های خازنی یا کابل‌های‌زیر زمینی درست برعکس است به این ترتیب که شکل موج جریان از شکل موج ولتاژ جلوتر است. با این حال هر دو نوع این بارها انرژی را در خود ذخیره می‌کنند با این تفاوت که در بارهای القایی انرژی به صورت میدان مغناطیسی و در بارهای خازنی انرژی به صورت میدان الکترواستاتیکی ذخیره می‌شود.

اهمیت میزان ضریب توان در یک مدار به هزینه‌های مربوط به آن بازمی‌گردد. در بسیاری از کشورها مصرف‌کننده‌هایی که میزان ضریب توان آنها از میزان استاندارد (این استاندارد برای بیشتر مصرف‌کننده‌ها مقداری بین ۰٫۹ تا ۰٫۹۵ است) کمتر باشد جریمه می‌شوند. همچنین در مدارهای پر مصرف ضریب توان پایین موجب افزایش جریان در هادی‌ها شده و هزینه‌های مربوط به انتخاب هادی را افزایش می‌دهد این جریان اضافی موجب کاهش طول عمر تجهیزات تأمین کننده و توزیع کننده انرژی الکتریکی نیز می‌شود.

نحوه محاسبه ضریب توان

توان AC جاری در یک مصرف‌کننده سه بعد دارد:

  • ۱) توان واقعی: که با P نمایش داده می‌شود و واحد آن وات (Watt) است.
  • ۲) توان ظاهری: که با S نمایش داده می‌شود و واحد آن ولت آمپر (Volt-Ampere) است.
  • ۳) توان راکتیو: که با Q نمایش داده می‌شود و واحد آن ولت آمپر راکتیو (reactive volt-ampere) است.

حال میزان ضریب توان را می‌توان از فرمول زیر به دست آورد:

  {\displaystyle Powerfactor={\frac {P}{S}}}

در صورتی که شکل موج‌ها کاملاً سینوسی باشند، P، Q و S می‌توانند سه ضلع یک مثلث در نظر گرفته شوند و به این ترتیب می‌توان به چنین نسبتی در بین توان‌ها دست یافت:

{\displaystyle S^{2}\,\!={P^{2}\,\!}+{Q^{2}\,\!}}

در صورتی که  {\displaystyle \phi \,} را زاویه بین جریان و ولتاژ در نظر بگیریم، آنگاه برای به دست آوردن ضریب توان یا  {\displaystyle \left|\cos \phi \right|} خواهیم داشت:

  {\displaystyle P=S\left|\cos \phi \right|}

اصلاح ضریب توان یک تکنیک است که برای خنثی کردن آثار منفی بارهای راکتیو در یک شبکه AC به کار می‌رود. در این تکنیک با استفاده از بارهای راکتیوی با ضریب توان برعکس بار وارد شده به شبکه (برای مثال استفاده از خازن برای خنثی سازی تأثیرات القاگرها در شبکه) اقدام به اصلاح ضریب توان یا نزدیک کردن هرچه بیشتر ضریب توان به عدد ۱ می‌کنند. تجهیزات مورد استفاده در فرایند اصلاح ضریب توان عبارت‌اند از:

  • بارهای خازنی: از اینگونه بارها برای خنثی سازی تأثیرات بارهای القایی بر روی مدار استفاده می‌شود. از آنجایکه بارهای القایی سهم عمده‌ای از بارها در صنایع را شامل می‌شوند در بیشتر موارد اصلاح ضریب توان با استفاده از اینگونه بارها همراه است. از جمله بارهای معمول مورد استفاده به صورت بار خازنی می‌توان به بانک‌های خازنی یا موتورهای سنکرون پرتحریک اشاره کرد.
  • بارهای القایی: این گونه بارها برای خنثی سازی تأثیرات بارهای خازنی (که معمولاً شامل کابل‌های زیر زمینی می‌شوند) در مدار به کار می‌رود. از این گونه اصلاح کننده‌های ضریب توان در سطح کوچک و تنها در پست‌ها استفاده می‌شود.
ضریب توان پروژکتورهای ال ای دی
شکل موج جریان، ولتاژ، توان و توان متوسط در ضریب توان ۱

 

ضریب توان
شکل موج جریان، ولتاژ، توان و توان متوسط در ضریب توان تقریبی ۰٫۷

 

ضریب توان چیست
شکل موج جریان، ولتاژ، توان و توان متوسط در ضریب توان ۰

اندازه گیری ضریب توان

ضریب توان در یک مدار تک فاز (یا یک مدار سه فاز متعادل) را می‌توان از روش وات‌متر- آمپرمتر- ولت‌متر اندازگیری کرد. به این ترتیب که توان به دست آمده به صورت وات (توان واقعی) را بر حاصل ضرب ولتاژ و جریان (توان ظاهری) تقسیم می‌کنیم. نسبت به دست آمده در واقع میزان ضریب توان بار است. البته ضریب توان در یک مدار سه فاز نامتعادل را نمی‌توان به این روش اندازه‌گیری کرد.

برای اندازه‌گیری ضریب توان می‌توان از یک دستگاه اندازه‌گیری مستقیم ضریب توان نیز استفاده کرد. نوع آنالوگ این دستگاه از دو قاب گردان الکترودینامیکی تشکیل شده است. این دو قاب گردان به صورت موازی به مدار متصل شده‌اند. اگر این دو قاب را A و B بنامیم در سر راه قاب A یک مقاومت و در سر راه قاب B یک القاگر قرار داده شده است به این ترتیب جریان در قاب B نسبت به قاب A با تأخیر همراه است. در حالتی که ضریب توان ۱ باشد جریان در قاب A با جریان مدار هم زاویه است و بنابراین گشتاور بیشینه در قاب A به وجود می‌آید و میزان ضریب توان را حداکثر مشخص می‌کند بنابراین ۱ بودن ضریب توان مشخص خواهد شد. در ضریب توان صفر، جریان جاری در قاب B با جریان مدار هم زاویه است و بنابر این گشتاور بیشینه در این قاب به وجود خواهد آمد که نشان دهنده مینیمم بودن ضریب توان است. در ضریب توان‌های بین این دو مقدار دستگاه اندازه‌گیری با توجه به نسبت گشتاور در دو قاب میزان ضریب توان را مشخص می‌کند.

نوع دیگری از دستگاه‌های اندازه‌گیری مستقیم ضریب توان دستگاه‌های دیجیتال هستند. این دستگاه‌ها با اندازه‌گیری میزان اختلاف زمانی بین شکل موج جریان و ولتاژ یا اندازه‌گیری میزان توان ظاهری و توان واقعی میزان ضریب توان را تشخیص می‌دهند. روش اول – یعنی اندازه‌گیری میزان اختلاف بین جریان و ولتاژ – تنها در صورتی قابل استفاده است که شکل موج جریان و ولتاژ کاملاً سینوسی باشد. در بارهایی مانند یکسوکننده‌ها استفاده از این روش میزان درست ضریب توان را اندازه‌گیری نخواهد کرد.

چرا باید از ال ای دی درایور استفاده کنیم ؟

 

چند سوال که چرا باید از LED Driver استفاده کنیم؟

۱-  آیا استفاده ازمنابع تغذیه صنعتی براي روشن کردن Power LED ها مناسب هستند؟

 بیشتر منبع تغذیه هاي صنعتی براي استفاده LED ها به خصوص در محیط باز به چند دلیل مناسب نیستند:

اول، منبع تغذیه هاي صنعتی که خروجی ولتاژ ثابت دارند، درحالیکه براي LED ها بهتراست از درایوري با جریان ثابت استفاده کرد.

دوم، منبع تغذیه هاي صنعتی براي کار در دماي40 درجه سانتیگراد طراحی شده اند، در حالیکه ال اي دي درایورها اغلب به 70-60 درجه سانتیگراد بدون محدودیت به محیط باز یا بسته نیاز دارند.

همچنین بیشتر منبع تغذیه هاي صنعتی ضد آب و صاعقه نیستند که این موارد لازمه ال اي دي درایورها ها در محیط باز است

۲-  عوامل مهم در انتخاب یک ال اي دي درایور چیست؟

 اولین موضوع این است که بدانیم به ولتاژ ثابت نیاز داریم یا جریان ثابت. اگر منبع تغذیه مستقیم به ال اي دي متصل میشود، معمولا به جریان ثابت نیاز خواهیم داشت. بعد، ولتاژ و یا جریان خروجی باید به درستی مشخص شده باشد.

و بعد ورودي ولتاژ باید تعیین گردد. بیشتر LED Driver هاي موجود در ایران متناسب با ولتاژ برق ایران طراحی میشوند واغلب 220 ولت با بازه مثبت منفی 40 ولت میباشند.

همچنین درجه حرارت و درجه حفاظتی IP مهم است. براي روشنایی در محیط باز،حفاظت در برابر صاعقه اغلب جز عوامل مهم است. در نهایت، تطابق با استانداردهاي بهره وري، ایمنی و سازگاري الکترومغناطیسی باید ارزیابی شود

۳-  چگونه چندین Power LEDرا به هم متصل کنیم ؟ چه محدودیت ها و مزیت هایی در به هم متصل کردن LED ها وجود دارد؟

بیشتر پروژکتورهایی که با Power LED ها ساخته میشوند از تعداد قابل توجهی LED با روشنایی بالا ساخته شده اند. این ال اي دي ها ممکن است با روشهاي متفاوتی سیم کشی شده باشند که هرکدام مزیتها و محدودیتهاي خودش را دارد، در ادامه با چهار مورد از این سیم بندي ها آشنا میشویم:

حالت سري

 مسلما ساده ترین آرایش براي اتصال ال اي دي ها به صورت سري است، آند LED دوم به کاتد LED اول متصل می شود. یک منبع جریان تک و ثابت میتواند کل رشته را روشن کند. این روش براي تعداد محدود LED در یک رشته به خوبی کار میکند.از آنجایی که ولتاژ متناسب با تعداد LED ها در یک رشته است، رشته طولانی میتواند به نسبت ولتاژ بیشتري را بخواهد. با فرض این که ولتاژ معادل 3.5 ولت و رشته شامل 24 ال اي دي باشد، ولتاژي در حدود 84 ولت نیاز است. اگر یکی از LED ها پس از سوختن اتصال کوتاه شود، درولتاژ اعمالی روي هر LED تاثیر محدودي دارد و اگر پس از سوختن مدار باز شود، همه لامپ ها از کار می افتند. علی رغم ولتاژ بالا، شاید این موثرترین روش در روشن کردن لامپ ها در حال حاضر باشد.

