کنتاکتورها به عنوان عناصر کنترل کننده مدار از اهمیت بسیار بالایی برخوردارند. هرگونه اختلال در عملکرد این عناصر می تواند عملکرد کل مدار را تحت تاثیر قرار دهد. وریستور یک قطعه حفاظتی است که از کنتاکتورها در برابر افزایش ولتاژهای لحظه ای حفاظت می کند. در این مقاله به بررسی و بیان عملکرد این قطعات می پردازیم. با ما همراه باشید …
وریستور چیست؟
وَریستورها که به عنوان مقاومت‌های وابسته به ولتاژ (Voltage Dependent Resistors) از آنها یاد می‌شود، قطعات الکتریکی هستند که وظیفه اصلی‌شان حفاظت از مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های قدرت توسط جذب انرژی اضافی و تنظیم مقادیر ناخواسته ولتاژهای زودگذر (ناپایدار) است.
به بیان ساده وریستور یک المان مقاومتی با ویژگی های ولت آمپر غیر خطی است. این قطعه عمدتا به منظور کنترل اضافه ولتاژ زودگذر و جریان اضافی دستگاه های حساس به کار می رود. وریستور به طور گسترده در منابع تغذیه، کنترل کننده های افزایش ولتاژ لحظه ای، سیستم های امنیتی، حفاظت از موتور، سیستم های الکترونیکی خودرو، لوازم خانگی و غیره استفاده می شود.
صرف‌نظر از اینکه با منبع AC یا DC کار می‌کنید، تنش های گذرای ولتاژ (Transient Surge) از مدارات الکتریکی و منابع متنوعی ناشی می‌شوند. این تنش ها ممکن است توسط خود مدار ایجاد شده و یا از منابع خارجی وارد مدار شوند. حالت‌های گذرا به صورت ناگهانی و بسیار سریع ولتاژ مدار را تا چند هزار ولت بالا می برند. جلوگیری از ورود این جهش ولتاژ به پایه‌های المان‌ها و اجزای حساس مدار ضروری است.
یکی از متداول‌ترین منابع ایجاد جهش ولتاژ، اثر سلفی است که در اثر کلیدزنی موتورهای AC و ترانسفورماتور، کلیدزنی موتورهای DC و روشن کردن لامپ‌های فلوئورسنت و … به وجود می‌آید.
جهش‌های شکل موج AC
شکل زیر نمایی از ایجاد جهش های ناخواسته در شکل موج AC را نشان می‌دهد. اعمال این جهش ها به مدار می تواند سبب افزایش ولتاژ ناگهانی و در نتیجه افزایش ناگهانی جریان عبوری از مدار شود. عدم کنترل این جهش ها می تواند آسیب های جدی مدارات را به همراه داشته باشد. همچنین عدم پایداری مدار از دیگر چالش هایی است که حالت های گذرای ولتاژ در مدار ایجاد می کنند.
عملکرد وریستور در مدار
در شرایط کار عادی مقاومت وریستور بسیار بالا است. در این حالت ولتاژهای پایین‌تر از حد آستانه یا کلمپ بدون تغییر باقی مانده و مدار به عملکرد خود ادامه می دهد. اما اگر ولتاژ دو سر وریستور از حد آستانه (یا ولتاژ شکست) بالاتر برود، مقاومت موثر وریستور به شدت کاهش پیدا می کند. از قانون اهم می‌دانیم که مشخصه جریان-ولتاژ یک مقاومت، با شرط ثابت بودن R، یک خط مستقیم است و جریان الکتریکی با اختلاف پتانسیل پایه‌های مقاومت نسبت مستقیم دارد. اما منحنی جریان-ولتاژ وریستورها، خطی نیست و تغییر ولتاژ منجر به تغییر مشخص و خطی در جریان نمی شود.
وریستورها در مدار AC به صورت فاز به خنثی (Phase-to-Neutral) یا فاز به فاز (Phase-to-Phase) و در مدار DC به صورت مثبت به منفی (Positive-to-Negative) مدار متصل می‌شوند. این قطعات محافظ متناسب با کاربردشان یک ولتاژ نامی دارند. در زمان عبور ولتاژهای کمتر از ولتاژ شکست از مدار، وریستور اثری بر مدار ندارد و جریان بسیار کمی در حد 1 میلی آمپر از آن عبور می کند.
