انواع ترانسمیتر فشار یا پرشر ترانسمیتر

ترانسیمتر فشار به منظور بهینه سازی عملکرد سیستم های صنعتی و جلوگیری از بروز اختلال در فرآیندها طراحی و تولید شده است در واقع دستگاهی است که فشار را در مایعات، سیالات و یا گازها اندازه گیری می کند و خروجی های سطح پایین از عناصر سنجش فشار را به سیگنال های سطح بالاتر تبدیل می کنند که می توانند از طریق مسافت طولانی برای پردازش و استفاده بیشتر در سیستم های مختلف منتقل شوند. «ترانسمیتر» (Transmitter)، در لغت به معنای فرستنده است. وظیفه ترانسمیترهای فشار، اندازه گیری کمیت ‌های فیزیکی مرتبط با فشار است. ترانسمیترها می توانند از بروز مشکلاتی از قبیل افت جریان، افزایش لرزش، کاویتاسیون، شکست مکانیکی، آلودگی صوتی، بهینه سازی فشار سیستم و استهلاک قطعات جلوگیری کند. وجود ترانسمیتر باعث می‌ شود تا دستگاه‌ های در ارتباط با فشار، عملکرد بهتری داشته باشند و فعالیت آنها با هیچ‌ گونه مشکلی مواجه نشود. ترانسمیترها بر اساس کمیت قابل اندازه‌ گیری به انواع ترانسمیتر سطح، ترانسمیتر جریان، ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر دما، ترانسمیتر موقعیت، ترانسمیتر سرعت، ترانسمیتر pH و غیره تقسیم ‌بندی می ‌شود.

انواع ترانسمیتر فشار

ترانسمیترهای فشار الکترونیکی

ترانسمیترهای فشار پنوماتیک

ترانسمیترهای فشار سنج

ترانسمیترهای فشار مطلق

ترانسمیترهای فشار دیفرانسیل

 

ترانسمیترهای فشار الکترونیکی

برای کمک به اپراتورها در بهبود کارایی فرآیند ترانسمیترهای فشار الکترونیکی

طراحی شده اند که شامل حسگرهای پیزورزیستیو هستند که به جبران فشارهای ساکن کمک می کنند. فرستنده ها را می توان با پروتکل های Foundation Fieldbus و HART® ارائه کرد. این به آنها اجازه می دهد تا اپراتورها را در مورد خرابی یا خاموش شدن احتمالی هشدار دهند.

ترانسمیترهای فشار پنوماتیک

برای اندازه گیری فشار دیفرانسیل از ترانسمیترهای فشار پنوماتیکی استفاده می شود. آنها با سلول های d/p  طراحی شده اند که فشار را اندازه گیری می کنند و یک سیگنال خروجی متناسب را ارائه می دهند. ترانسمیترهای فشار پنوماتیکی دارای محدوده ای از 0 تا 210 کیلو پاسکال هستند.

 

ترانسمیترهای فشار سنج

برای اندازه گیری فشار گیج که سرعتشان هشت برابر بیشتر از فرستنده های فشار معمولی است از ترانسمیترهای فشار سنج استفاده می شود. ترانسمیترهای فشار گیج قابلیت اندازه گیری فشارهای 0.3 تا 10000 psi را دارند. می توان این فرستنده ها را با پروتکل های HART، Profibus PA و Foundation Fieldbus ارائه داد. آنها بین دو تا پنج سال عملکرد پایدار را ارائه می دهند.

 

ترانسمیترهای فشار مطلق

ترانسمیترهای فشار مطلق محدوده اندازه گیری بسیار گسترده ای از 0.07 تا 200 کیلو پاسکال و از 0 تا 10000 psi دارند. این ترانسمیترها سیگنال های خروجی پنوماتیک را پس از انجام اندازه گیری فشار گیج مطلق ارائه می کنند. فرستنده های فشار مطلق در پیکربندی های مختلف مواد مانند فولاد ضد زنگ 316L، آلیاژ C-276 و مواد مرطوب Hastelloy موجود هستند.

 

ترانسمیترهای فشار دیفرانسیل

این ترانسمیترهای می توانند محدوده کالیبره شده ای از 0.5 اینچ H2O تا 2000 psi (1.2 mbar تا 276 bar) داشته باشند. آنها را می توان با پروتکل HART و Foundation Fieldbus ارائه کرد. طراحی های همسطح به فرستنده ها اجازه می دهد تا با انواع مختلفی از منیفولدها، عناصر اولیه و آب‌ بندی دیافراگم یکپارچه شوند.

 

کاربرد ترانسمیترهای فشار

ترانسمیترهای فشار برای هر صنعتی که نیاز به اندازه گیری و کنترل فشار سیالات دارد، مورد استفاده قرار می ‌گیرد. از جمله صنایعی که نیازمند ترانسمیتر فشار هستند عبارت ‌اند از مواد غذایی، نفت و گاز، پتروشیمی، پالایشگاه، تولید مواد شیمیایی، داروسازی، کاغذ سازی، تأسیسات بهداشتی، نیروگاه، تأسیسات سرمایشی و غیره هستند.

اجزای دقت ترانسمیتر فشار

دقت مرجع

اغلب یک عدد دقت “محدود” معمولاً روی جلد بروشور یا در وب سایت جداگانه ذکر شده است. این عدد را می توان “دقت مرجع” یا چیزی مشابه نامید که فقط برخی از بخش های دقت را شامل می شود، نه همه بخش ها. برای مثال فقط خطی بودن، پسماند بودن و تکرارپذیری را شامل می شود.

 

این “دقت در بهترین حالت” شامل تمام اجزای دقت عملی که باید در نظر بگیرید (موقعیت نصب، دمای محیط و غیره) نمی شود. بنابراین، فکر نکنید که این مشخصات همان چیزی است که می توانید در عمل از ترانسمیتر فشار هنگام نصب آن در فرآیند خود انتظار داشته باشید.

 

این “دقت در بهترین حالت” ممکن است برای دقیق ترین محدوده فشار برای دقیق ترین ترانسمیتر های فشار  با اعداد 0.04٪ یا حتی 0.025٪ محدوده باشد.

 

انتخاب یک ترانسیمتر فشار مناسب

1- دقت اندازه گیری :

با توجه به مدارات الکترونیکی، هسته مرکزی و تکنولوژی ساخت سنسور آن، دقت اندازه گیری، این نوع سنسور ها متفاوت است و باید با توجه به نیاز پروسه صنعتی مورد نظر و دقت اندازه گیری، که ترانسمیتر فشار باید داشته باشد، در انتخاب آن در نظر گرفت.

 

2- محدوده فشار :

برای کاربردهای عمومی و صنعتی رنج‌های متفاوتی از فشار وجود دارد. فشارهایی در اندازه هایی پاسکال و میلی بار، وکیوم و فشارهای معمولی برای کاربردهای عمومی،  استفاده می‌شود. و فشار های بالا در مکانیزم ‎‌های خاص صنعتی کاربرد دارد.

 

3- سیگنال خروجی :

برای انتقال عدد فشار اندازه گیری شده با توجه به پروسه مورد نظر و صنعت، نوع کنترلر و نمایشگر و شرایط محیطی ، باید در نظر گرفته شود و برای ارتباط سنسور فشار به کنترلر نویزهای الکتریکی مزاحم و کابل رابط مناسب نیز مدنظر باشد. در اکثر موارد به دلیل عدم نویز پذیری بالا و انتقال در مسافت طولانی از، سیگنال نوع جریانی 4 الی 20 میلی آمپر بیشتر استفاده می‌ شود.

ترانسمیتر فشار چیست ؟

از زمان گالیله، دانشمندان در تلاش برای اندازه گیری فشار بوده اند  و حدس می زدند تقریباً برای سیصد سال آینده، دانشمندان به اکتشافاتی دست خواهند زد که به درک آنها از اندازه گیری فشار کمک می کند. با این حال، تا سال 1930، با اختراع یک کرنش سنج بدون پیوند توسط روی کارلسون، مهندس عمران، گام های بزرگی با فناوری مبدل فشار UPC1 برداشته شد. ترانسمیترهای فشار به عنوان مبدل فشار هم شناخته می شوند، در کاربردهای صنعتی و فرآیندی برای اندازه گیری فشار مایعات، سیالات و گازها در تجهیزات مختلف کاری استفاده می شوند. این فرستنده ها یک جزء حیاتی در صنایع فرآیندی به ویژه صنعت نفت و گاز هستند که با انواع سیالات و گازها سروکار دارند.

اگر بخواهیم تاریخچه ابداع ترانسمیتر فشار را بررسی کنیم:

1930: روی کارلسون اولین کرنش سنج سیم بدون پیوند UPC7 را برای اندازه گیری کرنش در یک سازه بتنی طراحی کرد.

1938: آرتور روگ، مؤسسه فناوری ماساچوست، و ادوارد سیمونز، مؤسسه فناوری کالیفرنیا، به طور مستقل اما به طور همزمان فرآیندی را برای یک گیج فشار سیم پیوندی توسعه دادند. این دو مرد در نهایت با هم برای ثبت اختراع اقدام کردند.

1952: فشار سنج های فویل توسط پیتر جورج اسکات جکسون از Saunders-Roe Ltd اختراع شد. فشار سنج های فویل مزایایی نسبت به گیج های سیم پیوندی، از جمله اتلاف گرما بهتر، پایداری حرارتی بهتر، تکرارپذیری بهتر و هزینه های تولید پایین تر داشتند.

1954: مبدل فشار خازنی توسط کارل اسپولدینگ ساخته شد. این سنسورها راهی برای اندازه گیری فشارهای بسیار کوچک با دقت کافی فراهم می کردند.

دهه 1960: اولین مبدل های لایه نازک با پایداری خوب و هیسترزیس کم ساخته شد. این فناوری امروزه برای اندازه گیری فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرد. در همین حال، اختراعات UPX13 دیافراگم سیلیکونی و سنسور سیلیکونی نیز در اواخر دهه 1960 توسط Art Zias و John Egan از مرکز تحقیقات Honeywell توسعه یافت.

1973: ویلیام پولی از شرکت Bendix یک مبدل خازنی با استفاده از کوارتز طراحی کرد. این امر امکان اندازه گیری محدوده های فشار کمتر را فراهم می کند.

1979: رابرت بل از Kavlico بر اساس فناوری مبدل خازنی ساخته شد تا بدنه کوارتز را با یک بدنه سرامیکی جایگزین کند. این طرح امروزه به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرد.

از 1974 یک مدل ویژه ابداع شد که یکی از ترانسمیترهای خاص سوئیسی می باشد به نام ترانسمیتر keller است که با سنسور فشار کار می کند و برای کیفیت و دقت در فشار ترانسمیترها به کار می رود. همین موارد باعث شده تا keller  به تولید کننده پیشرو دارای گواهی ایزو 2001 مبدل های فشار و ترانسمیترهای فشار تبدیل شود.

ترانسمیترهای فشار انواع مختلفی دارند:

ترانسمیتر فشار به همراه نمایشگر

ترانسمیتر فشار مخصوص محیط های انفجاری

ترانسمیتر فشار تفاضلی

ترانسمیتر فشار هوشمند

ترانسمیتر فشار پایین

ترانسمیتر فشار صنعتی

ترانسمیتر فشار قلمی

 

از جمله ابزارهای اندازه گیری دما به محصولات زیر می توان اشاره کرد که هر کدام کاربرد مخصوص خود را دارند:

گیج فشار

گیج اختلاف فشار

پرشر سوئیچ (سوئیچ فشار)

کالیبراتور فشار

 

گیج فشار:

یک مدل فرستنده فشار سنج (GP) فشار فرآیند را با فشار هوای محلی مقایسه می کند. فرستنده های فشار گیج که دارای پورت هایی برای نمونه برداری از فشار هوای محیط در زمان واقعی هستند. فرستنده های فشار سنج بسیار دقیق امروزی می توانند تحت تأثیر نوسانات فشار محلی قرار گیرند. اندازه گیری های بالاتر از فشار هوای محیط به عنوان یک عدد مثبت نشان داده می شود، در حالی که عدد منفی نشان دهنده اندازه گیری های زیر محیط است. اندازه گیری فشار گیج با حرف “g” به دنبال واحد اندازه گیری قرائت نشان داده می شود (یعنی inH2O(g) یا psig).

نمونه کاربردهای صنعتی این مدل: سطح مخزن باز، فشار خط و فشار پتو در یک مخزن.