حالت موازي

به منظور کم کردن سطح ولتاژ، چندین رشته میتواند به صورت موازي به هم متصل شوند. استفاده از 24 ال اي دي، که میتواند به 4 سري 6 تایی تقسیم کرد و بعد آنها را در رشته هایی به صورت موازي به هم متصل کنید. در حال حاضر ولتاژ کلی در حدود 21 ولت است اما نیاز به جریانی 4 برابر بیشتر براي روشن کردن لامپ ها دارد. اگر هر کدام از این ال دي ها در اثر سوختن مدار باز شود، یکی از رشته ها قطع می شود اما دیگر رشته ها روشن باقی می ماند. اگر هر یک از ال اي دي ها در اثر سوختن اتصال کوتاه شود، آن رشته نسبت به رشته هاي دیگر جریان بیشتري مصرف میکند. این شرایط به احتمال زیاد نتیجه اي با قابلیت اطمینان پایینی در نگه داري ال اي دي ها در رشته با ال اي دي هاي سوخته دارد و درمعرض استرس بالایی است.

ماتریس

براي پوشش دادن برخی از معایب روش موازي می باشد، در این روش امکان افزودن اتصالات بیشتر وجود دارد. در تنظیمات ماتریس، چندین ال اي دي به صورت موازي بهم متصل میشوند و بعد چندین دسته از موازي ها به صورت سري بهم متصل می شوند.بر طبق مثال بالا براي 24 ال اي دي، میتوان گروهاي 4 تایی که به صورت موازي متصل شدن را داشته باشیم و بعد آنها را یک توده کنیم. ولتاژ رشته ها همچنان همان 21 ولت است.و جریان درایور نیز ثابت خواهد ماند. مزیت این روش این است که اگر یکی از ال اي دي ها اتصال کوتاه شود ( و یا بسوزد) فقط 4 ال اي دي را از مدار خارج میکند و 20 ال اي دي باقی مانده بدون هیچ مشکلی به کارشان ادامه می دهند.از معایب این روش به اشتراك گذاشتن بار بین ال اي دي هاي موازي است که بستگی دارد چقدر ال اي دي ها از نظر کارایی با هم جور هستند.

رشته مستقل

مطمئنا بهترین روش استفاده از درایور چند کانالی با جریان ثابت است. در این روش هم از مثال قبلی استفاده میکنیم، در این روش از  درایور با4 خروجی براي اتصال 4 رشته 6 تایی از ال اي دي به صورت مستقل استفاده میکنم. در این صورت مشکل از کار افتادن یک ال اي دي را حذف می شود. در این روش، همه ال اي دي ها در امان می مانند. در این مورد درایورها به خاطر داشتن 4 کانال مستقل گران تر خواهند بود


 

–  مزایاي استفاده از درایورها با بهره وري بالا چیست؟

چند دلیل براي استفاده از اینگونه درایورها وجود دارد. اولین آن ذخیره انرژي است. همین باعث می شود تا ازدرایورها به درستی استفاده کنید. ذخیره انرژي به صورت موثر میتواند در طول عمر درایورها بسیار موثر باشد. براي مثال، نیروي اتلاف شده در ال اي دي درایور 100 ولتی در حدود 11.1 ولت است اگر از آن واحد 90 درصد مفید استفاده شده باشد، اما اگر به 25 ولت افزایش یابد از آن واحد 80 درصد مفید استفاده شده است. بر فرض اینکه طول عمر ال اي دي ها 40000 ساعت باشد، تفاوت انرژي ذخیره شده بین این دو واحد نسبت به طول عمر میتواند در حدود 556 کیلووات در ساعت باشد. با فرض هر کیلو وات ساعت 43 تومان صورت ذخیره انرژي را به مقدار 23900تومان نسبت به طول عمر می توان تعریف کرد. در برخی از برنامه هاي اقتصادي شرکتها ،سازمانها و… این ذخیره انرژي مهم است، درایورها با بهره وري پایین میتواند در مسیر سود دهی مشکل ایجاد کند و اگراز لامپها در داخل ساختمان استفاده شود به دلیل بهره وري پایین دما در درایور بالا رفته و مصرف انرژي سیستم تهویه هواي ساختمان افزایش پیدا میکند.

علاوه بر این، دماي پایین تناسب دارد با افزایش بهره وري درایورها که میتواند تاثیر مهمی در بهبود عمر محصول و *MTBF داشته باشد. انرژي هدر رفته در درایور که 90 درصد مفید کار کرده کمتر از درایوري است که 80 درصد مفید کار کرده. دوبرابر کردن گرما در درایورهاي با کارایی کمتر باعث میشود تا دماي اجزا به طور چشمگیري افزوده شود. طول عمر خازن هاي الکترولیتی در درایور به ازاي افزایش هر10 درجه سانتی گراد، در حدود 50 درصد کاهش می یابد. بنابراین، درایورها با بهره وري بالا 2 تا 4 برابر بیشتر از انتظار عمر میکنند. قابلیت تابعی از دماست، و کاهش دما، قابلیت اجزاي درایور را افزایش میدهد.

۵–  دلیل اهمیت استفاده از ال اي دي درایور با طول عمر طولانی چیست؟ و آنها چه تفاوتی با هم دارند؟

دو دلیل موجه در رابطه با سیستم روشنایی وجود دارد:

اول از همه ذخیره انرژي است. اگرچه، فناوري هاي دیگري در این زمینه براي پایین آوردن هزینه روشنایی وجود دارد.

دومین مورد، کاهش هزینه هاي نگهداري است که بسیار مهم است. ال اي دي ها مزیت طول عمر بیشتر را نسبت به دیگر فناوري هاي روشنایی دارند. کاهش هزینه جایگزینی و نگهداري میتواند عامل مهمی باشد. اگرچه، نوسانات برق ورودي میتواند تاثیر قابل توجهی در طول عمر درایور و LED ها داشته باشد و سیستم را در معرض خطر قرار دهد.

طول عمر ال اي دي درایورها عمدتا توسط خازن هاي الکترولیتی به کار رفته تعیین میشود. به همین دلیل براي دستیابی به طول عمر بیشتر در ال اي دي درایورها ، مهم است که از خازن ها الکترولیتی با کیفیت استفاده شود. و وقتی عمر خازن ها به نصف رسید به ازاي آن 10 درجه سانتیگراد به دماي کار دستگاه اضافه می شود، مدیریت دماي این اجزا بسیار مهم است. دو عامل کلیدي براي کاهش موثر دماي خازن ها، طرح راندمان بالا (اتلاف گرماي کمتر در درایور) و طرح حرارتی ( هدایت موثر یا انتقال گرما به محدوده اطراف) می باشد

۶تفاوت بین MTBF و طول عمر در چیست؟

میانگین زمان بین خرابی (MTBF) یک تخمین آماري است که کل زمانی که یک واحد در حین کار، دوباره خراب می شود را نشان می دهد. این زمان مورد انتظار کارکرد هیچ واحدي را نشان نمیدهد. براي مثال، اگر 10000 واحد براي 1000 ساعت کار کنند و 10 تا خرابی داشته باشد، میانگین زمان بین خرابی به یک میلیونیم ساعت می رسد. البته به این معنی نیست که از هر واحد انتظار 114 سال کار را داشته باشید.

میزان کل کارکرد 10000*1000=10000000

میزان کل کارکرد تقسیم بر تعداد خرابی 10000000/10=1000000

تعداد روز ۱۰۰۰۰۰۰۰ / ۲۴ = ۴۱۶۶۶.۶۶۷

۴۱۶۶۶.۶۷/  ۳۶۵=۱۱۴.۱۵۵۲ تعداد سال

براي مثالی دیگر، اگر میانگین زمان بین خرابی محصولی 250000 ساعت تعیین شده و 1000 دستگاه در حال کار کردن باشند ،به طور متوسط انتظار می رود اگر دستگاه ها هر روز 8 ساعت روشن باشند هر ماه یک خرابی، واگر همیشه روشن باشند هر10 روز یک خرابی داریم.

در مقابل، طول عمر نشان میدهد که یک محصول انتظار می رود چه مدت در شرایط عادي عملیاتی دوام بیاورد. این دوره مدت زمان بین آغاز کار دستگاه تا شروع فرسایش آن می باشد. این زمان توسط عمر مورد انتظار اجزاي استفاده شده در مونتاژ یک واحد تعیین می شود. ضعیف بودن طول عمرمورد انتظار یک اجزا تمام محصول را تحت تاثر قرار میدهد. در منابع تغذیه، خازن هاي الکترولیتی کمترین طول عمر را دارند .MTBF تنها در طی عمر عادي عملیاتی محصول قابل ارائه می باشد

۷– PFC چیست و چرا در تعیین ال اي دي درایورها مهم هستند؟

ضریب توان (خلاصه PF) نسبت توان حقیقی به توان اسمی است در سیستم توان AC و به صورت اعدادي بین 0 و1 بیان می شود. توان حقیقی، توان کشیده شده توسط بار است درحالیکه توان اسمی محصول جریان بار و ولتاژ بار است. تا وقتی که ولتاژ و جریان از محدوده بیرون باشد این محصول به طور قابل توجهی بزرگتر از توان حقیقی است

PFC  اختصار اصلاح ضریب توان است. به منظور نگه داشتن ضریب توان بالا، منبع تغذیه سوئیچینگ ( شامل ال اي دي درایور) باید به نوعی از اصلاح ضریب توان بهره ببرد.

این موضوع بسیار مهم است زیرا بار با ضریب توان کم، جریان بیشتري را میکشد تا بار با ضریب توان بالاتر براي انتقال توان حقیقی یکسان. بنابراین نتیجه ضریب توان پایین ، تلفات زیاد توان در خط تولید میباشد. استانداردهاي زیادي براي تعیین سطح موثر و مورد نیاز براي اصلاح ضریب توان در منبع تغذیه سوئیچینگ و یا ال اي دي درایور وجود دارد

۸–  چرا از ال اي دي درایور محافظت میشود؟ آیا ضروري است؟

هدف از محافظت به دو قسم است. اول، درجه حفاظتی (IP) را در واحد با فراهم کردن مانعی ضد آب براي ممناعت از ورود آب به زیر محیط اجزا بالا می برد. این روش کاربرد زیادي براي پروژکتورها در محیط بیرون مثل چراغ هاي خیابانی دارد.

دوم، از عایق ها معمولا خیلی بهتر از هوا میتوان حرارت را انتقال داد، عایق حرارت تولید شده توسط ال اي دي درایور را به سطح دستگاه انتقال می دهد. این کار به پایین آوردن حرارت اجزا به شدت کمک میکند و به طور قابل توجهی باعث افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان درایورها می شود.عایق می تواند به نوعی دماي عملیاتی بعضی از ال اي دي درایورهاي پروژکتورها را در حدود 40-20 درجه سانتیگراد کاهش دهد. معمولا عایق حرارتی استفاده شده در ال اي دي درایورها چسب سیلیکونی به همراه کاور آلومینیومی میباشد.

۹درجه ضد آب بودن در ال اي دي درایورها چطور مشخص شده؟

درجه حرارتی بر حسب محیط، نوع حفاظت را مشخص میکند. درجه حفاظتی (IP) معمولا دو عدد دارد که اولی درباره حفاظت در برابر اجسام و یا مواد جامد است و دومی براي حفاظت دربرابر مایعات (آب) است. عدد اول بین6-0 تعریف شده که 6 به طورکامل از ورود گرد و خاك جلوگیري میکند. دومین عدد از 8-0 تعریف شده که در مقالات بعد به‌طور مبسوط درباره آن شرح داده خواهد شد.

 

هارمونیک چیست ؟

3-2- هارمونیکها

1-3-2- مقدمه

بروز هارمونيك در سيستمهاي برق اولين پيامد عناصر غيرخطي در شبكه است. به‎‎‎خاطر گسترش فزاينده استفاده از عناصر غيرخطي در سيستم‎‎هاي برق، مانند راه‎‎اندازها (درايورهاي تنظيم سرعت) و مبدل‎‎هاي الكترونيكي قدرت، مقدار هارمونيك شكل موج جريان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگيري افزايش يافته است و بنابراين اهميت موضوع كاملاً مشخص است.

بررسي مسائل هارمونيك‎‎ها منجر به تحقيقاتي گرديد كه نتايج آن نقطه ‎‎نظرات متعددي درمورد كيفيت برق بود. به ‎‎نظر برخي از محققين، اعوجاج هارمونيكي هنوز مهمترين مسئلـه كيفيت برق مي‎‎باشد. مسائل هارمونيكي با بسياري از قوانين معمولي طراحي سيستمهاي قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلي مغاير است. بنابراين مهندس برق با پديده‎‎هاي ناآشنايي روبرو مي‎‎شود كه نياز به ابزار پيچيده و تجهيزات پيشرفته براي حل مشكلات و تجزيه و تحليل آنها دارد. گرچه تحليل مسائل هارمونيكي مي‎‎تواند دشوار باشد، ولي خوشبختانه همة سيستم قدرت داراي مشكل هارمونيكي نيست و فقط درصد كمي از فيدرهاي مربوط به سيستمهاي توزيع تحت‎‎تأثير عوامل ناشي از هارمونيك‎‎ها قرار مي‎‎گيرند. مشتركين برق در صورت وجود هارمونيكها مشكلات زيادتري از شركتهاي برق را تحمل ميكنند. مشتركين صنعتي كه از محركه‎‎هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت، كوره‎‎هاي قوس الكتريكي، كوره‎‎هاي القايي، يكسوكننده‎‎ها ، اينورترها، دستگاه‎‎هاي جوش و نظاير آن استفاده مي‎‎كنند، نسبت به مسائل ناشي از اعوجاج هارمونيكي ضربه‎‎پذيرتر از بقية مشتركين ميباشند.

اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد در سيستمهاي قدرت به شمار نميرود. نگراني ناشي از اعوجاج در بسياري از دورهها درسيستمهاي قدرت الكتريكي جريان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوي منابع و مطالب تكنيكي دهههاي قبل نشان ميدهد كه مقالات مختلفي در رابطه با اين موضوع انتشار يافته است. اولين منابع هارمونيكي شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولين مشكل نيز در سيستمهاي تلفن پديد آمد. استفاده گروهي از لامپهاي قوس الكتريك به‎‎‎دليل مؤلفههاي هارمونيكي توجهات خاصي را برانگيخت ولي اين مسائل به اندازه اهميت مسئله مبدلهاي الكترونيك قدرت در سالهاي اخير نبوده است.

خوشبختانه در طي اين سال ها پژوهشگران متوجه شده اند كه اگر سيستم انتقال به نحو مناسبي طراحي گردد، به‎‎نحوي كه بتواند مقدار توان مورد نياز بارها را به راحتي تأمين نمايد، احتمال ايجاد مشكل ناشي از هارمونيكها براي سيستم قدرت بسيار كم خواهدبود، گرچه اين هارمونيكها ميتوانند موجب مسائلي در سيستمهاي مخابراتي شوند. اغلب در سيستمهاي قدرت مشكلات زماني بروز ميكنند كه خازنهاي موجود در سيستم باعث ايجاد تشديد در يك فركانس هارمونيكي گردند. در اين شرايط اغتشاشات و اعوجاجات، بسيار بيش از مقادير معمول ميگردند. امكان ايجاد اين مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولي شرايط بدتر در سيستمهاي صنعتي بهدليل درجه زيادي از تشديد رخ ميدهد.

سطوح هارمونیک های جریان و ولتاژ در سیستم توزیع دائم در حال افزایش اند، یک دلیل مهم اشاعه وسائلی است که تولید هارمونیک می نمایند. وسایل کنترل کننده تریستوری مثال نمونه ایست که در سطوح قدرت صنعتی، تجاری و خانگی در حد وسیعی مورد استفاده پیدا نموده، این وسایل برای کنترل ولتاژ، سرعت تغییر فرکانس و مدل قدرت بکار برده می شوند و عموماً به سبب قیمت پائین تر، بازده بیشتر و نگهداری ساده تر جایگزین دیگر وسایل شده اند. دلیل دیگر افزایش هارمونیک ها، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور های توزیع است که کاربرد پذیری آنها عملاً بیشتر و بیشتر می شود. دلیل سوم استفاده از خازن های شنت را می توان نام برد، خازن ها در هیچ شرایطی تولید هارمونیک نمی نمایند.اما نصب خازن های تصحیح کننده ضریب قدرت مسائل پتانسیلی را افزایش و حضور آنها در مدار القائی اساساً امکان حلقه های شبکه را برای رزونانس محلی ، عمومی یا بزرگ سازی هارمونیک مهیا می سازد.

تمایل بسوی ظرفیت بیشتر و ولتاژ بالاتر سیستم های توزیع در سطوح هارمونیک اثر خواهد گذاشت، پوشش های وسیع سیستم ها همراه با تمایل بسوی حلقه های شبکه طویل تر مدار تلفن موجب رویاروئی با مسائل تداخل القایی اضافی را میسر خواهد ساخت. آمیختن بارهای مسکونی، تجاری و صنعتی به درجه زیاد روی همان فیدرها امکان تداخل القائی اضافی را مطرح خواهد نمود. با تغذیه کابورترهای قدرت با ظرفیت بالاتر از این فیدرها در نتیجه مقدار بیشتر منابع و جریان هارمونیک از شبکه نیرو کشیده خواهد شد.

بانک های خازن تصحیح کننده ضریب قدرت به تعداد زیادتر یا در اندازه بزرگتر منجر به ترکیبات بیشتر پارامترهای مدار برای تولید حلقه های رزنانس می شوند، ایستگاه های کششی قدرت (مانند مترو، ترامرا) برای ترانزیت سریع از سیستم های توزیع تغذیه شده، بعلت آمیختن با بارهای تجاری و مسکونی عموماً سطوح هارمونیک محیطی را افزایش می دهند.

بیشتر صنایع آلومینیوم و کلر در فرآیند تولیدات خود از سیستم های dc استفاده می نمایند. این تأسیسات هارمونیک بالا را تولید می کنند. خلاصه آنکه کوچکترین تردیدی باقی نمی گذارد که هارمونیک ها بدون کنترل در سیستم در حال افزایش و توسعه می باشند.در این قسمت سعی شده ضمن شناسائی منابع هارمونیک بصورت فشرده، اثرات زیان آور آنها روی دستگاه ها و روشهای کنترل تقلیل نیز اشاره گردد.

2-3-2- علت ايجاد اعوجاج هارمونيكي:

اعوجاج هارمونيكي در سيستمهاي قدرت ناشي از عناصر غيرخطي ميباشد. عنصر غيرخطي عنصري است كه جريان آن متناسب با ولتاژ اعمالي نميباشد افزايش چند درصدي ولتاژ ممكن است باعث شود كه جريان دوبرابر شده و نيز موج جريان شكل ديگري به خود بگيرد. اين مورد ساده اي از منبع توليد اعوجاج در سيستم قدرت ميباشد.

هر شكل موج اعوجاجي پريوديك را ميتوان به صورت جمع موجهاي سينوسي بيان نمود. يعني وقتي كه شكل موج از يك سيكل به سيكل ديگر تغيير نكند، اين موج را ميتوان به صورت جمع امواج سينوسي خالص كه درآن فركانس هر موج سينوسي، مضرب صحيحي از فركانس اصلي موج اعوجاجي است نمايش داد. اين موجهاي سينوسي كه فركانس آنها ضريب صحيحي از فركانس اصلي ميباشند، هارمونيكهاي مؤلفه اصلي گويند. جمع اين موجهاي سينوسي به سري فوريه معروف است اين مفهوم رياضي اولين بار توسط فوريه رياضيدان فرانسوي مورد توجه قرار گرفت.

3-3-2 منابع هارمونیک:

پيدايش عناصر نيمه هادي و المان‎‎هاي غيرخطي نظير ديود ، تريستور و … و استفادة فراوان از آنها در شبكه‎‎هاي قدرت عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستمهاي قدرت بهوجود آورد. كاربرد اين عناصر را ميتوان در تجهيزات و سيستمهاي قدرت زير ديد:

– كورههاي قوس الكتريكي و القايي

– يكسوكننده‎‎ها و مبدل‎‎هاي الكترونيك قدرت
– تجهيزات مورد استفاده در كنترل‎‎كنندههاي سرعت ماشينهاي الكتريكي
– كاربرد SVC بعنوان ابزار مهمي دركنترل توان راكتيو
– بارهاي غيرخطي شامل دستگاه‎‎هاي جوشكاري
جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
از سوي ديگر عوامل زير را نيز ميتوان به عنوان توليدكنندة هارمونيك در نظر گرفت:

– توليد شكل موج غير سينوسي توسط ماشينهاي سنكرون ناشي از وجود شيارها و عدم توزيع يكنواخت سيم‎‎پيچيهاي استاتور

– توزيع غير سينوسي فوران مغناطيسي در ماشينهاي سنكرون

همچنين صنايع زير را ميتوان از جمله عوامل توليد هارمونيك در شبكههاي الكتريكي محسوب نمود:
– صنايع شامل مجتمعهاي شيميايي و پتروشيمي و نيز صنايع ذوب آلومينيم كه از يكسوكنندههاي پرقدرت براي توليد برق DC مورد نيـاز انجام فرآيندهاي شيميـائي و ذوب آلومينيـم استفـاده ميكنند. با توجـه به قـدرت بالا، اين يكسـوكنندهها هارمونيك قابل ملاحظهاي در شبكة قدرت به وجود ميآورند.

استفاده از سيستمهاي الكترونيك قدرت در سيستم حمل و نقل برقي مانند اتوبوس برقي و متروها باعث ميشود سطوح زيادي از هارمونيك به سيستم توزيع تزريق شود.

بارهاي غيرخطي مانند كورههاي قوس الكتريكي كه در صنايع ذوب‎‎آهن استفاده ميشود از عوامل توليد هارمونيك در مقياس بزرگ ميباشند.

چشم انسان نه تنها به تغییرات ولتاژ حساس است بلکه به فرکانس این تغییرات نیز حساس می باشد.

عوامل تولید و مشترکین تولید کننده فلیکر:

– سوئیچ کردن سریع بارهای بزرگ (مانند پرسهای اتوماتیک)

– راه اندازی موتورهای با توان بالا (خصوصاً با کارکرد پریودیک)

– بارهای نوسانی (مانند کوره های الکتریکی کنترل شده توان بالا)

– تجهیزات جوشکاری

– کوره های قوس الکتریکی

ماشین های گردنده:

در ماشینهای القایی مهم ترین هارمونیک ها عمدتاً بدلیل تغییر در مقاومت مغناطیسی ایجاد شده بواسطه شیارها در روتور استاتور تولید می شوند. تولید هارمونیک در ماشینهای سنکرون بستگی به عواملی چون تحریک (اشباع در مدار اصلی، مسیر نشتی و فضای نامتقارن سیم پیچی مستهلک کننده دارد.

کانورترهای کابردی حذف کامل ترتیب های پائین تر هارمونیک را نشان نمی دهند، زیرا مدار ترانسفورماتور و نامتعادلی در آتش تریستور وجود داشته که در ملاحظات تئوریکی طرحهای اصلاحی در نظر گرفته نمی شود، به عنوان مثال نمونه، مقدار هارمونیک های پنجم و هفتم در کانورتر 12 پالس در واقع 15 تا 20 درصد مقادیر نشان داده شده برای کانورتر 6 پالسه است.

4-3-2- اثرات هارمونیک ها:

اثرات هارمونیک ها در دو سطح قابل بررسی است، نخست دستگاه و تأسیسات، سپس در کنترل، حفاظت و اندازه گیری. در حالت نخست نتایج نسبتاً بالای هارمونیک های ولتاژ و جریان موجب ایجاد هارمونیک می گردد.

زیان، خسارت و معیوب شدن دستگاه ها یا تلفات بالای غیر قابل قبول انرژی میگردد، حالت دوم شامل تداخل سیستم های مصرفی حفاظتی و کنترل، و تنزل در دقت سیستم های اندازه گیری می شود.

5-3-2- دستگاه ها و تأسیسات

الف) بانک های خازن:

اثرات هارمونیک ها روی خازن ها، تلفات اضافی و حرارت را موجب می گردد همچنین نسبت فازی نامطلوب بین هارمونیک ها و ولتاژ اعمال شده به خازن ممکن است منجر به افزایش بیشتر از ده درصد ولتاژ منابع خازن گردد. این مهم و قابل توجه است، زیرا کرونا در این سطح ولتاژ شروع و باعث تقلیل عمر خازن و یا معیوب شدن خازن می گردد. ولتاژ فوق تابعی است از ولتاژ پیک به پیک و نه ولتاژ rms از اینرو اغلب بگونه ایست که اصولاً جمع حسابی ولتاژ های کرست پایه و هارمونیک از 110 درصد نامی ولتاژ کرست خازن تجاوز ننماید (ولتاژ نامی خازن * 4/1 *1/1 )، سرانجام باستی اطمینان لازم را بوجود آورد که هارمونیک تولید جریان و Var متجاوز از مقادیر نامی در جریان می باشد.

ب) ماشین های گردنده:

در موتورهای القائی بازده و حرارت دو سیمای قابل بررسی هستند. هارمونیک ها در گشتاور موتور اثر داشته اما عموماً انتظار نمی رود مهم وقابل توجه باشند، همچنین نوسانات مکانیکی تولید شده در اثر گشتاورهای نوسانی بواسطه یک اثر متقابل بین جریانهای هارمونیک و فیلد مغناطیسی مبناء می باشد. برای ماشین های سنکرون اثرات مشابه است، اصل مهم حرارت ایجاد شده خصوصاً بواسطه جریان القاء شده در روتور می باشد.

ج) ترانسفورماتورها:

هارمونیک های ولتاژ موجب افزایش تلفات آهنی و هارمونیک های جریان سبب افزایش تلفات مس و تلفات شار می گردند. نتیجه افزایش حرارت این است که ممکن است ناچیز باشد، لحظاتی است که اولین علائم موجودسطوح هارمونیک غیر قابل تحمل، بشدت حرارت ترانسفورماتورها را زیاد می کند.

د) سوئیچگر:

یک اثر بدیهی جریان های هارمونیک، زیاد شدن حرارت و تلفات است. امکان اثر گذاشتن روی قطع کننده های مدار وجود دارد. بهرحال در این رابطه هیچگونه راهنمائی وجود ندارد.

گ) اضافه ولتاژ یا اضافه جریان سیستم:

نوسانات وسیع بار در سیستم توزیع همراه با تغییر سطوح Var خازنی منجر به نوسانات قابل ملاحظه در مدار و فرکانس رزونانس می گردد. خصوصاً مداراتی که متحمل جریان و ولتاژ منابع هارمونیک فوق الذکر شده اند می توانند به سطوح بالای ولتاژ و جریان غیر قابل انتظار در سیستم هدایت گردند. این مسئله منتهی به معیوب شدن نابهنگام عایقی دستگاه می شود، همچنین در بعضی موارد نادر منجر به معیوب شدن برقگیر شده است. اضافه جریانهای هارمونیک ممکن باعث سوختن و همچنین مشکلاتی برای آسیاب های مدار شکن تداخل القائی، ازدیاد هدایت و تلفات بیش از اندازه و حرارت گردد.

ل) فیوزها:

جریانهای هارمونیکی با دامنه وسیع می تواند باعث سوختن فیوز شوند، همچنین روی مشخصات جریان زمان فیوز تأثیر بگذارد، زیرا حرارت بیشتر از حرارت پیش بینی شده در المان های ذوب شوند. فیوز ایجاد می گردد زمانهای ذوب مینیموم کوتاهتر شده، بویژه برای فالت ها با مقدار پائین تر.

6-3-2- کنترل، حفاظت و اندازه گیری:

الف) Ripple و جریان کریر سیستم:

دستگاه های گیرنده کنترل Ripple سیستم ها که در رنج 290 تا 1650 کیلوهرتز تنظیم شده اند، قابلیت پذیرش تداخل فرکانس قدرت را دارا می باشند. هارمونیک های تداخلی پتانسیلی از کانورترها و یا کوره های قوسی با دامنه خیلی پائین در سیستم های جریان کریر که در رنج های 5 تا 10 کیلوهرتز و تا 300 به 400 کیلوهرتز عمل می کنند را دچار اشکال می سازد.

ب) رله های حفاظتی:

از مطالعات اثرات هارمونیک روی رله ها، نتایج برجسته ذیل استنتاج گردیده است.

1- رله ها در آزمایشات، متمایل به عملکرد کندتر و یا در مقادیر راه انداز بالاتر از مقادیر واقعی را نمایش می دهند.

2- مشخصه های عملکرد رله های استاتیکی فرکانس پائین دچار تغییرات اساسی می گردند.

3- تغییرات در مشخصات عملکرد نسبت به محدوده تغییر شکل پیش بینی شده نسبتاً کوچک می باشند.

آزمایشات روی رله های اضافه ولتاژ و اضافه جریان در مشخصات عملکرد تغییرات متفاوتی را نشان داده که بستگی به نوع کارخانه سازنده رله دارد. گشتاور عمل کننده در بعضی فرکانس ها می تواند معکوس شده زمان عملکرد بطور وسیعی همچون یک تابعی از ترکیب فرکانس کمیت اندازه گیری شده را تغییر دهد. محدوده دید رله های امپدانسی از نوع متعادلی دچار نوسان می گردد. (کم یا زیاد می شود). عملکرد سریع رله های دیفرانسیال می تواند آسیب پذیر باشد که این وضعیت در چندین آزمایش منجر به عدم عملکرد رله گردیده است، بطور کلی دقت و هوشیاری رله های حفاظتی تحت تأثیر هارمونیک های شبکه دچار نقصان و تنزل می گردند.

د) دستگاه های اندازه گیری:

نتیجه مطالعات انجام شده نشان می دهد، وسائل اندازه گیری قدرت، خصوصاً بعضی ترانسدیوسرهای وات الکترونیکی تحت تأثیر هارمونیک قرار می گیرند. وجود 20% هارمونیک پنجم موجب 10 تا 15% خطا در ترانسدیوسرهای وات الکترونیکی سه فاز یا دوالان شده است.

اما در مورد وات مترهای القائی خطای ناشی از هارمونیک ناچیز و قابل قبول می باشد، بسته به نوع دستگاه های اندازه گیری امکان هر دو خطای مثبت و منفی وجود دارد. دستگاه های اندازه گیری از نوع Solid – state قیمت می توانند اندازه واقعی قدرت را با شکل موج اندازه گیری نمایند، بهر حال هارمونیک ها در رابطه با اندازه گیری Var بعلت اینکه مفهوم کمیت فیزیکی را ندارند. ایجاد اشکال می نمایند، زیرا مفهوم ریاضی براساس شکل موج سینوسی خالص را دارا می باشند.

7-3-2- تداخل القائی:

هم آهنگی القائی سیستم های قدرت و تلفن از اهمیت ویژه ای برخوردار است، سه عامل مهم محل و اتصال بانک های خازن، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور و عدم تعادل بار فیدر در مسائل القائی طرح و عملیاتی شبکه نیرو تأثیر دارد. یک گروه تحقیقاتی حدود 60 سال پیش در رابطه با تجزیه و تحلیل و کاهش اثرات سیستم های قدرت بر روی ارتباطات صدا مطالعاتی انحام داه که نتایج این گروه توأم با عملکرد عملی مهندسین و پیشرفت در امرتکنولوژی ساخت تجهیزات ارتباطی باعث کاهش مسائل اولیه گردیده است اخیراً بعضی از دلایل عمده که باعث تمایل هر دو شرکت های سازنده تلفن و قدرت در طراحی سیستم ها شده بشرح ذیل می باشند:

1- شبکه های حلقوی طولانی تر تلفن

2- توسعه شبکه های سرویس دهنده تلفن به محل های ناهموار و دوردست

3- بکارگیری سیستم های ارتباطی برای ارسال اطلاعات به روش های جدید

4- تکثیر وسایل کنترل کننده تریستوری

5- اضافه شدن جریانهای اتصال زمین در سیستم زمین

8-3-2- اثر هارمونیک ها بر خازن ها:

درسالهاي اوليه، هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند. به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها و روشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ….. اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي). پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي 6 / 12 فاز و … مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود.

9-3-2- اساس هارمونيك ها :

اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه 3 هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و …. عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند.

هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي می شود.

تشديد:

اساسا تشديد سلفي خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.

در هر تركيب سلفي خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.

براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حالي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.

تشديد سري:

يك تركيب سري رآكتنس سلفي خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد.

به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.

در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.

تشديد موازي:

یك تشديد موازي تركيبي از رآكتنس خازني و القايي است. در اينجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشديد موازي خواهد بود. در فركانس تشديد امپدانس به مقداري بالا افزايش مي يابد. اين ، منجر به بوجود آمدن مدار تشديد موازي ميان خازن هاي اصلاح ضريب توان و اندوكتانس بار مي شود كه نتيجه آن عبور ولتاژ بسيار بالا هم اندازه امپدانس ها و جريان هاي گردابي بسيار بالا درون حلقه خواهد بود.

در كاربري صنعتي خازن اصلاح ضريب توان مدار تشديد موازي با اندوكتانس بار تشكيل مي دهد.هارمونيك هاي توليد شده از سمت بار رآكتنس، شبكه را افزايش مي دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونيك هاي سمت تغذيه مي شود.اين منجر به تشديد موازي اندوكتانس بار و اندوكتانس خازني مي شود. مدار LC (سلفي خازني) موازي ، شروع به تشديد ميان آنها مي كند كه منجر به ولتاژ بسيار بالا و جريان گردابي بسيار بالا در درون حلقه مدار سلف خازن (LC) مي شود. نتيجه اين امر آسيب به تمام سمت ولتاژ پايين سامانه الكتريكي است.

ايزوله كردن تشديد موازي از ايزولاسيون تشديد سري نسبتا پيچيده تر است.اساسا اين امر بخاطر تنوع بار صنعتي از زماني به زمان ديگر است كه موجب تغيير فركانس تشديد مي شود.

اين تغيير مداوم فركانس تشديد ممكن است موجب تطبيق فركانس تشديد بر فركانس هارمونيك شود كه ممكن است منجر به ولتاژ بالا و جريان بالا كه سبب نقص و خرابي تجهيزات الكتريكي مي شوند ، گردد.بنابراين در هر دو تشديد موازي و سري خازنهاي قدرت متاثر هستند كه بكار گيري دستگاه هاي حفاظتي و ايمني را براي خازنها ايجاب مي نمايد. اين امر درك صحيح بر خازنهاي قدرت را قبل از از اعمال تصحيح بخاطر تاثير هارمونيك ها و تشديد ايجاب مي نمايد.

درباره ما

حضور در نمایشگاه  برق و الکترونیک سال 93
nayeshgahe tabriz 16

nayeshgahe tabriz 16-2

حضور در نمایشگاه برق و الکترونیک تبریز سال 95

 

حضور در نمایشگا 95 تبریز
حضور در نمایشگا 95 تبریز

غرفه

سلول های خورشیدی
سلول های خورشیدی

 

THD

اعوجاج هارمونیکی

اعوجاج هارمونیک کل یا THD یک پارامتر کیفی بوده و نمایانگرآن است که یک شکل موج یا سیگنال تا چه حد به شکل موج سینوسی نزدیک می‌باشد. مقدار THD بر حسب درصد بیان شده و هرچه میزان THD کمتر باشد شکل موج سینوسی دارای کیفیت بهتری بوده و بلندگو، آمپلی فایر، یوپی‌اس و یا دیگر تجهیزات قادر خواهند بود تا سیگنال‌ها را با کیفیت بهتر انتقال دهند. به طور مثال یک نوازنده ویولن را در نظر بگیرید؛ هر چه این فرد بتواند یک نت را صاف، بدون نویز و یا بدون صداهای مزاحم دیگر بنوازد آنگاه می‌توانیم بگوییم او سیگنالی با اعوجاج هارمونیکی کمتری تولید کرده است.

 

عوامل ایجاد هارمونیک‌ها

یکی از عوامل ایجاد هارمونیک‌ها به کارگیری المان‌ها و بارهای غیرخطی در سیستم است که باعث ایجاد سیگنال‌های غیرسینوسی جریان و ولتاژ در شبکه قدرت شده که خود موجب پیدایش اعوجاج در موج اصلی جریان و ولتاژ می‌گردد. با گسترش بارهای غیرخطی، اعوجاج ولتاژ در سیستم‌های قدرت شکل می‌گیرد که با انتقال از منبع به سمت بارها به علت امپدانس سیستم میزان آن افزایش می‌یابد. در زیر به سه دسته اساسی از عوامل ایجاد هارمونیک‌ها اشاره می‌گردد. مبدل‌های الکترونیکی قدرت شامل مبدل‌های الکترونیکی قدرت مانند یکسوکننده‌ها و اینورترها می‌باشد. به عنوان نمونه جریان و هارمونیک منبع تغذیه سوئیچینگ که در ورودی شبکه‌ای با حدود ۳۰ کامپیوتر قرار دارد در شکل شماره ۱–۲ آورده شده است. جریان ورودی در شبکه‌هایی با بار کامپیوتری که غیرخطی می‌باشند آنچنانکه در زیر نشان داده شده است از هارمونیک بالایی برخوردار است. با توجه به میزان هارمونیک بالای جریان ورودی این بارها لزوم استفاده از یوپی‌اس‌ها با THD پایین برای حذف وکاهش این هارمونیک‌ها قابل درک است. وسایل فرومغناطیسی این دسته شامل ترانس‌ها و ماشین‌های الکتریکی می‌باشند. تجهیزات تخلیه‌ای شامل لامپ‌های فلورسنت، لامپ‌های بخار سدیم و کوره‌های القایی. از دیگر عوامل تولید هارمونیک‌ها می‌توان به شارژرهای باتری، مبدل‌های فرکانسی، درایورهای سرعت قابل تنظیم (PWM)، بانک‌های خازنی، کامپیوترها، کوره‌های قوس و غیره اشاره نمود.

 

اثرات هارمونیک‌ها

برای بررسی تأثیر زیان‌بار هارمونیک‌ها می‌توان آنها را به دو دسته کلی تقسیم نمود:

  • هارمونیک‌های جریان
  • هارمونیک‌های ولتاژ

هارمونیک‌ها باعث افزایش جریان خازن‌ها، تلفات در ترانسفورمرها، موتورها، هادی‌ها و اختلال در عملکرد سیستم‌های کنترل، حفاظتی و ارتباطی می‌گردند. هارمونیک‌های ایجاد شده توسط بارهای غیرخطی می‌توانند بر روی بارهای مرتبط در محل اتصال تأثیر زیادی بگذارند. تأثیر اصلی هارمونیک‌های ولتاژ به صورت زیر طبقه‌بندی می‌گردد گرم شدن اضافی ماشین‌ها و کابل‌های برق خرابی بانک‌های خازنی اثرات هارمونیک‌های جریان را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی نمود: ایجاد تداخل در سیستم‌های مخابراتی که میزان تداخلات بستگی به مسیر و اندازه هارمونیک‌ها دارد. ایجاد تلفات اضافی در ترانس‌ها و ماشین‌های الکتریکی افزایش تلفات در خطوط انتقال از موارد دیگر تأثیر هارمونیک‌ها در وسائل اندازه‌گیری می‌باشد. همچنین هارمونیک‌ها باعث عملکرد نامناسب رله‌ها، کلیدها، فیوزها و سیستم‌های فرمان از راه دور می‌گردند. در یک نتیجه‌گیری کلی می‌توان اثرات هارمونیک‌ها را به چهار دسته اصلی تقسیم نمود. اثرات بر عایق‌های تجهیزات اثرات گرمایی بر تجهیزات عملکرد نامناسبتجهیزات شبکه قدرت تأثیر روی مدارهای ارتباطی

 

حذف هارمونیک‌ها

یکی از کاربردی‌ترین روش حذف هارمونیک‌ها استفاده از فیلترها است. وظیفه اصلی یک فیلتر جلوگیری از عبور جریان‌های هارمونیکی و یا کاهش آن‌ها در مسیر اصلی است فیلترها به دو دسته کلی اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند. در این جا به چند نوع فیلتر و دیگر روش‌های اصلاح اثرات منفی هارمونیک‌ها در سیستم اشاره می‌نمائیم. به کار بردن مدارات PFC یا تصحیح ضریب توان که برای حذف هارمونیک‌های جریان و به دنبال آن کاهش هارمونیک ولتاژ در سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرند و وظیفه آنها به حداقل رساندن اعوجاج و کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به صورت یک شبیه‌سازمقاومت است (فیلتر اکتیو). اضافه نمودن فیلتر شنت در سیستم که کاملاً پاسخ آن را تغییر داده و در اکثر موارد، پاسخ را بهبود می‌بخشد. فیلتر شنت هارمونیک‌های جریانی را در نزدیکی منبع تولید اعوجاج اتصال کوتاه نموده و بدین ترتیب علاوه بر برطرف شدن جریان هارمونیک، ضریب قدرت نیز اصلاح می‌گردد همچنین به دلیل صرفه اقتصادی این روش یکی از رایج‌ترین فیلترهای قابل اجرا است. اضافه نمودن رآکتور خطی یا ترانسفورمر به صورت سری به طور قابل توجهی هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهد. رآکتور را بین خازن‌های اصلاح ضریب قدرت و منبع تغذیه قرار می‌دهند تا رزونانس‌های به وجود آمده بین اندوکتانس سیستم و خازن‌های اصلاح ضریب قدرت را بدون تغییر ظرفیت خازن‌ها حذف نماید. تغییر ظرفیت خازن‌ها، که یکی از کم هزینه‌ترین روش‌ها برای سیستم برق شهر و مصرف‌کننده صنعتی است. تغییر مکان خازن به نقطه‌ای دیگر از سیستم که دارای امپدانسی متفاوت است. برداشتن خازن‌ها و به دنبال آن پذیرش اتلاف بالا، ولتاژ کمتر و Power Factor Penalty. در صورتی که این روش بصورت تکنیکالی عملی باشد، از جمله گزینه‌های مطلوب اقتصادی می‌باشد. با پیشرفت ادوات نیمه‌هادی و امکان استفاده از کنترلرهای پیچیده می‌توان حداکثر کنترل را بر روی شکل موج‌های جریان ورودی و یا ولتاژ خروجی یوپی‌اس اعمال نمود.

