نقش خازن در سیستم برق خودرو

نقش خازن در سیستم های برقی خودرو بسیار حائز اهمیت می باشد. در سیستم های الکتریکی صنعتی و طبیعتا خودرویی از سه المان خازن، مقاومت و سم پیچ به صورت مکرر استفاده می گردد. عملکرد خازن در مدارهای برقی همانند عملکرد فنر در سیستم های مکانیکی می باشد به عبارتی دیگر همانگونه که فنر هنگام فشردگی انرژی پتانسیل مکانیکی را جذب و ذخیره می کند، خازن نیز انرژی پتانسیل الکتریکی را جذب و ذخیره می کند. بدین معنا که به طور مثال اگر خازنی با ولتاژ 200 ولت شارژ می شود، هنگامی که ولتاژ اعمالی به آن کمتر از 200 ولت شود شروع به تخلیه و بازپس دادن انرژی الکتریکی به مدار می کند و این عملیات شارژ و تخلیه خازن در مدارهای الکتریکی به صورت مکرر با فرکانس های مختلف صورت می پذیرد. 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 می شود، 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 می شود در این صورت خازن شارژ می شود.

 

مدار خازن در حال شارژ

مدار خازن در سیستم برق خودرو 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 می تواند 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 می شود که از رابطه زیر بدست می آید.

نمودار ولتاژ خازن و جریان مدار RC در حالت شارژ

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)

این مطلب را حتما بخوانید  عیب شایع شیر برقی مکانیزم مانیفولد متغیر(VIS) موتورهای هیوندای و کیا

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 نمی کند، در حالی که اختلاف پتانسیل بین صفحه مثبت و منفی به حداکثر مقدار خود رسیده و با ولتاژ مدار برابر می شود.
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 می کشد، 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

نمودار ولتاژ خازن در حالت دشارژ

t : زمان                     :VC ولتاژ دشارژ خازن

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 می شود به خاطر آنکه در هر لحظه جهت جریان عوض می شود، جای صفحات مثبت و منفی عوض شده و بنابراین مصرف کننده روشن می شود.
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 می شود.
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 می گیرد و نوسانات ولتاژ خروجی آلترناتور را کاهش می دهد.

استفاده از خازن در خروجی آلترناتور به عنوان صافی

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

این مطلب را حتما بخوانید  سیستم تهویه مطبوع خودرو

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 می شود. و با کم شدن نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور، سیستم های الکترونیکی و صوتی و تصویری خودرو نیز بهتر عمل می کنند.

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 می شود. در این حالت هنگامی که پلاتین ها از هم جدا می شوند و یا سیستم ترانزیستوری، برق سیم پیچ اولیه را قطع می کند، ولتاژ خودالقایی شدیدی (بین 100 تا 250 ولت) در سیم پیچ اولیه کویل به وجود می آید. این ولتاژ زیاد باعث ذوب شدن پلاتین ها و یا آسیب دیدن سیستم ترانزیستوری می شود. 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 می شود. افزون بر آن پارازیت سیستم جرقه زنی نیز از بین رفته و در کار سیستم های الکترونیکی و صوتی و تصویری اختلالی به وجود نمی آید.

 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 ) می تواند 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 می ماند. این کاربرد خازن معمولا به عنوان تایمر چراغ درون اتاق خودرو استفاده می شود، به نحوی که هنگامی که درب خودرو باز شود، چراغ داخل خودرو روشن شده و خازن نیز شارژ می شود. 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 می ماند.

برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.
فهرست