نقش خازن در سیستم برق خودرو

نقش خازن در سیستم های برقی خودرو بسیار حائز اهمیت می باشد. در سیستم‌های الکتریکی صنعتی و طبیعتا خودرویی از سه المان خازن، مقاومت و سم پیچ به صورت مکرر استفاده می‌گردد. عملکرد خازن در مدارهای برقی همانند عملکرد فنر در سیستم‌های مکانیکی می‌باشد به عبارتی دیگر همانگونه که فنر هنگام فشردگی انرژی پتانسیل مکانیکی را جذب و ذخیره می‌کند، خازن نیز انرژی پتانسیل الکتریکی را جذب و ذخیره می‌کند.
بدین معنا که به طور مثال اگر خازنی با ولتاژ 200 ولت شارژ می‌شود، هنگامی که ولتاژ اعمالی به آن کمتر از 200 ولت شود شروع به تخلیه و بازپس دادن انرژی الکتریکی به مدار می‌کند و این عملیات شارژ و تخلیه خازن در مدارهای الکتریکی به صورت مکرر با فرکانس‌های مختلف صورت می‌پذیرد.
صفحات رسانای خازن معمولا از جنس آلومینیوم، روی و نقره است که معمولا مساحت زیادی دارند. صفحه عایق نیز معمولا از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، اکسید آلومینیوم، اکسید تانتالیوم و غیره می باشد. مهمترین ویژگی خازن، ظرفیت آن می باشد که با حرف C نشان داده می شود و به معنای توانایی ذخیره بار الکتریکی می باشد. هر چه ظرفیت خازن بیشتر باشد، توانایی ذخیره بار الکتریکی آن بیشتر می شود.
همچنین هر چه مساحت مشترک صفحات خازن بیشتر و ضخامت دی الکتریک بین دو صفحه فلزی کمتر باشد، ظرفیت خازن بیشتر می شود. از طرفی جنس دی الکتریک هم در ظرفیت خازن تاثیر می گذارد به طوری که هر چه ضریب دی الکتریک بیشتر باشد، ظرفیت خازن بیشتر می شود.
ظرفیت خازن به عنوان مهمترین مشخصه خازن بر روی بدنه آن حک می شود. واحد ظرفیت خازن فاراد می باشد اما از آنجایی که فاراد کمیتی بزرگ است، ظرفیت خازن را معمولا بر حسب میکرو فاراد (Fµ) یا پیکوفاراد (pF) بیان می کنند. از طرفی ولتاژ پلاریزاسیون یا ولتاژ کار خازن نیز دارای اهمیت زیادی می باشد، که معمولا به همراه ظرفیت خازن بر روی بدنه خازن حک می شود. ولتاژ کاری خازن، ماکزیمم ولتاژی است که به دو سر خازن اعمال می شود، تا مولکول های عایق درون خازن شکسته نشده و خاصیت عایق بودن خود را از دست ندهند.

هنگامی که خازن به جریان برق مستقیم وصل می‌شود، مطابق شکل زیر صفحه فلزی که به قطب مثبت وصل است، حامل بار مثبت شده، در حالی که صفحه فلزی که به قطب منفی وصل است، حامل بار منفی می‌شود در این صورت خازن شارژ می شود.

مدار خازن در حال شارژ

1 : صفحه فلزی مثبت 2 : صفحه عایق 3: صفحه فلزی منفی 4 : فیوز

برای افزایش زمان شارژ خازن در سیستم برق خودرو می توان مطابق شکل زیر مقاومتی را با آن سری کرد و یا به عبارتی، دیگر مدار خازن–مقاومت (RC)را تشکیل داد. بعد از اینکه خازن شارژ شد، خازن می‌تواند این بار الکتریکی را تا مدت زمان زیادی درون خود ذخیره کند.

مدار RC برای افزایش زمان شارژ خازن

مدار RC برای افزایش زمان شارژ خازن

بعد از تشکیل مدار RC و اتصال آن به برق مستقیم، مطابق شکل زیر مدت زمانی که خازن شارژ می شود را ثابت زمانی مدار RC گفته می‌شود که از رابطه زیر بدست می‌آید.

نمودار ولتاژ خازن و جریان مدار RC در حالت شارژ

Τ : ثابت زمانی مدار RC بر حسب ثانیه (S)

Ç : ظرفیت خازن بر حسب فاراد (F)

ℜ: مقاومت الکتریکی بر حسب اهم (Ω)

زمان شارژ یا دشارژ کامل خازن، تقریبا برابر با پنج ثابت زمانی (5τ) می باشد. ملاحظه می گردد که در لحظه صفر، حداکثر جریان توسط خازن کشیده می شود ولی اختلاف پتانسیل دو سر آن حداقل است. بعد از گذشت زمان و شارژ کامل خازن، دیگر جریان از خازن عبور نمی‌کند، در حالی که اختلاف پتانسیل بین صفحه مثبت و منفی به حداکثر مقدار خود رسیده و با ولتاژ مدار برابر می‌شود.
بعد از اینکه خازن شارژ شد، اگر مطابق شکل زیر دو سر خازن را به مقاومت الکتریکی وصل کرده و مدار RC تشکیل دهیم، در این حالت نیز به اندازه پنج برابر ثابت زمانی مدار RC طول می‌کشد، تا خازن به طور کامل دشارژ شده و اختلاف پتانسیل بین صفحات مثبت و منفی خازن صفر شود.

مدار RC در حالت دشارژ خازن

مدار RC در حالت دشارژ خازن

منحنی تخلیه یا دشارژ خازن مطابق شکل زیر می باشد.

نمودار ولتاژ خازن در حالت دشارژ

t : زمان                     :VC ولتاژ دشارژ خازن

نمودار ولتاژ خازن در حالت دشارژ

هنگامی که در مداری با جریان مستقیم (DC) خازنی با مصرف کننده سری شود، مصرف کننده روشن نمی شود چون خازن در مدارات DC به عنوان مدار باز عمل می کند ولی در مداری که از جریان برق متناوب (AC) استفاده می‌شود به خاطر آنکه در هر لحظه جهت جریان عوض می‌شود، جای صفحات مثبت و منفی عوض شده و بنابراین مصرف کننده روشن می‌شود.
مقدار راکتانس برای برق مستقیم بی نهایت است. در حالیکه مقدار راکتاس در برق متناوب، با افزایش ظرفیت خازن و فرکانس (تا فرکانس کاری خازن) کاهش می یابد. اما اگر فرکانس از فرکانس کاری خازن زیادتر شود، مقدار راکتانس دوباره رو به افزایش می گذارد چرا که در این صورت اثر سلفی صفحات خازن ظاهر می‌شود.
خازن در مدارات الکتریکی و الکترونیکی خودرو معمولا سه وظیفه زیر را بر عهده دارد :

 خازن در سیستم برق خودرو به عنوان پارازیت گیر ، فیلتر و یا صافی

در این حالت مطابق شکل زیر خازنی به طور موازی با خروجی آلترناتور قرار می‌گیرد و نوسانات ولتاژ خروجی آلترناتور را کاهش می‌دهد.

 استفاده از خازن در خروجی آلترناتور به عنوان صافی

1: زغال های مثبت و منفی روتور                        2: استاتور                      3: سیم پیچ استاتور با اتصال ستاره

4: دیودهای قدرت (مثبت) رکتیفایر                    5: خازن به عنوان پارازیت گیر یا صافی

6: حلقه های فلزی حامل جریان برق مثبت و منفی به سیم پیچ روتور                    7: روتور

8: دیودهای قدرت (منفی) رکتیفایر                     9: دیودهای تحریک

ولتاژ تولید آلترناتور بدون خازن فیلتر کننده معمولا مطابق شکل زیر می باشد، بنابراین دامنه نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور() زیاد بوده و باعث ایجاد اختلال در کار سیستم های صوتی و تصویری و الکترونیکی خودرو می شود.

 

ولتاژ تولیدی آلترناتور بدون خازن صافی

ولتاژ تولیدی آلترناتور بدون خازن صافی 

هنگامی که خازن به صورت موازی در خروجی آلترناتور قرار می گیرد، ولتاژ تولیدی همانند شکل زیر خواهد بود. همانگونه که ملاحظه می@شود، هنگامی که ولتاژ تولیدی آلترناتور به ماکزیمم خود برسد، خازن نیز شارژ شده است. اندکی پس از آنکه ولتاژ تولیدی آلترناتور به حداکثر مقدار خود رسید، خازن دشارژ شده و بنابراین دامنه نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور از  به  تبدیل می‌شود. و با کم شدن نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور، سیستم های الکترونیکی و صوتی و تصویری خودرو نیز بهتر عمل می‌کنند.

ولتاژ تولیدی آلترناتور با استفاده از خازن صافی

ولتاژ تولیدی آلترناتور با استفاده از خازن صافی

خازن به عنوان جرقه گیر یا گیرنده نوسانات شدید ولتاژ 

این حالت از کاربرد خازن، در مدارجرقه زنی خودرو استفاده می‌شود. در این حالت هنگامی که پلاتین‌ها از هم جدا می‌شوند و یا سیستم ترانزیستوری، برق سیم پیچ اولیه را قطع می‌کند، ولتاژ خودالقایی شدیدی (بین 100 تا 250 ولت) در سیم پیچ اولیه کویل به وجود می‌آید. این ولتاژ زیاد باعث ذوب شدن پلاتین‌ها و یا آسیب دیدن سیستم ترانزیستوری می‌شود. در این صورت با استفاده از خازن، ضمن اینکه زمان جرقه زنی طولانی تر می شود، از آسیب دیدن پلاتین و سیستم کنترل ترانزیستوری نیز جلوگیری می‌شود. افزون بر آن پارازیت سیستم جرقه زنی نیز از بین رفته و در کار سیستم‌های الکترونیکی و صوتی و تصویری اختلالی به وجود نمی‌آید.

 خازن در سیستم برق خودرو به عنوان تایمر

در این حالت خازن را با یک مقاومت سری کرده و در مدار بصورت موازی با لامپ قرار می گیرد. بنابراین بعد از اینکه خازن شارژ شد، تا مدت زمان معینی (بستگی به ظرفیت خازن و مقدار مقاومت الکتریکی ) می‌تواند بار الکتریکی ذخیره شده را به مدار بازگرداند. در این صورت بعد از اینکه جریان برق اصلی مدار قطع شد، تا مدت زمان مشخصی، خازن و مقاومت جریان برق را به مدار فرستاده و مدار فعال می‌ماند. این کاربرد خازن معمولا به عنوان تایمر چراغ درون اتاق خودرو استفاده می‌شود، به نحوی که هنگامی که درب خودرو باز شود، چراغ داخل خودرو روشن شده و خازن نیز شارژ می‌شود. هنگامی که درب های خودرو بسته شود، جریان برق اصلی مدار نیز قطع شده و خازن جریان برق را به مدار ارسال می کند. بنابراین تا مدت زمان معینی لامپ درون اتاق خودرو پس بستن درب، روشن می‌ماند.

0 0 رای ها
امتیازدهی به مقاله
اشتراک در
اطلاع از
guest

7 نظرات
تازه‌ترین
قدیمی‌ترین
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
keyboard_arrow_up