یکی از کاربردی‌ترین روش حذف هارمونیک‌ها استفاده از فیلتر‌ها است. وظیفه اصلی یک فیلتر جلوگیری از عبور جریان‌های هارمونیکی و یا کاهش آن‌ها در مسیر اصلی است فیلترها به دو دسته کلی اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند.
در این جا به چند نوع فیلتر و دیگر روش‌های اصلاح اثرات منفی هارمونیک‌ها در سیستم اشاره می‌نمائیم. [1 و 4]

  • به کار بردن مدارات PFC یا تصحیح ضریب توان که برای حذف هارمونیک‌های جریان و به دنبال آن کاهش هارمونیک ولتاژ در سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرند و وظیفه آنها به حداقل رساندن اعوجاج و کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به صورت یک شبیه ساز مقاومت است (فیلتر اکتیو).
  • اضافه نمودن فیلتر شنت در سیستم که کاملا پاسخ آن را تغییر داده و در اکثر موارد، پاسخ را بهبود می‌بخشد. فیلتر شنت هارمونیک‌های جریانی را در نزدیکی منبع تولید اعوجاج اتصال کوتاه نموده و بدین ترتیب علاوه بر برطرف شدن جریان هارمونیک، ضریب قدرت نیز اصلاح می‌گردد همچنین به دلیل صرفه اقتصادی این روش یکی از رایج‌ترین فیلترهای قابل اجرا است.
  • اضافه نمودن راکتور خطی یا ترانسفورمر به صورت سری به طور قابل توجهی هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهد. رآکتور را بین خازن‌های اصلاح ضریب قدرت و منبع تغذیه قرار می‌دهند تا رزونانس‌های به وجود آمده بین اندوکتانس سیستم و خازن‌های اصلاح ضریب قدرت را بدون تغییر ظرفیت خازن‌ها حذف نماید.
  • تغییر ظرفیت خازن‌‌ها، که یکی از کم هزینه‌ترین روش‌ها برای سیستم برق شهر و مصرف‌کننده صنعتی است.
  • تغییر مکان خازن به نقطه‌ای دیگر از سیستم که دارای امپدانسی متفاوت است.
  • برداشتن خازن‌ها و به دنبال آن پذیرش اتلاف بالا، ولتاژ کمتر و Power Factor Penalty. در صورتی که این روش بصورت تکنیکالی عملی باشد، از جمله گزینه‌های مطلوب اقتصادی می‌باشد.
  • با پیشرفت ادوات نیمه‌هادی و امکان استفاده از کنترلرهای پیچیده می‌توان حداکثر کنترل را بر روی شکل موج‌های جریان ورودی و یا ولتاژ خروجی یوپی‌اس اعمال نمود. شرکت فاراتل در راستای اهداف خود، همواره برای پیشرو بودن در زمینه استفاده از تکنولوژی‌های نوین تلاش نموده است. از همین رو فاراتل با استفاده از فرکانس‌های سوئیچینگ بالای 20 کیلو هرتز به همراه تکنیک‌های پیچیده کنترل لحظه‌ای، موفق به ایجاد این توانایی در یوپی‌اس‌های خود شده است که بدون استفاده از فیلترهای پرهزینه دارای حداقل هارمونیک ولتاژ و جریان حتی در مقایسه با نمونه‌های خارجی خود باشد. همانطورکه در ادامه ملاحظه خواهید نمود عکس العمل یوپی‌اس‌های فاراتل در برابر بارهای کاملا غیرخطی را بررسی می‌نمائیم.

استانداردهای هارمونیک‌ها

جریان‌های هارمونیک تزریق شده توسط یکی از مصرف‌کنندگان به سیستم می‌تواند بر روی دیگر مصرف‌کنندگان نیز تأثیر منفی داشته باشد. به همین دلیل استانداردهایی برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک‌های جریان توسط هر مصرف‌کننده تألیف شده است. این استانداردها برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک مصرف‌کنندگان در سیستم می‌باشند و بیانگر این است که مصرف‌کنندگان نباید اعوجاج ولتاژ غیرقابل قبول را در سیستم تولید نمایند. همچنین محدودیت‌هایی را نیز برای تمامی اعوجاج‌های هارمونیک ولتاژ تولید شده توسط سیستم اعمال می‌نمایند.

جریان‌های هارمونیک تزریق شده توسط یکی از مصرف‌کنندگان به سیستم می‌تواند بر روی دیگر مصرف‌کنندگان نیز تاثیر منفی داشته باشد. به همین دلیل استانداردهایی برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک‌های جریان توسط هر مصرف‌کننده تالیف شده است. این استانداردها برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک مصرف‌کنندگان در سیستم می‌باشند و بیانگر این است که مصرف‌کنندگان نباید اعوجاج ولتاژ غیر قابل قبول را در سیستم تولید نمایند. همچنین محدودیت‌هایی را نیز برای تمامی اعوجاج‌های هارمونیک ولتاژ تولید شده توسط سیستم اعمال می‌نمایند.

از آنجایی که استاندارد IEC به طور جزیی‌تر و جامع‌تری به مقوله هارمونیک‌های ولتاژ و جریان پرداخته است و از طرفی صنایع ایران به سوی استفاده از استانداردهای IEC پیش می‌رود و فاراتل نیز در تولید محصولات خود بر طبق استاندارد IEC عمل نموده است، ما در این بخش بر استاندارد IEC و قوانین آن تمرکز می‌نماییم و به استانداردهایی که درباره محدودیت‌های هارمونیک بحث می‌کنند می‌پردازیم که شامل استاندارد IEC 61000-2-2، IEC 61000-3-2 و IEC 61000-3-4 می‌باشند.استانداردهای محدودیت‌های هارمونیک جریان برای تجهیزاتی که جریان ورودی آنها کمتر از 16A و بیش از 16A می باشد به طور مجزا تفکیک شده است. همچنین استانداردهایی که محدودیت انتشار هارمونیک ولتاژ را برای تجهیزات متصل به شبکه‌ای با ولتاژ پایین، ولتاژ متوسط و بالا بررسی می‌نماید در ادامه به تفکیک آمده است.

  • استاندارد هارمونیک جریان برای جریان‌های کمتر از 16A
  • IEC 61000-3-2 (2000): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3: Limits. Section 2: Limits for Harmonic Current Emissions (Equipment Input Current Up to and Including 16A per Phase
  • استاندارد هارمونیک جریان برای جریان‌های بیشتر از 16A
  • IEC 61000-3-4 (1998): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3: Limits. Section 4: Limitation of Emission of Harmonic Currents in Low-Voltage Power Supply Systems for Equipment with Rated Current Greater Than 16A.
  • استاندارد هارمونیک ولتاژ برای سیستم‌های ولتاژ پایین
  • IEC 61000-2-2 (1993): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 2: Environment. Section 2: Compatibility Levels for Low-Frequency Conducted Disturbances and Signaling in Public Low-Voltage Power Supply Systems.
  • استاندارد هارمونیک ولتاژ برای سیستم‌هایی با ولتاژ متوسط و بالا
  • IEC 61000-3-6 (1996): Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3: Limits. Section 6: Assessment of Emission Limits for Distorting Loads in MV and HV Power Systems. Basic EMC publication.

در خصوص استانداردهای فوق لازم به ذکر است که پیش از 1997 استانداردهای IEC با سری‌های 1000 شماره‌گذاری می‌شد. به طور مثال IEC 61000-2-2 به صورت IEC 1000-2-2 شناخته می‌شد. استانداردهای IEC به طور عمده در میان جوامع اروپایی رایج بوده و اما همانطورکه پیش از این ذکر شد ایران در صنایع خود به سوی استفاده از استانداردهای منطبق بر IEC پیش می‌رود. استاندارد IEC تجهیزات را به چهار گروه زیر طبقه‌بندی می‌نماید:

  • گروه A: تجهیزات سه فاز و دیگر تجهیزاتی که در سه گروه B، C و D قرار نمی‌گیرند.
  • گروه B: ابزارهای قابل انتقال
  • گروه C: تجهیزات نورانی مانند لامپ های فلورسنت
  • گروه D: تجهیزاتی که جریان ورودی آنها دارای شکل موج خاصی است و توان اکتیو ورودی آنها کمتر از 600W می‌باشد.

اصطلاحات استارتاپ

اصطلاحات استارتاپی که همه‌ی ما باید با آن‌ها آشنا شویم

منبع تغذیه سوئیچینگ چیست ؟؟

حدود 30 سال است که سیستمهای پر قدرت جای خود را حتی در مصارف خانگی هم باز کرده اند و این به دلیل معرفی سیستمهای جدید برای تغذیه مدارات قدرت است.
این منابع تغذیه کاملاً خطی عمل می نمایند. این نوع منابع را منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند. این اسم از نوع عملکرد این سیستمها گرفته شده است. به این منابع تغذیه اختصاراً SMPS نیز می گویند. این حروف بر گرفته شده از نام لاتین Switched Mode Power Supplies است.

راندمان SMPS بصورت نوعی بین 80% الی 90% است که 30% تا 40% آنها در نواحی خطی کار می کنند. خنک کننده های بزرگ که منابع تغذیه رگوله قدیمی از آنها استفاده می کردند، درSMPSها دیگر به چشم نمی خورند و این باعث شده که از این منابع تغذیه بتوان در توانهای خیلی بالا نیز استفاده کرد.

در فرکانسهای بالای کلیدزنی از یک ترانزیستور جهت کنترل سطح ولتاژ DC استفاده می شود. با بالا رفتن فرکانس ترانزیستور، دیگر خطی عمل نمی کند و نویز مخابراتی شدیدی را با توان بالا تولید می نماید. به همین سبب در فرکانس کلید زنی بالا از المان کم مصرف Power MOSFET استفاده می شود. اما با بالا رفتن قدرت، تلفات آن نیز زیاد می شود. المان جدیدی به بازار آمده که تمامی مزایای دو قطعة فوق را در خود جمع آوری نموده است و دیگر معایب BJT و Power MOSFET را ندارد. این قطعة جدید IGBT نام دارد. در طی سالهای اخیر به دلیل ارزانی و مزایای این قطعه از IGBT استفادة زیادی شده است.