 

گیج اختلاف فشار

فرستنده های فشار دیفرانسیل (DP) اختلاف بین دو فشار را اندازه گیری می کنند. آنها از نقطه مرجعی به نام فشار سمت پایین استفاده می کنند و آن را با فشار سمت بالا مقایسه می کنند. درگاه‌های دستگاه با سمت بالا و پایین مشخص می‌شوند. بسته به اینکه ضلع پایین یا بالا مقدار بزرگتر باشد، قرائت DP می تواند منفی یا مثبت باشد. فرستنده DP را می توان به عنوان یک فرستنده فشار سنج استفاده کرد اگر سمت پایین به اتمسفر باز بماند.

کاربردهای صنعتی: سطح مخزن بسته، چگالی، سلامت فیلتر و جریان DP (عنصر ثانویه)

 

پرشر سوئیچ (سوئیچ فشار)

سوئیچ فشار یا پرشر سوئیچ (Pressure Switch)، وسیله ای الکتریکی است که فشار را در هر محیطی اندازه‌ گیری می ‌کند. از پرشر سوئیچ برای تشخیص حضور سیال استفاده می ‌شود. سوئیچ فشار، افزایش یا افت فشار و دستیابی به مقدار فشاری که توسط کاربر مشخص شده است را تشخیص می‌ دهد.

 

کالیبراتور فشار

دستگاهی بسیار مهم است که با استفاده از این دستگاه میتوانیم عملکرد دستگاهای دیگر را بررسی کنیم و به کیفیت آن ها بسنجیم. در این دستگاه فشار نقش بسیار مهمی را در فرایند های مختلف دارد. کالیبراتور فشار دارای دو مدل دیجیتال و آنالوگ است همچنین قادر است تا به صورت دستی و یا رومیزی نیز مورد استفاده قرار بگیرد که در صورت استفاده از دستی بودن آن، این دستگاه قادر است تا ۷۰۰ بار را اندازه گیری کند و قابلیت حمل و نقل را نیز دارد.

 

انواع ترانسمیترهای فشار به شرح زیر است:

ترانسمیتر فشار سنج

فرستنده مطلق

فرستنده فشار دیفرانسیل

ترانسمیترهای فشار چند متغیره

که در اینجا به بررسی دو مدل می پردازیم :

فرستنده مطلق

اندازه گیری فرستنده فشار مطلق (AP) نسبت به فشار خلاء کامل (فشار صفر مطلق). بنابراین، فرستنده های AP تحت تأثیر نوسانات فشار اتمسفر محلی قرار نمی گیرند. تمام اندازه گیری های فشار مطلق مثبت هستند. حرف “a” یا مخفف “abs” در واحد اندازه گیری (یعنی inH2O(abs) یا psia) یک اندازه گیری فشار مطلق را نشان می دهد. این فرستنده دقت بسیار بالایی دارد.

مثال برای کاربردهای صنعتی: هرگونه کاربرد حیاتی ذخیره سازی و تحویل (به عنوان مثال، گازهای سمی) از آنجایی که شرایط جوی می تواند نوسان داشته باشد، ضروری است که این سیستم ها دقیق باشند و از مرجع ایستا استفاده کنند.

 

ترانسمیترهای فشار چند متغیره

یک فرستنده چند حسگر برای زمانی که چندین متغیر وجود داشته باشد استفاده می شود. این مدل می تواند شامل یک کامپیوتر جریان یا RTU باشد. با این مدل می توان دما و جریان حجمی در میان متغیرهای دیگر اندازه گیری شوند. این نوع فرستنده ها به طور گسترده در صنایعی که شامل اندازه گیری جریان گاز و بخار است استفاده می شود.

 

امروزه در بازار بیش از ۵۰ نوع ترانسمیتر فشار وجود دارد که هر کدام از آنها با یک سبک خاص کار می کند. به خاطرهمین تنوع توصیف کردن همه آنها در یک مقاله و توضیح دادن آنها در یک روش کار ممکن نیست. به طور کلی فرستنده ها و ترانسمیترهای فشار می توانند تغییرات فشار در شرایط مختلف را اندازه گیری کنند و آن را به صورت یک عدد دیجیتالی گزارش دهند.

عملکرد ترانسمیتر فشار چگونه است؟

وقتی سیال عبور می کند به پشت المنت اندازه گیری می رسد و تغییرات فشار سیال عبوری به المنت باعث تغییر جریان خروجی می شود و وضعیت سنسور را تغییر می دهد. فشار روی فرستنده فشار به عنوان نیرویی بر دیافراگم عمل می کند.

فشارسنج پیزوالکتریک چیست؟

فشارسنج پیزوالکتریک وسیله ای است که از اثر پیزوالکتریک برای اندازه گیری فشار، شتاب، کرنش یا نیرو استفاده می کند. هنگامی که فشار، نیرو یا شتاب به مواد پیزوالکتریک مانند کریستال کوارتز، سرامیک PZT، تورمالین، فسفات گالیم و سولفات لیتیوم اعمال می شود، یک بار الکتریکی در سراسر کریستال ایجاد می شود که متناسب با نیروی اعمال شده است .هنگامی که به یک کریستال فشار وارد می شود، به طور الاستیک تغییر شکل می دهد. این تغییر شکل منجر به جریان بار الکتریکی می شود (که برای مدت چند ثانیه طول می کشد). سیگنال الکتریکی حاصل را می توان به عنوان نشانه ای از فشار اعمال شده به کریستال اندازه گیری کرد.

اصل کار فشارسنج پیزوالکتریک

همانطور که گفته شد اساس کار ماده پیزوالکتریک به این صورت است که هنگامی که بر ماده پیزوالکتریک نیرویی وارد می شود، بار الکتریکی در سطح کریستال ایجاد می شود. این را می توان به عنوان یک ولتاژ متناسب با فشار اندازه گیری کرد

همچنین یک اثر پیزوالکتریک معکوس وجود دارد که در آن اعمال ولتاژ به ماده باعث تغییر شکل آن می شود.

یک نیروی استاتیک معین منجر به بار متناظر در سراسر سنسور می شود. با این حال، به مرور زمان به دلیل عایق ناقص، مقاومت سنسور داخلی، قطعات الکترونیکی متصل و غیره نشت می کند.

عملکرد فشارسنج پیزوالکتریک

برخلاف مبدل های پیزومقاومتی و خازنی، عناصر حسگر پیزوالکتریک به هیچ منبع ولتاژ یا جریان خارجی نیاز ندارند. آنها یک سیگنال خروجی را مستقیماً از کرنش اعمال شده، تولید می کنند.

خروجی از عنصر پیزوالکتریک یک بار متناسب با فشار است. تشخیص این امر نیازمند تقویت کننده شارژ برای تبدیل سیگنال به ولتاژ است.

برخی از سنسورهای فشارسنج پیزوالکتریک شامل تقویت کننده شارژ داخلی برای ساده سازی رابط الکتریکی با ارائه یک خروجی ولتاژ هستند. این نیاز به برق برای سنسور دارد.

تقویت کننده داخلی استفاده از سنسور را ساده تر می کند. به عنوان مثال، استفاده از کابل های سیگنال بلند را برای اتصال به سنسور ممکن می کند. تقویت کننده همچنین می تواند شامل مدارهای تهویه سیگنال برای فیلتر کردن خروجی، تنظیم دما و جبران تغییر حساسیت عنصر حسگر باشد.

با این حال، وجود قطعات الکترونیکی دمای کار را به بیش از 120 درجه سانتیگراد محدود می کند.

برای محیط های با دمای بالاتر، می توان از سنسور حالت شارژ استفاده کرد. این شارژ تولید شده را مستقیماً به عنوان سیگنال خروجی فراهم می کند. بنابراین برای تبدیل آن به ولتاژ به یک تقویت کننده شارژ خارجی نیاز دارد.

در طراحی و اجرای قطعات الکترونیکی خارجی دقت لازم است. خروجی امپدانس بالای سنسور به این معنی است که مدار به نویز ناشی از اتصالات ضعیف، حرکت کابل، تداخل الکترومغناطیسی و RF حساس است.

پاسخ فرکانس پایین سنسور توسط زمان تخلیه تقویت کننده تعیین می شود.

ساختار فشارسنج پیزوالکتریک

اثر پیزوالکتریک به موادی با عدم تقارن خاص در ساختار کریستالی نیاز دارد. این شامل برخی از کریستال های طبیعی مانند کوارتز یا تورمالین است.

علاوه بر این، سرامیک های فرموله شده ویژه را می توان با قطبش مناسب ایجاد کرد تا آنها را پیزوالکتریک کند. این سرامیک ها نسبت به کریستال های طبیعی حساسیت بیشتری دارند. یک خروجی مفید را می توان با تغییر شکل 0.1٪ تولید کرد.

از آنجایی که مواد پیزوالکتریک سفت و سخت هستند، برای بدست آوردن سیگنال خروجی قابل استفاده، فقط یک انحراف بسیار کوچک از مواد مورد نیاز است. این باعث می شود که سنسورها در برابر شرایط فشار بیش از حد قوی و مقاوم باشند. همچنین به این معنی است که آنها به سرعت به تغییرات فشار واکنش نشان می دهند.

سنسور فشارسنج پیزوالکتریک می تواند تحت تأثیر هر نیروی خارجی وارد بر عنصر پیزوالکتریک باشد، به عنوان مثال، توسط نیروهای ناشی از شتاب یا نویز.

میکروسنسورها را می توان با استفاده از لایه های نازک ساخت. اکسید روی یکی از اولین مواد مورد استفاده بود. به دلیل اثر پیزوالکتریک بزرگتر، سرامیک های ساخته شده از موادی مانند سرب زیرکونات تیتانات (PZT) تا حد زیادی جایگزین آن شده است.

سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) را می توان با ترکیب لایه های نازک پیزوالکتریک با غشاهای سیلیکونی میکروماشین شده ایجاد کرد.

مواد پیزوالکتریک همچنین در برخی دیگر از سنسورهای MEMS استفاده می شود. به عنوان مثال، اثر پیزوالکتریک معکوس برای تولید امواج صوتی سطحی از طریق یک دیافراگم استفاده می شود. سپس اعوجاج سطح تحت فشار را می توان با تغییراتی که در امواج دریافتی توسط عنصر پیزوالکتریک دیگری ایجاد می کند، تشخیص داد.

طراحی فشارسنج پیزوالکتریک

سنسورهای فشارسنج پیزوالکتریک اغلب در یک لوله رزوه‌دار ساخته می‌شوند تا نصب آن‌ها در تجهیزاتی که فشار در آن‌ها نظارت می‌شود، آسان شود. هنگام نصب اینها دقت لازم است زیرا سفت شدن بیش از حد می تواند بر حساسیت خروجی تأثیر بگذارد.

در برخی از کاربردهای معمول سنسورهای فشارسنج پیزوالکتریک ، ممکن است در معرض شوک حرارتی (تغییر ناگهانی دما) ناشی از گرمای تابشی یا جریان گازها یا مایعات داغ از کنار سنسور قرار گیرند.

این می تواند باعث تغییر در خروجی به دلیل گرم شدن کریستال، دیافراگم یا پوشش سنسور شود. توجه داشته باشید که این با حساسیت دمای استاتیک سنسور یکسان نیست.

اثرات شوک حرارتی را می توان با طراحی محفظه و نصب سنسور برای ایجاد ایزوله به حداقل رساند.

حساسیت فشارسنج پیزوالکتریک

خروجی در محدوده وسیعی خطی است، معمولاً با 0.7 KPa – 70 MPa (0.1 – 10000 psi) با دقت حدود 1٪.)

حسگرهای سرامیکی با گذشت زمان در معرض از دست دادن حساسیت هستند. اما این معمولاً بسیار کوچک است. معمولا کمتر از 1% در سال.

همچنین ممکن است هنگامی که برای اولین بار در معرض فشار و دمای بالا قرار می گیرید، حساسیت کمی از دست برود. با چرخاندن سنسور در حداکثر فشار و دمای مورد انتظار قبل از استقرار می توان از اثرات این امر جلوگیری کرد.

پاسخ فرکانسی یک سنسور پیزوالکتریک در فرکانس های پایین کاهش می یابد زیرا بار تولید شده نمی تواند حفظ شود.

در فرکانس های بالا یک پیک مربوط به فرکانس تشدید عنصر پیزوالکتریک وجود دارد. سنسور معمولاً در ناحیه مسطح منحنی پاسخ بین این دو حد استفاده می شود (به زیر مراجعه کنید).

