انواع استابلایزر و نحوه عملکرد آنها

استابلایز چیست؟

استابلایزر یا تثبیت‌کننده، عمل تثبیت و جلوگیری از افزایش و کاهشِ مقادیر کمی را به عهده دارد. در این میان، استابلایزر ولتاژ یا تنظیم‌کننده ولتاژ نیز عمل ثابت نگه‌داشتن ولتاژ را به عهده دارند. این دستگاه‌ها بین منبع برق و تجهیزات الکترونیکی قرار می‌گیرند و برق را قبل از ورود به مدارهای دستگاهِ مصرف‌کننده، تثبیت می‌کنند. اگر جریان ورودی بیش از میزان مورد نیاز برای عملکرد بهینه دستگاه بود، آن را می‌کاهند و اگر کمتر بود آن را تا میزان مورد نیاز افزایش می‌دهند تا برای تجهیزات الکترونیک بهینه شود. این دستگاه‌ها علاوه بر کاهش و افزیش جریان، آن را تثبیت هم می‌کنند، یعنی بدون نوسان و در یک مقدار ثابت آن را ارائه می‌دهند.

انواع استابلایزر ولتاژ

انواع مختلفی از تثبیت‌کننده‌های ولتاژ وجود دارند. از جمله: تثبیت‌کننده‌های ولتاژ AC و تثبیت‌کننده‌های ولتاژ DC که هرکدام زیر مجموعه خود را دارند. همچنین شما باید با طرز کار استابلایزر نیز آشنا شوید. 

تثبیت کننده‌های ولتاژ AC

این نوع از استابیلایزرها خود به انواع مختلفی از جمله رگولاتورهای ولتاژ AC چرخش سیم پیچ، رگولاتورهای الکترومکانیکی و ترانسفورماتورهای ولتاژ ثابت طبقه‌بندی می‌شوند.

1. رگولاتورهای ولتاژ AC چرخش سیم پیچ (Coil Rotation AC Voltage Regulators)

این مدل از انواع استابلایزر قدیمی‌تر است که در دهه 1920 برای اولین‌بار مورد استفاده قرار گرفت و بر اساس اصل مشابه «واریوکوپلر» کار می‌کند. از دو سیم پیچ میدانی تشکیل شده است: یک سیم پیچ ثابت است و دیگری می‌تواند بر روی محوری که موازی با سیم پیچ ثابت است، بچرخد.

ولتاژ را می‌توان با متعادل‌کردن نیروهای مغناطیسی وارد بر سیم پیچ متحرک ثابت کرد. این تعادل با قراردادن سیم‌پیچ متحرک، عمود بر سیم‌پیچ ثابت به دست می‌آید. ولتاژ سیم‌پیچ ثانویه را می‌توان با چرخاندن سیم‌پیچ در دو جهت نسبت به موقعیت مرکزی افزایش یا کاهش داد.

در این نوع از انواع استابلایزر، می‌توان از مکانیزم کنترل سروو برای تغییر موقعیت سیم‌پیچ متحرک، برای افزایش یا کاهش ولتاژ استفاده کرد که در این شرایط از آنها می‌توان به عنوان تثبیت‌کننده ولتاژ خودکار استفاده کرد.

2. رگولاتورهای الکترومکانیکی

استابلایزرهای ولتاژ الکترومکانیکی برای تنظیم ولتاژ در خطوط توزیع برق AC استفاده می‌شوند و به آنها تپ چنجر (tap-changers) نیز گفته می‌شوند. آن‌ها برای انتخاب یک تپ مناسب از میان چندین تپ یک اتوترانسفورماتور، از عملیات سروومکانیسم استفاده می‌کنند.

اگر ولتاژ خروجی در محدوده مورد نظر نباشد، از سروومکانیسم برای تعویض تپ استفاده می‌شود. بنابراین با تغییر نسبت دورهای ترانسفورماتور می‌توان ولتاژ ثانویه را تغییر داد تا مقادیر قابل‌قبول ولتاژ خروجی به دست آید.

3. ترانسفورماتور ولتاژ ثابت

این نوع از انواع استابلایزر، یک ترانسفورماتور اشباع است که به عنوان تثبیت‌کننده ولتاژ استفاده می‌شود و ترانسفورماتور فرورزونانس (ferroresonant) یا تنظیم‌کننده فرورزونانس نیز نامیده می‌شود. لازم به ذکر است فرورزونانس پدیده رزونانس غیر خطی است که بین خازن شبکه و اندوکتانس غیرخطی ترانس در هنگام اشباع رخ می‌دهد.

