انواع شوکر الکتریکی
وقتی صحبت از “شوکر الکتریکی” میشه، ذهن ها بیشتر به سمت شوکرهای الکتریکی پلیس میره. اما حقیقت این است که کاربردهای شوکر الکتریکی فقط به این حوزه ختم نمی‌شود.
در واقع، دستگاهها و سیستم‌های مبتنی بر الکتریسیته با ولتاژ بالا، کاربردهای بسیار گسترده‌تری دارند که از پزشکی و درمان گرفته تا کشاورزی، علم، صنعت، امنیت و آزمایش را در بر می‌گیرند. بعضی از این دستگاهها جان افراد را نجات می‌دهند، برخی حیوانات را در یک محیط نگه می‌دارند، و گاهی هم یک پشه را از بین می‌برند!
🔌 لیست دستگاهها و سیستم‌های مبتنی بر شوک الکتریکی (دستگاه ولتاژ بالا)
۱. شوکرهای غیرکشنده انسانی
– شوکر الکتریکی پلیس یا تسر (Taser) – دستگاه شوک الکتریکی برای کنترل افراد در عملیات ها.
– سیستم مقاومت فعال (Active Denial System) – دستگاه مایکروویو غیرکشنده برای کنترل شورش با ایجاد احساس گرما در پوست. هرچند این نوع دستگاه خروجی الکترومغناطیس و گرمایی دارد اما در واقع با ولتاژ بالا این شوک را ایجاد میکند.
– دستگاههای شوک آموزشی – برای تمرین نظامی یا پلیسی با ولتاژ کنترل‌شده.
– دستگاههای ورزشی با شوک الکتریکی – برای کنترل حرکت عضله و شبیه سازی تمرین های سنگین.
۲. تجهیزات پزشکی شوکر
– دفیبریلاتور قلبی (Defibrillator) –برای احیای قلب بیمار و بازگرداندن ضربان قلب.
– دفیبریلاتور خارجی خودکار (AED) – دستگاه خودکار در اماکن عمومی.
– دفیبریلاتور کاشتنی (ICD) – دستگاه کاشتنی درون قلب برای کنترل ضربان قلب.
– الکتروشوک درمانی (ECT – Electroconvulsive Therapy) – درمان روانپزشکی با جریان الکتریکی به سر بیمار.
– دستگاههای فیزیوتراپی برای احیا و فعال نمودن عضلات در پزشکی، مخصوصا پس از عمل های جراحی و بیهوشی.
– دستگاههای استریل پزشکی برای نابودی همه ی میکروارگانیسم ها با شوک الکتریکی و پلاسما.
۳. تجهیزات کشاورزی و محیطی
– فنس الکتریکی (Electric Fence) برای جلوگیری از خروج حیوانات اهلی و یا ورود حیوانات موذی و وحشی.
– فنس دامداری – برای نگه‌داری حیوانات درون محوطه.
– فنس امنیتی – برای محافظت از اماکن و مرزها
– دستگاه شوک ماهی (Electrofishing Device) – برای جمع‌آوری یا شمارش ماهی‌ها بدون آسیب جدی.
– حشره‌کش برقی (Electric Insect Zapper) – برای کشتن حشرات با شوک الکتریکی.
– راکت شوکر حشرات (Electric Fly Swatter) – راکت شبیه تنیس برای کشتن حشرات با برق.
۴. دستگاههای آزمایشگاهی و علمی
– ژنراتور یا منبع تغذیه ولتاژ بالا (Marx Generator) – تولید ولتاژهای بسیار بالا برای تست‌های الکتریکی.
– تسلا کویل (Tesla Coil) – دستگاه برای تولید ولتاژ بالا و تخلیه الکتریکی.
– دستگاههای فیزیک پلاسما – برای آزمایش‌های الکتریکی و پلاسما.
– دستگاههای تخلیه الکترواستاتیک (ESD Simulators) – برای شبیه‌سازی تخلیه الکتریسیته ساکن، مخصوصا در شبیه سازی الکترونیک و قدرت.
-دستگاه های تست عایقی: مخصوصا در الکترونیک قدرت از این دستگاهها برای ضریب شکست مواد و کابل ها استفاده میشود.
دستگاههای شوکر چطور کار میکنند؟
دستگاههای شوکر همگی دارای ولتاژ بالا هستند. اما این ولتاژ بالا چطور تولید میشود؟
- منابع تغذیه با باتری (DC-Based Systems)
این دسته شامل دستگاه‌هایی هستند که از باتری به عنوان منبع انرژی اولیه استفاده میکنند. مثال‌هایی از این دستگاهها عبارتند از:
– شوکرهای الکتریکی مورد استفاده در نیروهای انتظامی
– دستگاههای قلبی داخلی مانند ضربان‌سازهای قلبی (Pacemakers) یا دفیبریلاتورهای قابل کاشت (ICD)
محصولات مشابه: ماژول های DC به DC
در این سیستم‌ها، ولتاژ DC کم ولتاژ موجود در باتری ابتدا باید به ولتاژ AC تبدیل شود تا بتوان از ترانسفورماتورهای افزاینده (Step-up Transformer) استفاده کرد. این تبدیل توسط مدارهای DC-to-AC Inverter انجام میشود. در این مرحله، گاهی اوقات از مدارهای سوئیچینگ با فرکانس بالا (مانند مدارهای flyback یا push-pull) استفاده میشود تا امکان کاهش ابعاد فیزیکی ترانسفورماتور و افزایش راندمان فراهم شود.
پس از افزایش ولتاژ توسط ترانسفورماتور، خروجی AC حاصل شده است. اگر ولتاژ بدست آمده معادل ولتاژ مطلوب باشد، این ولتاژ می‌تواند پس از عبور از یک فیلتر خروجی (مانند خازن‌های ولتاژ بالا یا فیلترهای LC) به‌صورت یک ولتاژ DC پایدار تحویل داده شود.
در صورتی که ولتاژ مورد نیاز بالاتر از حد تولید شده باشد، از مدارهای مضرب‌کننده ولتاژ (Voltage Multiplier Circuits) استفاده میشود.
این مدارات قادرند ولتاژ خروجی ترانسفورماتور را چندین برابر کنند. در نهایت نیز، خروجی این مدارها نیز باید از طریق یک فیلتر مناسب تثبیت شود.
- منابع تغذیه شهری (AC Mains-Based Systems)
در این حالت، منبع انرژی اولیه ولتاژ متناوب شهری (220VAC، 50Hz) است.
در این موارد، ولتاژ AC شبکه مستقیماً به یک ترانسفورماتور افزاینده داده میشود که ولتاژ را به سطح بالاتری می‌رساند. در بعضی از طراحی‌های پیشرفته، قبل از ترانسفورماتور از مدارهای AC-to-DC و سپس DC-to-High-Frequency AC استفاده میشود. این روش اجازه استفاده از ترانسفورماتورهای کوچک‌تر با فرکانس عملکرد بالا را فراهم میکند.
این کاری است که در منابع تغذیه الکترونیک سوئیچینگ معمول است.
مشابه حالت قبل، اگر ولتاژ تولیدی از ترانسفورماتور به اندازه کافی بالا نباش، از مدارات مضرب‌کننده ولتاژ استفاده میشود. خروجی این مدارات نیز باید توسط یک فیلتر خازنی و گاهی سلفی-خازنی (LC Filter) تصفیه شود تا ولتاژ خروجی بدون ریپل و پایدار تولید شود.
نکات فنی مهم:
– ایزولاسیون الکتریکی: در تمام این سیستم‌ها، لحاظ کردن ایزولاسیون بین مدار ورودی و خروجی امری ضروری است. این موضوع به‌ویژه در کاربردهای پزشکی و ایمنی حیاتی است.
– حفاظت اضافه ولتاژ: استفاده از المان‌های حفاظتی مانند واریستور، دیود زنر، یا Spark Gap در مقابل اضافه ولتاژها و تخلیه‌های ناخواسته الزامی است.
– ایمنی الکتریکی: با توجه به خطر بالقوه ولتاژهای بالا، تمامی مدارها باید تحت استانداردهای ایمنی الکتریکی (مانند IEC 60601 در تجهیزات پزشکی) طراحی شوند.
طراحی منابع تغذیه سفارشی: Design Power Supply
📝 نکات تکمیلی:
– بعضی از این دستگاهها فقط “ولتاژ بالا“ دارند ولی “جریان” کافی برای شوک نمی‌دهند (مثل تسلا کویل).
– همچنین مهمه بین دستگاههای غیرکشنده و تجهیزات پزشکی/علمی تفاوت قائل شد.