جریان DC فقط یه جریان ساده برق نیست؛ پشت این سه حرف، راز عملکرد دقیق و بی‌نقص سنسورهای صنعتی پنهان شده!
اگه می‌خوای بدونی چرا بدون برق DC هیچ دستگاه ابزار دقیقی درست کار نمی‌کنه، این مقاله همون چیزیه که دنبالش بودی!
جریان dc چیست؟
جریان DC یا Direct Current نوعی از جریان الکتریکی است که در آن، الکترون‌ها به‌صورت یکنواخت و پیوسته در یک جهت مشخص در مدار حرکت می‌کنند. برخلاف جریان AC که جهت آن به‌صورت متناوب تغییر میکند، در DC هم جهت و هم مقدار ولتاژ در طول زمان ثابت باقی می‌ماند. این نوع جریان عمدتاً در منابع تغذیه باتری‌ها، منابع تغذیه سوئیچینگ، سیستم‌های خورشیدی، تجهیزات ابزار دقیق، مدارات الکترونیکی حساس و همچنین در بسیاری از سیستم‌های کنترلی صنعتی استفاده میشود. چرا که این پایداری ولتاژ و جریان باعث میشود تا سنسورها، کنترلرها، ترانسمیترها و سایر تجهیزات الکترونیکی دارای عملکردی دقیق، قابل پیش‌بینی و بدون نویز باشند.
جریان dc مخفف چیست؟
اصطلاح DC مخفف عبارت Direct Current به‌معنای “جریان مستقیم” یا “جریان یکنواخت” است. این عبارت برای توصیف حالتی از جریان الکتریکی به‌کار می‌رود که در آن، جریان فقط در یک جهت (از قطب مثبت به منفی) و بدون تغییر جهت متناوب در مدار جاری میشود. در مدارهای صنعتی، استفاده از جریان مستقیم به‌خصوص در کاربردهایی که دقت، ثبات و ایمنی بالا اهمیت دارد، مانند درایو موتورهای DC، سیستم‌های تغذیه پشتیبان، سنسورها و PLCها کاملاً رایج است.
علامت جریان dc
علامت استاندارد برای نمایش جریان DC در نقشه‌های مهندسی، دیتاشیت‌ها و مدارات الکترونیکی معمولاً به‌صورت یک خط صاف بالای دو یا چند خط کوتاه و نقطه‌چین است. به این صورت:
⎓ یا —‒‒‒.
گاهی نیز از حروف اختصاری DC در کنار ولتاژ (مانند 24V DC) استفاده میشود. این نمادها مشخص می‌کنند که ولتاژ یا جریان مربوطه از نوع مستقیم (و نه متناوب) است. همچنین مناسب استفاده در سیستم‌هایی است که نیاز به تغذیه پایدار و نویز پایین دارند، از جمله تجهیزات ابزار دقیق، کنترلرهای صنعتی، سنسورها و مدارهای منطقی.
برق dc چگونه تولید میشود؟
برق DC یا جریان مستقیم، یکی از اساسی‌ترین و پرکاربردترین انواع جریان الکتریکی در سیستم‌های ابزار دقیق، الکترونیک صنعتی، انرژی‌های تجدیدپذیر و تجهیزات اندازه‌گیری محسوب میشود. DC برخلاف جریان متناوب (AC)، دارای جهت و قطبیت ثابت و به‌صورت یکنواخت از قطب مثبت به قطب منفی حرکت میکند. تولید این نوع جریان از روش‌ها و منابع گوناگونی امکان‌پذیر است. در ادامه، با شرح کاملاً دقیق و فنی، به بررسی رایج‌ترین و مهم‌ترین روش‌های تولید برق DC خواهیم پرداخت.
1. تولید برق DC توسط باتری‌ها و سلول‌های الکتروشیمیایی
یکی از ابتدایی‌ترین و رایج‌ترین منابع تولید برق DC، باتری‌ها (Battery) و سلول‌های الکتروشیمیایی هستند. این باتری ها و سلول ها از واکنش‌های شیمیایی بین الکترولیت‌ها و الکترودها برای ایجاد اختلاف پتانسیل ثابت بهره می‌برند. ولتاژ این نوع منابع عموماً در بازه‌های مشخص (مانند 1.5 ولت، 3.7 ولت، 9 ولت یا 12 ولت) تعریف شده‌اند.
در سیستم‌های ابزار دقیق، از باتری‌ها معمولاً به‌عنوان منابع تغذیه پشتیبان یا تغذیه اولیه برای تجهیزات قابل‌حمل مانند کالیبراتورها، مولتی‌مترها، دیتالاگرها و ابزارهای تست استفاده میشود.