این تثبیت‌کننده‌های ولتاژ از یک مدار مخزن متشکل از یک خازن برای تولید ولتاژ خروجی متوسط تقریباً ثابت با جریان ورودی متغیر و یک سیم پیچ رزونانس ولتاژ بالا استفاده می‌کنند. با اشباع مغناطیسی، بخش اطراف ثانویه برای تنظیم ولتاژ استفاده می‌شود.

یک روش ساده برای تثبیت ولتاژ منبع تغذیه AC وجود دارد که می‌تواند توسط این نوع از انواع استابلایزر انجام شود. به دلیل نبود اجزای متحرک، رویکرد فرورزونانس روشی است که برای از بین بردن تغییرات ولتاژ ورودی، بر ویژگی‌های اشباع حلقه مربعی (satsquare-loopuration) مدار مخزن (tank circui) تکیه دارد. رویین سیستم انواع مختلفی است استابلایزرها را ارئه می‌کند.

تثبیت کننده‌های ولتاژ DC

رگولاتورهای سری یا شنت، اغلب برای تنظیم ولتاژ منابع تغذیه DC استفاده می‌شوند. ولتاژ مرجع با استفاده از یک تنظیم‌کننده شنت، مانند دیود زنر (Zener diode) یا لوله تنظیم کننده ولتاژ اعمال می‌شود. این نوع از انواع استابلایزر، هدایت را با یک ولتاژ مشخص شروع می‌کنند و حداکثر جریان را برای نگه‌داشتن ولتاژ پایانه مشخص شده هدایت می‌کنند. جریان اضافی، اغلب با استفاده از یک مقاومت کم ارزش (Low value resistors) برای اتلاف به زمین منحرف می‌شود. شکل، تثبیت‌کننده ولتاژ قابل تنظیم DC با استفاده از آی سی LM317 را نشان می‌دهد.

تنظیم‌کننده شنت فقط در شرایطی که برای ارائه ولتاژ مرجع استاندارد به دستگاه الکترونیکی به کار می‌رود، کارکرد استابلایزر را دارد. در غیر این صورت، این دستگاه قادر است جریان‌های بسیار بزرگتری را بر اساس تقاضا ارائه دهد.

تثبیت‌کننده ولتاژ اتوماتیک سروو

این نوع از انواع استابلایزر یا تثبیت‌کننده ولتاژ در ژنراتور، منبع تغذیه اضطراری، سکوهای نفتی و غیره استفاده می‌شود. تثبیت‌کننده ولتاژ اتوماتیک، یک دستگاه برق الکترونیکی است که برای تأمین ولتاژ متغیر استفاده می‌شود. ویژگی برتر استابلایزر خودکار این است که این کار را می‌تواند بدون تغییر ضریب توان یا تغییر فاز انجام دهد. انواع قوی این نوع از انواع استابلایزر، به طور دائم بر روی خطوط توزیع، ثابت می‌شوند. انواع کم قدرت آن نیز برای محافظت از لوازم خانگی در برابر نوسانات ولتاژ استفاده می‌شوند.

اگر ولتاژ منبع تغذیه کمتر از محدوده مورد نیاز باشد، برای بالابردن سطوح ولتاژ از ترانسفورماتور پله‌آپ استفاده می‌شود و به‌طور مشابه اگر ولتاژ بیشتر از محدوده مورد نیاز باشد، با استفاده از یک پله‌پایین، آن را کاهش می‌دهند.

مثال عملی تثبیت‌کننده ولتاژ اتوماتیک در مدارهای منبع تغذیه مورد استفاده برای تأمین منابع مدارهای الکترونیکی مشاهده کرد. اغلب از رگولاتور 7805 برای تأمین کیت‌های پروژه مبتنی بر میکروکنترلر استفاده می‌شود، زیرا میکروکنترلرها در ولتاژ 5 ولت کار می‌کنند. در این تثبیت کننده، ولتاژ 7805 دو رقم اول نشان‌دهنده سری مثبت و دو رقم آخر نشان دهنده مقدار ولتاژ خروجی تنظیم‌کننده ولتاژ است.