تأثیر نوسان ولتاژ در میزان مصرف برق و استابلایزر سروو موتوری

اگر نگران این هستید که آیا تثبیت کننده ولتاژ یا استابلایزر باعث افزایش قیمت قبض برق میشود یا خیر، پاسخ آن منفی است.

میزان مصرف انرژی، بر صورت حساب برق ما تأثیر می گذارد، یعنی صورت حساب برق، بر اساس هر کیلووات ساعت (بعد از مقداری ثابت) تعیین می گردد که برای انجام کار مکانیکی یا نورپردازی در تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. واحد برق، کیلووات ساعت است که به نام واحد آحاد و مقیاس ها نیز شناخته می‌شود.

اگر دستگاه شما میزان بار کامل داشته باشد، به میزان ۱ ساعت کامل، قدرت بیشتری را برای انجام کار مفید در مقایسه با نصف بار آن، مصرف می‌کند. تعرفه‌های گمرکی توسط کمیسیون‌های قانون‌گذاری تعیین می‌شوند. هرچه میزان مصرف کیلووات یا به عبارت دیگر مصرف انرژی فعال یا مفید بیشتر باشد، باید بیشتر هزینه بپردازیم.

                                                                                         ورودی سیستم الکتریکی= خروجی + اتلاف انرژی

اگر اتلاف انرژی برای خروجی ثابت افزایش پیدا کند، نیازمند قدرت ورودی بیشتری برای تجهیزات خود هستیم، به طوری که به اتلاف انرژی خاتمه دهیم. در اینجا، هدف اصلی، ارائه توضیحاتی در مورد روندهای مصرف انرژی ناشی از نوسانات ولتاژ است.

روندهای مصرف انرژی ناشی از نوسانات ولتاژ:

                                                                                                      توان = ولتاژ × جریان

                                                              

این وسیله قادر است توانی برابر با 1000 وات را در 220 ولت مصرف کند؛ از این رو، جریان متناظر آن با توجه به معادله برابر با 1000 تقسیم بر 220 خواهد بود که مقدار عددی آن برابر با 54/4 آمپر می باشد.


اگر ولتاژ افت کند، جریان بار به همان مقدار کار افزایش خواهد یافت. افزایش جریان، باید افت ولتاژ بین تجهیزات را جبران کند و از این رو عملکرد تجهیزات نیز کاهش یابد.


افزایش از 54/4 به 66/6  آمپر، همان افزایش در مقدار جریان می باشد. جریان به خاطر حرکت الکترون ها درون یک هادی در یک مدار بسته اتفاق می افتد. زمانی که الکترون ها باهم برخورد می کنند، گرما آزاد می شود. از آنجایی که این گرما در اتمسفر پراکنده می گردد، یک اتلاف صورت می گیرد که به آن “از دست رفتن” یا “اتلاف مسی” در هادی می گویند. به معادله زیر توجه کنید:

Copper loss = I2 × R

اتلاف مس = I2 ×R

که در آن I، جریان در مدار و R، مقاومت ارائه شده توسط هادی برای جریان فعلی است.

این بدان معناست که با افزایش جریان، اتلاف انرژی در I2 ×R نیز افزایش می یابد. به همین دلیل، لامپ های رشته‌ای در محدوده ولتاژ پایین، گرم می شوند. این امر نیز منجر به افزایش سطح مصرف توان می شود. به همین دلیل است که در ساعات پیک روز، روشن کردن وسایل با جریان بالا توصیه نمی شود.

به همین ترتیب، در محدوده ولتاژ بالاتر، جریان باید کاهش یابد که اتلاف کمتری در مدار، به دلیل اتلاف گرمای بالاتر از کیلووات اسمی موجب ‌شود. با این حال، فشار بیشتری بر عایق‌ و فراتر از حد ولتاژ وجود خواهد داشت. گاهی اوقات شرایط اتصال کوتاه در چنین شرایطی کارساز خواهد بود.


دلیل اصلی این است که آنها عناصر کنترل ولتاژ مثل ترانزیستور یا دیود زنور دارند که انرژی یا توان را به طور مساوی به اختلاف ولتاژ بین “ولتاژ ورودی کنترل نشده” و “ولتاژ تغذیه ثابت” تقسیم می کند که با افزایش جریان، چند برابر می شود. تنظیم کننده سوئیچینگ، به عنوان یک مبدل توان متغیر عمل می کند و از این رو بازده و کارآمدی آن تحت تأثیر اختلاف ولتاژ قرار می گیرد.

                                                              

در ولتاژ پایین، قطعاً شاهد آن هستیم که پارامترهای ولتاژ کاسته می شوند تا ورودی توان را بالاتر ببرند، با این حال، مصرف توان نیز افزایش می یابد. مشکل حرارت یا گرما، ناشی از اتلاف مس در روتور است. اتلاف مس روتور از سروو موتور القایی، زمان‌های لغزش ( 02/0 تا 04/0 ) ورودی روتور می باشد.