امروزه مداراتی که طراحی می شوند، در رنج فرکانسی MHZ و قدرتهای در حد MVA و با قیمت خیلی کمتر از انواع قدیمی خود می باشند.

فروشنده های اروپائی در سال 1990 میلادی تا حد 2 میلیارد دلار از فروش این SMPSها درآمد خالص کسب نمودند. 80% از SMPSهای فروخته شده در اروپا طراحی شدند و توسط کارخانه های اروپائی ساخت آنها صورت پذیرفت. درآمد فوق العاده بالای فروش این SMPSها در سال 1990 باعث گردیدکه شاخة جدیدی در مهندسی برق ایجاد شود، این رشته مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ نام گرفت.
یک مهندس طراح منابع تغذیه سوئیچینگ بایستی که در کلیه شاخه های زیر تجربه و مهارت کافی کسب کند و همیشه اطلاعات بروز شده در موارد زیر داشته باشد:
1- طراحی مدارات سوئیچینگ الکترونیک قدرت.
2- طراحی قطعات مختلف الکترونیک قدرت.
3- فهم عمیقی از نظریه های کنترلی و کاربرد آنها در SMPSها داشته باشد.
4- اصول طراحی را با در نظر گرفتن سازگاری میدانهای الکترومغناطیسی منابع تغذیه سوئیچینگ با محیط انجام دهد.
5- درک صحیح از دفع حرارت درونی (انتقال حرارت به محیط) و طراحی مدارات خنک کنندة مؤثر با راندمان زیاد.
و …
دراین کتاب نیز سعی بر این است که طبق اصول نوین مهندسی طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ کلیه اطلاعات مورد نیاز در اختیار خواننده قرار گیرد.

 


 

1.2. تعاریف عمومی در SMPSها
هر سیستم طراحی شده به طور طبیعی وابسته به منبع تغذیة خود می باشد. یعنی اولین پارامتر در طراحی مدار نوع منبع تغذیه و مقادیر وابسته به آن است. یکی از مباحث مهم در طراحی SMPS ها، سنگین وزن بودن و گرانی آن است، که کلیه اینها در یک منبع تغذیه از نوع SMPS به صورت دستگاه ارزان قیمت، سبک و کوچک تعریف خواهد شد.
وقتی که طراح سیستم شروع طراحی می کند، اولین تعریفی را که در نظر خود مجسم می کند، مقدار ولتاژ و جـریان ماکزیمم در SMPS است. بنابراین نسبت ولتاژ و جریان تعیین کننده انتخاب قطعات مورد نیاز برای طراحی است.

 


 

مقدار ولتاژ خروجی:
عموماً در بیشتر مدارات منطقی ولتاژ 5v مورد نیاز می باشد، اما در بعضی موارد نیاز به 5v- هم می باشد. در کامپیوترها برای ایجاد گشتاور در موتورهای متنوع به کار رفته در درایوهای مختلف مانند موتورهای CPU FAN ,CD ROM, F.D.D , H.D.D و … نیاز به ولتاژهای +12v ,-12v می باشد. در مصارف کنترل صنعتی جهت اعمال فرمان تحریک قطع و وصل در شیرهای برقی و رله های کنتاکتوری از طریق پورتهای PLC ولتاژ اعمالی به سیستمهای تحت کنترل دارای سطوح ولتاژی +24v ,-24v است. در اتومبیلهای برقی، ترکشن و HVDC به سطح ولتاژ بالاتری احتیاج است.

 


 

مقدار جریان:
در هر خروجی می بایست ماکزیمم جریان مصرفی در حالت پایداری مشخص شود. هر سیستم الکتریکی در روی بدنه خود پلاکی دارد که در آن تمام مقادیر نامی و مجاز مورد نیاز دستگاه از طرف کارخانه سازنده باتوجه به مشخصات طراحی و تستهای متعددی که بر روی دستگاه انجام شده است، مشخص می باشد. برای مثال در دیسک درایوها مقدار جریان راه اندازی و حالت پایداری مشخص می باشد و طراح منبع تغذیه بایستی حد مجاز جریان خروجی را بالاتر از جریان راه اندازی و حالت پایداری تعیین نماید. حتی در بعضی از مواقع سازنده دیاگرامهایی را همراه با دستگاه قرار می دهد که کمک بیشتری به طراح می کند.
ولتاژ ورودی:
ولتاژ ورودی می تواند از نوع AC یا DC و با رنج تغییرات مشخصی باشد. طراح حتماً باید به نوع ورودی و عملیاتی که می باید روی آن انجام دهد تا خروجی مطلوبی بدست آورد را همواره در نظر بگیرد. معمولاً فرکانس، دامنه و شکل موج ولتاژ ورودی در طراحی خیلی مهم است. همچنین نوع شبکه ای که تغذیه ورودی را بر عهده دارد مهم است. معمولاً در محیطهای صنعتی مانند کارخانجاتی که شبکه در شرایط سخت جهت تامین انرژی قوص الکتریکی و … کار می کند شکل موج ولتاژ و جریان ورودی غیر قابل پیش بینی است و باید با استفاده از سیستمهای جبرانساز شکل موجهای شبکه را تا حد قابل قبولی اصلاح کرد.

 


 

ایزولاسیون:
در بسیاری از کاربردها ایزولاسیون الکتریکی بین ورودی ها و خروجی های مدارات احتیاج می باشد، وحتی در بسیاری از موارد ایزولاسیون بین خروجی دستگاه با ورودی دستگاه دیگر نیز مورد نیاز است و طراح ملزم به اندیشیدن تدابیری خاص جهت برآورده سازی این امر می باشد.
ایزولاسیون الکتریکی اغلب توسط ترانسفورماتور در منابع تغذیه ایجاد می شود که استفاده از ترانسفورماتور باعث حجیم شدن منبع تغذیه می شود. در مصارفی که نیاز به حجم کوچک می باشد، مانند ماهواره ها، کامپیوترها، شارژرهای باطری موبایل و تلفن و همچنین در منبع تغذیه مورد استفاده در پرینترها و دستگاه های کوچک که اجبار در کوچک ساختن آنها می باشد نظیر دوربینهای عکاسی دیجیتالی و دوربینهای فیلم برداری و لوازم نظامی استراق سمع و جاسوسی و بمبها و موشکهای دوربرد ناچاراً باید از ایزولاسیون به وسیله ترانسفورماتور چشمپوشی کرد و به فکر چارة دیگری برای تحقق بخشیدن به این امر بود یا اینکه توسط مدارات فیدبک عمل تثبیت خروجی را در صورت وجود تغییر یا اغتشاش در ورودی را انجام داد تا از مدارات در مقابل صدمه دیدن و معیوب شدن حفاظت شود و یا اینکه بایست از ایزولاسیون تا حدودی یا کلاً صرف نظر نمود.
ریپل در خروجی:
طبیعتاً مقداری نوسان در خروجی DC منابع تغذیه وجود دارد. به مقدار دامنه پیک تا پیک این نوسانات ریپل می گویند. هر خروجی که دارای ریپل باشد، حتماً دارای تعدادی هارمونیک بغیر از فرکانس صفر هرتز است. به همین خاطر اغلب مقدار خروجی را به جای معرفی با مقدار DC آنرا با مقدارrms نشان می دهند. هر چه مقدار نسبت ثابت ریپل به مقدار DC کوچکتر باشد بهتر است. این نسبتِ در صدیِ ریپل را می توان با استفاده از فیلتر پایین گذر متشکل از سلف و خازن و یا افزایش فرکانس ورودی و کلیدزنی با سرعت زیاد تا حد قابل ملاحظه ای کاهش داد.
رگولاسیون:
ولتاژ خروجی در یک منبع تغذیه متأثر از عواملی می باشد که این عوامل عبارتند از:
الف) تغییرات در ولتاژ ورودی.
ب ) تغییرات در جریان بار.
ج ) تغییرات در درجه حرارت محیط.
یک منبع تغذیة رگوله معمولاً دارای مدارات فیدبک برای جبران این تغییرات و اصلاح آنها و محدود کردن این تغییرات در ناحیة قابل قبولی می باشد. این فیدبک ها ممکن است عمل رگولاسیون را به صور (1)رگولاسیون خط، (2)رگولاسیون بار، (3)رگولاسیون حرارتی، انجام دهد.
پاسخ حالت گذرایی:
پاسخ به تغییرات ناگهانی و گذرای جریان بار یکی از پارامترهای مهم در هر منبع تغذیه ای است. در حالت بار کامل در صورتی که جریان بطور وصل شدن ناگهانی کلید در بار جاری شود، حتی در صورتی که بار متصل به ترمینال خروجی جریان کمی را از منبع تغذیه دریافت کند، ولتاژ خروجی ناگهان می افتد و از ولتاژ حالت بی باری کمتر می شود و سپس توسط رگولاسیون به یک حد پایدار خواهد رسید. از طرف دیگر در حالتی که منبع تغذیه با بار کامل در حالت پایدار به سر می برد اگر ناگهان بار توسط کلید قطع شود، آنگاه ناگهان ولتاژ خروجی صعود می کند، و ازحالت قبلی خود فراتر می رود و سپس با چندین نوسان به حالت پایدار بدون بار خواهد رسید. در این حالت ممکن است که قطعاتی که در بلوکهای خروجی منبع تغذیه هستند این سطح تغییرات را تحمل نکنند و از بین بروند. در بعضی از موارد دربعضی از سیستمها ممکن است که خروجی به حالت پایدار نرسد و نوسانی یاحتی ناپایدار شود. از آنجا که در خروجی اغلب منابع تغذیه فیلتر های صافی برای کاهش ریپل ولتاژ و جریان می باشند که این فیلترها دارای ظرفیتهای خازنی بزرگی هستند. با ناپایدار شدن ولتاژ امکان انفجار در خازن وجود دارد.
از سوی دیگر زمان بازیابی یا Recovery Time زمان لازم برای بازگشت به حالت پایدار طبیعی می باشد، که بایستی تاحد ممکن این زمان کوچک باشد. پس باید توسط روشهای رگولاسیون خاص ولتاژ خروجی را محدود کرد و سعی نمود که در کمترین زمان ممکن و با کمترین نوسان و Over Shoot به حد پایداری خود برسد. زمان پاسخ گذرایی در منابع تغذیه و بخصوص در منابع تغذیه سوئیچینگ با روشهای مختلفی که سازندگان SMPS از آن استفاده می کنند نظیرحلقه های فیدبک و جبران ساز و قرار دادن فیلترهای مخصوص در طبقات مختلف منبع تغذیه که در قسمتهای بعدی به آن اشاره می شود، خیلی کوتاه خواهد شد.