کاربردهای فشارسنج پیزوالکتریک

استحکام، فرکانس بالا و زمان پاسخ سریع سنسورهای فشارسنج پیزوالکتریک به این معنی است که می توان از آنها در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی و هوا فضا استفاده کرد، جایی که در معرض دما و فشار بالا قرار می گیرند.

آنها اغلب برای اندازه گیری فشار دینامیکی، به عنوان مثال در تلاطم، انفجار، و احتراق موتور استفاده می شوند. همه اینها به پاسخ سریع، استحکام و طیف وسیعی از عملیات نیاز دارند.

حساسیت و مصرف کم انرژی آنها نیز آنها را برای برخی از کاربردهای پزشکی مفید می کند. به عنوان مثال، یک حسگر پلاستیکی لایه نازک را می توان به پوست متصل کرد و برای نظارت بر زمان واقعی نبض شریانی استفاده کرد.

مزایا و معایب فشارسنج پیزوالکتریک

یکی از مزایای اصلی سنسورهای فشارسنج پیزوالکتریک، محکم بودن آنهاست. این باعث می شود آنها برای استفاده در انواع محیط های سخت مناسب باشند.

جدا از وسایل الکترونیکی مرتبط، سنسورهای پیزوالکتریک را می توان در دماهای بالا مورد استفاده قرار داد. برخی از مواد تا 1000 درجه سانتیگراد کار می کنند. حساسیت ممکن است با دما تغییر کند اما با انتخاب مناسب مواد می توان این حساسیت را به حداقل رساند.

سیگنال خروجی توسط خود عنصر پیزوالکتریک تولید می شود، بنابراین آنها ذاتاً دستگاه های کم مصرف هستند.

خود عنصر حسگر به تداخل و تشعشعات الکترومغناطیسی حساس نیست. تقویت کننده شارژ و سایر لوازم الکترونیکی باید با دقت طراحی و تا حد امکان نزدیک به سنسور قرار گیرند تا نویز و سایر خطاهای سیگنال کاهش یابد.

سنسورهای پیزوالکتریک را می توان به راحتی با استفاده از مواد ارزان قیمت (به عنوان مثال کوارتز یا تورمالین) ساخت، بنابراین آنها می توانند راه حلی کم هزینه برای اندازه گیری فشار صنعتی ارائه دهند

آشنایی با انواع گیج فشار که یکی از پر کاربرد ترین تجهیزات اندازه گیری فشار.هستند، دارای اهمیت می باشد. از این قطعات در صنایع مختلف برای اندازه گیری فشار مایع و گاز مورد استفاده قرار می گیرند. گیج های فشار بر اساس نوع سیال، نوع کاربری، محیط مورد استفاده.و بسیاری موارد دیگر در انواع بسیار متفاوتی ساخته می شوند. برای مثال گیج های فشار بر اساس تکنیک اندازه گیری فشار در انواع زیر تولید می شوند :

• بوردون تیوب
• دیافراگمی
• اختلاف فشار
• دیجیتال

معرفی انواع گیج فشار

• گیج فشار خشک

گیج فشار خشک یکی از رایج ترین فشار سنج ها در پروژه های تأسیساتی و صنعتی است، گیج های فشار خشک FG در واحدهای صنعتی اهمیت ویژه ایی دارند. درون گیج فشار خشک خالی است.و عقربه نمایشگر، میزان فشار سیال را نشان می دهد. به دلیل لرزش دستگاه های مکانیکی و همچنین لوله.هایی که به فشار سنج متصل هستند، فشارسنج های خشک همیشه مرتعش هستند.و نمی توانند مقدار دقیق فشار سیال را نمایش دهند.

فشار سنج های خشک یکی از انواع گیج فشار هستند.که به عنوان یکی از تجهیزات اندازه گیری فشار، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر هستند. در فشار سنج های خشک به علت ایجاد رطوبت، درون.فضای نمایش دهنده فشار، خواندن مقدار فشار مشکل است.

به طور کلی بدنه گیج های فشار از استیل، آلومینیوم یا کروم ساخته می.شود، اما به طور معمول جنس بدنه گیج های فشار خشک از آلومینیوم می باشد. گیج های فشار خشک در کمپرسور.های هوا، مخازن تحت فشار، لوله و اتصالات، برخی از پمپ ها و بسیاری از ماشین آلات صنعتی کاربرد دارند.

• گیج فشار روغنی

گیج فشار روغنی یکی از انواع گیج فشار می.باشد که همان گیج فشار خشک است.که داخل محفظه آن به وسیله گلیسیرین یا سیلیکون پر شده است. گلیسیرین و سیلیکون باعث می.شوند که لرزش عقربه های فشار سنج گرفته شود.و فشار سنج عدد دقیق تری از فشار را در مقایسه با نمونه گیج فشار خشک نشان دهد.

گلیسیرین و سیلیکون دارای ویسکوزیته بالایی می.باشند و می توانند ارتعاش عقربه فشار سنج را دفع کنند. همچنین اصطکاک حرکت عقربه درون محوطه را کاهش دهند.و باعث بالا بردن راندمان و طول عمر فشار سنج می شوند.

بر اساس تکنیک اندازه گیری فشار

• گیج فشار بوردون تیوب

گیج فشار بردون، از یک لوله خمیده به نام بردون تشکیل شده.است، زمانیکه این لوله در معرض فشار داخلی یا خارجی قرار می گیرد، تغییر شکل می دهد. زمانی که فشار به صورت داخلی اعمال می.شود، لوله از حالت خمیدگی به کشیدگی تغییر شکل پیدا می.کند و وقتی فشار برداشته می.شود به حالت اول بر می گردد. نوک لوله با تغییر فشار داخلی حرکت می کند و به راحتی می.توان آن را بوسیله یک نشانگر یا عقربه به نمایشگر تبدیل کرد.

مهمترین ویژگی لوله های بردون، محدوده کاری وسیع آن است. این نوع روش اندازه گیری برای اندازه گیری فشار.های گیج مثبت و منفی قابل استفاده است، اما دقت آن در شرایط خلاء کاهش پیدا می کند. گیج های فشار نوع بردون، از پرکاربرد ترین گیج ها هستند به دلیل اینکه حساسیت بالا و دقت بسیار خوبی دارند. گیج های فشار بردون، کاربردهای زیادی دارند و از رنج 0 تا 0.6 بار یا 0 تا 1600 بار و در کلاس های دقت 1 الی 4 ساخته می شوند.

• گیج فشار دیافراگمی

گیج های فشار دیافراگمی، از تغییر شکل یک غشاء قابل انعطاف برای اندازه گیری فشار استفاده می کنند. دیافراگم، بخش ورودی سیال به گیج را از بخش داخلی گیج جدا می کند.

مزایای و معایب گیج فشار بوردون تیوب یکی از انواع گیج فشار

مزایا:

• پاسخ سریع، معمولا 0.1 ثانیه برای تمام رنج ها
• حساسیت بالا
• محدوده یا رنج کاری وسیع
• قیمت مناسب
• اندازه گیری مستقیم فشار

معایب:

• یکی از انواع گیج فشار است که فقط برای نمایش فشار به صورت محلی یا Local قابل استفاده است.
• در تمام رنج ها در حدود 0.5 درصد، غیر خطی هستند.که می تواند به صورت مکانیکی یا الکترونیکی جبران شود.
• در فرآیندهایی که فشار به صورت تناوبی اعمال می.شود، هیسترزیس در حدود 0.2 تا 0.5 دارد، این محدوده هیسترزیس با تدابیر حرارتی قابل جبران است.
• نسبت به تغییرات دمایی حساس است. با به کارگیری جبران سازهای بی متال یا استفاده از مواردی که به تغییرات دما حساس نیستند می.توان آن را کاهش داد.
• زمانیکه در معرض شوک و یا لرزش قرار می گیرند از عمر مفید آن ها کاسته می شود.
• سیستم اندازه گیری که با استفاده از لوله بردون کار می.کند اگر برای هوا کالیبره شده باشد.باید برای هوا استفاده شود و اگر برای مایع کالیبره شده باشد، مناسب استفاده برای مایع می باشد.
• این نوع اندازه گیری در فرآیندهایی که ایجاد شوک وجود دارد.و همچنین در فرآیندهای سریع دارای محدودیت است.

مطالب مرتبط

معرفی انواع فشار سنج های صنعتی

کلید محافظ جان

کلید مینیاتوری

سافت استارتر

دژنکتور (Disjoncteur) چیست؟

موضوع این مقاله در رابطه با انواع فشارسنج صنعتی می ‌باشد. در بسیاری از صنایع اندازه‌ گیری دقیق و سریع فشار بسیار مهم است. چرا که یکی از موارد تاثیر گذار در عملکرد صحیح دستگاه.ها مقدار حداکثر فشار قابل ‌تحمل توسط آن ها می ‌باشد.

به‌ همین دلیل داشتن وسیله و یا ابزاری که بتواند بر اساس شرایط محیطی و استاندارد هایی که وجود دارد.میزان فشار را اعلام کند، از اهمیت زیادی برخوردار است. نحوه عملکرد فشارسنج‌ های صنعتی به‌ گونه ‌ای است که می.توانند میزان فشار وارد شده به سیستم را به‌ صورت آنالوگ و یا دیجیتالی اندازه‌ گیری کنند.

خوب است بدانید.که انجام این کار با انواع فشارسنج صنعتی در کوتاه ترین زمان ممکن انجام می‌.شود و با بالاترین دقت اندازه‌گیری همراه است. فشارسنج‌ های الکتریکی معمولا برای بیمارستان‌ ها، آزمایشگاه ‌ها، سیستم ‌های گرمایشی، سیستم های تهویه و بسیاری از موارد دیگر کاربرد دارند.

دسته دیگری از فشا رسنج ‌ها وجود دارند.که به فشار سنج تفاضلی و یا فشار سنج دیفرانسیلی معروف هستند. البته این فشارسنج ‌ها را به نام فشار سنج دیجیتال صنعتی هم می.شناسند که قابلیت اندازه‌ گیری و مقایسه فشار دو یا چند نقطه را دارد. در ادامه این مقاله شما را با انواع مختلف این دستگاه‌ ها آشنا خواهیم کرد.پس با ما همراه باشید.

معرفی انواع فشارسنج صنعتی

• فشار سنج هیدرواستاتیکی

در این دسته از فشار سنج‌ ها میزان فشار وارد شده.به روش هیدرواستاتیکی اندازه‌ گیری می ‌شود. یکی از مزیت ‌های این فشار سنج طراحی آن می.باشد که می.تواند به ‌صورت خطی انجام شود. در مقابل این مزیت یکی از عیب ‌های این فشار سنج ‌ها پاسخ دینامیکی بسیار ضعیف می ‌باشد.

فشارسنج هاي هيدرواستاتيکي میزان فشار را با نيروي هيدرواستاتيکي که بر.واحد سطح در پائين ‌ترين موقعيت ستون سيال که درون یک لوله قرار دارد، مقايسه مي ‌کند.

• فشار سنج پیستونی

نام دیگر این فشار سنج‌ ها آزمونگر بارراکد است. خوب است بدانید.که این فشار سنج‌ ها از میزان دقت بالایی برخوردار هستند. به ‌همین دلیل به ‌عنوان استاندارد ترین فشار سنج برای اندازه.گیری سایر دستگاه‌ های اندازه ‌گیری فشار استفاده می ‌شوند. فشار سنج هاي نوع پيستوني بر اساس ايجاد.توازن بين فشار يک سيال با جرم يک جسم جامد يا نيروي کشش فنر کار مي ‌کند.

فشار سنج ‌های ستون مایع

یکی از انواع فشارسنج صنعتی فشار سنج‌ های ستون مایع می.باشند که به‌ صورت U شکل هستند و نصف این لوله U شکل از مایع پر شده ‌است. دو انتهای این لوله تحت فشار های مختلف می.باشد که یک طرف آن به فشار تحت اندازه‌ گیری و طرف دیگر آن به فشار اتمسفر و یا خلاء وصل می‌ شود. فشار اتمسفر و یا خلاء جزو فشار های مرجع هستند.

نحوه اندازه‌ گیری فشار در این دستگاه با توجه به اختلاف سطح مایع در دو طرف لوله ‌های U شکل انجام می ‌شود. نحوه عملکرد این فشار سنج به این صورت است.که اختلاف فشار بین دو طرف لوله باعث بالا و پایین شدن مایع می‌ شود و تا زمانی‌ که ستون مایع با این اختلاف فشار در تعادل قرار نگیرد، ثابت نخواهد شد.

مایع داخل لوله U شکل معمولا از جیوه است. دلیل این‌ موضوع چگالی بالا و فشار بخار پایین جیوه می ‌باشد. البته در زمانی ‌که اختلاف فشار خیلی کم و یا خیلی زیاد باشد از فشار بخار آب معمولی استفاده می.شود که در این حالت واحد اندازه ‌گیری اینچ آب است.

خوب است بدانید که این نوع فشار سنج‌ ها پاسخ دینامیکی بسیار ضعیفی دارند، علی‌ رغم آن که فشار اندازه ‌گیری شده در این نوع دستگاه‌ ها به ‌صورت خطی می‌ باشد. زمانی ‌که از این فشار سنج برای اندازه‌ گیری فشار مایعات استفاده می‌.شود حتما باید از گاز و یا یک سیال بسیار سبک جهت مخلوط نشدن مایع تحت اندازه‌گیری و مایع درون دستگاه استفاده شود.

فشار سنج های مکانیکی یکی از انواع فشارسنج صنعتی

به این مدل از فشار سنج ‌ها آنرويدي به ‌معنای بدون سیال نیز می.گویند که به ۲ نوع زیر تقسیم‌ بندی می‌ شوند:

• فشار سنج ‌های بردونی: در این نوع از فشار سنج‌ ها برای اندازه.گیری فشار از بردون که یک سنسور اندازه‌ گیری می‌ باشد، استفاده می ‌شود. این دسته از فشار سنج ‌ها دارای یک.لوله به شکل C هستند. در انتهای یک طرف این لوله C شکل یک سوزن وصل شده.است که میزان تغییرات فشار را می.تواند نمایش دهد.
• فشار سنج‌ های دیافراگمی: در این نوع از فشارسنج‌ ها میزان فشار با توجه به اختلاف.فشار بین دو طرف فشار سنج به دست می ‌آید. معمولا یک ‌طرف این فشار.سنج به فشار مرجع مانند اتمسفر و خلا متصل است.و طرف دیگر آن با فشار تحت اندازه ‌گیری در ارتباط می ‌باشد.

انواع فشار سنج‌ های دیجیتالی و الکتریکی

• فشارسنج پیزو مقاومتی.یکی از انواع فشارسنج صنعتی
• فشار سنج خازنی
• فشارسنج پیزو الکتریک
• فشار سنج نوری
• فشارسنج پتانسیومتری
• فشار سنج تشدیدی
• فشارسنج هدایت حرارتی
• فشار سنج يونيزاسيون

مطالب مرتبط

کلید محافظ جان

کلید مینیاتوری

سافت استارتر

دژنکتور (Disjoncteur) چیست؟

گیج فشار و انواع آن

کلید محافظ جان چیست؟

کلید محافظ جان یکی از انواع کلید های حفاظتی برقی می باشد که برای حفاظت اشخاص و تجهیزات، در یک سیستم برقی مورد استفاده قرار می گیرد. کلید محافظ جان، که در چند تیپ مختلف ارائه می شود (در ادامه مطلب به انواع آن اشاره خواهد شد)، یکی از ایمن ترین کلیدهای حفاظت برای تشخیص و قطع جریان نشتی برق و همچنین جلوگیری از ایجاد شوک ناشی از تماس غیر مستقیم با برق می باشد.

تصویر زیر یک شماتیک ساده از مدار داخلی کلید های محافظ جان را نشان می دهد:

نحوه عملکرد این کلید به این صورت است که از مقایسه اختلاف بین جریان رفت و جریان برگشت در صورت وجود اختلاف بین جریان رفت و جریان برگشت مدار را قطع می کند. به زبان ساده تر، این کلید جریان ورودی به دستگاه و جریان خروجی از آن را اندازه گیری می کند. در حالت عادی مقدار جریان رفت با جریان برگشت برابر است. ولی اگر اختلافی وجود داشته باشد، این اختلاف جریان می تواند به دلیل وجود اتصال بین هریک از سیم های فاز یا قسمت های الکتریکی مدار با بدنه باشد که به اصطلاح نشتی جریان گفته می شود. در صورت وجود نشتی جریان، کلید محافظ جان این نشتی جریان را تشخیص و مدار را قطع می کند. این مقدار جریان های نشتی کوچک توسط کلید مینیاتوری شناسایی نمی شوند و در ساختمان سبب آتش سوزی شده و یا برای کاربر ایجاد برق گرفتگی می کنند. کلیدهای محافظ جان در صورت وقوع جریان نشتی در کسری از ثانیه و به سرعت عمل کرده و مدار را قطع می کنند.

به کلید محافظ جان، کلید جریان تفاضلی، کلید جریان باقیمانده و کلید جریان دیفرانسیلی نیز می گویند.

انواع کلید های محافظ جان

(RCD (Residual Current Device اسم کلی کلیدهای محافظ جان است که شامل دو نوع زیر می شود.

کلید های RCCB

RCCB مخفف عبارت Residual Current Circuit Breaker می باشد، به معنای لغوی کلیدهای قطع جریان نشتی، RCD هایی هستند که حفاظت اضافه بار ندارند. وظیفه آنها فقط حفاظت در برابر جریان نشتی می باشد.

کلید های RCBO

RCBO مخفف عبارت Residual Current Circuit Breaker With Over Protection، به معنای لغوی کلید های قطع جریان نشتی با حفاظت اضافه بار می باشند. این کلید ها علاوه بر حفاظت جریان نشتی که وظیفه اصلی آنهاست، حفاظت در برابر جریان اضافه بار را نیز بر عهده دارند. کلمه RCBO بیشتر در اروپا رواج دارد.

نام دیگر کلید RCBO که در ایالت متحده و کانادا رایج است، GFCI می باشد که سرنام عبارت Ground Fault Circuit Interrupter است. به کلید RCBO، کلید محافظ جان ترکیبی نیز می گویند.

الزامات استفاده از کلید محافظ جان

امروزه مطابق با استانداردهای ایمنی ساختمان، وجود کلید محافظ جان در تمامی مدارها الزامی است.

چهار منطقه در ساختمان وجود دارد که وجود کلید محافظ جان یا RCD در آنها الزامی است. این مناطق عبارتند از:

1. تابلو برق ورودی: وجود کلید محافظ جان، تابلو برق را از خطراتی مانند آتش سوزی ناشی از اتصال کوتاه و اضافه بار محافظت می کند.

2. سوییچ ها و پریزها: تمام سوییچ ها و پریزهای موجود در سیستم برای خطراتی نظیر برق گرفتگی کاربر، باید مجهز به کلید حفاظت جان باشند.

3. سرویس بهداشتی و حمام و کلیه مناطق مرطوب: به طوری که کلیه سوییچ ها و پریزهای سرویس بهداشتی باید توسط کلیدهای نشتی جریان محافظت شده باشند. چون در محیط های مرطوب، هنگامی که پوست بدن خیس است، بدن به شدت به جریان الکتریکی حساس است.

عملکرد کلید محافظ جان

طبق بند 1-6-2-5-13 از مبحث 13 کتاب نظام مهندسی ساختمان، از انواع کلیدها یا وسایل حفاظتی جریان باقیمانده می توان برای قطع مدار تغذیه در صورت تماس یکی از هادی های برق دار مدار با یکی از موارد زیر استفاده نمود:

1. بدنه های هادی لوازم و تجهیزات برقی
2. هادی های بیگانه که در تماس با زمین می باشند.
3. هرگونه نشت جریان از مدار به زمین

این بدان معناست که هرگاه یکی از موارد فوق اتفاق بیفتد، محافظ جان عمل کرده و مدار را قطع می کند. به عنوان مثال: در صورت اتصال بخشی از بدن انسان با تابلو برق، به دلیل اتصال بدن با زمین سبب می شود نشتی جریان از بدن انسان عبور کرده و کلید محافظ جان به سرعت عمل می نماید. کلیدهای محافظ جان در واحدهای ساختمانی و تجاری و اکثر تابلوهای برق به منظور حفاظت در برابر برق گرفتگی و خطرات ناشی از نشتی جریان مانند خطر آتش سوزی، به کار برده می شوند.

بر روی این کلیدها یک عدد دکمه تست کلید وجود دارد که در صورت سالم بودن کلید، هنگامی که ولتاژ ورودی برقرار باشد و کلید محافظ جان در حالت وصل قرار داشته باشد، با فشار دادن دکمه تست کلید قطع می گردد و می توان از سالم بودن کلید اطمینان حاصل کرد.

کلیدهای محافظ جان با رنج حساسیت های از 10 تا 500 میلی آمپر ساخته می شوند اما به صورت متداول با حساسیت های 30 میلی آمپر و 300 میلی آمپر مورد استفاده قرار می گیرند.

شرایط استفاده از کلیدهای محافظ جان

1. کلیدهای محافظ جان با قدرت قطع اتصال کوتاه های 6 کیلو آمپر و 10 کیلو آمپر و تحت دمای کاری 35- تا 70+ درجه سلسیوس موجود می باشند.
2. کلیدهای RCCB حفاظت اتصال کوتاه و اضافه بار ندارند به همین دلیل قبل از RCCB ها در مدار از کلید مینیاتوری استفاده می گردد.
3. کلیدهای محافظ جان در آمپرهای 6 الی 100 آمپر ساخته می شوند.
4. در واحدهای ساختمانی یا مصارف تکفاز از کلید محافظ جان دوپل و در واحد های صنعتی یا کاربری های سه فاز از کلیدهای محافظ جان 4 پل استفاده می گردد.
5. میزان حساسیت یا جریان قطع خودکار کلیدهای محافظ جان از 10 تا 500 میلی آمپر با مدت زمان قطع تا حداکثر 150 میلی ثانیه می باشد.

مشخصات و علائم ظاهری روی کلید محافظ جان

• ترمینال ها با شماره های فرد (ترمینال های بالای کلید): ورودی کلید
• ترمینال ها با شماره های زوج (ترمینال های پایین کلید): خروجی کلید
• In: جریان نامی مدار
• Ixn: جریان حساسیت به نشت محافظ جان
• Un: ولتاژ نامی مدار
• دکمه Test: جهت بررسی عملکرد کلید
• علامت 1 ↔ O: علامت 1 نشان دهنده وصل بودن کلید و علامت 0 نشان دهنده قطع بودن کلید است.
• ترمینال N: معمولا ترمینال مخصوص نول را با حرف N روی کلید علامت گذاری می کنند.
• در پشت کلید یک فضای خالی وجود دارد که مناسب برای قرار گیری روی ریل است.
• نشانگر: روی برخی از کلیدهای محافظ جان، یک نشانگر وجود دارد که نشان دهنده وضعیت خاموش یا روشن بودن کلید است.

نکته: معمولا نقشه فنی کلیدهای محافظ جان بر روی آنها به صورت شماتیک کشیده شده است.

نحوه نصب کلید محافظ جان

کلیدهای محافظ جان به عنوان یک محافظ نشتی جریان با دقت بالا در ابتدای خط هر فیدر (تغذیه) قرار می گیرند و در دو مدل دو پل و چهار پل می باشند. در مدل دو پل دو سیم فاز و نول به قسمت ورودی کلید وصل می شوند. نمونه یک کلید RCCB تکفاز، در شکل زیر نشان داده شده است:

این کلید شامل دو ورودی برای فاز و نول می باشد. معمولا یک کلید بر روی RCCB برای تغییر حالت کلید به روشن و خاموش تعبیه می شود. یک کلید تست نیز بر روی کلید وجود دارد.

در مدل چهار پل نیز سه فاز ورودی به همراه نول وارد کلید می شوند و خروجی کلیدها به قسمت بعدی مدار وصل می شوند. تصویر زیر یک نمونه کلید RCCB چهار پل را نشان می دهد:

به این صورت فاز با نول و فاز با فاز ایزوله می شوند و در صورت وجود نشتی جریان کلید محافظ جان عمل می کند و به اپراتور امکان بررسی و رفع مشکل نشتی جریان در تابلو برق را می دهد. تصویر زیر نحوه سیم بندی را در کلید های RCCB 2 پل و 4 پل نمایش می دهد:

مطابق با بند 5-6-2-5-13 مبحث 13 کتاب نظام مهندسی ساختمان، کلید یا وسیله حفاظتی جریان باقیمانده باید آخرین وسیله ای باشند که در طرف مصرف مدار، یعنی بعد از کلید مجزا کننده، فیوز و کلید خودکار (هرکدام که وجود داشته باشند)، نصب می شوند.

این کلیدها را در سیستم هایی با سیم کشی سنتی (بدون هادی حفاظتی PE) استفاده نمی کنند و در کل استفاده از این کلیدها در سیستم برق کشی TN-C که فاقد هادی حفاظتی است به طور کلی ممنوع است؛ زیرا در سیستم TN-C، جریان رفت و برگشت در زمان اتصال بدنه یکسان است و این کلید قادر به تشخیص این اتصال نیست. تنها با اضافه کردن هادی حفاظتی به مدار و تبدیل TN-C به TN-S مجاز به استفاده از کلیدهای جریان باقیمانده هستیم.

باید این نکته را در نظر داشت که استفاده از کلیدها یا وسایل حفاظتی جریان باقیمانده، نصب وسایل حفاظتی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه را منتفی نمی کند و حتما باید همراه با وسایل حفاظتی دیگر مانند فیوز و کلید مینیاتوری نصب گردند.

مطالب مرتبط

کلید مینیاتوری

سافت استارتر

دژنکتور (Disjoncteur) چیست؟

گیج فشار و انواع آن

کلید مینیاتوری چیست؟

کلید مینیاتوری یا همان MCB مخفف واژه Miniature Circuit Breaker یک کلید الکترومکانیکی خودکار می باشد و تجهیزی است که مصرف کننده را هم در برابر خطای اتصال کوتاه و هم جریان اضافه بار حفاظت می کند و به علت خودکار بودن، بعد از قطع شدن، مجدد به مدار باز می گردد. کلیدهای مینیاتوری غیر قابل تنظیم بوده و می توانند هم به صورت مغناطیسی و هم به صورت حرارتی عمل کنند.

محصولات کنتاکتور های برند ABB را ازینجا ببینید : کنتاکتور ها

طریقه عملکرد کلید مینیاتوری

1. عملکرد الکترومغناطیسی

همان طور که می دانیم اتصال کوتاه یک نوع خطا است که در صورت وقوع آن جریان بسیار بالایی از مدار عبور می نماید و این جریان بسیار زیاد سبب ایجاد حرارت بسیار بالا و شوک به مدار می گردد و گاها سبب آتش سوزی و از بین رفتن مدار و مصرف کننده می گردد. از این رو لازم است تجهیزی جهت تشخیص و حفاظت از مدار جهت جدا کردن قسمت آسیب دیده از سالم به کار برده شود. کلید مینیاتوری این جریان اتصال کوتاه را از طریق یک سیم پیچ با تعداد دور کم و قطر زیاد تشخیص می دهد.

نمای داخلی سیستم عملکرد مغناطیسی داخل مینیاتوری

2. عملکرد بی متال

تشخیص جریان اضافه بار نیز در کلید مینیاتوری همانند بسیاری از تجهیزات دیگر از طریق دو قطعه فلز نیمه هادی (بی متال) صورت می پذیرد، به طوری که هرچه جریان بیشتری از طریق مصرف کننده (بار) کشیده شود فلز گرم تر شده و در نتیجه خم می شود و ارتباط مدار قطع می گردد.

رنج جریانی کلیدهای مینیاتوری از 2 الی 100 آمپر می باشد و به صورت تک فاز و سه فاز و در انواع  تک پل، دو پل، سه پل، و چهار پل و معمولا تا قدرت قطع 16 کیلوآمپر موجود هستند.

به دلیل رنج قطع محدودی که کلیدهای مینیاتوری دارند، برای حفاظت از بارهایی که جریان اتصال کوتاه بالایی دارند مناسب نیستند، در اینگونه بارها از کلیدهای اتوماتیک کمپکت استفاده می گردد که جریان قطع اتصال کوتاه بالاتری دارند.

نحوه انتخاب کلید مینیاتوری مناسب

کلیدهای مینیاتوری شامل تقسیم بندی های مختلفی هستند. که این تقسیم بندی ها بر اساس سرعت قطع و تعداد پل آنها انجام می شود. در هنگام انتخاب کلید مینیاتوری باید بسته به نوع کاربرد و نوع حفاظت مورد نیاز، کلیدی انتخاب شود که علاوه بر قطع تمام جریان های ناخواسته، حفاظت لازم را برای سیستم فراهم کند، در غیر این صورت خسارت های زیادی به تجهیزات، مدارات و جان انسان ها وارد می شود.

دسته بندی کلیدهای مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری بسته به محدوده قطع جریان آنها به دو دسته تندکار و کندکار تقسیم می شوند که این تقسیم بندی تیپ کلیدها را تعیین می کند.

کلیدهای تندکار محدوده قطع جریان کمتری دارند و بعد از احساس اضافه جریان، با تاخیر بسیار کمی، مسیر جریان اضافه را قطع می کنند. ولی کلیدهای کندکار، نسبت به کلیدهای تندکار، محدوده قطع جریان آنها بیشتر بوده و سرعت قطع ملایم تری دارند، با تاخیر بیشتری عمل می کنند و طبیعتا در اضافه جریان بیشتری فرمان قطع را صادر می کنند. از این دسته از کلیدها بیشتر برای حفاظت مدارات موتوری استفاده می شود، زیرا در این مدارات جریان راه اندازی بالاست و علت کارگذاری کلید مینیاتوری کندکار این است که تاخیر در عملکرد آنها باعث قطع سریع موتور به محض راه اندازی نشود.

کلید مینیاتوری تیپ B (تندکار)

برای تجهیزاتی به کار می روند که ضریب اتصال کوتاه پایین تری دارند. این مینیاتوری ها به سرعت با تشخیص اضافه بار به حالت قطع می روند. همچنین این کلیدها در جریان اضافه بار لحظه ای بین 3 تا 5 برابر جریان نامی و در زمان مشخص، جریان خروجی را قطع می کنند. در مصارف خانگی و روشنایی و همچنین در سیستم های IT و TN به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ روشنایی نیز می گویند.

کلید مینیاتوری تیپ C (کندکار)

برای مصارف خانگی و موتوری مانند موتورهای القایی و موتورهای با توان کم و جریان های راه اندازی پایین و هم چنین بارهای با ضریب اشباع پایین مثل موتور کولر گازی یا پمپ های آب خانگی به کار می روند. این کلیدها نیز مدار را در جریان های اضافه بار بین 5 تا 10 برابر جریان نامی قطع می کنند و محدوده قطع جریان در این تیپ کلید، نسبت به تیپ B بیشتر است.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ موتوری نیز می گویند.

کلید مینیاتوری تیپ D  (خیلی کندکار)

برای بارهای با ضریب اشباع بالاتر مانند ترانسفورماتورها، دستگاه های X-Ray در بیمارستان ها و یا دستگاه های جوش، از کلیدهای مینیاتوری تیپ D استفاده می گردد. جریان قطع اضافه بار لحظه ای در این کلیدها بین 10 تا 20 برابر جریان نامی است، پس می توان نتیجه گرفت که محدوده قطع جریان در این تیپ کلیدها از همه تیپ ها بیشتر است.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ ترانسفورماتوری یا ترانسفورمری نیز می گویند.

نکته قابل توجه در مورد این کلید مینیاتوری این است که این کلید را نباید در کاربری های خانگی به کار برد، چون برای تجهیزات با جریان نوسان بالا طراحی شده است و به کار بردن آن در کاربری های خانگی هیچ حفاظتی را برای ما فراهم نمی کند.

کلید مینیاتوری تیپ K

برای حفاظت در مدارات قدرت ترانس ها و موتورها به کار می رود. این نوع کلیدهای مینیاتوری نسبت به اضافه بار یا جریان اضافی در مقایسه با تیپ D حساسیت بیشتری دارند و در صورت بیشتر شدن جریان از 8 تا 10 برابر جریان نامی به سرعت کلید عمل کرده و مدار را قطع می کند. این کلیدها برای موتورهای زیر بار، هم چنین برای مدارات سلفی و بارهای موتوری با جریان هجومی بالا مطلوب هستند. در اتصال کوتاه منحنی قطع آن بین تیپ های D و C است.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ قدرت نیز می گویند.

کلید مینیاتوری تیپ Z

این تیپ، حساس ترین تیپ از خانواده کلیدهای مینیاتوری می باشد، حساسیت این نوع کلید از سایر تیپ ها بیشتر است و در حالتی  که جریان عبوری بین 2 تا 3 برابر بیشتر از جریان نامی باشد، در سریع ترین زمان جریان اتصال کوتاه و جریان اضافه بار را قطع می کند. به دلیل اینکه این کلیدها جریان های نشتی ضعیف را نیز حس می کنند، معمولا از این کلیدها در مدارهای ارزشمند و با حساسیت بالا و هم چنین جهت حفاظت  مدارات PLC و بردهای الکترونیکی استفاده می شود.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ حساس نیز می گویند.

جریان های مشخص شده روی کلید مینیاتوری

دو نوع جریان در کلید های مینیاتوری وجود دارد، که در هنگام انتخاب مینیاتوری بسته به نوع کاربری، باید به آنها دقت شود. این جریان ها عبارتند:

• جریان لحظه ای: جریانی است که در یک لحظه ی کوتاه (کمتر از 1 ثانیه) کلید مینیاتوری می تواند آن را تحمل کند و معمولا بزرگی آن 3000 یا 6000 آمپر است که بر روی کلید درج شده است. این جریان همان قدرت قطع کلید مینیاتوری است. (قدرت قطع، ماکزیمم میزان جریانی است که کلید تا قبل از منهدم شدن می تواند تحمل کند و از آن مقدار به بعد، در صورت قطع نشدن کلید، کلید منهدم می شود.)
• جریان نامی: میزان جریان مجازی که کلید می تواند در کارکرد نرمال خود به صورت مداوم تحمل کند بدون اینکه قطع شود را جریان نامی می نامند و در صورتی که جریان عبوری از مدار از این عدد بیشتر شود، مدار توسط مینیاتوری قطع می گردد. ماکزیمم جریان نامی بر روی کلیدهای مینیاتوری نوشته شده است.

اجزای مختلف یک کلید مینیاتوری

در شکل زیر اجزای مختلف یک کلید مینیاتوری نمایش داده شده است که به صورت زیر می باشد:

1. اهرم قطع و وصل
2. بازوی متحرک
3. کنتاکت اصلی جریان خروجی
4. ترمینال های قدرت (ترمینال های ورود و خروج)
5. فلز بیمتال
6. پیچ کالیبراسیون محدوده عملکرد
7. سیم پیچ قطع
8. جرقه گیر (جهت رفع قوس به وجود آمده در اثر قطع جریان مدار)

اجزای داخلی کلید مینیاتوری

حفاظت های کلید مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری به جهت انواع حفاظت هایی که انجام می دهند، با کاربری های متفاوتی در مدارات به کار می روند. این حفاظت ها عبارتند از:

• حفاظت مغناطیسی از مدارات در برابر اتصال کوتاه
• حفاظت حرارتی از مدارات در برابر اضافه بار
• حفاظت از تجهیزات مدار مانند کابل ها و غیره، در برابر آتش سوزی
• حفاظت از جان انسان در برابر تماس غیرمستقیم با سیستم های زمین (هنگامی که همراه با کلید محافظ جان به کار می رود، این حفاظت را انجام می دهد.)
• حفاظت از قسمت سالم مدار با جداسازی بخش آسیب دیده مدار از سایر بخش های مدار

کاربرد کلید مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری با توجه به حفاظت هایی که انجام می دهند، کاربری های بسیاری دارند و به طور کلی می توان کاربردهای کلید مینیاتوری را در موارد زیر خلاصه کرد:

• انتهای خط توزیع سیستم های ولتاژ ضعیف
• در ورودی تابلو برق های خانگی
• حفاظت مصارف روشنایی ساختمان ها
• حفاظت مدارات موتورهای الکتریکی
• کاربردهای صنعتی نظیر مدارات قدرت موتورها و ترانسفورماتورها
• سیستم های گرمایشی
• حفاظت از مدارات ترانسفورماتورهای الکتریکی
• حفاظت مدارات PLC
• حفاظت از قطعات نیمه هادی
• همراه با کلید حفاظت جان برای قطع کردن جریان نشتی مدارات به کار می رود.

مزایای استفاده از کلید مینیاتوری (MCB) به جای فیوز (Fuse)

1. فیوزها بعد از قطع خطای مدار، مجددا قابل استفاده نبوده و باید تعویض و یا تعمیر شوند. ولی کلیدهای مینیاتوری، بلافاصله بعد از قطع خطای مدار، بعد از اصلاح خطا، مجدد قابل استفاده هستند.
2. دقت قطع در کلید مینیاتوری به مراتب بالاتر از فیوز است.
3. کلیدهای مینیاتوری قادر هستند جریان های نشتی بسیار کوچک را که توسط فیوز قابل تشخیص نبوده، ولی می توانند سبب برق گرفتگی، آتش سوزی و غیره شوند را، قطع کنند.
4. کلیدهای مینیاتوری دو عمل حفاظت و کنترل را همزمان انجام می دهند و این یعنی به جای یک کلید + فیوز در مدارات به کار می روند.
5. هزینه اولیه کلیدهای مینیاتوری در مقایسه با فیوزها بالاتر است، ولی به علت استفاده طولانی مدتی که می توان از کلید مینیاتوری انجام داد، در یک بازه زمانی بلند مدت، استفاده از کلیدهای مینیاتوری بسیار به صرفه تر از فیوزهاست.
6. به علت سوختن فیوز در برابر اتصالی های مدار، مشکلات نصب و دردسرهای تعویض و غیره در هنگام استفاده، استفاده از کلید مینیاتوری به مراتب راحت تر از فیوز است.

مفهوم علائم ظاهری روی کلیدهای مینیاتوری

1. شرکت سازنده
2. سری ساخت (نام خانواده) کلید مینیاتوری توسط شرکت سازنده
3. تیپ کلید مینیاتوری
4. حداکثر جریان نامی قابل تحمل توسط کلید مینیاتوری (آمپر)
5. نمایشگر کلید (رنگ قرمز نشان دهنده حالت On و رنگ سبز نشان دهنده حالت Off کلید مینیاتوری می باشد.)
6. ولتاژ نامی کلید (بر حسب ولت)
7. استاندارد کلید
8. قدرت قطع کلید (بر حسب آمپر)
9. شماتیک کلید مینیاتوری که نشان دهنده تعداد پل و نوع اتصال داخلی پایه ها به هم و هم چنین نشان دهنده ورودی و خروجی کلید است. طبق نقشه فوق، پایه شماره 1، ورودی و پایه شماره 2، خروجی است.

نحوه تست کلید مینیاتوری

تست کلید مینیاتوری بسیار ساده است و برای این کار لازم است ابتدا کلید مینیاتوری مطابق با نقشه اتصال آن، در مدار بسته شود. سپس جریانی بالاتر از جریان مجاز آن، به آن وارد می کنیم. در صورتی که مینیاتوری سالم باشد، قطع می کند و با همین روش ساده می توانیم سالم بودن یا نبودن کلید را تشخیص بدهیم.

* نکته بسیار مهم و قابل توجه در مبحث کلیدهای مینیاتوری این است که اطلاق واژه فیوز مینیاتوری و یا به کار بردن واژه فیوز به تنهایی به منظور کلید مینیاتوری، اصطلاح غلط و غیر علمی ای است که امروزه متاسفانه بسیار زیاد رایج شده و به کار برده می شود. چون امروزه به دلایل مزایای بسیار زیادی که کلید مینیاتوری نسبت به فیوز دارد، در جعبه فیوز یا همان جعبه مینیاتوری منازل، به جای فیوز از کلید مینیاتوری استفاده می کنند. از این رو، برخی به غلط، واژه فیوز یا فیوز مینیاتوری را در مورد آن به کار می برند.

همانطور که می دانیم فیوز تجهیزی است که دارای المان ذوب شونده است و این المان ذوب شونده، بعد از یکبار عمل کردن برای قطع مدار، ذوب شده و دیگر عمل حفاظتی را انجام نمی دهد و از مدار خارج می شود. از این رو به فیوز، ادوات یکبار مصرف نیز می گویند. ولی کلید تجهیزی است که برای قطع و وصل های مکرر و یا طولانی مدت به کار می رود و بعد از قطع شدن، می تواند مجدد وصل شده و در مدار قرار بگیرد و عمل حفاظت را انجام دهد.

جعبه فیوز یا جعبه مینیاتوری

جعبه فیوز، تجهیزی است ایمن که جهت حفاظت از انواع کلیدهای حفاظتی مانند کلیدهای مینیاتوری، فیوزهای نصبی و غیره که در منازل و سایر اماکن نصب می شوند، به کار می رود و این تجهیزات را در برابر عوامل محیطی مانند رطوبت، نور خورشید، حرارت و یا سردی هوا و هم چنین عواملی مانند آتش سوزی و غیره محافظت می کند. از دیگر مزایای آن این است که عملیات تعمیرات و جای گذاری و تعویض کلیدها را برای ما آسان تر می کند.

مطالب مرتبط

کلید محافظ جان

سافت استارتر

دژنکتور (Disjoncteur) چیست؟

گیج فشار و انواع آن

سافت استارتر چیست؟

سافت استارتر (Soft Starter) یا راه انداز نرم موتور دستگاهی است که از آن برای کنترل جریان راه اندازی الکتروموتور استفاده می کنند و به عبارتی دیگر با استفاده از این دستگاه می توان موتور را به صورت نرم راه اندازی کرد.

انواع سافت استارتر (راه انداز نرم موتور)

• سافت استارتر دیجیتال
• سافت استارتر آنالوگ

مشخصات فنی سافت استارتر

همان طور که می دانید، موتورهای الکتریکی 3 فاز AC، امروزه در صنایع کاربرد های بسیار وسیعی دارند و یکی از مهم ترین دغدغه ها برای استفاده از این موتور ها در صنایع، نحوه راه اندازی آن ها می باشد. این موضوع هم به جهت عدم آسیب رسانی به شبکه برق متصل به موتور ها و همچنین عدم ایجاد اشکال فنی برای موتور حائز اهمیت می باشد. جریان راه اندازی موتورهای الکتریکی در حدود 5 الی 8 برابر جریان نامی موتور می باشد. زمان راه اندازی می تواند از زیر 1 ثانیه تا نیم دقیقه و یا بیشتر طول بکشد. این جریان چند برابری در همین مدت کوتاه باعث ایجاد افت ولتاژ شدید (بسته به سایز موتور) بر روی شبکه برق متصل به موتور می شود و عملکرد تجهیزات حفاظتی و تجهیزات دیگر متصل به شبکه برق را با مشکل مواجه می کند. برای راه اندازی موتورها روش های مختلفی در صنعت وجود دارد به شرح:

1. راه اندازی مستقیم یا دایرکت آنلاین (D.O.L)
2. راه اندازی ستاره مثلث
3. راه اندازی توسط اتو ترانسفورمر
4. راه اندازی توسط سافت استارتر
5. راه اندازی توسط اینورتر با درایو فرکانس متغیر

هر کدام از روش های فوق، مزایا و معایب خود را دارند و بسته به نوع پروژه و سایز کیلووات موتور و شرایط شبکه برق متصل به آن و همچنین هزینه مالی که دارند، یکی از روش ها به تشخیص کارشناس پروژه انتخاب و اجرا می شود. راه اندازی مستقیم کم هزینه ترین روش و راه اندازی توسط اینورتر به دلیل تکنولوژی پیشرفته ای که دارد پر هزینه ترین می باشد. در اینجا از توضیح روش های دیگر صرف نظر کرده و به روش راه اندازی موتور با استفاده از سافت استارتر می پردازیم.

نحوه عملکرد سافت استارتر

موتور های القایی هنگام راه اندازی 5 الی 8 برابر جریان نامی خود جریان از شبکه می کشند که دلیل جریان راه اندازی بالای موتور ها این است که طبق قانون القای فاراده برای القای ولتاژ باید تغییرات نسبی میدان وجود داشته باشد. مسلما این جریان راه اندازی در طراحی اتصالات برق صنعتی اعم از حفاظت، سیم کشی و غیره می بایست در نظر گرفته شود.

از آن جا که موتور های الکتریکی اغلب حین شتاب گرفتن و رسیدن به سرعت نامی مقدار زیادی جریان از شبکه برق می کشند، می توان از سافت استارتر برای محدود کردن جهش جریان معروف به “جریان هجومی” و کنترل گشتاور موتور های الکتریکی استفاده کرد که منجر به راه اندازی ایمن تر، نرم تر و تدریجی می شود. سافت استارتر ها از موتور الکتریکی شما در برابر آسیب احتمالی محافظت می کنند و در عین حال با کاهش گرمایش ناشی از استارت/استپ های مکرر، کاهش فشار مکانیکی موتور، کاهش تنش های الکترودینامیکی بر روی کابل های برق و شفت موتور، طول عمر موتور الکتریکی شما و کل سیستم را افزایش می دهد.

سافت استارتر برای راه اندازی موتور از روش کاهش ولتاژ استفاده می کند. کاهش ولتاژ راه اندازی، کاهش گشتاور راه اندازی را به دنبال خواهد داشت. لذا روش های کاهش ولتاژ در زمان راه اندازی، برای راه اندازی موتور هایی که زیر بار نیستند و یا بار سبک دارند مناسب است. روش های ستاره مثلث و راه اندازی با اتوترانسفورمر نیز از همین روش کاهش ولتاژ در زمان راه اندازی استفاده می کنند.

سافت استارتر نسبت به دو روش دیگر یک تجهیز جدیدتر و با تکنولوژی بروزتر می باشد و از مزایای استفاده از آن می توان به راه اندازی نرم، سرعت بالا و انرژی سیوینگ در بار های سبک نام برد. یکی از مهم ترین ویژگی های آن اتصال موتور به شبکه برق به واسطه یکسو کننده سیلیکونی موجود در سافت استارتر است. این موضوع این امکان را به ما می دهد که کنترل ولتاژ از 0 تا ولتاژ نامی را در سافت استارتر داشته باشیم که نهایتا منجر به یک راه اندازی نرم می شود. در این روش گشتاور و سرعت موتور همزمان با افزایش تدریجی ولتاژ به نرمی افزایش می یابد. این عمل در زمان استپ موتور به صورت معکوس انجام می شود و لذا استپ نرم موتور را به همراه خواهد داشت و از بروز ضربه های مکانیکی به موتور جلوگیری می کند. در واقع سافت استارتر یک رگولاتور ولتاژ الکترونیکی است و در خصوص فرکانس موتور هیچ تغییری اعمال نمی کند. برای تغییر فرکانس موتور باید از اینورتر و یا همان درایو فرکانس متغیر استفاده کرد.

پس از اینکه موتور توسط سافت استارتر راه اندازی شد دیگر نیازی به حضور سافت استارتر در مدار الکتریکی راه اندازی موتور نمی باشد بنابراین معمولا پس از راه اندازی، سافت استارتر توسط یک کنتاکتور بای پس، از مدار الکتریکی خارج می شود. بعضی از سافت استارتر ها درون خودشان یک کنتاکتور بای پس دارند و دیگر نیازی به کنتاکتور بای پس خارجی نخواهد بود. در زمان سفارش محصول حتما از فروشنده این موضوع را که آیا سافت استارتر دارای کنتاکتور بای پس داخلی می باشد را سوال کنید. تصویر زیر، استفاده از کنتاکتور بای پس را برای خروج سافت استارتر از مدار، پس از راه اندازی نشان می دهد.

تفاوت سافت استارتر و درایو (اینورتر)

درایو فرکانس متغیر یا VFD و سافت استارت هر دو دو نوع مختلف راه اندازی موتور هستند. از آن جا که هر دو از اجزای نیمه هادی برای عملکرد استفاده می کنند، بیشتر اوقات آن ها را با یکدیگر اشتباه می گیرند. از هر دو آن ها می توان برای استارت و استپ ایمن موتور القایی استفاده کرد. به غیر از این، آن ها بر اساس ویژگی های مختلف متمایز شده اند. برخی از این ویژگی ها نسبت به دیگری برتری دارند.

برای تغییر سرعت موتور اعم از کاهش یا افزایش و همچنین تغییر گشتاور و قدرت، می بایست از اینورتر استفاده نمود.

روش های کنترل سافت استارتر

سافت استارتر را می توان با سیم کشی مستقیم شاسی های استارت/استپ کنترل کرد یا می توان آن را از طریق اترنت کنترل کرد. هر دو روش کنترلی مزایا و معایب خود را دارند. در روش اتصال مستقیم سیگنال های استارت/استپ نیازی به PLC ندارند در نتیجه روش ارزان تری خواهد بود. با استفاده از روش کنترلی شبکه اترنت، PLC مورد نیاز است. این به شما امکان داشتن فیدبک را می دهد، که قابلیت کنترل و مانیتورینگ قابل تنظیم را ارائه می دهد.

اجزای سافت استارتر یا راه انداز نرم موتور

در مدار داخلی سافت استارتر سر راه هر فاز دو تریستور (SCR) که به صورت موازی معکوس (پشت به پشت یا ترایاک) وصل شده اند وجود دارد که در مجموع 6 عدد SCR به موتور وصل است. این تریستور ها با استفاده از یک مدار منطقی جداگانه شامل مدار کنترل کننده PID یا یک میکرو کنترلر باشد کنترل می شوند. مدار منطقی با استفاده از یک مدار یکسو کننده از برق اصلی تغذیه می کند.

به غیر از سوئیچ های قدرت و مدار های منطقی، سایر اجزای حفاظتی مانند بریکر یا فیوز، کنتاکتور مغناطیسی برای ایزولاسیون و یک رله اضافه بار (OLR) برای جلوگیری از اضافه جریان استفاده می شود. هنگامی که ولتاژ راه اندازی به مقدار نامی برسد، کنتاکتور بای پس موتور های الکتریکی را بر می دارد و مستقیما به کار می اندازد.

اصول کار سافت استارتر

قطعه اصلی مورد استفاده برای کنترل ولتاژ در یک سافت استارتر، تریستور است. تریستور یکسو کننده کنترل شده ای است که هنگامی که یک پالس گیت به نام پالس آتش به آن اعمال می شود، جریان را فقط در یک جهت و در یک زاویه دلخواه عبور می دهد.

زاویه پالس آتش تعیین می کند که چه مقدار از سیکل ولتاژ ورودی باید از آن عبور کند. از آن جا که AC نوسان بین پیک ماکزیمم و مینیمم یک سیکل کامل 360 درجه را تشکیل می دهد، می توانیم از زاویه پالس آتش برای روشن کردن تریستور برای مدت زمان مشخص و کنترل ولتاژ اعمال شده استفاده کنیم. پالس های آتش می توانند بین 0 تا 180 درجه متغیر باشند. کاهش زاویه آتش باعث افزایش دوره هدایت تریستور می شود بنابراین اجازه عبور ولتاژ بالا را می دهد.

دو تریستور به صورت پشت به پشت برای هر فاز به هم متصل می شوند، بنابراین می تواند جریان را در هر دو جهت عبور دهند. (هر نیم سیکل، یک زاویه آتش)

سه جفت تریستور، هر جفت برای فاز جداگانه برای کنترل ولتاژ برای استارت و استپ موتور استفاده می شود. دوره هدایت تریستور به زاویه آتش کنترل شده توسط مدار منطقی بستگی دارد. مدار منطقی شامل کنترل کننده PID یا یک میکروکنترلر ساده است که برای تولید پالس برنامه ریزی شده است. کنترلر با استفاده از اپتو ایزولاتور از منبع تغذیه ایزوله شده و برای تأمین تغذیه DC از یکسو کننده استفاده می شود. پالس های تولید شده توسط میکروکنترلر به مدار آتش تریستور وارد می شوند که قبل از روشن شدن تریستور آن را تقویت می کند.

هنگامی که موتور راه اندازی می شود، کنترل کننده برای هر SCR جداگانه پالس تولید می کند. پالس با استفاده از آشکارساز عبور از صفر تشخیص داده می شود. اولین زاویه پالس آتش تقریباً 180 درجه (دوره هدایت بسیار کم) است تا حداقل ولتاژ را امکان پذیر کند. به تدریج پس از هر عبور صفر، زاویه پالس های آتش شروع به کاهش می کند و دوره هدایت تریستور را افزایش می دهد. ولتاژ از طریق تریستور شروع به افزایش می کند. بنابراین سرعت موتور به تدریج افزایش می یابد.

هنگامی که موتور به سرعت کامل نامی خود (در زاویه آتش 0 درجه) برسد، تریستور ها با استفاده از یک کنتاکتور بای پس از کار در حالت عادی کاملاً بای پس می شوند. از آنجا که تریستور آتش کردن گیت را متوقف می کند، بازدهی سافت استارتر را افزایش می دهد. در حین توقف موتور، SCR کنترل را در دست می گیرد و به منظور تنظیم ولتاژ تغذیه شروع به آتش کردن منظم می کند.

کنتاکتور های بای پس می توانند داخلی یا خارجی باشند. کنتاکتور های بای پس داخلی در داخل سوئیچ های قدرت تعبیه شده اند. هر SCR دارای یک سوئیچ بای پس به صورت موازی است که جریان را در شرایط عادی تامین می کند. در چنین پیکربندی کنتاکتور ها فضای کمی را می گیرد و سافت استارتر ها در طراحی جمع و جور هستند. در حالی که کنتاکتور های بای پس خارجی به صورت موازی با سافت استارت به صورت خارجی متصل می شوند. چنین سافت استارتر هایی حجیم و جاگیر هستند. کنتاکتور های بای پس به معنای قطع یا وصل جریان منبع مدار نیست، بنابراین می تواند یک کنتاکتور با جریان نامی پایین باشد.

تکنیک های راه اندازی موتور با سافت استارتر

• ولتاژ کامل یا تکنیک دو سر خط: این تکنیک موتور را به ولتاژ کامل منبع تغذیه متصل می کند. برای موتور های کوچک استفاده می شود.
• راه اندازی با ولتاژ کاهش یافته: ولتاژ منبع تغذیه را در هنگام راه اندازی موتور کاهش می دهد تا جریان هجومی را کاهش دهد. سافت استارتر از این تکنیک برای راه اندازی موتور القایی استفاده می کند.
• راه اندازی چند سرعته: موتور طوری طراحی شده است که دارای چندین سرعت از پیش انتخاب شده باشد که از طریق پیکربندی قطب موتور (سیم پیچ) به دست می آید. افزایش تدریجی سرعت باعث کاهش جریان هجومی می شود.

یکی از مشکلاتی که در هنگام کار با موتور با آن روبرو هستیم، توقف موتور در حال حرکت است. توقف موتور در حال حرکت به صورت یکباره، در بسیاری از سیستم ها می تواند باعث ایجاد تنش در سیستم مکانیکی موتور شود. توقف ناگهانی پمپ های آب می تواند باعث ایجاد ضربه قوچی (Water Hammering) در کل سیستم شود. ضربه قوچی با توجه به شدت آن می تواند عمر موتور و سایر سیستم های مکانیکی را به شدت کاهش دهد. برای جلوگیری از این تنش ها سافت استارتر ها عمل سافت استاپ را نیز انجام می دهند. سافت استاپ با کاهش تدریجی ولتاژ و جریان، عملیات توقف موتور را به صورت تدریجی انجام می دهد تا تنش های ناشی از تغییر ناگهانی به کمترین حد ممکن برسند.

سیم کشی سافت استارتر

سافت استارت دارای اتصالات سیم کشی زیر است:

• اتصال مدار قدرت: شامل سیم کشی منبع تغذیه ورودی 3 فاز (380 تا 480 ولت متناوب)، خروجی به موتور و اتصال کنتاکتور بای پس است.
• اتصال ترمینال خارجی: یعنی سیم کشی از 12 ترمینال خارجی است که شامل سیگنال کنترل و سیگنال خروجی آنالوگ است.

مقایسه روش راه اندازی مستقیم و سافت استارتر

DOL مخفف کلمه Direct On Line است. راه اندازی به روش مستقیم ساده ترین راهی است که می توانید تصور کنید تا یک موتور را راه اندازی کنید. این روش معمولا شامل یک بریکر مدار، کنتاکتور و یک رله اضافه بار برای حفاظت است. هنگامی که موتور به سرعت کامل می رسد سافت استارتر و DOL یکسان عمل می کنند. تفاوت در چگونگی عملکرد آن ها در حین رسیدن آن ها به سرعت کامل است.

با مقایسه ولتاژ بین سافت استارتر و DOL، می بینیم که یک هجوم مستقیم ولتاژ در DOL وجود دارد که در Soft Starter زمان بیشتری می برد تا به ولتاژ کامل برسد.

جریان با استفاده از سافت استارتر بیشتر تنظیم می شود ولی با استفاده از DOL در لحظه راه اندازی موتور جهش های بیشتری در جریان خواهد بود.

با سافت استارتر، زمانی که موتور به سرعت می رسد کندتر و کنترل شده تر می شود. در حالی که در DOL تقریبا بلافاصله سرعت موتور را افزایش می دهد. این می تواند اثرات نامطلوبی داشته باشد که در ادامه در مورد آن ها صحبت خواهیم کرد.

گشتاور وارد شده به موتور با افزایش سرعت هنگام استفاده از DOL بیشتر است در مقابل افزایش گشتاور با استفاده از سافت استارتر تدریجی است.

خروجی های دستگاه سافت استارتر

1. خروجی به موتور
2. در روش راه اندازی سافت استارت، موتور فقط از طریق یک کابل 3 رشته و به صورت سربندی مثلث (Δ) به سافت استارتر متصل می شود و بنابراین صرفه قابل ملاحظه ای در هزینه کابل صورت می پذیرد.
3. سیگنال Run
4. خروجی آنالوگ
5. خروجی آنالوگ قابل برنامه ریزی
6. خروجی های دیجیتال قابل برنامه ریزی

ورودی های دستگاه سافت استارتر

1. تغذیه برد کنترل
2. ورودی دما
3. تغذیه مدارات منطقی
4. تاکومتر فیدبک گشتاور
5. سه فاز اصلی و زمین

فرمان های برد کنترلی دستگاه سافت استارتر

1. فرمان راه اندازی Start
2. فرمان توقف موتور Stop
3. Reset
4. ورودی های قابل برنامه ریزی

هایپر صنعت فامکو بزرگترین و تخصصی ترین مرکز تامین انواع سافت استارتر با برند هایی همچون سافت استارتر ABB و جفران، زیمنس و غیره می باشد. لطفا جهت دریافت مشخصات فنی محصول مدنظر و همچنین تنظیم پارامتر های سافت استارتر با مشاورین در ارتباط باشید.

خطا های رایج در سافت استارتر

سافت استارتر ممکن است به دلایل متعددی دچار مشکل یا خطا شود که با تشخیص به موقع و شناسایی علت آن می توانیم از بروز مشکلات احتمالی جلوگیری کنیم. در ادامه متداول ترین دلایل ایجاد خطا در سافت استارتر را مورد بررسی قرار می دهیم.

1. بالا رفتن درجه حرارت هیت سینک: این احتمال وجود دارد که درجه حرارت هیت سینک سافت استارتر بیشتر از حد معمول افزایش یابد که این مورد احتمال بروز مشکل در سافت استارتر را افزایش می دهد.
2. نامتعادلی جریان الکتریکی: در سافت استارتر این احتمال وجود دارد که تعادل جریان الکتریکی از بین برود، از جمله مواردی که منجر به نامتعادلی جریان الکتریکی در سافت استارتر می شود، می توان به نحوه نصب نادرست سافت استارتر، خطا های شبکه و مشکلات محیط یا خرابی موتور اشاره کرد.
3. مشکلات تریستور یا SCR: در صورت بروز مشکل در تریستور ها یا خرابی آن ها، سافت استارتر دچار مشکل می شود و بهتر است این قطعات در اسرع وقت تعمیر یا تعویض گردند.
4. زمان طولانی راه اندازی موتور: با توجه به این که هر موتور در طی یک مدت زمان معینی به سرعت اسمی خود می رسد، گاهی این احتمال وجود دارد که سافت استارتر نتواند موتور را در بازه زمانی محاسبه شده به سرعت اسمی برساند و این زمان طولانی تر از حد معمول شود که این مورد یکی از خطا های راه اندازی موتور به وسیله سافت استارتر می باشد.
5. قطع ولتاژ ورودی: در اثر قطع برق ورودی، ولتاژ مورد نیاز برای استارت تامین نمی شود و سافت استارتر با خطا مواجه می شود. این خطا در اثر قطع برق یا قطع جریان ورودی اتفاق می افتد.
6. خطای فرکانس: اگر فرکانس تغذیه سافت استارتر از بازه تعیین شده برای آن کمتر یا بیشتر شود، سافت استارتر دچار مشکل می شود.
7. بالا رفتن جریان لحظه ای: یک مورد مهم که باید به آن توجه کرد آن است که جریان لحظه ای در سافت استارتر نباید از حد معمول بیشتر شود و لازم است تا مقدار جریان الکتریکی لحظه ای و بار الکتریکی کنترل شود تا آسیبی به دستگاه نرسد.
8. بالا رفتن بار الکتریکی موتور: اگر جریان الکتریکی موتور از جریان اسمی آن فراتر رود، سافت استارتر دچار خطا می شود که این مورد یکی متداول ترین خطا ها در سافت استارتر می باشد.
9. قطع شدن فاز ورودی: چنانچه هر یک از فاز های ورودی پیش از استارت قطع شود، سافت استارتر عموما آن را می شناسد و این خطا بیشتر در هنگام راه اندازی و استارت موتور رخ میدهد.
10. متصل نبودن سافت استارتر با موتور: یکی از مواردی که باعث بروز خطا در سافت استارتر می شود عدم اتصال موتور به آن است که لازم است تا قبل از استارت بررسی شده و از بروز خطا در هنگام راه اندازی نرم موتور جلو گیری شود.
11. کم شدن ولتاژ: این خطا زمانی رخ می دهد که ولتاژ از مقدار معین کمتر شود و بهتر است تا ولتاژ الکتریکی کنترل شده در اختیار سافت استارتر قرار بگیرد.
12. تغییر توالی فاز: اگر توالی فاز در تغذیه موتور تغییر پیدا کند، جهت گردش موتور نیز تغییر پیدا می کند و این مورد باعث بروز مشکلاتی در سافت استارتر خواهد شد.
13. افت بار الکتریکی: در صورتی که بار الکتریکی موتور کم شود جریان الکتریکی که از شبکه تغذیه تامین می کند نیز کاهش می یابد که این مورد مخصوصا در سافت استارتر هایی که به پمپ یا فن متصل هستند باعث بروز مشکلاتی می شود و به هیچ عنوان نباید از سافت استارتر در حالت افت بار الکتریکی در این دستگاه ها استفاده کرد.