با افزایش ولتاژ و رسیدن وریستور به نقطه شکست، به یکباره عملکرد متفاوتی را از آن شاهد خواهیم بود. در این حالت مقاومت وریستور به صفر میل می کند و تمام جریان از مسیر وریستور عبور می کند. با این مکانیزم ساده از اعمال اضافه ولتاژ به دو سر بار جلوگیری می شود. ولتاژ شکست وریستور متناسب با ماکزیمم ولتاژ کارکرد ایمن مدار انتخاب می شود.
اتصال وریستور به کنتاکتور
این قطعات به صورت موازی در دو سر بوبین کنتاکتور نصب می شوند. برای بسته شدن کنتاکت های کنتاکتور لازم است جریان کافی در سیم پیچ وجود داشته باشد. با قطع ولتاژ بوبین، نیرو محرکه خود القایی در مدار ایجاد می شود. از آنجا که قطع ولتاژ بوبین در یک لحظه کوتاه اتفاق می افتد، نرخ تغییر جریان در نتیجه نیروی محرکه القا شده در سیم پیچ بسیار زیاد است. این ولتاژ لحظه ای بالا به دستگاه های الکترونیکی که در معرض اضافه ولتاژ هستند آسیب می رساند.
این ولتاژ از سطح ولتاژ تحریک بوبین کنتاکتور نیز بیشتر است و می تواند به بوبین آسیب برساند. بنابراین به منظور محافظت از قطعات الکترونیکی مدار در برابر ضربه جریان ناشی از قطع برق سیم پیچ و بهبود ضریب توان، یک وریستور به صورت موازی در دو سر سیم پیچ کنتاکتور AC متصل می شود.
انتخاب وریستور مناسب
زمانی که ولتاژ دو سر وریستور کمتر از مقدار معینی باشد، تقریباً نارسانا است و معادل یک مدار باز عمل می کند. با بیشتر شدن ولتاژ از مقدار معین (ولتاژ شکست)، وریستورها تقریباً معادل یک مسیر اتصال کوتاه عمل می کنند. بنابراین، جریان کار ایمن وریستور باید بیشتر از جریان سیم پیچ انتخاب شود تا پس از قطع برق، وریستور به حالت مدار باز برگردد. ولتاژ شکست وریستور نیز بیشتر از ولتاژ تحریک سیم پیچ در نظر گرفته می شود. با این کار زمانی که ولتاژ تحریک به بوبین وصل می شود، وریستوردر حالت اتصال باز است و کنتاکتور به کار خود ادامه می دهد.
خروجی مصرف کننده PLC به کنتاکتور AC وصل می شود و یک فیوز به صورت سری قبل از وریستور قرار می گیرد تا در هنگام اضافه ولتاژ خط، وریستور شکسته شود و در صورت افزایش بیش از حد جریان فیوز عمل کند. وریستور مورد استفاده برای مدار 220 ولت باید ولتاژ شکست 430 ~ 470 ولت داشته باشد.
چنانچه برای حفاظت از مدار در برابر صاعقه از وریستور استفاده می کنید، باید آن را بین خط و زمین وصل کنید و فیوز نیز به صورت سری با آن وصل شود. ولتاژ صاعقه بسیار بیشتر از ولتاژ خط است و از آستانه شکست وریستور فراتر می رود. در این حالت وریستور روشن می شود و ولتاژ به زمین تخلیه می شود. با این کار تجهیزات مدار در برابر صاعقه محافظت می شوند. برای این کاربرد بهتر است ولتاژ 510 ~ 470 را برای وریستور انتخاب کنید.
جمع بندی
همانطور که در مقاله “کنتاکتور چیست و چگونه کار می کند” بیان کردیم، به منظور فعال شدن کنتاکتور لازم است ولتاژ فعالسازی به بوبین اعمال شود. با قطع ولتاژ فعالسازی بوبین به صورت ناگهانی شاهد القای یک نیرو محرکه بزرگ در سیم پیچ هستیم.
این نیرو محرکه بزرگ منجر به ایجاد ولتاژ بزرگ در دو سر بوبین می شود که می تواند سوختن بوبین را به همراه داشته باشد. به منظور حفاظت از کنتاکتور در برابر این افزایش ناگهانی ولتاژ از وریستور استفاده می شود. ولتاژ شکست و حداکثر جریان وریستور با توجه به محل نصب و الزامات مدار تعیین می شود.