درسنامه آموزشی طراحی و نصب تأسیسات جریان ضعیف کلاس دهم الکتروتکنیک

واحد یادگیری 8: سیستم صوتی

آیا می‌دانید

- وظیفه بلندگو و آمپلی فایر در یک سیستم صوتی چیست؟
- چگونه می‌توان بیش از یک بلندگو را در سیستم صوتی استفاده کرد؟ 
- تفاوت انواع میکروفن‌ها در چیست؟

استاندارد عملکرد

پس از اتمام این واحد یادگیری، هنرجویان قادر خواهند بود، با اتصال تجهیزات صوتی (آمپلی فایر و بلندگو) انجام داده و علاوه بر آن قادر به راه‌اندازی این سیستم خواهند بود. همچنین با رعایت قواعد افت صدا و اندازه‌گیری آن در محل‌ها و فضاهای محدود بلندگو را جانمایی کنند.

کاتالوگ و برچسب سیستم صوتی را خوانده و اطلاعات آن را استخراج کند.

مقدمه

صوت و صدا به عنوان یک وسیله ارتباطی در همه زمان‌ها مورد استفاده بشر بوده و شاید حس آرامش و لذت از آواها و حتی ترس، انسان را کنجکاو به مطالعه در زمینه صوت کرده است.

در گذشته که برقی وجود نداشت برای اطلاع‌رسانی از بالای پشت بام و مناره‌های مساجد مردم را با خبر می‌کردند. موذن‌ها از مناره اذان سر می‌دادند تا به این وسیله افراد بیشتری صدا را بشنوند، در بعضی از شهرها زمان افطار را با شلیک توپ به شهروندان اعلام می‌کردند (شکل 1).

امروزه با پیشرفت تکنولوژی و فناوری سیستم‌های صوت، انتقال صدا در سطح بسیار گسترده در شهر‌ها و روستاها، سالن‌های اجتماعات، بیمارستان‌ها و... آسان شده است.

سیستم های فراخوان افراد (Paging) نیز در محیط‌های بزرگ، بسیار پرکاربرد است. در این سیستم‌ها به بیش از یک بلندگو برای اطلاع‌رسانی نیاز است به این سیستم‌های فراخوان، سامانه ارتباط جمعی (Public Address System) به اختصار PA می‌گویند. با قابلیت شارژ باطری‌ها نیز استفاده از اکوآمپلی فایرهای سیار نیز میسر شده است. ولی سؤال اینجاست که چگونه می‌توان یک سیستم صوتی مناسب برای یک فضای مشخص ایجاد کرد؟

محدوده شنوایی صدا توسط انسان در فرکانس‌هایی بین 20HZ تا 20KHZ است. این محدوده در بعضی از جانوران کمتر از 20HZ و بعضی از آنها بیشتر 20KHZ است.

دامنه، ارتفاع یا شدت صدا

هر چه مقدار انرژی صوتی که سبب ایجاد یک موج صوتی می‌شود، بیشتر باشد دامنه یا شدت صدا نیز قوی‌تر است.

واحد اندازه‌گیری شدت صدا

شدت صدا را معمولاً بر حسب dB (دسی بل) اندازه‌گیری می‌کنند. 

دِسی بِل واحد اندازه‌گیری شدت صدا است. ابزاری که برای سنجش شدت صدا به کار می‌رود (شکل 3). صوت‌سنج نامیده می‌شود. واحد دسی بل به‌صورت لگاریتمی افزایش می‌یابد. بدین صورت که کمترین صوت قابل شنیدن، صفر دسی بل بوده و صدای ده برابر قوی‌تر از آن 10dB بوده و صدایی 100 برابر آن 20dB خواهد بود.

اثرات صدا

اگر شدت صدا بیش از 85dB باشد بر شنوایی انسان اثرات کوتاه مدت و در صورتی که زمان اثر صدا طولانی باشد، اثر نامطلوب و ماندگار خواهد گذاشت.

در فضای باز با 2 برابر شدن فاصله از منبع صوت، شدت صدا به اندازه ی 6dB کاهش می‌یابد (شکل 4).

این نرم افزار مقدار صدای ترافیک را 70dB نشان می‌دهد. جدول 1 را به کمک اپلیکیشن Sound meter تکمیل کنید.

جدول 1 - اندازه‌گیری شدت صوت

نوع صدا	محدوده اندازه‌گیری شده	محدوده مجاز
ترافیک
صدای موتور سیکلت
صدای بلندگو
صدای محوطه کارگاه برق
صدای کارگاه تراشکاری

تجهیزات سیستم صوتی

برای تقویت و انتقال صوت به تجهیزاتی نظیر بلندگو، آمپلی فایر و میکروفون نیاز است.

- بلندگو
- آمپلی فایر (تقویت کننده)
- میکروفون
- کابل و فیش

بلندگو

بلندگو برای انتشار صدا در محیط استفاده می‌شود و از اجزای نشان داده شده در شکل 6 تشکیل شده است.

انواع بلندگو

بلندگوها از نظر کاربرد به انواع بوقی، ستونی، دیواری و سقفی تقسیم‌بندی می‌شود (شکل 7).

مشخصات بلندگو:

هر بلندگو دارای سه مشخصه مهم است:

الف) امپدانس بلندگو: مقدار مقاومت ظاهری بلندگو که در برابر عبور جریان الکتریکی صدا از خود نشان می‌دهد. این مقدار برای بلندگوهای متداول 16 ،8 ،4 اهم در بازار در محدوده است (شکل 8).

ب) توان بلندگو: مقدار توان الکتریکی که بلندگو به انرژی صوتی تبدیل می‌کند (شکل 9).

ج) پاسخ فرکانسی: توانایی بلندگو در بازسازی فرکانس‌های مختلف صوتی است.

نصب بلندگو:

نصب انواع بلندگو به نوع محیط نصب و کاربرد آن بستگی دارد مثلاً برای فضای سرپوشیده کوچک می‌توان از بلندگوی سقفی استفاده کرد برای فضاهای باز، پارک و آمفی تئاتر از بلندگوی دیواری و ستونی استفاده کرد. مقدار سروصدا و نویز دائمی در انتخاب بلندگو نیز مؤثر است.

جدول 2 صوتی بلندگوهای سقفی را با توجه به ارتفاع سقف با فاصله بلندگوها از یکدیگر و توان آنها بدون ایجاد آلودگی صوتی نشان می‌دهد.

جدول 2 - بلندگوهای سقفی

ارتفاع سقف	فاصله بلندگو (متر)	پوشش صوتی (مترمربع)	توان بلندگو (وات)
2/5	3	9	1
3	4	16	1
3/5	5	25	1
4	6	36	3
5	8	64	3

ارتباط بین شدت صدا و توان بلندگو:

ارتباط بین توان و شدت صدا و همچنین شدت صدا و توان بلندگو را می‌توان از جدول 3 به دست آورد.

رابطۀ فاصله تا منبع صوت و شدت صدا:

شدت صدا با افزایش فاصله از منبع صدا و دور شدن از آن مطابق شکل 10 کاهش می‌یابد.

انتخاب بلندگو

الف) بلندگوهای دیواری: این بلندگوها برای کلاس‌های درس و فضاهای مشابه مناسب است. به طور مثال برای یک فضای $3 \times 4$ مترمربع یک بلندگوی یک وات مناسب است (شکل 12).

ب) بلندگوهای ستونی: این بلندگوها برای سالن‌های کنفرانس و همایش در محدوده 15 تا 30 وات و دوطرفه استفاده می‌شود. به این بلندگو‌ها اصطلاحاً غیر جهتی گفته می‌شود (شکل 13).

ج) بلندگو بوقی و شیپوری: یکی از متداول‌ترین بلندگوها برای فضاهای باز مثل حیاط مدارس، مساجد و حسینیه‌ها و... بلندگوهای بوقی است. محدوده توان این بلندگوها بین 30 تا 50 وات است. به این بلندگو‌ها جهتی گفته می‌شود (شکل 14).

این بلندگو به شکل دوتایی و چندتایی نصب و استفاده می‌شود البته تعداد بلندگوها به نویز محیط نصب شده بستگی دارد.

جدول 4- انتخاب نوع بلندگوی بوقی مناسب برای فضای باز را نشان می‌دهد.

توان بلندگوی بوقی	تعداد	فاصله تقریبی پوشش داده شده توسط بلندگو برحسب متر
30W	1	200m
	2	300m
	3	400m
	4	600m
50W	1	350m
	2	500m
	3	700m
	4	1000m

هنگام نصب بلندگو باید به مقدار امپدانس خروجی تقویت‌کننده و مقدار امپدانس بلندگو باید توجه کرد.

بعضی از بلندگو‌ها دارای کلید انتخاب حالت برای اتصال به خروجی تقویت‌کننده با امپدانس کم و مقدار ولتاژ بالا (100 یا 70 ولت) هستند (شکل 16).

آمپلی فایر (تقویت کننده):

وظیفه آمپلی فایر تقویت دامنه صوت دریافت‌شده توسط میکروفون و ارسال آن به بلندگو است. در این کتاب بیشتر از واژه متداول آمپلی فایر استفاده شده است.

توان آمپلی فایر:

توان آمپلی فایرها در انواع مختلف متفاوت است. مشخصات فنی هر آمپلی فایر در دفترچه راهنمای آن درج شده و هنگام اتصال بلندگو باید به مقدار توان خروجی آن و امپدانس خروجی دقت کرد. در شکل 18 دو نمونه آمپلی فایر نشان داده شده است.

اتصالات آمپلی فایر :

اتصالات آمپلی فایر شامل اتصال به بلندگو و میکروفون، تغذیه برق و... می‌باشد (شکل 19).

میکروفون: ورودی میکروفون با دو مدل اتصال در شکل بالا نشان داده شده است. برای اتصال میکروفون به خط 3 و 4 از فیش اتصال RCA استفاده می‌شود.

خروجی بلندگو: این محل برای اتصال بلندگو با امپدانس کم و اتصال تعداد زیاد بلندگو به خروجی 70 یا 100 ولت است.

اتصال به شبکه: قابلیت سیستم تقویت‌کننده را برای افزایش کنترل از محل دیگر مهیا می‌کند.

تغذیه برق: ورودی تغذیه برق 220 ولت 50 هرتز با توان 40 وات را نشان می‌دهد.

ارتباط بلندگو و آمپلی فایر (تقویت‌کننده):

برای بهره‌گیری از یک سیستم صوتی با کیفیت انتخاب بلندگو و تقویت‌کننده بسیار اهمیت دارد اگر محاسبه لازم در انتخاب بلندگو و تقویت‌کننده انجام نشود دو حالت زیر پیش می‌آید:

1- کیفیت صدا مناسب نباشد.
2- تقویت‌کننده و بلندگو آسیب ببیند.

هنگام اتصال بلندگو به آمپلی فایر امپدانس بلندگو و آمپلی فایر مانند دو مقاومت سری به دنبال هم قرار می‌گیرد. بنابراین در محاسبات مدار الکتریکی سیستم دو مقاومت با هم جمع می‌شود. محاسبه توان بلندگو و توان دریافتی از آمپلی فایر مطابق قوانین اهم است.

برای اجرای یک سیستم صوتی PA به نکات زیر توجه کنید.

با توجه به نوع و ابعاد فضای مورد نظر، توان مورد نیاز بلندگو را مشخص کنید.

با توجه به مقدار توان محاسبه شده برای بلندگوها، توان تقویت‌کننده را با در نظر گرفتن حدود 10 الی 20 درصد تلفات برآورد کنید. مثلاً اگر توان بلندگوها برابر 200 وات به دست آمد برای تقویت‌کننده توانی معادل 240 وات مدنظر قرار دهید.

3- همیشه امپدانس خروجی و تقویت‌کننده با مجموع بلندگو یا بلندگوها برابر باشند (شکل 20).

اگر تعداد بلندگوها زیاد است از خروجی با ولتاژ بالای تقویت‌کننده استفاده کنید و برای هر بلندگو یک ترانسفورماتور تطبیق لحاظ کنید.

بلندگوها و تقویت‌کننده به نحوی انتخاب شوند که در همه شرایط جریان خروجی تقویت‌کننده از حد مجاز آن بیشتر نشود.

اتصال بلندگو به آمپلی فایر:

در ترمینال‌های خروجی آمپلی فایر‌های صوتی معمولاً دو ترمینال جداگانه وجود دارد.

الف) ترمینال اتصال بلندگوهای 8 اهمی و 4 اهمی بلندگو مورد نظر 4 یا 8 اهمی نباید از نظر توان از توان آمپلی فایر بیشتر باشد. در شکل 22 محل اتصال بلندگو و اتصال آمپلی فایر مشخص شده است.

ب) ترمینال ولتاژ بالا که به نام خط PA شناخته می‌شود و دارای ولتاژ 70 ولت، 100 یا 300 ولت است (شکل 23).

به این ترمینال ولتاژ بالا باید بلندگوهای با اهم زیاد متصل شود. مثلاً اگر توان بلندگو 5 وات باشد و به ترمینال 100 ولت متصل باشد مقدار امپدانس خروجی باید برابر باشد با:

$P = \frac{{{V^2}}}{R} \to R = \frac{{{V^2}}}{P} = \frac{{{{100}^2}}}{5} = 2000\Omega $

ترانسفورماتور تطبیق (Matching):

ترانسفورماتور تطبیق یک مبدل ولتاژ و جریان الکتریکی است که این دو کمیت را به مقادیر کمتر یا بیشتر تبدیل می‌کند. ترانسفورماتور تطبیق یک ترانسفورماتور کاهنده است و برای اتصال بلندگو به خروجی ولتاژ بالای آمپلی فایر کاربرد دارد (شکل 25).

وظیفه این ترانسفورماتور تطابق امپدانس بلندگو با امپدانس خروجی آمپلی فایر است. معمولاً از ترانسفورماتور تطبیق با توان‌های 0/5، 1، 3، 5، 7، 10، 15، 30، 50 وات برای بلندگوهای 4 اهم و 8 اهم استفاده می‌شود.

طریقه نصب بلندگو به ترانسفورماتور تطبیق:

برای نصب بلندگو یا بلندگوها به ترانسفورماتور تطبیق مطابق شکل دو سر اولیه ترانسفورماتور به خط خروجی آمپلی فایر متصل می‌شود و قسمت ثانویه ترانسفورماتور به بلندگو متصل می‌شود. معمولاً ترانسفورماتور تطبیق کنار بلندگو نصب می‌شود، بعضی از بلندگوها با ترانسفورماتور تطبیق در بازار ارائه می‌شوند (شکل 26).

با اتصال ترانسفورماتور می‌توان متناسب با توان خروجی آمپلی فایر و توان هر بلندگو، تعداد بلندگو را انتخاب کرد. برای محاسبه تعداد بلندگو متصل به ترانسفورماتور تطبیق، کافی است توان خروجی آمپلی فایر را تقسیم به توان هر بلندگو نمود.

اتصال سری و موازی بلندگوها:

برای اتصال بلندگوها به صورت سری و موازی باید به امپدانس نهایی رو سر بلندگو‌ها و برابر بودن آن با خروجی تقویت‌کننده دقت کرد.

میکروفون

برای انتقال صدا و تقویت آن توسط آمپلی فایر از میکروفون استفاده می‌شود (شکل 30).

هر میکروفون دارای چهار خصوصیت اصلی است:

- حساسیت
- امپدانس
- پاسخ فرکانس
- جهت‌دار بودن

حساسیت میکروفون: قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی در قالب صوت ضعیف به انرژی الکتریکی در میکروفون حساسیت نامیده می‌شود. هرچه میکروفون حساسیت بیشتری داشته باشد می‌تواند صوت‌های با دامنه کم را به ولتاژ الکتریکی تبدیل کند.

امپدانس میکروفون: مقدار مقاومت ظاهری میکروفون در مقابل سیگنال متناوب امپدانس میکروفون نامیده می‌شود.

پاسخ فرکانسی میکروفون: توانایی تبدیل انرژی مکانیکی در پهنای باند فرکانس صوتی به انرژی الکتریکی پاسخ فرکانس میکروفون نامیده می‌شود. میکروفونی دارای پاسخ فرکانسی بالاتر است که قادر باشد در فرکانسی 20HZ تا 20KHZ کار کند.

جهت داری میکروفون: عملکرد میکروفون در جهت‌های مختلف را جهت دارای میکروفون می‌گویند. بعضی از میکروفون‌ها در جهت خاصی به صدا حساس‌تر هستند مثل میکروفون‌های استودیوهای صدابرداری.

انواع میکروفون:

انواع میکروفون‌ها از نظر ساختار به دو نوع خازنی و دینامیکی تقسیم می‌شوند ولی از نظر نوع کاربرد میکروفون‌ها دارای انواعی مانند یقه‌ای، سخنرانی، استودیو و... هستند. میکروفون‌های دینامیکی برخلاف نوع خازنی منبع تغذیه جداگانه ندارند و در جاهایی که کیفیت صدا خیلی اهمیت نداشته و در نزدیک منابع صوتی بلند کاربرد دارند. میکرفون‌های خازنی حساسیت بیشتری دارد (شکل 31).

الف) میکروفون‌های دینامیکی:

با فشرده‌شدن هوا یک دیافراگم بسیار باریک و سبک در پاسخ به فشار هوا حرکت می‌کند. حرکت دیافراگم باعث حرکت یک سیم‌پیچ شده و صدا با حرکت کردن سیم‌پیچ در یک میدان مغناطیسی تولید شده و منجر به ایجاد جریان الکتریکی کوچکی می‌شود.

میکروفون‌های دینامیک حساسیت کمتری (در مقابل فشار هوا و فرکانس‌های بالا) نسبت به میکروفون‌های خازنی دارند و معمولاً می‌توانند در شرایط سخت‌تری کار کنند. همچنین این میکروفون‌ها ارزان‌تر هستند. در ساختمان این میکروفون‌ها از منبع تغذیه استفاده نمی‌شود.

ب) میکروفون‌های خازنی:

میکروفون‌های خازنی در مقایسه با میکروفون‌های دینامیک، حساسیت بهتری نسبت به «سرعت» و «تحرک امواج صوتی» نشان می دهند. این سیستم مکانیکی ساده، شامل یک دیافراگم نازک و کشیده است که در نزدیکی یک صفحه فلزی قرار گرفته و تشکیل یک خازن می‌دهد. این خازن بار الکتریکی خود را از یک منبع خارجی (باتری) دریافت می‌کند. هنگام فشار هوا دیافراگم به آرامی می‌لرزد و باعث تغییر ظرفیت خازن شده و به کمک تغذیه باتری، موجب تغییر ولتاژ و ایجاد یک سیگنال در خروجی میکروفون می شود. برخلاف سایر میکروفون‌ها، میکروفون خازنی به مولد برق DC و یک پیش تقویت‌کننده احتیاج دارد. اگر چه این میکروفون کیفیت بسیار خوبی از صدا تولید می‌کند (پاسخ فرکانسی 20 تا 18000 هرتز) ولی بزرگی و حساسیت بیش از حد از معایب میکروفون خازنی است. این میکروفون‌ها در مقابل صدا‌های بلند در کنار هم دچار تداخل صوتی می‌شوند. از میکروفون خازنی برای صدابرداری بسیار حساس استفاده می‌شود. مخصوصاً هنگامی که منبع صوتی در فاصلۀ دور قرار دارد.

تست میکروفون و بلندگو:

برای اندازه‌گیری مقدار مقاومت اهمی یک میکروفون دینامیکی ابتدا کلید خاموش - روشن (Off- On) را در حالت روشن گذاشته و مطابق شکل 33 با اهم متر مقاومت اهمی آن را اندازه‌گیری کنید.

اتصال بلندگو به آمپلی فایر

برای اتصال بلندگو به آمپلی فایر با در نظر گرفتن شرایط قبلی جریان و امپدانس بلندگو و آمپلی فایر دو حالت زیر در نظر گرفته می‌شود.

الف) اتصال بلندگو با امپدانس زیاد

در این حالت چنانکه قبلا نیز اشاره شد باید از ترمینال‌های ولتاژ بالای آمپلی فایر نظیر ترمینال 70 ولت و 100 ولت استفاده کرد. (مطابق شکل)

ب) اتصال بلندگو با امپدانس کم

در این حالت از ترمینال معمولی $4\Omega $ یا $8\Omega $ آمپلی فایر برای اتصال بلندگو استفاده می‌شود.

واحد یادگیری 9: سیستم برق ایمنی UPS

آیا می‌دانید

- هنگام قطع برق در بعضی از ادارات و سازمان‌ها چگونه برق ایمنی استفاده می‌شود؟
- اگر با قطع شدن برق شبکه قصد دارید سیستم رایانه (PC) خاموش نشود از چه سیستمی باید استفاده شود؟
- چگونه می‌توان با انتخاب مناسب سیستم UPS مانع از قطعی برق مداوم یک گروه مصرف‌کننده شد؟

استاندارد عملکرد

پس از اتمام این واحد یادگیری هنرجویان قادر خواهند بود با برآورد توان بار مصرفی، یک دستگاه UPS را به مصرف‌کننده متصل کرده و هنگام قطع برق، جریان الکتریکی مورد نیاز بار را تأمین کنند. علاوه بر این قادر به تسلط در محاسبات توان مصرف کننده و تعیین دستگاه UPS مناسب خواهند بود.

مقدمه

تصور کنید در حال کار با رایانه شخصی هستید و در حال تایپ یک متن یا ارسال نامه، کپی یا ذخیره‌کردن تعدادی پوشه هستید. ناگهان در حین انجام این کار برق شبکه قطع شده و رایانه شما خاموش می‌شود. قطعاً از اینکه مطالب شما بدون ذخیره‌سازی از دست رفته ناراحت می‌شوید.

آیا ممکن است با قطع جریان برق همچنان رایانه شما روشن باقی بماند؟ (شکل 1).

یو پی اس (ups) چیست؟

یو پی اس (Unruptable Power Source) یک منبع تغذیه الکترونیکی است که وظیفه اصلی آن، تأمین بدون وقفهٔ توان الکتریکی مورد نیاز بار (مصرف‌کننده) می‌باشد UPS یک منبع پشتیبان الکتریکی است. 

این سیستم بین برق شهر و دستگاه مصرف‌کننده قرار گرفته علاوه بر تثبیت و تنظیم سطح ولتاژ برق، مانع از نفوذ اختلالات شبکه به تجهیزات حساس مصرف‌کننده می‌شود. همچنین یو پی اس به عنوان منبع توان بدون وقفه با استفاده از انرژی ذخیره شده در باتری، برق مورد نیاز تجهیزات مصرف‌کننده را برای مدتی بعد از قطع برق شبکه تأمین می‌کند (شکل 2).

مدارهای کنترلی یو پی اس‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که همواره برای مصرف‌کننده دو منبع انرژی وجود داشته باشد. یکی منبع انرژی اولیه (برق شهر) و دیگری منبعی که در صورت قطع منبع اول وارد مدار می‌شود و به آن منبع ثانویه (باتری) گفته می‌شود (شکل 3).

یکی از وظایف مهم مدارهای کنترلی یو پی اس این است که به محض اینکه منبع برق شهر قطع شود در زمان بسیار (معمولاً کمتر از 10 میلی ثانیه) با استفاده از کلید خودکار تغذیه بار از باتری تأمین شود.

وظایف اصلی یو پی اس

عمده وظایف یک دستگاه یو پی اس موارد زیر است:
1- تأمین توان الکتریکی بدون وقفه
2- جلوگیری از اختلالات و نوسان برق
3- ثابت نگه داشتن سطح ولتاژ و فرکانس

اجزای داخلی یو پی اس

1- اینورتر

بیشتر مصرف‌کننده‌ها از جریان برق شهر تغذیه می‌کنند. هنگام قطع شبکه برق، توان الکتریکی ذخیره شده در باتری باید به جریان متناوب تبدیل شده و به مصرف برسد این کار در یو پی اس به عهده قسمتی به نام اینورتر گذاشته شده است (شکل 4).

2- باتری و شارژر باتری

بعد از استفاده از توان الکتریکی باتری هنگام قطع برق، ذخیره باتری نیاز به شارژ مجدد دارد.

شارژ مجدد باتری توسط مدار شارژر یو پی اس هنگام وصل مجدد شبکه برق انجام می‌شود.

بنابراین باتری و شارژر آن و اینورتر به عنوان اصلی‌ترین اجزای داخلی یک دستگاه یو پی اس هستند. باتری یو پی اس از نوع سیلد اسید و نیکل کادمیوم است (شکل 5).

ارتباط اجزای یو پی اس

همان‌طور که در شکل‌های زیر دیده می‌شود در حالت اول باتری و شارژر هر دو به شبکه برق متصل بوده و هم‌زمان با شارژ باتری، توان الکتریکی مصرف‌کننده نیز تأمین می‌شود به این حالت، حالت نرمال یو پی اس گفته می‌شود (شکل 6).

در حالت دوم برق شهر قطع شده و یو پی اس برای تأمین توان الکتریکی مورد نیاز مصرف‌کننده از باتری شارژ شده استفاده می‌کند (شکل 7)

اتصالات بیرونی دستگاه یو پی اس

دستگاه یو پی اس دارای تعدادی پایانه برای اتصال ورودی برق شهر و خروجی مخصوص مصرف کننده است (شکل 8).

اتصالات بیرونی یک یو پی اس به شرح زیر است:

1- کابل ورودی برق شهر
2- فیوز برق ورودی
3- محل اتصال به شبکه اتصال زمین
4- نمایشگر اشکال در سیم‌کشی
5- پریز ارت دار
6- پریز ارت‌دار خروجی و مخصوص فیلتر surge
7- پورت ارتباطی هوشمند 
8- کانکتور ورودی و خروجی 11/45 RG. 

کابل ورودی برای اتصال به برق شهر در نظر گرفته شده است و پریز ارت دار که با شماره 5 مشخص شده برای اتصال به مصرف‌کننده (رایانه و پرینتر) در نظر گرفته شده است.

نمایشگرهای روی دستگاه یو پی اس

نمایشگرهای روی صفحه جلو یو پی اس حالت‌های مختلف عملکرد دستگاه را به شرح زیر نشان می‌دهد (شکل 9).

1- دکمه Test/Power
2- نمایشگر حالت Boost (عمل تقویت)
3- نمایشگر حالت نرمال ورودی
4- نمایشگر حالت Buck (عمل تضعیف)
5- نمایشگر Backup Mode
6- نمایشگر Battery Defect
7- نمایشگر Overioad

برای آشنایی با نمایشگر‌های دستگاه به کاتالوگ دستگاه سازنده مراجعه کنید.

توان دستگاه

توان الکتریکی دستگاه‌های یو پی اس با یکدیگر متفاوت بوده و معمولاً بر حسب ولت آمپر و وات، متناسب با نوع بار انتخاب می‌شود.

ضریب قدرت: هنگام محاسبهٔ توان اکتیو و مؤثر دستگاه یو پی اس ضریب توان 0/6 برای بار در نظر می‌گیرند. بنابراین:

$1250 \times 0/6 = 750{\text{w}}$
$220 \times 5/68 = 1249/9{\text{VA}}$

اتصال دستگاه یو پی اس به مصرف‌کننده (بار)

یکی از عمده‌ترین مصرف‌کننده‌های دستگاه یو پی اس سیستم‌های رایانه‌ای است. برای اتصال بارها به دستگاه ابتدا باید توان بارهای مصرفی محاسبه شوند و مجموع توان آنها با توان دستگاه مقایسه شود.

معمولاً توان مصرفی بارها باید حدود 70 درصد توان دستگاه باشد. چرا؟

کاربرد حفاظتی یو پی اس برای خط جریان ضعیف

اتصال خط تلفن/ فکس/ مودم/ شبکه (اختیاری) جهت حفاظت از خط دیتای دستگاه‌هایی مانند تلفن، مودم، فکس، کارت شبکه و... خط ورودی آن را به سوکت Input در پشت یو پی اس وصل نموده RG45/11 و سپس سوکت Output را به وسیله کابل دیگری (برای خط تلفن از کابل موجود در بسته‌بندی استفاده شود) به دستگاه یا کارت مورد نظر متصل نمائید.

عملکرد دستگاه

یو پی اس دستگاهی الکترونیکی برای تأمین پیوسته انرژی الکتریکی برای مصرف‌کننده الکتریکی مختلف است و جزو تجهیزات ضروری مجموعه‌های رایانه‌ای، مخابراتی، کنترل و ابزار دقیق، آزمایشگاهی و بیمارستانی است. کاربردهای دیگر یو پی اس در شکل‌های زیر نشان داده شده است (شکل 11).

در واحد‌های یادگیری قبل با سیستم‌های دوربین مدار بسته، سیستم ضد سرقت، سیستم ردیابی و اعلام حریق و سیستم درب اتوماتیک آشنا شده‌اید. این سیستم‌ها نیز نیازمند سیستم برق اضطراری از طریق یو پی اس هستند.

هر ماه یکبار اتصالات برق دستگاه را بازبینی نمائید و دقت شود تا سیم‌های برق در مسیر ورودی و خروجی یو پی اس از نظر الکتریکی ایزوله باشند.

نصب پریز یو پی اس

در مجموعه‌های اداری و بیمارستانی مصرف‌کننده‌هایی که تغذیه برق آنها حساسیت بیشتری داشته و نباید قطع شود به یو پی اس و مصرف‌کننده‌های معمولی به شبکه برق متصل می‌شوند.

برای شناسایی و جداسازی این دو مصرف مختلف پریزهای معمولی با رنگ سفید و خروجی یو پی اس با پریز رنگی نصب و مورد استفاده قرار می‌گیرند (شکل 15).

سیستم‌های حفاظتی

- حفاظت از بارهای متصل به یو پی اس در مقابل رعد و برق و افزایش ناگهانی ولتاژ برق در صورت وجود ارت استاندارد
- حفاظت در مقابل برگشت ولتاژ روی دو شاخه‌ی ورودی در حالت استفاده از باتری
- حفاظت از بارهای متصل به یو پی اس در مقابل دو فاز شدن برق ورودی
- حفاظت از دستگاه‌های مصرف‌کننده در مقابل تغییرات ولتاژ خروجی خارج از محدودۀ مجاز
- حفاظت در مقابل تغییرات ولتاژ و فرکانس برق ورودی
- حفاظت در مقابل نویزهای Common Mode موجود در برق شهر در صورت وجود ارت استاندارد 
- حفاظت در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه در خروجی
- حفاظت در مقابل تخلیه غیر مجاز باتری
- حفاظت در مقابل ولتاژ بالاتر از حد شارژ باتری
- حفاظت از خط تلفن/ فکس/ مودم/ شبکه

در جدول‌های 4 دو نمونه دستگاه یو پی اس معرفی شده است:

 مشخصات یک نوع دیگر یو پی اس

مشخصات یک نوع یو پی اس با توان 1311 V.A

واحد یادگیری 10: درهای خودکار

آیا می دانید

- ضرورت استفاده از درهای خودکار چیست؟
- انواع درهای خودکار کدامند؟
- انتخاب درهای خودکار در یک محل بر چه مبنایی صورت می‌گیرد؟

استاندارد عملکرد

پس از پایان این واحد یادگیری، هنرجویان قادر خواهند بود با عملکرد انواع درهای خودکار آشنا شده و مراحل اتصال یک در اتوماتیک (خودکار) به UPS را انجام دهد. همچنین با نحوه‌ٔ ساخت یک در اتوماتیک و نصب آن آشنا می‌شود.

کاتالوگ و برچسب‌ها در انواع درب اتوماتیک را خوانده و مشخصات فنی و سیم‌کشی آن را فهمیده و اطلاعات را استخراج کند.

مقدمه

در سال‌های اخیر با افزایش رفت و آمدهای شهری، سادگی و سرعت جابه‌جایی در شهرها با توجه به رعایت بهداشت به عنوان یک معیار قابل توجه در شهرسازی، صنایع و خدمات شهری بوده است. درهای خودکار و اتوماتیک یکی از این صنایع و خدمات شهری است که هدف از تولید و به‌کارگیری آنها در ساختمان‌ها، سرعت بخشیدن به عبور از درهای اصلی است. استفاده از درهای خودکار به رعایت بهداشت در پیشگیری از بیماری‌های واگیردار کمک می‌کند
(شکل 1). فناوری این درها به گونه‌ای است که انرژی الکتریکی جایگزین انرژی ماهیچه‌های انسانی در گشودن و بستن این درها می‌شود. برای انتقال فرمان باز و بسته شدن این درها نیاز به یک واسطه است. این واسطه برای دستور دادن به در جهت باز و بسته شدن در می‌تواند یک ریموت کنترل از راه دور یا چشم الکترونیک باشد (شکل 1).

انواع درهای خودکار

درهای خودکار از نظر نوع عملکرد به چهار دسته تقسیم می‌شوند: انواع درهای کشویی که عمدتاً در ورودی ساختمان های اداری و همگانی به‌کار می‌رود (شکل2).

الف) درهای بازویی
ب) درهای کشویی
پ) درهای کرکره‌ای
ت) درهای ریلی

شکل 2- انواع درهای خودکار

درهای کرکره‌ای از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده‌اند (شکل 3) در ادامه اجزای این درها معرفی می‌شود.

ساختمان درهای کرکره‌ای

درهای کرکره‌ای در گذشته برای ورود به مکان‌های بازرگانی استفاده می‌شد ولی امروزه کاربرد آنها عمومیت پیدا کرده است مثلاً در پارکینگ خودرو منازل و مغازه‌ها کاربرد زیادی دارد.

درهای کرکره‌ای از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده اند در ادامه اجزای آن معرفی می‌شود.

شفت (محور)

از یک لوله فولادی با قطر 3/2 یا 4 اینچ (حدود 10 سانتی متر) تشکیل می‌شود که هسته و محور اصلی در می‌باشد و تیغه‌های آلومینیومی در کرکره‌ای به دور آن پیچیده می‌شود.

تیغه‌ها

از نظر سبکی و استحکام در، از تیغه‌های با جنس آلومینیومی استفاده می‌شود، پهنای این تیغه‌ها معمولاً 80، 60، 120، 100 و 140 میلی متر و در رنگ‌های مختلف و به دو شکل تخت یا قوس‌دار ساخته می‌شود (شکل 5).

تیغه‌های آلومینیومی معمولاً در حالت قوس‌دار ساخته می‌شوند تا هنگام تشکیل رول و حلقه استوانه‌ای به دور شفت در حالت بهتری قرار گیرد. این تیغه‌های قوس دار در دو مدل یک پل وسط دو حفره در طرفین یا دو پل سه حفره ساخته می‌شود (شکل 5) این تیغه‌ها در اندازه‌های 5 و 6 و 7 ساخته و تولید می‌شوند.‌

موتور

در گذشته فروشندگان یک چوب بلند برای جا‌به‌جا کردن کرکره در مغازه‌های خود داشتند، امروزه در درهای اتوماتیک، موتور الکتریکی نیروی بالا و پایین شدن کرکره در را تأمین می‌کند (شکل 6).

الکتروموتورهای رایج کنونی دو نوع موتور درون نصب (توبولار) و موتور برون نصب (ساید) هستند.

موتورهای «توبولار» که کاربرد بیشتری از موتورهای ساید دارند درون شفت در نصب می‌شوند و چون محدودیت فضا و جا دارند از حیث توان ضعیف‌تر از موتورهای ساید هستند ولی این مزیت را دارا هستند که فضای کمتری گرفته می‌شود، موتورهای نسل جدید چون در کنار شفت نصب می‌شوند به موتورهای «کنار نصب» مشهور هستند (شکل 8 و 9).

موتورهای الکتریکی در‌های خودکار با ولتاژ متناوب 380 و 220 ولت و یا ولتاژ مستقیم 24 ولت کار می‌کنند. انتخاب موتور در سیستم در خودکار بر اساس وزن در و تعداد دفعات باز و بسته شدن است.

پارامترهای مهم یک موتور الکتریکی در خودکار

الف) گشتاور خروجی: یکی از پارامترهای مهم موتورهای در خودکار، کمیت گشتاور خروجی موتور الکتریکی است که بر حسب نیوتون متر بر روی پلاک مشخصات نوشته می‌شود. موتورهای الکتریکی برای گشتاور خروجی 75 تا 2500 ساخته می‌شوند (شکل 10).

ب) کمیت‌های الکتریکی ولتاژ کار فرکانس و توان الکتریکی: فرکانس کار بر حسب هرتز و توان الکتریکی بر حسب وات نوشته می‌شود، ولی در مورد ولتاژ کار این نکته قابل توجه است که موتورهای الکتریکی از 75 تا 800 نیوتن متر با ولتاژ کار 220 ولت متناوب و موتورهایی برای ولتاژ کار 380 ولت متناوب با گشتاور 150 تا 2500 نیوتن متر ساخته می‌شود.

ضمن اینکه موتورهای جریان مستقیم نیز برای انواع گشتاور خروجی با ولتاژ کار 24 ولت ساخته می‌شود، سامانه‌های موتور جریان مستقیم دارای یک بخش مبدل و ذخیره انرژی بنام «یو پی اس» است که در مورد عملکرد آن بعداً اشاره خواهد شد.

ج) وزن در: وزن در یکی از پارامترهای مهم در انتخاب موتور الکتریکی است زیرا موتور باید توانایی جابه‌جایی این در را داشته باشد از این رو روی پلاک موتورهای مشخصات مقدار وزن دری را که موتور می‌تواند جابه‌جا کند نوشته می‌شود، وزن هر مترمربع متناسب با ابعاد آن از جدول مشخصات تیغه‌های آلومینیمی محاسبه می‌شود.

د) بلندای در پس از نصب

ه) مدت زمان کار برای باز و بسته شدن

و) شرایط محیط کار در: تجهیزات در‌های الکتریکی برای کار دمای محیط از 15 درجه سانتیگراد زیر صفر تا 60 درجه سانتیگراد بالای صفر و رطوبت 90٪ در دمای 25 درجه سانتیگراد استاندارد شده‌اند.

ز) کلاس عایق بندی

ح) تیپ: تیپ مشخص شده از سوی کارخانه سازنده معمولاً معرف دو کمیت مهم ولتاژ کار و حداکثر وزن کار آن موتور می‌باشد نوع تیپ و تغذیه موتور DC24V مشخص شده که نشان دهنده ولتاژ کار 24 ولت جریان مستقیم با حداکثر وزن 500 کیلوگرم کار می‌باشد البته شرکت سازنده می‌تواند برای تیپ موتور ترکیبی از کمیت‌های دیگر را انتخاب کند یا مبنای دیگری نیز داشته باشد.

ط) سرعت: حداکثر سرعت گردش حلقه در برحسب دور در دقیقه بر روی موتورها نوشته می‌شود در شکل 12 سرعت موتور برابر 5 دور در دقیقه است.

ی) قطر موتور: این کمیت قطر موتورهای درون نصب (توبولار) را برحسب میلی متر نشان می‌دهد تا بتوانیم اندازه لوله شفت مناسب را برای کار انتخاب کنیم در شکل 13 اندازه قطر موتور بر روی پلاک آن 92 میلی متر نوشته شده است.

و) چرخ دنده و زنجیر: هر سیستم در کرکره‌ای خودکار یک زنجیر و دو چرخ دنده برای انتقال نیروی موتور به بخش رول کننده تیغه‌ها دارد (شکل 14).

ل) لیمیت سوئیچ: هر در کرکره‌ای دارای یک جعبه تنظیم شامل دو کلید محدودکننده‌ٔ، لیمیت سوئیچ، است که با تنظیم آن مشخص می‌شود هنگام بالا یا پایین رفتن در، در چه محدوده‌ای متوقف می‌شود.

یو پی اس

درهایی که موتور محرک آنها با جریان مستقیم کار می‌کند به کمک یو پی اس هنگام قطع برق می‌تواند فعال بماند. وظیفهٔ یو پی اس تبدیل ولتاژ 220 ولت شهری به 24 ولت جریان مستقیم است، ضمن اینکه یو پی اس دارای بخشی است که می‌تواند برای چندین مرتبه باز و بسته کردن در، در خود انرژی ذخیره نماید تا در صورت قطع برق شهری در همیشه فعال باشد (شکل 15). روی بدنه یو پی اس دکمه‌هایی جهت بالا و پایین و توقف در وجود دارد. معمولاً UPS در نزدیکی درب نصب می‌شود. سامانه‌های در خودکاری که یو پی اس داشته باشند از نظر قیمت گران‌تر است زیرا یو پی اس سبب می‌شود افراد قادر باشند حتی در هنگام قطع برق شهری در را باز و بسته کنند.

اجزای درکشویی

در کشویی نیز مانند در کرکره‌ای از اجزای متفاوتی تشکیل شده است، در ادامه اجزای این نوع در معرفی می‌شود. (شکل 19).

1- موتور: موتور این گونه درها از موتورهای به کار رفته در، درهای کرکره‌ای کوچک‌تر می‌باشد و در این نوع درها به موتور‌های با توان و گشتاور کمتر نیاز است. در حال حاضر رایج‌ترین موتور‌های به کار رفته برای اینگونه درها، موتورهای 75 و 120 نیوتن متر است.

موتورهای درهای کشویی با ولتاژ 24 ولت جریان مستقیم کار می‌کنند (شکل الف - 19)

دلیل استفاده از 24 ولت جریان مستقیم به کار بردن بخش «یو پی اس» است تا در مواقع قطع برق شهر بتوان این گونه درها را باز یا بسته نمود.

سرعت حرکت این نوع موتور‌ها متغیر و قابل تنظیم است که در یک کورس حرکت در 3 سرعت برای آن تعریف می‌شود.

2- یو پی اس: قسمتی از در است که وظیفه آن تأمین انرژی الکتریکی لازم برای کار موتور الکتریکی است، یو پی اس ولتاژ 220 ولت متناوب شهری را به 24 ولت جریان مستقیم تبدیل می‌کند وظیفهٔ دیگر آن ذخیره انرژی الکتریکی برای گشودن در هنگام قطع برق شبکه شهری است.

3- چشم الکتریکی: چشم الکتریکی یک سنسور الکترونیکی است که با حس کردن رسیدن شخص به محدوده در آن را بدون تماس دست باز یا بسته می‌کند.

4- برد الکترونیکی: برد الکترونیکی وظیفهٔ تأمین 3 ولتاژ مختلف برای کار موتور را به عهده دارد. زیرا هر موتور الکتریکی در درهای کشویی در یک کورس حرکت 3 سرعت مختلف دارد که برای دست‌یابی به 3 سرعت مختلف نیاز به 3 ولتاژ مختلف دارد که برد الکترونیکی این 3 ولتاژ را تأمین می‌کند (شکل 19 ب).

در‌های بازویی

در کشویی بیشتر برای ورودی ساختمان‌های مسکونی به کار می‌رود و از آنجا که عمل گشودن و بستن در با استفاده از 2 بازوی مکانیکی انجام می‌شود به آن درهای بازویی گفته می‌شود.

سیستم این گونه درها از 3 بخش اصلی زیر ساخته شده است:

1- ریموت کنترل و حسگر: برای فرمان دادن به حرکت این‌گونه درها از یک ریموت کنترل استفاده می‌شود یک حسگر وظیفهٔ دریافت سیگنال را به عهده دارد و برای اینکه کاربر متوجه دریافت سیگنال شود و نفرات از در پارکینگ فاصله بگیرند یک چراغ احتیاط چشمک‌زن تا پایان حرکت در شروع به کار می‌کند تا اشخاص فاصله لازم را رعایت کنند.

2- چشم الکترونیکی: شامل یک چشم الکترونیکی و سلول دریافت‌کنندهٔ سیگنال این چشم می‌باشد که گذر افراد و خودروها را به سیستم اطلاع می‌دهد تا در بسته شود (شکل 20).

3- بازوها: شامل دو جک می‌باشد در انواع قدیمی‌تر این نوع جک‌ها هیدرولیک بوده و با یک پمپ فشار روغن درون هر کدام از بازوها حرکت می‌کنند (شکل 21). ولی در نمونه‌های جدید یک موتور الکتریکی و چرخ دنده درون هر جک عامل حرکت جک و اعمال فشار به در است.

فرمان باز شدن این‌گونه درها با ریموت کنترل بوده، ولی بسته شدن می‌تواند با ریموت یا با زمان سنج باشد. شروع عملکرد آن را چشم الکترونیک پس از گذر خودرو و افراد از در می‌باشد. این نوع درها معمولاً با ولتاژ 24 ولت جریان مستقیم و در نوع قدیمی 12 ولت کار می‌کنند. در زمان قطع برق دکمه‌ای به روی جک، آنها را آزاد می‌کند تا در با نیروی دست باز شود (شکل 21).

هنگام قطع برق بر روی این بازوها یک کلید وجود دارد که با گرداندن آن بازوها آزاد می‌شوند و می‌توان آنها را با نیروی دست باز و بسته نمود. نمونه این کلید‌ها را در شکل 22 برای دو نوع بازوی فوق می‌بینیم.

مشخصات مهم نوشته شده بر روی جک‌ها

در شکل 24 مشخصات نوشته شده بر روی بازوی در مشاهده می‌شود.

1- ولتاژ و فرکانس کار
2- توان الکتریکی بر حسب وات یا جریان بر حسب آمپر
3- مقدار نیروی وارده از بازو به در بر حسب نیوتن
4- تاریخ ساخت و کشور سازنده
5- دمای محیط کار
6- سری ساخت
7- مدت زمان کورس کامل جک بر حسب دقیقه
8- سرعت جابه‌جایی در بر حسب متر بر ثانیه