2. تولید برق DC با پنل‌های خورشیدی (Photovoltaic)
پنل‌های فتوولتائیک (PV Panels) یا پنل‌های خورشیدی با استفاده از خاصیت نیمه‌رسانایی مواد سیلیکونی، نور خورشید را به‌طور مستقیم به جریان DC تبدیل می‌کنند. در سلول‌های خورشیدی، فوتون‌های نوری باعث آزادسازی الکترون‌ها در ساختار نیمه‌هادی می شود. در نتیجه، جریان مستقیم با ولتاژ مشخص (مثلاً 12 یا 24 ولت DC) تولید میشود.
در بسیاری از سامانه های کنترلی و ابزار دقیق در مناطق دورافتاده که برق شبکه در دسترس نیست، از پنل‌های خورشیدی همراه با باتری‌های شارژپذیر و افزایش کنترلر DC استفاده میشود تا تغذیه پایدار و بدون نویز برای سنسورها، ترانسمیترها، دیتالاگرها و آلارم‌ها فراهم شود.
3. تولید برق DC توسط دینام یا ژنراتور DC
ژنراتورهای DC (که به آن‌ها دینام نیز گفته میشود) با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی و با به‌کارگیری کموتاتور (Commutator) و جاروبک (Brush)، می‌توانند جریان متناوب القاشده را به جریان مستقیم تبدیل کنند.
این نوع ژنراتورها معمولاً در مواردی مانند شارژ باتری‌های صنعتی، راه‌اندازی موتورهای DC، تغذیه پمپ‌های کوچک، تجهیزات کنترل و ماشین‌آلات صنعتی کاربرد دارند و بسته به ساختارشان می‌توانند ولتاژهای مختلفی تولید کنند.
4. تولید برق DC با استفاده از رکتیفایرها (یک‌سوسازها)
یکی از رایج‌ترین روش‌های تبدیل برق AC به DC در صنایع و سیستم‌های ابزار دقیق، استفاده از رکتیفایرها یا مدارات یک‌سوساز است. این مدارها معمولاً شامل دیودها، پل دیودی، خازن‌های فیلتر، و در موارد پیشرفته‌تر، مدارات تثبیت ولتاژ و تنظیم‌کننده (Regulator) هستند.
در منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS)، رکتیفایر در مرحله اول برق 220 ولت AC را به ولتاژ DC خام (مثلاً 310V DC) تبدیل میکند و سپس با استفاده از مبدل‌های فرکانس بالا، آن را به ولتاژهای مناسب‌تر مانند 24V یا 5V DC کاهش می‌دهد. این نوع منابع در تغذیه PLCها، HMIها، ماژول‌های I/O، سنسورها و ابزارهای ابزار دقیق کاملاً ضروری هستند.
5. تولید برق DC از مبدل‌های DC-DC
در بسیاری از سیستم‌ها، به‌ویژه در الکترونیک صنعتی و ابزار دقیق، نیاز است که ولتاژ DC به مقدار دیگری از ولتاژ DC تبدیل شود. این عمل با کمک مبدل‌های DC-DC (مانند بوست کانورتر و باک کانورتر) انجام می‌پذیرد.
برای مثال، تبدیل 24 ولت DC به 5 ولت DC برای تغذیه یک سنسور دیجیتال یا رله کنترل‌کننده. این نوع مبدل‌ها با بهره‌گیری از روش سوئیچینگ و استفاده از سلف، دیود و ترانزیستور، جریان DC را تنظیم و پایدار می‌کنند.
6. استفاده از سیستم‌های UPS برای تولید و نگهداری برق DC
سیستم‌های منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) نه‌تنها وظیفه تأمین برق در هنگام قطع برق را دارند، بلکه جریان DC پایداری را نیز تولید می‌کنند که از طریق اینورترها به جریان AC تبدیل میشود یا مستقیماً به تجهیزات DC داده میشود. در سیستم‌های ابزار دقیق که قطع لحظه‌ای برق می‌تواند منجر به از دست رفتن داده یا آسیب به تجهیزات شود، UPSهای صنعتی DC با بانک باتری و شارژ کنترلر، نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند
برق dc چند ولت است؟
برق DC بسته به منبع تولید و کاربرد آن می‌تواند در رنج گسترده‌ای از ولتاژها وجود داشته باشد، برای مثال:
- 1.5 ولت DC در باتری‌های قلمی،
- 5V DC در تغذیه مدارات دیجیتال و USB،
- 12V و 24V DC در تجهیزات صنعتی، رله‌ها، کنترلرها و سیستم‌های اتوماسیون،
- 48V DC و بالاتر در سیستم‌های مخابراتی، پنل‌های خورشیدی و UPSها.
در کاربردهای ابزار دقیق، معمولاً ولتاژ 24 ولت DC به‌عنوان استاندارد تغذیه سنسورها، ترنسمیترها، پوزیشنرها، کنترلرها و ماژول‌های ورودی/خروجی PLC مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا در این رنج، هم ایمنی بالا است و هم تداخل الکترومغناطیسی کاهش می‌یابد.
افزایش و کاهش جریان dc چیست؟
در جریان DC، کنترل مقدار جریان (افزایش یا کاهش آن) به‌کمک تجهیزات و روش‌های خاصی انجام میشود از جمله:
- مقاومت‌های متغیر (پتانسیومتر یا رئوستا): برای تنظیم جریان به‌صورت دستی.
- ترانزیستورها و مدارهای تقویت‌کننده: برای کنترل خودکار جریان در مدارات الکترونیکی.
- مبدل‌های DC-DC (بوست یا باک کانورتر): که با روش سوئیچینگ و القا، ولتاژ DC را افزایش (Boost) یا کاهش (Buck) داده و در نتیجه جریان را نیز به تناسب کنترل می‌کنند.
- مدارهای PWM (Pulse Width Modulation): در سیستم‌های کنترل سرعت موتورهای DC برای کنترل جریان با تغییر عرض پالس.
افزایش یا کاهش جریان در سیستم‌های ابزار دقیق باید بسیار دقیق انجام شود تا عملکرد سنسور یا کنترلر تحت تأثیر قرار نگیرد.
عبور جریان dc از سلف
عبور جریان DC از سلف (Inductor) در ابتدا با یک مقاومت لحظه‌ای زیاد مواجه میشود. زیرا قانون لنز (Lenz’s Law) ایجاب میکند که تغییر ناگهانی جریان باعث تولید ولتاژ القایی مخالف شود. اما پس از مدت کوتاهی، سلف به حالت اشباع می‌رسد و جریان DC بدون تغییر از آن عبور میکند.
بنابراین:
- در حالت پایدار، سلف نسبت به DC مانند یک اتصال کوتاه (short circuit) عمل میکند.
- ولی در لحظه‌ی اتصال، سلف در برابر تغییر سریع جریان مقاومت نشان می‌دهد.
در مدارات فیلترینگ و حفاظت ابزار دقیق، این خاصیت سلف برای جلوگیری از نویزهای لحظه‌ای یا موج‌های گذرا (transient spikes) در خطوط DC بسیار کاربرد دارد.
شنت جریان dc چیست؟
شنت (Shunt) در واقع یک مقاومت با مقدار اهمی بسیار پایین و توان بالا است که در مسیر جریان DC قرار می‌گیرد تا با اندازه‌گیری ولتاژ دو سر آن، بتوان مقدار جریان عبوری را محاسبه کرد (بر اساس قانون اهم: I = V/R).
در سیستم‌های ابزار دقیق، شنت‌ها به‌صورت مستقیم با ولت‌متر یا آمپرمتر DC استفاده می‌شوند. در مواردی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق جریان وجود دارد (مانند در باتری‌مانیتورینگ، شارژرها، کنترل مصرف انرژی در تابلو برق‌ها یا مانیتورینگ تغذیه سنسورها)، شنت بهترین راه‌حل است.
نمودار جریان dc
نمودار جریان DC معمولاً به‌صورت یک خط افقی صاف در برابر زمان نمایش داده میشود. این نمودار نشان می‌دهد مقدار جریان در طول زمان ثابت و یکنواخت باقی می‌ماند. برخلاف نمودار جریان AC که به‌شکل یک موج سینوسی است.
در مدارات ابزار دقیق، این نمودار به دلیل حیاتی بودن پایداری جریان DC برای دقت اندازه‌گیری، کالیبراسیون، عملکرد خطی سنسورها و جلوگیری از نویز الکترومغناطیسی اهمیت دارد.
در برخی نمودارها ممکن است تغییرات کوچکی در جریان DC دیده شود (Ripple) که ناشی از منابع تغذیه سوئیچینگ است. این پارازیت‌ها باید تا حد امکان کاهش یابند تا سیستم‌های ابزار دقیق عملکرد پایدار و بدون خطا داشته باشند.
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: