چوک ورودی (Input Shock) یا همچنین به آن “شوک ورودی” نیز گفته می‌شود، یک پدیده‌ی فیزیکی است که در سیستم‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی رخ می‌دهد. این شوک یا ارتعاش ورودی، تغییر ناگهانی و پرشتابی در ویژگی‌های ورودی سیستم، مانند ولتاژ، جریان یا سیگنال الکتریکی، می‌باشد.

چوک ورودی ممکن است به دلیل عوامل مختلفی ایجاد شود، مانند تغییرات فیزیکی محیط، شوک‌های مکانیکی، عوامل الکترواستاتیکی یا عوامل الکترومغناطیسی. این شوک می‌تواند به صورت یک امواج تکراری (از جمله امواج ترانزیتوری) یا یک پالس ناگهانی اتفاق بیفتد.

چوک ورودی ممکن است برای سیستم‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی آسیب‌ها و مشکلاتی ایجاد کند. این شوک می‌تواند باعث خرابی قطعات الکترونیکی، تغییرات ناخواسته در ویژگی‌های سیستم، اختلالات در عملکرد دستگاه یا حتی از کار افتادن سیستم شود. بنابراین، برای محافظت در برابر چوک ورودی، از روش‌ها و عناصر محافظ مانند فیوزها، ضربه‌گیرها و سیستم‌های ضد لرزش استفاده می‌شود.

برای جلوگیری یا کاهش تأثیر چوک ورودی، عموماً از مدارهای فیلترینگ، محافظهای سوئیچینگ و محافظ الکترومغناطیسی (EMI) استفاده می‌شود. این اقدامات می‌توانند از سیستم در برابر شوک ورودی حفاظت کنند و پایداری و عملکرد صحیح سیستم را تضمین کنند.

انواع چوک ورودی

چوک ورودی (Input Shock) ممکن است به انواع مختلفی تقسیم شود، که شامل موارد زیر می‌شود:

1. چوک ورودی الکتریکی

این نوع چوک ورودی به تغییر ناگهانی و پرشتابی در ولتاژ یا سیگنال الکتریکی ورودی به سیستم اشاره دارد. مثلاً اگر ولتاژ ورودی به سیستم الکترونیکی با تغییر ناگهانی افزایش یا کاهش کند، چوک ورودی الکتریکی رخ داده است.

2. چوک ورودی مکانیکی

این نوع چوک ورودی به تغییر ناگهانی و پرشتابی در محیط مکانیکی ورودی به سیستم اشاره دارد. مثلاً اگر سیستم الکترونیکی در معرض ضربه‌ها، لرزش‌ها یا ارتعاشات قوی قرار بگیرد، چوک ورودی مکانیکی رخ داده است.

3. چوک ورودی الکترومغناطیسی

این نوع چوک ورودی به تغییر ناگهانی و پرشتابی در میدان الکترومغناطیسی ورودی به سیستم اشاره دارد. مثلاً اگر سیستم الکترونیکی تحت تأثیر تغییرات ناگهانی در میدان‌های الکترومغناطیسی قرار بگیرد، چوک ورودی الکترومغناطیسی رخ داده است.

هر یک از این انواع چوک ورودی ممکن است به دلایل مختلفی ایجاد شود و می‌تواند بر سیستم‌های الکترونیکی وابسته به نوع و شدت آن تأثیر داشته باشد. برای مقابله با این چوک‌ها، از روش‌ها و محافظ مانند فیوزها، ضربه‌گیرها و محافظهای الکترومغناطیسی استفاده می‌شود تا سیستم در برابر آن‌ها محافظت شود و عملکرد صحیح سیستم حفظ شود.

دو نوع اصلی فیلتر ورودی اینورتر

چوک AC ورودی و چوک DC بطور عمده برای کاهش هارمونیک‌ها در قسمت ورودی درایو استفاده می‌شود.  در ادامه بطور مختصر به بررسی  مشخصات هریک از این چوک‌ها و تفاوت چوک AC و DC می پردازیم.

در ابتدا برای توضیح چوک AC ورودی و DC ورودی باید مفهومی بنام اغتشاش هارمونیک توضیح دهیم.

اغتشاش هارمونیک

اغتشاشات هارمونیک، ناخواسته ایجاد شده در سیستم‌های الکتریکی که موجب اختلالات در جریان و ولتاژ شبکه قدرت می‌شوند. این نوع اغتشاشات بیشتر از تجهیزات الکترونیکی با الگوی مصرفی غیرخطی مانند درایوهای الکتریکی، UPS ها و دستگاه‌های الکترونیکی سنگین به وجود می‌آید. اغتشاشات هارمونیک می‌توانند باعث افزایش خطراتی مانند افزایش دما، کاهش کارایی، و حتی خرابی تجهیزات الکتریکی شوند. استفاده از فیلترهای ورودی مناسب و راهکارهای جلوگیری از این اغتشاشات اهمیت بالایی در بهبود کارایی و پایداری سیستم‌های الکتریکی دارد.

مطلب مفاهیمی را می‌توان به روشنی با یک مثال توضیح داد. البته، این مثال به صورت ساده‌ای است که برای توضیح مفهوم اغتشاشات هارمونیک بسیار مفید است:

تصور کنید که یک کارخانه دارای یک خط تولید باشد که ماشین‌آلاتی با موتورهای الکتریکی برای تولید کالاها استفاده می‌کند. هنگامی که ماشین‌آلات زمانی که کالاها را تولید می‌کنند، الکتریسیته مصرف می‌کنند. اما این ماشین‌آلات معمولاً دارای موتورهایی با الگوی مصرف غیرخطی هستند. وقتی که این موتورها به کار می‌انجامند، اغتشاشات هارمونیکی ایجاد می‌شود که شامل اجزای فرکانس‌های بیشتر از فرکانس اصلی شبکه برق است.

برای مثال، فرض کنید که موتور یک ماشین‌آلات فقط از جریان با فرکانس 50 هرتز برای کار خود استفاده می‌کند، اما به دلیل غیرخطی بودن الگوی مصرفش، فرکانس‌های دیگری نیز در شبکه برق ایجاد می‌کند، مانند 150 هرتز، 250 هرتز و غیره. این اغتشاشات هارمونیکی می‌توانند به سایر تجهیزات الکتریکی در کارخانه، مانند تجهیزات اندازه‌گیری یا دیگر ماشین‌آلات، آسیب بزنند یا باعث اختلال در عملکرد آنها شوند.

استفاده از فیلترهای ورودی مناسب در سیستم الکتریکی کارخانه می‌تواند این اغتشاشات هارمونیک را کاهش داده و از آسیب به تجهیزات جلوگیری کند.

چوک AC ورودی

چوک AC ورودی، یکی از مهم‌ترین اجزای فنی درایوهای الکتریکی است که به منظور بهبود کیفیت و پایداری عملکرد سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فیلتر ورودی، میان منبع تغذیه و اینورتر متصل می‌شود و با کاهش اغتشاشات هارمونیکی روی سیگنال ورودی، بهبود ضریب توان (cos φ)، محدود کردن جریان هجومی و جلوگیری از ورود نوسانات ولتاژی به قسمت پاور درایو، ایجاد تغییراتی مثبت در سیستم می‌نماید. همچنین، خروجی این چوک به ترمینال‌های ورودی قدرت درایو متصل می‌شود که این اتصال باعث می‌شود که سیستم در مقابل امواج بلند محافظت شود و نوسانات ورودی به سیستم قدرت جلوگیری شود.

چوک DC ورودی

چوک DC، نوع دیگری از راکتور ورودی درایو است که به DC-Bus متصل می‌شود و در مدار داخلی اینورتر جای می‌گیرد. این نوع چوک با کاهش اغتشاشات هارمونیکی ایجادشده در قسمت یکسوساز، از بین بردن آن‌ها و جلوگیری از انتقال آن به شبکه جلوگیری می‌کند. چوک DC همچنین از آسیب دیدن خازن‌ها و افزایش طول عمر آن‌ها جلوگیری می‌کند و در مواقعی که ولتاژ خروجی از فیلتر ورودی درایو AC دارای نوساناتی است که ممکن است به خازن‌ها آسیب برساند و اضافه ولتاژ ایجاد کند، از این چوک استفاده می‌شود. از دیگر کاربردهای این نوع چوک می‌توان به کاهش اغتشاشات هارمونیکی ناشی از یکسو کننده‌ها و جلوگیری از انتقال ریپل های ولتاژ از سمت ورودی AC اشاره کرد.

تفاوت چوک AC و چوک DC

1.حفاظت از قسمت پاور درایو

• چوک AC: از چوک AC برای حفاظت از قسمت پاور درایو در برابر نوسانات ولتاژ شبکه استفاده می‌شود. این چوک قادر به فیلتر کردن و جلوگیری از ورود نوسانات ولتاژی به درایو است.

• چوک DC: چوک DC قادر به فیلتر کردن پیک‌های خارجی که وارد درایو می‌شوند نیست و تنها برای جلوگیری از خروج شکل موج‌های به‌هم‌ریخته استفاده می‌شود.

2.قیمت

• چوک AC: قیمت چوک AC معمولاً بیشتر از چوک DC است. این امر به دلیل پیچیدگی بیشتر مدار داخلی و فضای بیشتری که بر روی تابلو برق اشغال می‌کند است.

• چوک DC: چوک DC با قیمت کمتری ارائه می‌شود.

3.تغییر در گشتاور و ولتاژ

• چوک AC: چوک AC دارای امپدانس مشخصی است که قدرت آن را در اصلاح شکل موج تعیین می‌کند. اما این موضوع ممکن است باعث افت ولتاژ ورودی شود و در نتیجه به کاهش گشتاور منجر شود.

• چوک DC: استفاده از چوک DC باعث ایجاد این مشکلات نمی‌شود و از این نظر امپدانس چوک DC برتری دارد.

محل نصب چوک در اینورترها

محل نصب چوک (Shock) در اینورترها (Inverter) به عنوان یک ویژگی ایمنی ممکن است متفاوت باشد و بستگی به طراحی و ساختار دستگاه دارد. اما معمولاً چوک در اینورترها در مراحل و شرایط زیر نصب می‌شود:

1. در ورودی برق

یکی از محل‌های ممکن نصب چوک در اینورترها، در مسیر ورودی برق است. در این حالت، چوک در ورودی برق به اینورتر قرار می‌گیرد تا در صورت وقوع شوک الکتریکی و تغییرات ناگهانی در ولتاژ ورودی، بتواند ایمنی کاربران را تضمین کند.

2. در خروجی برق

ممکن است چوک در خروجی برق اینورتر نصب شود تا در صورت وقوع شوک الکتریکی در بخش خروجی، ایمنی کاربران حفظ شود. این نوع چوک به عنوان یک محافظ برای دستگاه‌ها و تجهیزات متصل به خروجی اینورتر عمل می‌کند.

3. در مدارهای داخلی

بعضی از اینورترها ممکن است دارای مدارهای داخلی چوک باشند که در محدوده‌های مختلف دستگاه نصب شده‌اند. این چوک‌ها در جایگاه‌های مهمی قرار می‌گیرند تا در صورت وقوع شوک الکتریکی در نقاط داخلی اینورتر، ایمنی کاربران را تضمین کنند.

محل نصب چوک در اینورترها بستگی به ساختار و طراحی دستگاه دارد و ممکن است در نقاط دیگری نیز نصب شود. در هر صورت، هدف اصلی از نصب چوک در اینورترها، جلوگیری از وقوع شوک الکتریکی و افزایش ایمنی کاربران است.

استاندارد استفاده از چوک ها در اینورتر ها

• چوک‌های ورودی AC معمولی دارای امپدانس های ۳% و ۵% هستند.

• اما هزینه ی آن‌ها در مقایسه با نوع ۳% اندکی بیشتر است.

• استاندارهای ثبت شده جهانی در مورد فیلترهای هارمونیک استاندارد هارمونیکی می‌باشد.

• به صورت جهانی در تعیین حدود قابل قبولی برای اعوجاج سیستم قدرت به کار برده می‌شود.

• این استاندارد با توجه به استحکام سیستم قدرت، ۵ تا ۲۰ درصد اعوجاج جریان هارمونیکی کل (THD) را مجاز اعلام می کند.

• نقطه ای که در آن این مورد اندازه گیری می شود نقطه اتصال مشترک است.

• نزدیکترین نقطه از طرف اداره توزیع برق است که در همان نقطه مشترک بعدی تامین می شود یا می تواند تامین شود.

سوالات متداول

1.آیا چوک ورودی اینورتر برای درایو تکفاز هم استفاده می شود؟

اینورتر ورودی تک‌فاز، که به طور مختصر به آن “اینورتر تک‌فاز” نیز اشاره می‌شود، می‌تواند از چوک ورودی بهره ببرد تا ورودی آن را در برابر نوسانات شبکه محافظت کند و همچنین هارمونیک‌های آن را کاهش دهد. برای اتصال چوک AC تک‌فاز، آن را به راحتی در مسیر فاز و نول ورودی قرار دهید.

اگر چوک اینورتر سه‌فاز را دارید، فاز وسط را خالی بگذارید و دو فاز دیگر را در مسیر فاز و نول ورودی قرار دهید. توجه کنید که در این حالت، عملاً دو فاز چوک ورودی اینورتر با هم سری می‌شوند و بنابراین امپدانس موثر، دو برابر امپدانس چوک ورودی در حالت سه‌فاز خواهد بود.

2.چوک ورودی اینورتر چه مقدار افت ولتاژ ایجاد می کند؟

افت ولتاژی که توسط چوک ورودی اینورتر ایجاد می‌شود، به عوامل مختلفی از جمله نوع و امپدانس چوک، شرایط شبکه برق و بار متصل به اینورتر بستگی دارد. با این حال، افت ولتاژ معمولاً در محدوده ۱ تا ۵ درصد از ولتاژ ورودی ممکن است. این افت ولتاژ معمولاً به منظور تطابق و سازگاری با ولتاژ مورد نیاز برای عملکرد بهینه دستگاه‌های الکتریکی درونی اینورتر است. برای مثال، اگر ولتاژ ورودی چوک 220 ولت باشد، ممکن است ولتاژ خروجی با افتی حدود 10 تا 11 ولت کاهش یابد. این افت ولتاژ معمولاً در محدوده تحمل دستگاه‌های الکتریکی قرار دارد و با توجه به استانداردها و مشخصات فنی دستگاه، انتخاب می‌شود.