اتلاف مس در روتور متناسب است با لغزش و لغزش نیز با مجذور ولتاژ، رابطه معکوس دارد؛ بنابراین، اتلاف مس در روتور برابر است با معکوس مجذور ولتاژ. به رابطه زیر دقت کنید:

لغزش α     1/(voltage)2

اتلاف مس α     1/(voltage)2

بنابراین، استفاده از رابطه اتلاف مس روتور و ولتاژ نشان می دهد که برای یک بارِ ثابت بر روی موتور، 10 درصد کاهش ولتاژ می تواند منجر به افزایش 46/23 درصد در اتلاف مس روتور در مقایسه با درجه بندی های مشخص شود. از این رو مصرف توان، بالاتر است. باید به این مسئله بپردازیم که بار توان مثبت 46/123 درصدی از اتلاف بار مسی منجر به افزایش میزان مصرف می شود.

به عنوان یک قاعده کلی، هر 10 درجه افزایش دما (گرمای ناشی از اتلاف مس) می تواند تا 50 درصد از عمر عایق بکاهد. گشتاور نیروی سروو موتور، باید بار گشتاور نیرو را برای کار مفید فراهم کند. از طرف دیگر، گشتاور نیرو مهمترین پارامتر مکانیکی سروو موتور به شمار می رود. نیروی ناشی از چرخش میله، همان گشتاور است.

موتور بایستی بار را بچرخاند یا حرکت دهد و قادر باشد این کار را انجام دهد؛ اما تغییرات قابل توجهی را در گشتاور سروو موتور و دیگر مشخصه های گشتاور، در شروع و تأخیر آن را مشاهده می کنیم. با این حال، امکان ندارد که سروو موتور به دلیل نقص در شروع گشتاور، در ولتاژ پایین کار کند. چون گشتاور، متناسب با مجذور ولتاژ است؛ حتی یک تغییر کوچک در سمت منفی و پایین‌تر از مقدار اسمی در ولتاژ، می‌تواند کاهش قابل‌توجهی در مقادیر گشتاور داشته باشد. به معادله زیر دقت کنید:

گشتاور α   voltage2

(گشتاور متناسب است با مربع ولتاژ)

از این رابطه نتیجه می گیریم که 10 درصد کاهش در ولتاژ می تواند منجر به کاهش 19 درصدی در گشتاور شود. سروو موتور در این حالت حرکت نمی کند. رله های حفاظت از اضافه بار، همیشه خارج از حالت هشدار، به سروو موتور ضربه‌ای وارد می کنند و سروو موتور، قدرت اسب را تولید نمی کند.

                                                     

ولتاژ بالا برای استابلایزر:

در موارد بار و ولتاژ بالا، افزایش ولتاژ در یک مقدار کم، مضر نیست و جریان مغناطیسی سروو موتور و اتلاف انرژی، کمی افزایش می یابد. ( لازم به ذکر است که جریان مغناطیسی، جریانی است که آهنربای موتور را شارژ می کند). اتلاف مسی، به دلیل ولتاژ بالا کمتر خواهد بود. این امر نیز درست است که موتورها در یک قدرت اسب مشخص و در ولتاژهایی بالاتر از ولتاژ اسمی( تا 10 درصد)، خنک‌تر کار می کنند و تا حدودی توان ورودی را کاهش می دهد.

با این حال، اگر ولتاژ، بیش از 110 درصد (تخمینی) نسبت به ولتاژ اسمی باشد، مشخصه مغناطیسی، به سمت اشباع شدن می رود. اشباع شدن، وضعیتی است که در آن پس از اینکه نیروی میدان مغناطیسی به اندازه کافی افزایش یافت، افزایش بیشتر آن، در مواد مغناطیسی هیچ اثری ندارد و تنها می تواند جریان و دما را افزایش دهد. اتلاف هسته، 20 تا 30 درصد بیشتر از حد طبیعی است و می تواند منجر به افزایش دما در ماشین شود.

بنابراین، ولتاژ بالا حتی در کل سروو موتورهای سبک می تواند منجر به عمکلرد در حالت اشباع در منحنی بی-اچ گردد. اشباع در منحنی بی اچ، حالتی است که مواد مغناطیسی، اشباع می شوند و بدیهی است که به دلیل اتلاف مسی در ماشین، برای ایمنی و سلامت آن مناسب نیست. همچنین ضریب توان نیز به شدت کاهش می یابد (که نامطلوب است). بنابراین، افزایش قیمت را در قبض برق شاهد خواهیم بود.

دستکاری نکردن درجه بندی مشخص موتور القایی، کار عاقلانه ای می باشد. در عوض با داشتن شرایط ایمنی می توان آنرا تغییر داد. صورت حساب برق، با میزان مصرفی شما محاسبه می شود. این مسئله به تمایل مالک و ارتباط بین کارکرد و عواقب آن بستگی دارد تا یک انتخاب عاقلانه را داشته باشد.

زمانی که برآورد بار انجام می شود، مقدار اسمی برای هر دلیلی محاسبه شده و انتظار میرود که ماشین در بیشتر طول عمر خود، در مقدار مشخص شده کار کند. عمر تدریجی وسیله شما، طبق انتظار، مطابق منحنی تدریجی نرمال پیش خواهد رفت. اگر نیاز باشد کار بیشتری انجام دهیم، باید معیارها و مشخصات را افزایش دهیم و هزینه های ثابت و متغیر مربوطه را پرداخت کنیم. ضریب توان باید نزدیک ضریب توان واحد حفظ شود. همچنین می توان برای کاهش صورت حساب برق از نصب “تثبیت کننده ولتاژ سروو موتوری یا استابلایزر سروو موتوری” یا محافظ برق خانگی کرد.