 


 

راندمان:
یک منبع تغذیه بدون بازدهی مطلوب دو خاصیت زیر را دارا می باشد:
1- انرژی محدود: از این قبیل منابع می توان به باطری اشاره کرد که با مصرف مستمر انرژی اولیه خود را رفته رفته از دست می دهد و توان خروجی آن به سمت صفر میل می نماید.
2- حجم زیاد و نیاز داشتن به هیت سینکها بزرگ: از این منابع تغذیه می توان منابع تغذیه با ترانسفورماتور را نام برد که انرژی زیادی صرف خنک سازی و تلفات حرارتی آن می شود.
حفاظت:
همة منابع تغذیه با روشهای خاصی در برابر شرایط ناخواسته محافظت می شوند که حفاظت های مشترک بین کلیه منابع تغذیه عبارتند از:
1- حفاظت در برابر اضافه ولتاژ: از مهمترین حفاظتها، محافظت بار و منبع تغذیه در مقابل اضافه ولتاژ است. ساده ترین نوع کنترل ولتاژ در چنین مواقعی خاموش شدن منبع تغذیه بصورت اتوماتیک است. این مدل از کنترل کننده ها در زمانهای ابتدائی حالت گذرا عمل می کند. عموماً ممکن است از یک میله تریستوری برای این منظور استفاده شود. در زمانی که تریستور قابلیت روشن شدن را دارد، درصورتی که سنسور قرار داده شده در خروجی احساس کند که ولتاژ از حد مجاز بالاتر رفته است بلافاصله آتش شده و ورودی و خروجی منبع تغذیه را با هم قطع می کند. در روشهای دیگر با اتصال کوتاه کردن خروجی، یک جریان اتصال کوتاه از مدار می گذرد و محدود کننده های جریان در این زمان عمل کرده و با استمرار یافتن این عمل می توان خروجی منبع تغذیه را تا حد مجاز قابل قبولی کاهش داد و در برابر اضافه ولتاژ از سیستمها محافظت کرد.
2- حفاظت در برابر اضافه جریان: بسیاری از منابع تغذیه دارای انواع مختلف محدود کننده های جریان هستند. بنابراین اگر جریان بار از سطح مجاز بالاتر رود، در نتیجه ولتاژ خروجی کاهش یافته و طبق قانون اهم جریان در سطح مجاز و قابل اطمینانی محدود می شود.
3- حفاظت در برابر اتصال کوتاه: روش حفاظت در مقابل اضافه جریان امکان محافظت در برابر اتصال کوتاه را می تواند فراهم نماید، ولی این شرط کافی برای حفاظت منبع تغذیه در برابر جریان اتصال کوتاه نمی باشد. چون اتصال کوتاه اغلب در حالت ماندگار اتفاق می افتد و به راحتی بر طرف نخواهد شذ. به همین خاطر با استمرار این شرایط و تلفات حرارتی زیاد امکان آتش سوزی زیاد است. برای جلوگیری از چنین اتفاق ناخوش آیندی باید از مدار شکن استفاده کرد تا بلافاصله مدار را خاموش کند. و تا وقتی که اتصال کوتاه در ترمینالهای منبع تغذیه از بین نرفته است، امکان روشن کردن منبع تغذیه وجود نداشته باشد.
4- حفاظت در مقابل جریان تهاجمی: SMPSها عموماً دارای خازنهای بزرگ جهت نرم کردن ولتاژ DC و جلوگیری ریپل ولتاژ در نزدیک ورودی هستند، که باعث می شود جریان بزرگی در لحظه روشن کردن سوئیچ ها در مدار جاری گردد. بسیاری از SMPSها دارای محدود ساز جریان برای کاهش دادن جریان هجومی می باشند.

 


 

تداخل الکترومغناطیسی:
مسأله تداخل الکترومغناطیسی یا EMI در سیستمهای خطی در طیف فرکانسی کوچکتر از KHZ20 در منابع تغذیه سوئیچینگ قابل چشم پوشی می باشد. اما با بالا رفتن فرکانس، هارمونیکهای با فرکانس بیشتر از فرکانس اصلی، ایجاد تداخل در باندهای رادیویی و مخابراتی می کنند. از آنجایی که منابع تغذیة سوئیچینگ امروزه در توانهای بالا هم کاربرد های وسیع پیدا کرده اند، این گونه از منابع تغذیه سوئیچینگ به عنوان یک منبع تولید نویز شدید و قوی برای مدارات مخابراتی شناخته می شوند. بنابراین با فیلتر کردن ورودی و خروجی، میزان اثر تداخل الکترومغناطیسی را تا حد امکان باید کاهش داد.
زمان Hold Up:
این زمان در SMPSها خیلی مهم است و بایستی که با ایجاد اشکال در خروجی بتوان بلافاصله ورودی منبع تغذیه را قطع کرد. این زمان عموماً بر طبق استاندارد، حدود یک یا دو سیکل با فرکانس 50HZ یعنی زمانی بین 20 الی 40 میلی ثانیه می باشد.
رنج حرارتی:
یک نکته قابل توجه در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ، خصوصاً منابع تغذیة سوئیچینگی که در داخل محفظه نگاهداری می شوند، مسألة بالا رفتن سریع حرارت در داخل CASE یا محفظه است. این حرارت ممکن است که حتی از دمای بیرون جعبه هم بیشتر باشد و قطعات منبع تغذیه از این حرارت خیلی تأثیر پذیر هستند. بنابراین باید رنج حرارتی که بدلیل مصرف توان در داخل جعبه تغییر می کند را مدِ نظر قرار داد و با طراحی مناسب پایداری حرارتی را در منبع تغذیه سوئیچینگ بخوبی حفظ نمود.
ابعاد:
حجم فیزیکی و پهنای یک منبع تغذیه طبق ضرایب خاصی محدود می شود. با دانستن مشخصات کاری منابع تغذیه سوئیچینگ می توان مقدار حجم یک منبع تغذیة سوئیچینگ را براحتی محاسبه کرد. عموماً SMPS هایی که با فرکانس کلیدزنی بالاتر از فرکانس صوتی دارای حجم کوچکی هستند، چرا که کلیدهایی که در این رنج کار می کنند دارای تحمل توان کمی هستند. با توجه به مسألة EMI نمی توان سرعت کلیدزنی را خیلی افزایش داد. چون باعث تولید نویز مخابراتی مخربی خواهد شد. پس می توان نتیجه گرفت که حجم و اندازه یک SMPS نسبت عکس با فرکانس کلیدزنی و نسبت مستقیم با توان منبع تغذیه دارد.

 


 

انواع استانداردهای معتبر در SMPS ها:
بسیاری از کشورهای سازنده منابع تغذیه سوئیچینگ دارای معیارهای تقریباً ثابت و مشابه در رابطه با SMPS ها می باشند. برای مثال در اروپا یکی ازسازندگان مهم آلمان که خود یکی از مهمترین پایه گذاران SMPS است یعنیVerbakd Deutscher Electroniker (VDE) است که بسیاری از تستهای بین المللی را دارا می باشد.
یکی از مسائل مهم منبع تغذیه تثبیت و کنترل روی اشکال متفاوت EMI است. که استاندارد (VDE) معیارهایی برای حل این مشکل دارد. این معیارها نسبتاً با استانداردهای مشابه آمریکایی تطابق دارند.
تستهای استاندارد قابل اطمینان معتبر دیگر در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ موجود است که عبارتند از Underwriters Laboratory (UL) که این تستها در ایالات متحده امریکا انجام می شود. استاندارد دیگری که در کانادا بر روی منابع تغذیه سوئیچینگ اعمال می شود، Canadian Standard Association (CSA) است.
نکته قابل توجه در مورد (UL) و (CSA) این تستها اغلب در مورد محصولات الکتریکی که در امریکا و کانادا بکار برده می شوند تصویب شده است، وحتماً این تستها باید در مورد این اقلام انجام شود و در مورد محصولاتی که به سایر نقاط جهان صادر می شوند انجام نمی شود.
استاندارد International Electro technical Commission (IEC)، استاندارد دیگری است که حتماً یک منبع تغذیه سوئیچینگ باید از تستهای آن سر بلند بیرون آمده باشد. به عنوان مثال IEC380 برای اعطاء مجوز به یک محصول که 3750v متناوب را بین ورودی و خروجی مدار اعمال می کند. باید مدارات اولیه و ثانویه فاصله 8mm و عایق بین فلزات و سایر اجزاء مدار با ضخامت 3mm را باید رعایت کرده باشند. این تست قویتر از انواع مشابه در استانداردهای آمریکایی است.
تست تداخل الکترومغناطیسی در استانداردهایIEC478 part 3 و همچنین در آلمان طبق VDE0871 و در بریتانیا BS800 مصوب 1983 میلادی و … دارای قوانین و معیارهای مشخصی می باشد. حتماً در منابع تغذیه سوئیچینگ و هر نوع محصول الکتریکی دیگر بایست به این استانداردها توجه نمود.
اقتصادی بودن:
مهمترین مسأله برای تولید کننده و مصرف کننده هر کالایی بحث اقتصادی و مقرون بصرفه بودن آن است. یک طراح باید به قیمت تمام شده کالا توجه ویژه داشته باشد. طبیعتاً هر چه کارایی یک سیستم بالا رود قیمت آن هم گرانتر خواهد شد.
انرژی:
مصرف انرژی منابع تغذیه سوئیچینگ را توسط مدارات هوشمند میکروپروسسوری می توان تا حد ممکن کاهش داد. برنامه ای که امروزه طراحان آنرا پیش گرفته اند، تدوین قوانین خاص برای تحقق بخشیدن به این مهم است. از این قبیل قوانین می توان به برچسب ستاره انرژی امریکا service mark of the U.S. EPA اشاره کرد.
با خاموش کردن منابع تغذیه سوئیچینگ به صورت Stand by می تواند از تلفات انرژی ناشی از کلیدزنی و … درمواقعی که بار به ترمینال منبع تغذیه متصل نمی باشد، تا حد چشمگیری جلوگیری کرد و همچنین داغ شدن منبع تغذیه را در زمان بی باری کاهش داد.