کاربرد خازن در مدارهای برقی و الکترونیکی

کاربرد خازن در مدارهای برقی و الکترونیکی خودرو بسیار زیاد است و نقش موثر آن در بهبود عملکرد مدارهای برقی باعث شده است که این قطعه به صورت فراگیری مورد استفاده قرار گیرد. این قطعه الکتریکی در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی خودرو معمولا سه وظیفه زیر را بر عهده دارد تا بر مبنای این سه نقش، پایداری مدارهای برقی و الکترونیکی ارتقا یابد:

1-خازن به عنوان پارازیت گیر(Noise Supperssion )، فیلتر و یا صافی

 اولین کاربرد خازن، پارازیت گیر فیلتر یا صافی می‌باشد.در مدارهای برقی و الکترونیکی خودرو، نوسانات ولتاژ پدیده‌ای عادی و معمول است که می‌تواند شرایط عملکردی سیستم‌های برقی و الکترونیکی را ناپایدار کند. در صورتیکه نوسانات ولتاژ مدارهای برقی کاهش نیابد مشکلات زیادی را ایجاد می‌کند. به طور مثال اگر سیگنال‌های خروجی یک سنسور با تغییرات زیاد ولتاژ همراه باشد، نمی‌توان با قطعیت ولتاژ خروجی لحظه‌ای آن را اندازه‌گیری کرد بنابراین از بین بردن نوسانات ولتاژ در مدارهای برقی امری اجتناب‌ناپذیر است.
در خودرو، آلترناتور وظیفه تامین جریان برق برای شارژ باتری و مصرف‌کننده‌های برقی را بر عهده دارد.( عملکرد آلترناتور چیست؟ ) در صورتیکه ولتاژ خروجی آلترناتور دامنه نوسانات زیادی داشته باشد علاوه بر سوختن مصرف‌کننده‌های برقی، بخش‌های الکترونیکی خودرو نیز دچار مشکلات عملکردی می‌شوند لذا مطابق شکل 1، در خروجی جریان برق آلترناتور از این قطعه به منظور صاف و یکنواخت کردن ولتاژ جریان برق تولیدی استفاده شده است.

1-خازن
شکل 1-نصب این قطعه در خروجی آلترناتور

شکل 2، مشخصات فنی این قطعه که در خروجی آلترناتور نصب شده است را نشان می‌دهد.

شکل 2-نصب خازن 2/2 میکروفارادی 100 ولت در خروجی آلترناتور

شکل 3، نحوه قرارگیری این قطعه الکتریکی در جریان برق خروجی آلترناتور را نشان می‌دهد تا نوسانات ولتاژ خروجی آلترناتور را کاهش داده و باعث پایداری سیستم برقی و الکترونیکی خودرو شود و از آسیب به قطعات برقی و الکترونیکی جلوگیری شود ضمن اینکه از بروز پارازیت در عملکرد این قطعات نیز پیشگیری شود.

1-زغال‌های 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-حلقه‌های فلزی حامل جریان برق مثبت و منفی به سیم پیچ روتور 7-روتور 8-دیودهای قدرت (منفی) رکتیفایر 9-دیودهای تحریک
شکل3-استفاده از این قطعه در خروجی آلترناتور به عنوان صافی یا فیلتر

ولتاژ تولیدی آلترناتور بدون این قطعه الکتریکی فیلترکننده معمولا مطابق شکل 4 است، بنابراین دامنه نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور(V_(r,1)) زیاد بوده و باعث ایجاد اختلال در عملکرد سیستم‌های صوتی و تصویری و الکترونیکی خودرو می‌شود.

