مدار داخلی رله کنترل فاز (Three Phase Monitor)

اینجا قصد بررسی عملکرد و  تحلیل مدار رله کنترل فاز را داریم.در حالت کلی این رله در مدارهای سه فاز استفاده می گردد علی الخصوص زمانی که قرار است یک تابلو برق برای کنترل عملکرد الکتروموتور را طراحی نماییم باید حتما کنترل فاز را در مدار قرار داد تا علاوه بر عملیات حفاظتی که انجام می دهد در زمانی که دو فاز جابجا می شوند از برعکس شدن دور الکتروموتور جلوگیری نماید و دستور قطع مدار را صادر نماید . همانطور که گفته شد این رله در خطوط سه فاز استفاده می گردد و با تحت نظر قرار دادن سه فاز ورودی ، در شرایط زیر عمل نموده و دستور قطع مدار را صادر می نماید :

  • قطع یک یا دو فاز.
  • جابجا شدن فازها.
  • عدم تقارن ولتاژهای سه فاز.
  • کاهش یا افزایش ولتاژ فازها.
 نقشه مدار داخلی و کاملا آنالوگ رله کنترل فاز

نقشه مدار داخلی و کاملا آنالوگ رله کنترل فاز

 

در این مدار برای تهیه ولتاژ DC مورد  نیاز مدار الکترونیکی خود از خط اول فازهای ورودی استفاده می کند. این فاز پس از  عبور از مقاومت های R14 و R15 توسط  خازن C5 ولتاژ آن کاهش می یابد. لازم به ذکر است که مقاومت R16 که بصورت موازی با این خازن قرار گرفته برای جلوگیری از  افزایش بیش از حد ولتاژ خازن و دشارژ آن در زمان قطع برق در نظر گرفته شده است.

سپس این ولتاژ به دو مسیر مختلف تقسیم می گردد. در مسیر اول پس از  عبور از دیود D4 و یکسو شدن وارد C6  شده تا صاف گردد. سپس توسط مقاومت R22 و دیود زنر Z3  رگوله شده و پس از صاف و فیلتر مجدد شدن توسط خازن های C7 و C10 برای استفاده مدار آماده می شود.مقاومت R21  وظیفه مصرف ولتاژ تولید شده را دارد تا مانع از افزایش ولتاژ مدار خواهد شد

در مسیر دوم نیم سیکل های منفی توسط D5  عبور داده شده و یکسو می گردد و برای صاف کردن آن از C12  استفاده می شود. این ولتاژ نسبت به ولتاژ قبلی دارای پلاریته مخالف است و برای راه  اندازی رله خروجی و ترانزیستور مربوط به آن استفاده می شود.

برای مشخص شدن تقارن فازها یعنی یکسان بودن مقدار ولتاژ هر سه  فاز و همینطور اختلاف فاز یکسان برابر با ۱۲۰ درجه و همینطور قطع نبودن یک یا دو  فاز مدار این مدار از یک ترفند بسیار ساده اما زیبا استفاده کرده است.

سه مقاومت R1 ، R2 و R3  که هر سه ۳۳۰۰۰ مگا اهمی هستند و بصورت ستاره بسته شده اند. در صورتیکه دامنه هر سه  فاز یکسان باشد و همچنین اختلاف فاز بین آن ها با هم برابر ۱۲۰ درجه باشد ولتاژ نقطه  مشترک سه مقاومت برابر صفر خواهد شد. در صورتیکه یک یا دو فاز هم قطع شود این تقارن  به هم خورده و ولتاژ نقطه مشترک دیگر صفر نخواهد بود. پس یکی از شروط صحت فازهای  ورودی صفر بودن ولتاژ این نقطه خواهد بود.

بخشی از این ولتاژ توسط پتانسیومتر P1 و  مقاومت R6 نمونه برداری می شود و پس از یکسو سازی توسط D1 و محدود کردن آن توسط دیود زنر D2  و صاف نمودن توسط R9 و C2 از طریق  مقاومت R20 به ورودی مثبت آپ امپ وارد می شود. در صورتیکه  ولتاژ این پایه (پایه شماره ۳) بالاتر از وردی منفی (پایه شماره ۲) آپ امپ باشد  خروجی (پایه شماره ۱) آپ امپ مثبت خواهد شد و LED قرمز رنگ  به نشانه خطای عدم تقارن روشن می گردد.

قسمتی که در  بالا توضیح داده شد بسیاری از موارد را تست می نماید اما در دو مورد خطا را تشخیص نمی دهد.:

حالت اول : در صورتیکه شما جای فاز ها را جابجا کنید این مدار متوجه نخواهد شد

حالت دوم :  اگر مقدار ولتاژ هر سه فاز کمتر از حد معمول باشد اما به شرط اینکه ولتاژها  با هم برابر باشند باز مدار بالا این مشکل را متوجه نخواهد شد.

برای رفع ایراد اول و تشخیص جابجایی فازها مدار از دو فاز تست  می گیرد که آیا در سر جای خود هستند. قطعا وقتی دو فاز ار سه فاز درست باشند فاز  سوم هم درست خواهد بود! در این مدار فازهای R و T  تست می شوند. برای اینکار ولتاژ R از طریق مقاومت R11  عبور داده می شود و ولتاژ فاز T از طریق یک مدار RC  که شامل R12 و C1 است و نقش ایجاد  اختلاف فاز را دارد بازی می کند عبور کرده و هر دوی این سیگنال ها بر روی کاتد دیود زنر Z2 اعمال می شوند.

در صورتیکه فازهای R و T  درست وصل شده باشند فاز T بدلیل عبور از مدار ایجاد اختلاف  فاز که آن را به اندازه ۹۰ درجه به جلو می برد در نتیجه چون اختلاف این دو فاز ۲۴۰  درجه است این اختلاف بعد عبور از مدار به حدود ۱۵۰ درجه می رسد که تقریبا اثر همدیگر  را خنثی می نمایند. و دامنه آن سیگنال موجود در سر کاتد دیود زنر کم خواهد بود. این  ولتاژ پس از محدود سازی توسط این دیود و مقاومت موازی با آن توسط دیود D3  یکسو شده و توسط R19 و C4 صاف  می شود. این ولتاژ یه ورودی مثبت (پایه ۱۰) آپ امپ وارد می شود و در صورت بالاتر بودن  از ولتاژ پایه ۹ خروجی این آپ امپ فعال شده و LED قرمز رنگ  مربوط به توالی فازها روشن می شود.

برای رفع ایراد دوم  یعنی تست دامنه ولتاژ فازها کافی است که ولتاژ یکی از فازها بررسی شود در صورتیکه  دامنه آن مناسب بود و همینطور در مدار اول متقارن بودن فازها تائید شده باشد می توان  بر درست بودن ولتاژ ها اطمینان داشت.

در این مدار ولتاژ فاز T بررسی می شود و  سیگنال آن پس عبور از مقاومت های R10 کاهش یافته و پس از  یکسوسازی توسط D9 به خازن C3 رفته  تا صاف شود حال بخشی از این ولتاژ توسط پتانسیومتر P2 نمونه  گیری و مقایسه می شود. در صورتیکه این ولتاژ کمتر از حد نرمال باشد خروجی آپ امپ فعال شده و LED خطای ولتاژ روشن می شود.

همانطور که دیدید سه مدار برای بررسی حالات مختلف در نظر گرفته  شده. که در صورتیکه هر یک از این سه مدار خطایی را تشخیص دهند باید رله عمل کرده و  ولتاژ را قطع کند. البته معمولا بدلیل اینکه ممکن است خطاها بصورت لحظه ای بوجود آمده باشند مثلا برای لحظه ای ولتاژها کاهش یابند، باید در مدار تاخیری وجود  داشته باشد که در صورت وجود خطای لحظه ای از آن بتوان چشم پوشی کرد.

برای اینکه در صورت بروز هر یک از خطاها رله فعال شود از مدار زیر  استفاده شده. که شامل سه دیود D6 و D7  و D8 است. که کاتد آن ها بصورت مشترک به هم وصل شده. قطعا می دانید که در صورتیکه کاتد چند دیود به هم متصل شود فقط یکی از دیود ها می تواند  روشن شود و آن دیودی است که ولتاژ روی آند آن از آند سایر دیودها بالاتر باشد.  البته احتمال اینکه هر سه دیود روشن شوند هست و خیلی کم چون باید ولتاژ آند همه  آن ها با هم دقیقا برابر باشد و همچنین ولتاژ بایاس مستقیم آن ها. که در عمل این  اتفاق خیلی بعید به نظر می رسد.

اگر دقت کنید متوجه خواهید شد که ولتاژ آند دیودهای فوق به خروجی  سه مدار قبلی وصل است. و در نتیجه در صورتیکه هر یک از مدارهای بالا خطایی را تشخیص  دهند خروجی مدار فوق فعال می شود. حال باید در مسیر این دیودها مدار تاخیری که در  بالا به آن اشاره شد قرار گیرد تا پس از تاخیر مناسب رله را فعال نماید.

خروجی دیودها از طریق مقاومت R32 به پایه  منفی آپ امپ (پایه ۱۳) وصل می شود بر روی این پایه مقاومت R33  و پتانسیومتر P3 و خازن C9 نیز قرار  دارند که در واقع نقش مدار تاخیر را بازی می کنند. و در نتیجه ولتاژ ورودی آپ امپ به سرعت تغییر نخواهد کرد و پس از گذشت زمانی که توسط P3 تعیین  می شود باعث تحریک خروجی آپ امپ خواهد شد و خروجی را صفر می نماید. با صفر شدن خروجی LED سبز رنگ که نشانگر سالم بودن خطوط سه فاز هست خاموش شده  و دیود زنر Z5 فعال شده و ترانزیستور Q1 تحریک می شود و در نتیجه رله عمل خواهد کرد.

اگر دقت کرده  باشید در تمامی مراحل بالا هر چهار آپ امپ مدار یک ولتاژ مرجع را برای مقایسه  استفاده می کردند که این ولتاژ مرجع برای هر چهار آپ امپ یکسان است و توسط مدار زیر  تهیه می شود

مدار فوق از ولتاژ تغذیه انشعابی گرفته و پس از عبور از R23  آنرا توسط دیود زنر Z4 رگوله کرده و توسط C8  صاف می کند. و این ولتاژ به عنوان مرجع در بخش های مختلف استفاده می شود.

 جهت دانلود نقشه مدار در اندازه بزرگ بر روی دانلود کلیک کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید