فهرست مطالب
مقدمه
در کشور ما موج گسترش خودروهای برقی و جایگزینی خودروهای بنزینی با این نوع خودروها به سرعت در حال گسترش است. علت این امر نداشتن آلودگی و صرفه اقتصادی چه برای مالک و چه برای دولت میباشد. البته سایر مزایا مثل نداشتن سروصدا و لرزش، هزینه بسیار پایین نگهداری و امکان شارژ در منزل یا محل کار علاوه بر ایستگاههای شارژ عمومی نیز به مقبولیت خودروهای برقی در ایران افزوده است. اما هر تغییری به ویژه در این سطح نیاز به پیشبینی زیرساختهای لازم از جمله مسئله شارژ این خودروها دارد. در این مطلب به موضوع چگونگی توزیع بار متوازن بین منزل یا محل کار با شارژر توسط «لود بالانسر» میپردازیم.
لود بالانسر چیست؟
سیستم «لود بالانسر» (Load Balancer) بین جریان شارژ خودروی برقی و جریان مصرفی خانه توازن و هماهنگی ایجاد مینماید. گفتنیست که به این سیستم DLB (مخفف Dynamic Load Balancing به معنی «توازن پویای بار») نیز میگویند.
شکل 1 – شارژر دیواری 7 کیلووات تکفاز 32 آمپر برند Feyree دارای لود بالانسر
علت لزوم نصب لود بالانسر
اگر در یک مجتمع مسکونی یا تجاری کنتور برق مستقلی برای شارژ خودروی برقی وجود نداشته باشد، ساکنین میبایست از کنتورهای موجود استفاده نمایند. اما همیشه اولویت با بار مصرفی خانه یا محل کار هست و شارژر خودرو میبایست از باقیمانده ظرفیت انشعاب برق کنتور استفاده نماید. به عبارت دیگر، ابتدا باید لوازم منزل مانند یخچال، کولر، ماشین لباسشویی و … جریان لازم را از کنتور بگیرند و سپس به نسبت ظرفیت فیوز مینیاتوری اصلی هر چقدر ظرفیت باقی ماند، به شارژ خودروی برقی اختصاص یابد.
در صورت عدم وجود لود بالانسر ممکن است با اتصال خودروی برقی به شارژر، جمع جریان شارژ و جریان لوازم مصرفی خانه از جریان مجاز فیوز مینیاتوری بیشتر گردد و فیوز مدار را قطع کند و یا به اصطلاح فیوز بپرد.
آیا لود بالانسر برای همه انواع شارژرها لازم است؟
برای اندازهگیری جریان تابلوی برق نیاز به نصب «ترانس جریان» (CT مخفف Current Transformer) در تابلوی برق هست. ترانس جریان بدون نیاز به قطع سیم به صورت حلقه دور سیم فاز اصلی نصب میشود. با عبور جریان از سیم فاز، میدان مغناطیسی اطراف آن ایجاد میگردد که سبب القای شار مغناطیسی در سیمپیچ ترانس جریان میگردد. در حقیقت اگر سیم فاز را سیمپیچ اولیه یک ترانسفورماتور برق درنظر بگیریم، CT سیمپیچ ثانویه آن خواهد بود. مقدار جریان القایی در ترانس جریان متناسب با جریان عبوری از فاز است.
شکل 2 یک ترانس جریان از نوع Split Core با نسبت تبدیل 200A/50mA (معادل نسبت 4000:1) را نشان میدهد. یعنی به عنوان مثال در صورت عبور جریان 32 آمپر از سیم فاز، در سیمپیچ ترانس جریان 8 میلیآمپر القاء میگردد.
شکل 2 – ترانس جریان نوع Split Core با نسبت تبدیل 200 آمپر به 50 میلیآمپر مورد استفاده در لود بالانسر شارژر خودروهای برقی
نیاز به گفتن نیست که شارژرهای پرتابل نمیتوانند دارای لود بالانسر با ساختار اندازهگیری جریانی فوق باشند. زیرا مثلاً حین مسافرت نمیتوانید ترانس جریان را در تابلوی برق رستوران محل توقف خود نصب نمایید! بعضی از شارژرهای پرتابل به جای سیم از فرستنده وای فای برای ارتباط با شارژر استفاده میکنند.
فیوز مینیاتوری و انواع آن
ممکن است بپرسید که ارتباط بین لود بالانسر و فیوز مینیاتوری چیست؟! پس از نصب یک شارژر خودروی برقی از نوع دیواری (والباکس Wallbox)، نصاب میبایست در بخش تنظیمات اولیه لود بالانسر، جریان فیوز مینیاتوری بالادست شارژر را وارد نماید تا به این ترتیب، محدوده جریانی عملکرد سیستم را مشخص نماید.
«قطعکننده مدار مینیاتوری» (MCB مخفف Miniature Circuit Breaker) در بازار به «فییوز مینیاتوری» معروف است. البته از لحاظ فنی کاربرد واژه «فیوز» برای این وسیله غلط میباشد و بهتر است که به آن «کلید مینیاتوری» گفته شود. چون در فیوز، المان قطعکننده مدار از نوع ذوبشونده است. در حالی که در کلید مینیاتوری، این المان دارای مکانیسم ترکیبی از فنر و کویل مغناطیسی میباشد. اما در این مطلب به دلیل رایج نبودن و دور از ذهن بودن «کلید مینیاتوری» برای افراد غیرفنی، مجبور به استفاده از همان نام مرسومتر «فیوز مینیاتوری» هستیم.
در ساختمانهای مسکونی و تجاری معمولاً برای حفاظت بارهای الکتریکی از یکی از دو نوع فیوز مینیاتوری زیر استفاده میشود:
فیوز مینیاتوری تندکار (نوع B)
این نوع برای حفاظت بارهای غیر موتوری مانند روشنایی استفاده میشود.
فیوز مینیاتوری کندکار (نوع C)
این نوع برای حفاظت موتورهای الکتریکی (مانند موتور کولر، آسانسور و …) نصب میگردد. چون موتورها دارای جریان راهاندازی بالایی هستند که از جریان نامی موتور در کارکرد عادی بیشتر است، لازم است که حفاظت آن دارای واکنش سریع نباشد. در غیر این صورت در اثر جریان بالای لحظات اولیه راهاندازی، حفاظت عمل و موتور را خاموش خواهد نمود.
شکل 3 مقایسه منحنیهای زمان واکنش فیوزهای مینیاتوری نوع B و C و D را بر پایه استاندارد IEC-60898-1 در دمای 30 درجه سانتیگراد نشان میدهد. لازم به ذکر است که نوع D برای حفاظت موتورهای بسیار بزرگ استفاده میگردد و به ندرت در ساختمانهای مسکونی و تجاری کاربرد دارد.
به عنوان مثال یک فیوز مینیاتوری 32 آمپر را درنظر بگیرید. در این شکل میبینید که اگر فیوز تندکار نوع B باشد، به ازای جریان 3 تا 5 برابر جریان نامی (بین 96 تا 160 آمپر) ظرف 10 میلیثانیه مدار را قطع میکند یا اصطلاحاً تریپ میدهد یا میپرد. اما اگر نوع کندکار C باشد، به ازای 5 تا 10 برابر جریان نامی (160 تا 320 آمپر) تریپ میدهد. همچنین در نمودار میبینید که زمان قطع 1 ساعته برای نوع تندکار به ازای %13 اضافه بار (جریان حدود 36 آمپر) رخ میدهد. اما نوع کندکار به ازای %45 اضافه بار (حدود 46 آمپر) مدار را 1 ساعته قطع مینماید.
شکل 3 – منحنی زمان عملکرد فیوزهای مینیاتوری تندکار و کندکار (نوع B و C و D) بر حسب جریان
کدام نوع فیوز مینیاتوری برای حفاظت شارژر خودروی برقی مناسب است؟
چون شارژر خودروی برقی یک وسیله الکترونیکی محسوب میگردد که جریان راهاندازیش تفاوت چندانی با جریان نامی ندارد، در صورتی که فیدر آن مستقل از بارهای دیگر باشد، از فیوز مینیاتوری نوع تندکار B برای حفاظت آن استفاده میگردد. توجه کنید که در تنظیمات اولیه شارژر پس از نصب، حتماً میبایست جریان نامی فیوز مینیاتوری را در بخش تنظیمات لود بالانسر وارد نمایید.
شکل 4 – فیوز مینیاتوری 32 آمپر تندکار نوع B
مثال عملی
در مجتمعهای مسکونی و تجاری همه ساکنین دارای خودروی برقی نیستند و حتی اگر بودند هم محاسبه سهم هر یک از قبض برق عمومی با توجه به متفاوت بودن میزان مصرف هر خودرو غیر ممکن بود. بنابراین در صورت تغذیه شارژرها از برق مشاعات به طور قطع در ساختمان بین ساکنین اختلاف بوجود خواهد آمد. به همین خاطر جهت پیشگیری از اختلاف در ساختمان بر سر هزینه برق، تغذیه شارژر به جای کنتور مشاعات از کنتور شخصی مالک خودرو تأمین میگردد.در این مثال فرض کنید فیوز مینیاتوری اصلی واحد مسکونی شما 32 آمپر کندکار نوع C است و قصد نصب یک شارژر تکفاز 32 آمپر برای شارژ خودروی برقی خود دارید.
عملکرد سیستم لود بالانسر در بار زیاد
فرض میکنیم که جمع جریان مصرفی وسایل معمول خانگی شما مانند یخچال، ماشین لباسشویی، کولر و تلویزیون به 20 آمپر میرسد. پس مجموع جریانی که از فیوز مینیاتوری اصلی میگذرد (شامل جریان خانه و جریان شارژر) 52 آمپر خواهد بود. در شکل 3 از منحنی عملکرد فیوز مینیاتوری کندکار نوع C میبینیم که فیوز ظرف مدت حدود 3 دقیقه عمل و برق خانه را قطع خواهد نمود.
حال در صورتی که شارژر دارای سیستم لود بالانسر (یا همان DLB) باشد، هنگام نصب شارژر در تنظیمات اولیه حداکثر جریان مجاز معادل ظرفیت فیوز مینیاتوری اصلی بالادست یعنی 32 آمپر وارد میگردد. با لحاظ جریان 20 آمپر مصرفی خانه و ظرفیت 32 آمپری فیوز مینیاتوری، سیستم لود بالانسر به شارژر فرمان میدهد که جریان شارژ نباید از 12 آمپر فراتر برود. این فرمان از طریق پینهای سیگنال کانکتور شارژ به یکسوساز (Rectifier) داخلی خودروی برقی ارسال میگردد. (لازم به ذکر است که یکسوساز وظیفه تبدیل برق شهری متناوب (AC) را به ولتاژ و جریان مستقیم (DC) مناسب برای شارژ باتری بر عهده دارد.) به این ترتیب، حداکثر جریان شارژ باتری خودروی برقی از 12 آمپر فراتر نخواهد رفت.
عملکرد سیستم لود بالانسر در بار کم
شب هنگامی که ساکنین خواب و اکثر بارهای مصرفی خاموش هستند و فرضاً جریان برق خانه به 2 آمپر کاهش مییابد، لود بالانسر اجازه افزایش جریان شارژ تا 30 آمپر را میدهد. به این ترتیب لود بالانسر توازن بین جریان شارژ خودرو و جریان مصرفی خانه را به گونهای تنظیم میکند که ضمن اولویت دادن به مصرف برق خانه نسبت به شارژ خودرو، همزمان هم سرعت شارژ خودروی برقی شما و هم عدم فشار به تأسیسات الکتریکی ساختمان تضمین گردد.
نتیجهگیری
لود بالانسر توازنی پویا بین بار مصرفی خانه یا محل کار و جریان شارژ خودروی برقی فراهم میآورد. از آنجا که در وضعیت فعلی، شارژر خودروهای برقی در تابلوهای برق ساختمانها دارای کنتور و مسیر تغذیه مستقل نیستند، لود بالانسر یک ویژگی کاملاً ضروری برای شارژرهای دیواری خودروهای برقی محسوب میگردد.