روش های مختلف اتصال سافت استارتر

دو روش مختلف برای اتصال سافت استارتر وجود دارد:

• مدار اتصال خطی یا InLine

این مدار متداول ترین و همچنین ساده ترین روش برای اتصال سافت استارتر است. در این روش هر سه فاز با رله اضافه بار، کنتاکتور اصلی و سایر تجهیزاتی که مانند نمودار زیر استفاده می شوند به صورت سری متصل می شوند. این تجهیزات انتخاب شده در اتصال خطی باید بتواند جریان نامی موتور را تحمل کند. سافت استارتر به سادگی به صورت سری به موتور متصل می شود. سربندی خود موتور می تواند به صورت اتصال ستاره یا مثلث باشد. به طور مثال: موتور 100 آمپر به یک سافت استارتر 100 آمپر و کنتاکتور اصلی 100 آمپر نیاز دارد.

• مدار اتصال مثلث داخلی یا Inside-Delta

روش اتصال داخل مثلث امکان قرار دادن سافت استارت را داخل مدار مثلث را ممکن می سازد و امکان جایگزینی بسیار آسان راه اندازی مثلث ستاره موجود را می دهد. وقتی سافت استارتر درون مثلث باشد فقط 58 درصد (√3 1/) از جریان نامی موتور در معرض آن قرار می گیرد. به این دلیل می توان سافت استارتر کوچکتر از توان موتور انتخاب کرد و باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود.

همه ی فانکشن ها در هر دو روش یکسان خواهد بود البته با اتصال مثلث داخلی، 6 کابل بین سافت استارت و موتور مورد نیاز است و اگر این فاصله زیاد باشد، اتصال خطی ممکن است روش مقرون به صرفه تری باشد. فاز های سافت استارت به صورت سری به سیم پیچ های موتور متصل می شوند. همه سافت استارتر ها را نمی توان با این روش متصل کرد سافت های برند ABB مدل PSR و PSE فقط به روش اتصال خطی متصل می شوند. به طور مثال: یک موتور 100 آمپر به یک سافت استارتر 58 آمپر و یک کنتاکتور 58 آمپر در صورت قرار گرفتن در مدار مثلث نیاز دارد. سربندی موتوری که برای اتصال مثلث داخلی استفاده می شود باید به صورت مثلث متصل شود تا بتواند در مداوم کار کند. سافت استارتری که فقط ولتاژ دو فاز را کنترل می کند، نمی تواند در مثلث داخلی موتور استفاده شود.

مقایسه اتصال خطی و مثلث داخلی

• با استفاده از اتصال خطی سافت هزینه سیم کشی کمتر می شود و اگر سافت استارت به مدت طولانی به موتور متصل باشد، این مدار ترجیح داده می شود.
• پیچیدگی سیم کشی هنگام استفاده از مدار مثلث داخلی دو برابر بیشتر است، اما می توان از دستگاه کوچکتری با توان مشابه استفاده کرد.
• عملکرد ترمز فقط در مدار اتصال خطی امکان پذیر است.
• در مدار مثلث داخلی نمی توان از ولتاژ خط 690 ولت استفاده کرد و دامنه ولتاژ خط باید مطابق با ولتاژ نامی موتور باشد.

کاربرد سافت استارتر

برندهای مختلف سافت استارتر موجود در بازار دارای قابلیت های متنوعی هستند و به طور کلی انواع کاربرد های زیر را پوشش می دهند:

• استفاده در انواع پمپ ها
• استفاده در فن ها
• استفاده در کمپرسور ها
• استفاده در میکسر ها
• سنگ شکن و آسیاب
• استفاده در نوارنقاله ها
• استفاده در همزن ها

معایب سافت استارتر

• عدم امکان تنظیم سرعت: سافت استارتر فقط ولتاژ ورودی را کنترل می کند. (یعنی از 0 ولت تا ولتاژ خط با فرکانس خط ثابت). از آنجا که فرکانس ثابت است، سرعت موتور نیز ثابت است و فقط توسط بار متصل به آن تنظیم می شود. سرعت موتور القایی با تغییر فرکانس منبع کمتر یا بالاتر از فرکانس خط با توجه به نیاز تنظیم می شود. چنین ویژگی فقط در درایو فرکانس متغیر (VFD) موجود است.
• اتلاف حرارت: سوئیچ های نیمه هادی داخل سافت استارتر مقداری انرژی را به شکل گرما تلف می کند. بنابراین، برای خنک کردن سوئیچ های قدرت نیز نیاز به هیت سینک دارد.
• کاهش گشتاور راه اندازی: از آنجا که سافت استارت باعث کاهش ولتاژ ورودی مطابق با جریان ورودی می شود و با گشتاور راه اندازی موتور القایی متناسب است به طور قابل توجهی گشتاور راه اندازی را کاهش می دهد به همین دلیل سافت استارتر (Soft Starter) برای کاربرد هایی با گشتاور راه اندازی کم یا متوسط استفاده می شود.

مزایای سافت استارتر

همان طور که گفته شد از راه انداز نرم موتور برای استارت الکتروموتور به صورت نرم استفاده می گردد و نمی توانیم از سافت استارتر برای تغییر سرعت موتور استفاده کرد. از جمله مزایای این محصول می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. راه اندازی نرم و کم کردن ولتاژ در زمان راه اندازی: بر خلاف استارت معمولی موتور، ولتاژ را به تدریج افزایش می دهد و در نتیجه سرعت راه اندازی بسیار نرم و روان را به دنبال دارد. هیچ گونه فشار مکانیکی یا تنشی که بتواند به موتور آسیب برساند وجود ندارد.
2. تنظیم مقدار حفاظت بار
3. تغییر زمان استارت و استپ و همچنین استپ و استارت به صورت بدون ضربه
4. شتاب نرم
5. راندمان ماکسیمم
6. از بین رفتن گشتاور لحظه ای زمان استارت و حذف جریان هجومی
7. بیشتر شدن طول عمر محصول
8. تعمیر کمتر و کاهش هزینه های نگهداری: به دلیل عملکرد روان موتور القایی احتمال کمتری دارد که دچار اشکالات مکانیکی باشد، به همین دلیل در مقایسه با استارت موتور معمولی به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد.
9. از پیک های جریان و گشتاور جلوگیری می کند و بدین ترتیب تنش الکتریکی کمتری بر روی شبکه تامین توان و تنش مکانیکی کمتری بر کل اجزای دوار وارد می شود.
10. استرس و تنش را بر روی کوپلینگ ها و دیگر تجهیزات انتقال (جعبه دنده ها، شفت ها، تسمه ها و غیره) کاهش می دهد.
11. کنترل شتاب گیری و شتاب دهی نرم (Acce/Dec): سافت استارت شتاب گیری و کاهش شتاب موتور را به صورت کاملا قابل تنظیم ارائه می دهد. با تغییر زاویه آتش به آرامی یا سریع می تواند شتاب را در هنگام راه اندازی و شتاب را در هنگام توقف موتور کنترل کند. از این خاصیت در کاربرد هایی که در آن شتاب راه اندازی باید تنظیم شود مورد استفاده قرار می گیرد.
12. کارکرد، برنامه ریزی و نگهداری آسان
13. مشخصات راه اندازی و توقف منحصر به فرد
14. جریان هجومی زیاد و گشتاور مکانیکی زیاد را در زمان راه اندازی حذف می کند.
15. باعث کاهش اندازه کابل ها و کلید های اتصال به شبکه تغذیه می گردد.
16. افزایش طول عمر موتور و دیگر اجزا
17. تابلو برق راه اندازی موتور با استفاده از سافت استارتر کوچکتر می شود چرا که بسیاری از کلد ها و ادوات حفاظتی با وجود سافت استارتر حذف می شود. سافت استارت با طراحی بسیار جمع و جور است که فضای بسیار کمی را اشغال می کند. بر خلاف سایر استارتر های موتور، اندازه آن بسیار کوچک است.
18. جلوگیری از گرم شدن بیش از حد موتور: گرم شدن بیش از حد موتور یک مشکل بسیار جدی است. این مشکل به دلیل به وجود آمدن جریان زیاد در سیم پیچ موتور در هنگام راه اندازی رخ می دهد. سافت استارتر با کم کردن مقدار جریان راه اندازی از گرم شدن بیش از حد موتور جلوگیری می کند.
19. راه اندازی چندگانه: برخی از کاربرد ها به موتوری نیاز دارند که در مدت زمان کوتاهی چندین بار روشن و خاموش شود. چنین موتوری در صورت استفاده از استارت معمولی به دلیل شدت جریان کشی زیاد شروع به گرم شدن می کند. با این حال، سافت استارت به طور چشمگیری تعداد راه اندازی موتور را در مدت زمان مشخص افزایش می دهد.
20. هزینه نصب و راه اندازی کمتر نسبت به روش های دیگر مثل اینورتر یا همان درایو فرکانس متغیر

 نحوه انتخاب سافت استارتر

به طور معمول می توان یک سافت استارت را با توجه به توان موتور انتخاب کرد. در برخی موارد بسته به شرایط راه اندازی (راه اندازی سنگین، تعداد استارت های زیاد سافت در هر ساعت و غیره) سافت استارتر باید یک توان بالاتر از توان موتور انتخاب شود. ظرفیت استارت ها در سافت استارتر ها به ظرفیت تریستور ها و هیت سینک بسیار وابسته است. با استفاده از راهنمای زیر، می توانید به سرعت یک سافت استارت مناسب برای کاربرد های رایج استفاده کنید:

• کابرد هایی با راه اندازی نرمال: انتخاب سافت استارتر مطابق با توان نامی موتور می باشد. برای سیستم هایی با اضافه بار داخلی، کلاس حفاظتی 10 انتخاب شود.
  • پروانه سینه کشتی
  • کمپرسور
  • آسانسور
  • پمپ سانتریفیوژ
  • نوار نقاله (کوتاه)
  • پله برقی
• کاربرد هایی با راه اندازی سنگین: انتخاب سافت استارتر یک توان بالاتر از توان نامی موتور می باشد. برای سیستم هایی با اضافه بار داخلی، کلاس حفاظتی 30 انتخاب شود.
  • فن سانتریفیوژ
  • له کننده
  • میکسر
  • نوار نقاله (طولانی)
  • آسیاب
  • همزن

در صورتی که تعداد استارت های سافت در هر ساعت بیشتر از 10 بار باشد، سافت استارتر باید یک سایز بزرگتر انتخاب شود.

مطالب مرتبط

کلید محافظ جان

کلید مینیاتوری

دژنکتور (Disjoncteur) چیست؟

گیج فشار و انواع آن