شکل 4-ولتاژ تولیدی آلترناتور بدون خازن صافی

هنگامی که این قطعه الکتریکی به صورت موازی در خروجی آلترناتور قرار می گیرد، ولتاژ تولیدی همانند شکل 5 خواهد بود. همانگونه که ملاحظه می شود، هنگامی که ولتاژ تولیدی آلترناتور به ماکزیمم خود برسد، این قطعه نیز شارژ شده است. اندکی پس از آنکه ولتاژ تولیدی آلترناتور به حداکثر مقدار خود رسید، این قطعه تخلیه شده و بنابراین دامنه نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور از V_(r,1) به V_(r,2) تبدیل می‌شود. با کم شدن نوسانات ولتاژ تولیدی آلترناتور، سیستم‌های الکترونیکی و صوتی و تصویری خودرو نیز بهتر عمل می‌کنند.

شکل 5-ولتاژ تولیدی آلترناتور با استفاده از خازن صافی

2- خازن به عنوان جرقه گیر یا گیرنده نوسانات شدید ولتاژ(Spike suppression)

 دومین کاربرد خازن،گیرنده نوسانات شدید ولتاژ است که مطابق شکل 6، هنگامی که کلید متصل می‌شود جریان برق از مقاومت و سیم‌پیچ عبور می‌کند و باعث شارژ سیم‌پیچ می‌شود که باعث تولید میدان الکترومغناطیسی شده و خطوط قوای مغناطیسی در سیم‌پیچ ایجاد می‌شود.

شکل 6-استفاده از خازن جهت محافظت از کلید و قطعات الکترونیکی

هنگامی که کلید قطع می‌شود، خطوط قوای مغناطیسی تولید شده در سیم‌پیچ بازگشت کرده و باعث تولید جریان خودالقایی می‌شود که ولتاژ آن به 250 ولت نیز می‌رسد و قادر به تخریب و ذوب کردن پلاتین‌های کلید است. لذا با وجود این قطعه در مدار، شکل 6 در هنگام قطع کلید به شکل 7 تبدیل می‌شود و جریان برق خودالقایی ناشی از تخلیه سیم‌پیچ در مدار متشکل از سه قطعه الکتریکی مقاومت-سیم‌پیچ-خازن، آنقدر دوران می‌کند تا مستهلک شده و انرژی آن گرفته شود و از آسیب دیدن پلاتین‌های کلید پیشگیری شود.

شکل 7-مدار تشکیل شده بعد از قطع شدن کلید

این حالت از کاربرد خازن، در مدارجرقه زنی خودرو استفاده می شود. در این حالت از کاربرد خازن هنگامی که پلاتین‌ها از هم جدا می‌شوند 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 می‌آید. این ولتاژ زیاد باعث ذوب شدن پلاتین‌ها و یا آسیب دیدن سیستم ترانزیستوری می‌شود.
در این صورت با استفاده از این قطعه در مدار جرقه‌زنی، ضمن اینکه زمان جرقه‌زنی طولانی‌تر می‌شود، از آسیب دیدن پلاتین و سیستم کنترل ترانزیستوری نیز جلوگیری می‌شود و همچنین پارازیت سیستم جرقه‌زنی نیز از بین رفته و در عملکرد سیستم‌های الکترونیکی و صوتی و تصویری اختلالی به وجود نمی‌آید.

3- خازن به عنوان تایمر(Timer)

 سومین کاربرد خازن عملکرد آن به صورت تایمر است.در این حالت این قطعه به صورت سری با یک مقاومت در مدار قرار گرفته و در مدار بصورت موازی با لامپ قرار می گیرد. بنابراین بعد از اینکه این قطعه الکتریکی شارژ شد، تا مدت زمان معینی (بستگی به ظرفیت آن و مقدار مقاومت الکتریکی) می‌تواند بار الکتریکی ذخیره شده را به مدار بازگرداند و باعث روشن ماندن لامپ تا زمان مشخصی شود. 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.
کاربرد این قطعه، 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 درب‌های خودرو بسته شود، جریان برق اصلی مدار نیز قطع شده و این قطعه الکتریکی جریان برق را به مدار ارسال می‌کند. بنابراین تا مدت زمان معینی لامپ درون اتاق خودرو پس از بسته شدن درب‌ها، روشن می‌ماند.