انرژي باد چيست؟

انرژي باد، انرژي حاصل از هواي متحرك مي باشد. هنگامي كه تابش خورشيد بطور نامساوي به سطوح ناهموار زمين ميرسد سبب ايجاد تغييرات دما و فشار مي گردد و در اثر اين تغييرات باد بوجود مي آيد. همچنين اتمسفر كره زمين بدليل حركت وضعي زمين، گرما را از مناطق گرمسيري به مناطق قطبي انتقال مي دهد كه اين امر نيز باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریان اقیانوسی نیز بصورت مشابه عمل نموده و عامل 30% انتقال حرارت کل در جهان می باشد. در مقياس جهاني اين جريانات اتمسفري بصورت يك عامل قوي جهت انتقال حرارت و گرما عمل مي نمايند. دوران كره زمين نيز مي تواند در برقراري الگوهاي نيمه دائم جريانات سياره اي در اتمسفر، انرژي مضاعف ايجاد نمايد

 

 

تاريخچه استفاده از انرژي باد

بشر از زمانهاي بسيار دور انرژي باد را به شيوه هاي مختلف بكار گرفته است. ايرانيان اولين كساني بودند كه در حدود 200 سال قبل از ميلاد مسيح براي آردكردن غلات از آسيابهاي بادي استفاده كرده اند كه امروزه آثار آن در نواحي خواف و تايباد در شرق كشور به چشم مي خورد. همچنين مصريان باستان از نيروي باد براي راندن كشتي هاي خود روي رودخانه نيل استفاده كردند. در قرن هفدهم ميلاد، مردم هلند طرح پايه آسيابهاي بادي را بهبود دادند.

همين امر باعث شد تا اين كشور در زمره غني ترين و صنعتي ترين كشورهاي اروپا قرار گيرد. برخي از كشورها آسياب هاي بادي را براي آسياب گندم و ذرت، پمپ كردن آب و قطع درختان استفاده كرده اند. در آغاز قرن بيستم اولين توربين هاي بادي سريع و مدرن ساخته شد. امروزه فعالترين كشورها در اين زمينه آلمان، ايتاليا، آمريكا، دانمارك و هند مي باشند.

مزاياي استفاده از انرژي باد

• عدم نياز توربينهاي بادي به سوخت كه در نتيجه از ميزان مصرف سوختهاي فسيلي مي كاهد.
• رايگان بودن انرژي باد
• توانايي تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق
• كمتر بودن نسبي قيمت انرژي حاصل از باد در بلندمدت
• تنوع بخشيدن به منابع انرژي و ايجاد سيستم پايدار انرژي
• 3-6- قدرت مانور زياد جهت بهره برداري در هر ظرفيت و اندازه (از چند وات تا چندين مگاوات)
• عدم نياز به آب
• عدم نياز به زمين زياد براي نصب
• ايجاد اشتغال
• نداشتن آلودگي زيست محيطي

4) انرژي باد و توربينهاي بادي

بهره برداري از انرژي باد توسط توربينهاي بادي تفكر بسيار قديمي مي با شد. مثلاً سيستم هاي اوليه انرژي باد در چين باستان و خاور نزديك زمانهاي طولاني بكار گرفته مي شدند. يك دوره نيز در قرن پانزدهم كه فعاليتهاي اقتصادي در اروپاي غربي افزايش پيدا كرد از توربينهاي بادي جهت تأمين نيروي مكانيكي براي پمپاژ آب و آسياب غلات استفاده مي كردند. امروزه گستره فعاليتها و كاربرد توربينهاي بادي طيف وسيعي از صنايع را تحت پوشش قرار مي دهد مثلاً براي پمپاژ آب يا شارژ باتري از اين توربينها استفاده مي شود. از نظر عملكردي در توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد به انرژي مكانيكي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي گردد.

اين توربينها را مي توان جهت استفاده بهينه و توليد بيشتر قدرت با سلولهاي خورشيدي (فتوولتائيك) نيز تركيب نمود. در حال حاضر بيشترين ظرفيت توربينهاي بادي نصب شده در چند دهه گذشته از نوع متصل به شبكه بوده است. البته گاهي اوقات در نواحي دور افتاده از توربينهاي بادي منفصل از شبكه نيز استفاده شده است. شارژ باتري و توليد انرژي مكانيكي جهت پمپاژ آب نيز از نمونه كاربردهاي ديگر توربينهاي بادي مي باشد. سيستم هاي شارژ باتري و پمپهاي بادي با وجود كوچك بودن از اهميت ويژه اي برخوردارند.

انواع توربين هاي بادي و مكانيسم كار آنها

الف- توربينهاي بادي با محور چرخش عمودي

اين توربينها از دو بخش اصلي تشكيل شده اند: يك ميله اصلي كه رو به باد قرار مي گيرد و ميله هاي عمودي ديگر كه عمود بر جهت باد كار گذاشته مي شوند. اين توربينها شامل قطعاتي با اشكال گوناگون بوه كه باد را در خود جمع كرده و باعث چرخش محور اصلي مي گردد. ساخت اين توربينها بسيار ساده بوده و همچنين بازده پايين نيز دارند. عمده ترين توربين هاي بادي محور عمودي عبارتند (ساوينيوس داريوس، صفحه اي و كاسه اي). در اين نوع توربينها در يك طرف توربين، باد بيشتر از طرف ديگر جذب مي شود و باعث مي گردد كه سيستم لنگر پيدا كرده و بچرخد. يكي از مزاياي اين سيستم وابسته نبودن آن به جهت وزش بادمي باشد.

ب – توربينهاي بادي با محور چرخش افقي

اين توربينها نسبت به مدل محور عمودي رايج تر بوده همچنين از لحاظ تكنولوژيك پيچيده تر و گرانتر نيز مي باشند. ساخت آنها مشكلتر از نوع محور عمودي بوده ولي راندمان بسيار بالايي دارند. در سرعتهاي پايين نيز توانايي توليد انرژي الكتريكي را داشته و توانايي تنظيم جهت در مسير وزش باد را نيز دارند. اين توربينها 3 يا در مواردي 2 پره مي باشند كه روي يك برج بلند نصب مي شوند. اين پره ها همواره در جهت وزش باد قرار مي گيرند.

ج- مكانيسم كار توربين هاي بادي و اجزا آن

مراحل كار يك توربين كاملاً عكس مراحل كار پنكه مي باشد. در پنكه انرژي الكتريسيته به انرژي مكانيكي تبديل شده و باعث چرخيدن پره مي شود. در توربينهاي بادي چرخش پره ها انرژي جنبشي باد را به انرژي مكانيكي تبديل كرده، سپس الكتريسيته توليد مي گردد. باد به پره ها برخورد مي كند و آنها را مي چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلي مي شود و اين محور به يك ژنراتور برق متصل مي باشد. چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد مي نمايد. در ضمن شكل زير اجزا يك توربين بادي محور افقي را نشان مي دهد.

انواع كاربرد توربينهاي بادي

الف- كاربردهاي غيرنيروگاهي شامل:

• پمپهاي بادي آبكش جهت :
• تأمين آب آشاميدني حيوانات در مناطق دور افتاده
• آبياري در مقياس كم
• آبكشي از عمق كم جهت پرورش آبزيان
• تأمين آب مصرفي خانگي
• كاربرد توربينهاي بادي كوچك بعنوان توليد كننده برق
• تأمين برق جزيره هاي مصرف
• شارژ باتري

 

ب - كاربردهاي نيروگاهي

• نيروگاههاي بادي منفرد جهت تأمين انرژي الكتريكي واحدهاي مسكوني، تجاري، صنعتي و يا كشاورزي
• مزارع برق بادي جهت تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق شبكه

 

 

انرژي باد و محيط زيست

انرژي باد در بين انرژيهاي تجديدپذير يكي از بهترين و اقتصادي ترين روشهاي توليد برق مي باشد كه آلودگي زيست محيطي در پي نداشته و پايان ناپذير نيز مي باشد. طبق آمار موجود توليد يك كيلووات ساعت انرژي برق بادي از انتشار آلاينده هاي زيست محيطي به شرح زير جلوگيري مي نمايد.

گرم 850= CO₂ (دي اكسيد كربن)

گرم 9/2= SO₂ (دي اكسيدگوگرد)

گرم 6/2= NO_X (اكسيدنيتروژن)

گرم 1/0= خاك

گرم 55= خاكستر

بطور كلي با جايگزيني انرژي برق بادي به جاي انرژي برق توليدي از نيروگاههاي سوخت فسيلي مي توان از انتشار گازهاي گلخانه اي كاست. از طرف ديگر جاذبه هاي طبيعي و چشم انداز سيستم هاي انرژي بادي نمادي از انرژي پاك براي مردم تلقي مي گردند. در ضمن از سطح زميني كه براي احداث مزرعه برق بادي اختصاص مي يابد 99% آن مي تواند مورد استفاده فعاليتهاي كشاورزي و دامپروري قرار گيرد و تنها حدود يك درصد از كل سطح مزارع برق بادي توسط توربينها استفاده مي گردد.

8) بررسي اقتصادي استفاده از انرژي باد

در ارزيابي نيروگاههاي بادي، هزينه ها و درآمدهاي طرح، مدت زمان برگشت سرمايه، قيمت انرژي الكتريكي توليدي و نرخ بازده داخلي سرمايه، شاخص هاي نهايي براي مقايسه كامل مؤلفه هاي مختلف مي باشند. از آنجا كه براي گسترش سيتسم عرضه انرژي الكتريكي توسعه پايدار را تعقيب مي كنيم بايد تمام هزينه ها و منافع اجتماعي هر مولد را مدنظر قرار دهيم. بايد در نظر داشت از بين صرفه هاي اقتصادي و غير اقتصادي تنها هزينه دفع آلاينده هاي زيست محيطي و تصفيه گازهاي مضر متصاعد از نيروگاههاي فسيلي مي تواند بصورت كمي در محاسبات وارد شود. اين هزينه ها در واقع در برگيرنده تمام اثرات زيست محيطي آلاينده ها در كوتاه مدت و بلندمدت از قبيل توليد Sox و Nox و Cox و هيدروكربورها و ساير گازهاي سمي، آلودگي آب و خاك و ايجاد بارانهاي اسيدي و توليد گازهاي گلخانه اي
مي باشند.

در ضمن هزينه توليد برق از انرژي باد در دو دهه گذشته بطور قابل ملاحظه اي كاهش يافته است. برق توليد شده توسط انرژي باد در سال 1975، 30 سنت براي هر كيلووات ساعت بوده اما اكنون به كمتر از 5 سنت رسيده است. توسعه توربين هاي جديد قيمت را نيز كمتر خواهند كرد. همچنين در دنيا پنج كشور آلمان، آمريكا، اسپانيا، دانمارك و هند پيشتاز ديگران مي باشند و كل ظرفيت نصب توربينهاي بادي در دنيا تا پايان سال 2004 ميلادي برابر 616/47 گيگاوات مي باشد.

در ضمن كل سرمايه در گردش صنعت انرژي باد جهان در سال 2002 ميلادي برابر با 1381 خورشيدي برابر 7 ميليارد يورو بوده است. قيمت سرمايه گذاري انرژي باد در حدود 1000 دلار بر كيلووات برآورد مي شود كه در حدود 750 دلار آن به هزينه تجهيزات و مابقي به هزينه هاي آماده كردن سايت و نصب و راه اندازي مرتبط مي شود. در چند سال اخير با بزرگتر شدن سايز توربينهاي تجاري، قيمت سرمايه گذاري آنها كاهش يافته است. صنعت انرژي باد منافع اقتصادي و اجتماعي مختلفي را به همراه دارد كه از جمله مهمترين آنها عبارتند از:

• نداشتن هزينه هاي اجتماعي – اين هزينه ها در تمام گزينه هاي متعارف انرژي (فسيلي) وجود دارند، ليكن عليرغم مبالغ قابل توجه آنها معمولاً در بررسيهاي اقتصادي لحاظ نمي شوند. انجمن انرژي باد جهان (WWEA) اين هزينه ها را به كوه يخي تشبيه كرده است كه حجم عظيم و ناپيداي آن در زير آب قرار مي گيرد.
• كاهش اتكاء به منابع انرژي وارداتي – اين مسئله يكي از مهمترين دلايل رويكرد كشورهاي صنعتي به انرژيهاي تجديدپذير و انرژي باد است، لكن در كشورهاي توليد كننده نفت نظير ايران نيز از جنبه ديگري مي توان به آن نگريست و آن افزايش فرصت صادرات است.
• تقويت ساختار اجتماعي و اقتصادي مناطق روستايي – بدليل ماهيت انرژي باد كه به توليد غيرمتمركز و اغلب به نقاط دور افتاده و روستايي مي پردازد، توسعه اين صنعت چه در كشورهاي سرمايه داري و پيشرفته و چه در كشورهاي در حال توسعه تحولات و پيشرفتهاي آشكاري را در مناطق روستايي بدنبال خواهد داشت.
• اشتغال زايي – ايجاد شغل اين صنعت در ميان ديگر صنايع انرژي از همه بيشتر است. در اروپا نصب يك مگاوات برق بادي براي 15 الي 19 نفر شغل ايجاد مي كند كه اين رقم در كشورهاي در حال توسعه براحتي مي تواند دو برابر شود. در سال 2000 كه ظرفيت نصب شده برق بادي در اروپا در حدود 8000 مگاوات بود، بيش از نيم ميليون نفر در اين صنعت به كار اشتغال داشتند.

در كشورمان ايران عليرغم اينكه مشاهده مي شود با در نظر گرفتن هزينه هاي خصوصي نيروگاههاي بادي و فسيلي، توسعه نيروگاههاي بادي براي توليد برق هم اكنون در حال اقتصادي شدن مي باشد ولي اگر هزينه هاي اجتماعي نيروگاههاي فسيلي كه در برگيرنده اثرات برونزايي منفي است مبناي مقايسه قرار گيرد هزينه توليد در مولدهاي بادي كمتر از فسيلي خواهد بود و برق حاصل از آن مي تواند بعنوان يك انرژي پايدار در توسعه اقتصادي – اجتماعي كشور مورد استفاده قرار گيرد.

 

9) روند تحولات تكنولوژي انرژي باد در سالهاي اخير

بزرگترين شركتهاي سازنده توربين بادي جهان در حال حاضر شركت وستاس، شركت انركون و شركت NEG مايكون هستند كه به ترتيب 3/23، 6/14 و 4/12 درصد از بازار جهان را در اختيار دارند.

برخي اطلاعات كه از بررسي بازار تكنولوژي باد در آلمان بعنوان پيشتاز صنعت باد جهان بدست آمده بيانگر روند تحولات در سالهاي اخير در اين صنعت مي‎باشد و لذا توجه به آنها در پيش‎بيني آينده سودمند خواهد بود:

• ميانگين ظرفيت توربينهاي بادي نصب شده در آلمان در حدود 900 كيلووات است، اما اگر فقط توربينهاي نصب شده در نيمه اول سال 2003 را در نظر بگيريم، ميانگين ظرفيت توربينهاي جديد در حدود 1560 كيلووات مي‎باشد. لذا روند آشكاري از افزايش سايز توربينهاي بادي مدرن قابل مشاهده است.
• در بازار توربينهاي بادي 58 مدل توربين وجود دارد كه از اين 58 مدل فقط 4 مدل آن بدون گيربكس هستند كه روي سايزهاي متوسط و بزرگ آزمايش شده‎اند. اما 54 مدل ديگر (شامل سايز هاي متوسط، بزرگ و خيلي بزرگ) هنوز از گيربكس استفاده مي‎كنند. بنابراين توربينهاي بدون گيربكس هنوز در ابتداي راه هستند و وضعيت آنها پس از سالها تجربه و بهره برداري روشن خواهد شد.
• اغلب توربينهاي بزرگ از نوع پيچ كنترل هستند، يعني هر چه توربينها بزرگتر شوند از تعداد مدلهاي استال كنترل كاسته و به مدلهاي پيچ كنترل افزوده مي‎شود. در توربينهاي خيلي بزرگ (بالاتر از 3000 كيلووات) اصلاً سيستم استال كنترل وجود ندارد. قابل ذكر است كه پره‎هاي استال كنترل بزرگتر و سنگينتر از انواع پيچ كنترل مي‎باشند. لازم به اشاره است كه در سيستم پيچ كنترل پره‎ها حول محور طولي خود ميتوانند بچرخند و تغيير زاويه بدهند. اما در سيستم استال كنترل پره‎ها به هاب فيكس مي‎شوند و آزادي گردش حول محور طولي را ندارند.
• در گذشته توربينهاي بادي با يك سرعت دوراني ثابت (دور روتور) كار مي‎كردند، اما مدلهاي امروزي تقريباً سيستم يك سرعته را كنار گذاشته و به سيستم هاي دوسرعته يا سرعت متغير روي آورده‎اند. از ميان 58 مدل موجود در بازار، فقط 2 مدل از نوع يك سرعته هستند و 23 مدل دو سرعته و 34 مدل با سرعت متغير ديده مي‎شوند.

10) آينده انرژي باد در ايران

بازار تأمين انرژي يك بازار رقابتي است كه در آن توليد برق در نيروگاههاي بادي در مقايسه با نيروگاههاي سوخت هاي فسيلي برتري هاي نويني را پيش روي كاربران قرار داده است. از برتري هاي نيروگاههاي بادي اين است كه در طول مدت زمان عمر خود، سالهاي زيادي انرژي را بدون نياز به هزينه سوخت توليد خواهد كرد، در حالي كه هزينه ديگر منابع توليد انرژي در طول اين سالها افزايش خواهد يافت. فعاليت گسترده بسياري از كشورهاي جهان براي توليد الكتريسيته از انرژي باد، سرمشقي براي ديگر كشورهايي است كه در اين زمينه راه درازي در پيش دارند. بسياري از منابع اقتصادي در حال رشد، در منطقه آسيا واقع شده اند و اقتصاد رو به رشد كشورهاي آسيايي از جمله ايران، باعث شده تا اين كشورها بيش از پيش به توليد الكتريسيته احساس نياز كرده و اقدام به توليد الكتريسيته از منابع غيرفسيلي كنند. افزون بر اين موارد، نبود شبكه برق سراسري در بسياري از بخشهاي روستايي در كشورهاي آسيايي نيز مهر تأييدي بر سيستم هاي توليد الكتريسيته از انرژي باد زده است.

پس در خصوص دورنماي آينده اقتصادي استفاده از انرژي باد در ايران مي بايست گفت استفاده از اين انرژي موجب صرفه جويي فرآورده هاي نفتي بعنوان سوخت مي شود. صرفه جويي حاصله در درجه اول موجب حفظ فرآوردهاي نفتي گشته كه امكان صادرات و مهمتر اينكه تبديل آنرا به مشقات بسيار زياد پتروشيمي با ارزش افزوده بالا فراهم مي سازد.

در درجه دوم توليد الكتريسيته از اين انرژي فاقد هر گونه آلودگي زيست محيطي بوده كه همين عامل كمك شاياني به حفظ طبيعت سالم محيط زيست بشري نموده ودر نتيجه مسير براي نيل به توسعه پايدار اقتصادي، اجتماعي فراهم مي گردد.

استفاده از انرژي باد در ايران علاوه بر عمران و آباداني موجبات ايجاد مشاغل جديد شده و بالاخره با بومي سازي فن‌آوري انرژي باد اقتصاد كشور رشد بيشتري مي يابد.

 

 

 سنجش نیرو

مقدمه:

سنجش دقيق ولتاژ، جريان يا ديگر پارامتر هاي شبکه ي نيرو پيش نيازي براي هر شکلي از کنترل مي باشد که از کنترل اتوماتيک حلقه ي بسته تا ثبت داده ها براي اهداف آمارب مي تواند متغير مي باشد . اندازه گيري و سنجش اين پارامتر ها مي تواند به طرق مختلف صورت گيرد که شامل استفاده از ابزار ها ي مستقيم خوان و نيز مبدل هاي سنجش الکتريکي مي باشد.

مبدل ها خروجي آنالوگ D.C دقيقي را توليد مي کنند – که معمولا يک جريان است- که با پارامتر هاي اندازه گيري شده مرتبط مي باشد (مولفه ي مورد اندازه گيري)آنها ايزولاسيون الکتريکي را بوسيله ي ترانسفورماتور ها فراهم مي کنند که گاها به عنوان ابزولاسيون گالوانيکي بين ورودي و خروجي بکار برده مي شوند.اين مسئله ابتداء يک مشخصه ي ايمني محسوب مي شود ولي همچنين به اين معني است که سيم کشي از ترمينال هاي خروجي و هر دستگاه در يافت کننده مي تواند سيک وزن و داراي مشخصات عايق کاري کمي باشد مزيت هاي ابزار هاي اندازه گيري گسسته در زير ارائه گرديده است.

الف) نصب شدن در نزديکي منبع اندازه گيري، کاهش بار ترانسفورماتور وسيله و افزايش ايمني بدنبال حزف سلسله ي سيم کشي طولاني.

ب) قابليت نصب نمايشگر دور از مبدل

ج) قابليت استفاده از عناصر نمايشگر چندگانه به ازاي هر مبدل

د) بار روي CT’s/VT’s بصورت قابل ملاحظه اي کمتر است.

خروجي هاي مبدل ها ممکن است به روش هاي مختلف از ارائه ي ساده ي مقادير اندازه گيري شده براي يک اپراتور تا بهره برداري شدن بوسيله ي برنامه ي اتوماسيون سک شبکه براي تعيين استراتژي کنترلي مورد استفاده قرار گيرد.

2-22) مشخصه هاي عمومي

مبدل ها مي توانند داراي ورودي ها يا خروجي هاي منفرد و يا چند گانه باشند ورودي ها ، خروجي ها و تمامي مدار هاي کمکي از همديگر مجزا خواهند شد. ممکن است بيش از يک کميت ورودي وجود داشته باشد و مولفه ي مورد اندازه گيري مي تواند تابعي از آنها باشد-هرچند مبدل اندازه گيري که مورد استفاده قرار گيرد معمولا انتخابي بين نوع مجزا و پيمانه اي وجود دارد که نوع اخير يعني پيمانه اي توسط پريز واحد ها را به يک قفسه ي ايتاندارد وصل مي کند موقعيت و اولويت استفاده نوع مبدل را تعيين مي کند.

1-2-22) ورودي هاي مبدل

ورودي مبدل ها اغلب از ترانسفورماتور ها گرفته مي شود که اين امر ممکن است از طرق مختلف صورت پذيرد . به طور کامل ، براي بدست آوردن بالا ترين دفت کلي بايد کلاس اندازه گيري ترانسفورماتور هاي دستگاه مورد استفاده قرار گيرد. و سپس خطاي ترانسفورماتور، ولو اينکه از راه جبر و بصورت رياضي گون، به خطاي مبدل اضافه خواهد شد. هرچند که اعمال مبدل ها به کلاس محافظتي ترانسفورماتور هاي دستگاه عموميت دارد و به اين علت است که مبدل ها معمولا بر اساس توانايي تحمل اضافه بار کوتاه مدت مشخص روي جريان ورودي آنها توصيف مي شوند. مشخصه هاي عمومي مقاومتي مناسب براي اتسال به کلاس حفاظتي ترانسفور ماتور هاي دستگاه براي مدار ورودي جريان يک ترانسفور ماتور در ذيل آمده است:

الف)300 درصد کل جريان پيوسته

ب)2500 درصد براي سه ثانيه

ج)5000 درصد براي يک ثانيه

مقاومت ظاهري ورودي هر مدار ورودي جريان بايد تا حد ممکن پايين و براي ولتاژ ورودي بايد تا حد ممکن بالا نگه داشته شود. اين کار خطا ها را بعلت عدم تناسب مقاومت ظاهري کاهش مي دهد .

2-2-22) خروجي مبدل ها

خروجي يک مبدل معمولا منبع جريان مي باشد. و به اين معنا يت که در طول محدوده تغييرات ولتاژ خروجي (ولتاژ مقبول) مبدل ، وسايل نمايشگر اضافي بدون محدوديت و بدون هرگونه نيازي براي تنظيم مبدل مي تواند اضافه گردند.ميزان ولتاژ قابل قبول ، حداکثر مقاومت ظاهري حلقه ي مدار خروجي را تعيين مي کند . به طوري که ميزان بالاي ولتاز قابل قبول ، دوري موقعيت دستگاه مزبور را تسهيل مي کند.

در جايي که حلقه ي خروجي براي اهداف کنترلي مورد استفاده قرار گرفته مي شود ، ديود زينر هاي به طور مناسب ارزيابي شده گاها در ميان ترميتال هاي هر وسيله در حلقه ي سري براي حفاظت در برابر امکان تبديل مدارات داخلي آنها به مدار باز نصب مي شوند.اين امر اطمينان مي دهد که يک وسيله خراب در داخل حلقه منجر به خرابي کامل حلقه ي خروجي نمي گردد. طبيعت جريان ساده ي خروجي مبدل حقيقتا ولتاژ را بالا مي برد و تا تحت فشار قرار دادن سيگنال خروجي صحيح اطراف حلقه ادامه مي يابد.

3-2-22) دقت مبدل

معمولا دقت از اولويت هاي اوليه مي باشد . اما در مقايسه بايد اشاره گردد که دقت مي تواند به طرق مختلف تعريف گرديده و شايد تحت تعاريف بسيار نزديک شرابط استفاده اعمال گردد. مطالبي که در زير اشاره مي گردد تلاش دارد تا برخي از موضوعاتي که داراي عموميت بيشستري هستند و نيز ارتباط آنها با شرايطي که در عمل رخ مي دهد با استفاده از تروينولوژي معين در ICE 60688 را روشن مي سازد.

دقت مبدل بوسيله ي عوامل مختلف (به يک مقدار کم يا زياد) تحت تاثير فرار خواهد گرفت که با نام مقادير تاثير شناخته مي شود که روي آن استفاده کننده کنترل کمي داشته يا حتي هيچ کنترلي ندارد. جدول 1-22 ليست کاملي از مقادير تاثير را به نمايش در آورده است.دقت تحت گروهي از شرايط که به عنوان شرايط مرجع شناخته مي شوند بررسي مي گردند. شرايط مرجع براي هر يک از مقادير تاثير مي تواند به صورت يک مقدار منفرد (براي مثال 20 درجه ي سانتي گراد) يا محدوده ي تغييرات ( براي مثال 10 تا 40 درجه ي سانتي گراد ) بيان گردد.

جدول 1-22 ) --------------------------------------------------------

خطاي تعيين شده تحت شرايط مرجع به خطاي ذاتي باز مي گردد. همه ي مبدل هايي که داراي خطاي ذاتي يکساني هستند در يک کلاس دقت مشخص گروهبندي مي شوند که بوسيله ي نشانه ي کلاس مذکور مشخص مي گردند. نشانه ي کلاس با خطاي ذاتي بوسيله درصدي مشخص مي گردد( براي مثال مبدلي با خطاي ذاتي 0.1 درصد از کل مقياس داراي نشانه ي کلاسي برابر با 0.1 مي باشد) يکي است.

سيستم نشانه ي کلاسي که در IEC 60688 استفاده مي شود نيازمند اين است که تغييرات براي هر يک از مقادير تاثير دقيقا مرتبط با خطاي ذاتي باشد و اين به اين معني است که بيشترين مقدار دقت آن است که کارخانه ي سازنده ادعا دارد و کمترين مقدار ناشي از حدود ناپايداري است.

به علت آنکه مقادير تاثير زيادي وجود دارند ، پايداري ها به صورت منفرد تعيين مي گردند ضمن اينکه همه ي ديگر مقادير تاثير در شرايط مرجع نگهداري مي شوند محدوده تغييرات اسمي استفاده از يک مبدل بوسيله ي کارخانه ي سازنده مشخص مي گردد. محدوده تغييرات اسمي به طور طبيعي گسترده تر از ميزان يا محدوده ي تغييرات مرجع مي باشد. مطابق با محدوده ي تغييرات اسمي استفاده از يک مبدل خطاهاي اضافي به علت يک خزا روي هم جمع مي شوند. اين خطا هاي اضافي به مقدار تاثير منفردي که اغلب نشانه ي کلاس مي باشد محدود مي شود. جدول 2-22 جزئيات اجزاء محدوده ي تغييرات نوعي يک مبدل را طبق استاندارد ارائه مي کند.

جدول 1-22 ) --------------------------------------------------------

همچنين آشفتگي براي مشخص شدن کارائي تحت شرايط عملي واقعي بالا مي رود. سيگنال خروجي اغلب يک مولفه ي اندازه گيري آنالوگ D.C مي باشد اما از يک مقدار ورودي متناوب بدست مي آيد و به ناچار مقدار مشخصي از اجزاء متناوب يا موج دار را دارار خواهد بود. موج يا شکن بوسيله ي اختلاف بين مقادير ماکسيمم و مينيمم اخزاء متناوب سيگنال خروجي تعريف مي گردند . هر چند که برخب سازنده ها از اختلاف بين ميانگين تا ماکسيمم يا r.m.s (Remote Monipulator system) استفاده مي کنند. براي با معني بودن شرايطي که تحت آن مقدار موج يا شکن اندازه گرفته شده است بايد توضيح داده شود ، براي مثال 0.35% r.m.s = 10% peak-to-peak ripple .

با تغييرات شرايط مولفه ي مورد اندازه گيري سيگنال به طور آني از تغييرات طبعيت نمي کند بلکه داراي تاخير زماني مي باشدو اين مسوله به علت فيلترينگ مورد نياز براي کاهش شکن يا ،در مبدل هايي که از تکنولوژي رقمي استفاده مي کنند ، ممانعت از بد نمايي زمان واکنش معمولا مي تواند در عوض افزايش شکن کاهش يابد و بالعکس. مبدل هايي که داراي زمان واکنش گکمتر از معمول هستند مي توانند براي چنان مواردي مورد استفاده قرار گيرد جايي که سيستم نيرو، نوسانات ، افت ها و نوسانات فرکانس پايين را که بايد مانيتور گردد تحمل مي کند.

مبدل هايي که داراي جريان خروجي مي باشند ولتاژ خروجي ماکسيممي دارند که به عنوان ولتاژ قابل قبول شناخته مي شود. اگر مقاومت بار خيلي بالا باشد و از اين رو ولتاژ قابل قبول از يک حدي تجاوز کند، خروجي مبدل داراي دقت بالايي نخواهد بود.

ميدل هاي مخصوصي بوسيله ي سازندگان براي استفاده روي سيستم هايي که شکل موجي ، سينوسي خالص نيست مشخصه بندي شده اند. آنها عموما به انواع دريافت حقيقي r.m.s باز مي گردند . براي چنين انواعي عامل اختشاش شکل موج يک مقدار تاثير مي باشد. ديگر مبدل ها به دربافت ميانگين باز مي گردند و براي پاسخ به مقدار r.m.s يک مرجع سينوسي خالص تنظيم شده اند. اگر شکل موج ورودي به هم بريزد خطا ها بوجود خواهند آمد . براي مثال خطايي به علت آسيب ديدن سومين هارمونيک مي تواند بالغ بر يک در صد به ازاي سه درصد هارمونيک شود. اولين بار که دستگاه نصب شد استفاده کننده توقع دارد که دقت مبدل در طي زمان پايدارباقي بماند. استفاده از اجزاء داراي کيفيت بالا و نيز بررسي محافظه کارانه ي نيرو به اطمينان از پايداري طولاني مدت کمک خواهد کرد ولي شرايط محيطي مخالف يا ناسازگار مي تواند منجر به تغيير کارايي گردد که ممکن است نياز به جايگزيني آن در طي طول عمر دستگاه گردد.

3-22) تکنولوژي مبدل هاي ديجيتال

مبدل هاي داراي سيستم نيروي ديجيتال از تکنولوژي مشابهي که در مورد رله هاي رقمي و ديجيتال که در فصل هفتم توضيح داده شده استفاده مي کنند. سيگنال هاي آنالوگ حاصل شده از CT’s و VT’s براي جلوگيري از بدنمايي فيلتر مي شوند ( با استفاده از مبدل A/P به ديجيتال تبديل مي شوند( و سپس پردازش سيگنال براي بدست آوردن اطلاعات مورد نياز انجام مي گيرد. اطلاعات پايه در فصل هفتم ارائه گرديده است. نرخ نمونه برداري 64 (نمونه/چرخه) يا بيشتر ممکن است مورد استفاده قرار گيرد و کلاس دقت آن به طور معمول 0.5 مي باشد.

خروجي ها ممکن است هم ديجيتال و هم آنالوگ باشند . خروجي هاي آنالوگ به وسيله ي عوامل تاثير گزار روي دقت آنچنانکه در بالا توضيح داده شد تحت تاثير قرار مي گيرند. خروجي هاي ديجيتال نوعا در شکل يک پيوند مخابراتي با انواع موجود RS232 و RS458 هستند زمان واکنش بسته به نرخي که مقادير به پيوند مخابراتي انتقال داده مي شوند و تاخبر در پردازش داده ها درد انتهاي دريافت کننده ممکن است در مقايسه با مبدل هاي آنالوگ قابل تحمل تر باشند .

در حقيقت همه ي مقادير تاثيري که يک مبدل آنالوگ سنتي را تحت تاثبر قرار مي دهند در مبدل هاي ديجيتالي نيز در برخي اشکال مشاهده مي شوند ولب خطاهاي ايحاد شده شايد خيلي کمتر از نوع مشابه در مبدل هاي آنالوگ بوده و نيز در يک چرخه ي زماني طولاني بسيار پابدار تر مي باشد.

مزيت استفاده از تکنولوژي رقمي در مبدل ها به صورت زير مي باشد:

1- پايداري طولاني مدت بهبود شده

2- اندازه گيري r.m.s با دقت خيلي بيشتر

3- امکان ارتباطي بهبود يافته

4- قابليت برنامه ريزي مقياس گزاري

5- محدوده ي تغييرات گسترده تر از توابع

6- کاهش يافتن اندازه ي دستگاه

پايداري طولاني مدت بهبود يافته هزينه ها را به وسيله ي توسعه دادن اينتروال هاي بين کاليبراسيون مجرد کاهش مي دهد . اندازه گيري r.m.s با دقت خيلي بالا به استفاده کننده امکان استفاده از داده ها را با دقت بهتري روي منابعي با ميزان هارمونيک مشخص فراهم مي کند . امکانات ارتباتي بهبود يافته اجازه مي دهد که مبدل هاي زيادي پيوند ارتباتي مشابهي را به مشارکت گزارده و هر مبدل اندازه گيري هاي متعددي را فراهم آورد. اين مسئله منجر به صرفه جوبب در اتصالات سيمي و تعداد مبدل هاي مورد استفاده مي گردد . مقياس گذاري قابل برنامه ريزي موضعي يا ريموت يک مبدل اجازه مي دهد که مبدل را در محل مورد نظر مقياس بندي کرد. مقياس گذاري مي تواند براي انعکاس تغييرات در شبکه تغيير کرده يا در هر جاي ديگر مورد استفاده ي مجدد قرار گيرد . تغييرات مي تواند از راه پيوند ارتباطي دانلود شود بنابر اين نياز بازديد محل را از بين مي برد.

همچنين اين عمل ريسک مقياس گزاري غلط را بوسيله ي استفاده کننده و باز گرداند مبدل به سازنده براي تنظيم کردن آن کاهش مي دهد . کار پرداز ها گستره ي وسيعي از مبدل ها را براي کاربرد ها ي بسيار و ورودي هاي در دسترس مناسب نگه مي دارند . بنابر اين زمان تحويل را کاهش مي دهند . مبدل ها در يک پکيج با گستره ي بسيار وسيعي از توابع موجود مي باشند بنابراين فضاي تجهيزات را روي تابلو برق کاهش مي دهند . توابع موجود شامل هارمونيک تا شماره ي سي و يکم ، انرژي و اطلاعات بار حداکثر مي باشند. مورد اخير براي مذاکره ي تعرفه مفيد مي باشند.

4-22) تکنولوژي مبدل هاي آنالوگ

همه ي مبدل هاي آنالوگ داراي مشخصه ي ضروري زير مي باشند:

الف) يک مدار ورودي داراي مقاومت ظاهري Zin مي باشد.

ب) ايزولاسيون ( عدم وجود ارتباط الکتريکي) بين ورودي و خروجي

ج) يک منبع جريان ايده آل که يک جريان خروجي ايجاد مي کند I1 که يک دقت محسوب شده و تابعي خطي از Qin يعني مقدار ورودي مي باشد.

د) يک مقاومت ظاهري Z0 موازي که مقاومت ظاهري حقيقي خروجي منبع جريان را نشان مي دهد و کسر کوچکي از خروجي ايده آلI2 منحرف مي کند .

ه) يک جريان خروجي I0 مساوي با I1 – I 2 )) .

اين مشخصه ها يصورت دياگرام گون در شکل 1-22 نشان داده شده اند.

شکل1-22 ) ----------------------------------------------------------

محدوده ي تغييرات معمول براي خروجي 0-10 mA ، 0-20 mA و 4-20 mA مي باشد . مبدل هاي صفر جريان دار( براي مثال 4-20 mA ) صفر موقوف (براي مثال 0-10 mA براي 300-500 kv ) و محدوده ي معکوس خطي ( براي مثال 10-0 mA براي 0-15 kv) به طور معمول نياز مند يک منبع تغزيه ي کمکي هستند . انواع دو افتي داراي دو قسمت خطي خطي نسبت به مشخصه ي خروجي آن هستند براي مثال يک خروجي 0-20 mA براي قسمت اول محدوده ي ورودي 0 تا 8kv و خروجي 2-10mA براي قسمت دوم محدوده ي ورودي 8 تا 15 kv مي باشد.

1-5-22) انتخاب مبدل

مبدل هاي جريان معمولا به يک دستگاه ترانسفورماتور جريان کمکي با نرخ خروجي 1 تا 5 amps وصل مي شوند .انواع دريافت ميانگين و r.m.s حقيقي براي اندازه گيري دقيق ورودي بايد مورد استفاده قرار گيرد . آنها مي توانند نيروي مورد نياز خود را تامين کنند ، بجز نوع r.m.s حقيقي يا زماني که يک جريان صفر جريان دار ( براي مثال 4-20 mA ) مورد نياز باشد. آنها هدايتي نيستند و بنابر اين قادر به تشخيص بين جريان ورودي و خروجي نيستند. براي کسب يک سيگنال هدايتي يک ولتاژ ورودي نيز نياز خواهد بود.

2-5-22)مبدل هاي ولتاژ

اتصال معمولا به يک دستگاه ترانسفور ماتور ولتاژ کمکي است ولي ممکن است مستقيم باشد اگر مقدار اندازه گيري شده از ولتاژ کم و کافي باشد نوع صفر موقوف شده بطور معمول براي فرآهم آوردن يک خروجي براي محدوده ي مشخصي از ولتاژ ورودي استفاده مي شود جايي که اندازه گيري صفر روي مقدار ورودي لازم نيست.نوع خطي معکوس اغلب براي اهداف مطايقطي از لحاظ زمان استفاده مي شود.

3-2-22)فرکانس

اندازه گيري دقيق فرکانس داراي اهميت حياتي براي اپراتور هاي با سيستم انتقالي مي باشد ولي نه آنچنان اهميتي که براي اپراتور هاي داراي دستگاه ژنراتور ديزلي مي باشد. مشخصه هاي دقتي 0.1 درصد و 0.01 درصد بر پايه ي درصد مقياس مرکزي فرکانس قرار دارند و بر اين معني است که براي مثال يک وسيله با 0.1 درصد نشان داده مي شود و دراري مقياس مرکزي به اندازه ي 50 Hz خطاي بيشينه اي در حدود 50 mHz ‾+ تحت شرايط مرجع خواهد داشت.

4-5-22) زاويه ي فاز

مبدل هايي که زاويه ي فاز را اندازه مي گيرند به صورت مکرر براي نمابش عامل نيرو بکار برده مي شوند . اين امر بوسيله ي مقياس گزاري دستگاه مذکور در يک حالت غير خطي بر طبق قانون کسينوس ها بدست مي آيد . براي انديکاتور هاي ديجيتالي و تجهيزات SCADA فراهم آوردن تبديل صحيح براي بدست آوردن نمايش صحيح عامل نيرو ضروري به نظر مي رسد . مبدل هاي زاويه ي فاز با محدوده ي تغييرات ورودي مختلفي موجود هستند. زماني که مقياس گزاري º180...º0...º180 باشد يک ناحيه ي مبهمي در حدود مثبت منفي 2 درجه در حداکثر محدوده ي تغييرات و جود دارد . در اين ناحيه جايي که خروجي بايد براي مثال -10 mA يا +10 mA باشد خروجي ممکن است به صورت جسته و گريخته در يک سطح بالاي مقياس يه ديگري جهش کند همچنين مبدل هايي براي اندازه گيري زاويه ي بين دو ولتاژ ورودي موجود مي باشد براخي از انواع مبدل ها از نقطه ي تلاقي صفر شکل موجي ورودي براي کسب اطلاعات فاز استفاده مي کنند و بنابراين مستعد ايجاد خطا هستند اگر ورودي داراي مقدار مشخصي از هارمونيک باشد محاسبه ي فاکتور نيرو از مقادير حاصل از خروجي هاي يک وات و مبدل VAR يک اندازه گيري درستي را با وجود هارمونيک بدست خواهد داد .

5-5-22) کميت هاي نيرو

اندازه گيري توان موثر (Watts) و توان هرز)(VARs عموما به سادگي ديگر مقادير نمي باشد . مراقبت زيادي با انتخاب اين نوع به خاطر اختلافات در پيکر بندي بايد انجام گيرد . ضروري است که نوع مناسبي براي سيستم انتخاب شود تا با در نظر گرفتن عواملي چون شرايط عملياتي سيستم (بار متعادل و نا متعادل ) تعداد جريان و شرايط ولتاژ موجود و اينکه آيا جريان نيرو به نظر مي رسد که وارد يا خارج و يا هم وارد و هم خارج شده است اندازه گيري شود . محدوده ي تغييرات مولفه ي مورد اندازه گيري بايد همه ي احتياجات احتمالي ناشي از فرا تر رفتن از محدوده تغييرات تحت شرايط زمان را احاطه کند بطوري که مبدل و دستگاه انديکاتور آن يا ديگر تجهيزات در يافت کننده که فرا تر از حد بالايي محدوده ي تغييرات موثر آن مورد استفاده قرار نگرفته است . شکل 2-22 اتصالات مورد استفاده براي انواع مختلف اندازه گيري ها را به نمايش در آورده است

شکل2-22)------ -----------------------------------------------------

6-5-22) مقياس گزاري

ارتباط بين جريان خروجي و مقدار مولفه ي مورد اندازه گيري از اهميت بالايي بر خوردار است و نيازمند ملاحظات با دقتي مي باشد . البته هر دستگاه در يافت کننده بايد بر اساس دسته بندي خودش استفاده شود اما اگر ممکن باشد برخي از انواع استاندارد ها بنا نهاده شوند . به عنوان مثال مي توان آزمايش اندازه گيري ولتاژ a.c اشاره کرد سيستم مقدماتي داراي ارزش اسمي 11kv بوده و ترانسفور ماتور داراي نسبتي در حدود 11 کيلو وات روي 110 کيلو وات مي باشد. براي مشخص کردن ضريب تبديل براي يک ولتاژ 0 تا 10 ميلي آمپر به 110 ولت بر 10 ميلي آمپر لازم نيست که مبدل اپتيمم گردد . يکي از اهداف ، مي بايست که امکان مانيتورينگ ولتاژ روي محدوده اي از مقادير باشد پس بايد حد بالايي مورد انتخاب قرار گيرد( مثلا 20+ درصد يا 132 ولت) . با استفاده از ضريب تبديل اصلي خروجي بيشينه ي مبدل لازم است که 12 ميلي آمپر باشد. که اين براساس قابليت اغلب مبدل هاي 0 تا 10 ميلي آمپري مي باشد اکثريتي که مي تواند با يک فرا محدوده ي 25 درصدي همسازي کند اما به اين معنا است که هر وسيله ي نمايان ساز آنالوگ وا بسته بايد حساسيتي در حدود 12 ميلي آمپر داشته باشد. هر چند که مقياس مورد نياز روي وسيله اکنون 0 تا 13.2 کيلو ولت مي باشد که مي تواند منجر به ايجاد اشکال در ترسيم مقياس در چنان روشي که آن را قابل خواندن کند ( و با استاندارد مربوطه مطابقت دارد) . در اين مثال برپايه ي انديکاتور با مقياس کامل به اندازه ي 15 کيلو وات و برابر کردن آن با 11 ميلي آمپر به صورت صريح انجام خواهد گرفت بنابر اين ايجاد مشخصه هاي دستگاه نمايشگر بسيار آسانتر خواهد بود مبدل بايد مشخص کند ورودي 0 تا 150 ولت يک خروجي 0 تا 10 ميلي آمپر ايجاد مي کند . در مورد مبدل هاي با خروجي 0 تا 20 ميلي آمپر مراقبت بالايي در مقياس گزاري خروجي نياز است آنچنان که هيچ قابليت فرا محدوده اي وجود نداشته باشد حد خروجي 20 ميلي آمپر از ديدگاه اندازه گيري ثابت مي باشد . چنان خروجي هايي نوعا به عنوان ورودي در سيستم هاي SCADA استفاده مي شوند و سيستم هاي SCADA معمولا بر اين اساس برنامه ريزي مي شوند که فرض مي شود که شدت جريان متجاوز از 20 ميلي آمپر منجر به خرابي مبدل مي شود .بنابر اين با استفاده از مثال بالا خروجي احتمالا بايد به گونه اي مقياس بندي شود که 20 ميلي آمپر 132 ولت را نشان دهد و از اين رو ورودي 110 ولتي اسمي منجر به يک خروجي 16.67 ميلي آمپر مي شود يک مقياس بندي درست احتمالا از 16 ميلي آمپر براي ارائه ي 110 ولت استفاده مي کند با خروجي 20 ميلي آمپر مساوي با 137.5 ولت (يعني 25 درصد روي محدوده بجاي 20 در صد مورد نياز) . مقياس گداري مبدل به طوري که ورودي 110 ولت به وسيله ي خروجي 20 ميلي آمپر نشان داده شود غلط خواهد بود در نتيجه قابليت فرا محدوده اي مورد نياز موجود نخواهد بود .

ملاحظات مشابهي به مبدل جريان با پيچيدگي بيشتر نسبت به مبدل هاي (Watts) جايي که نسبت ولتاژ و جريان ترانسفورماتور بايد در نظر گرفته شود اعمال مي گردد. در اين مورد خروجي مرتبط با توان اوليه سيستم خواهد بود .

بايد اشاره گردد که جريان ورودي متناظر با خروجي با مقياس کامل ممکن است که دقيقا مساوي با نرخ ثانويه ي ترانسفورماتور جريان نباشد اما اين موضوع مسئله ي مهمي به شمار نمي آيد ( سازنده اين امر را در نظر گرفته است) .

برخي از اين مشکلات و مسائل لازم نيست که در نظر گرفته شود اگر مبدل فقط تغذيه مي شود براي مثال مي توان به ايستگاه هاي حومه اي SCADA اشاره کرد هر وسيله ي در يافت کننده که مي تواند براي اعمال عامل مقياس گذاري روي ورودي هاي منفرد برنامه ريزي شود ميتواند محدوده ي تغييرات زيادي از سيگنال ها را تطبيق دهد عامل اصلي که بايد در نظر گرفته شود اين مي باشد که مطمئن شويم که مبدل قادر به فراهم کردن سيگنال ها درست روي مقدار کامل مقياس ورودي مي باشد به اين علت ايت که آن در بالا ترين مقدار مورد انتظار مولفه ي مورد اندازه گيري اشباع نمي شود .

7-5-22) منابع تغزيه ي کمکي

بسياري از مبدل ها نيازي به منابع تغذيه ي کمکي ندارند که به اين نوع مبدل ها مبدل هاي خود توان گفته مي شود از آنهايي که نياز به يک منبع تغذيه اي کمکي دارند اکثريت داراي يک پيشقدر (Bias ) يا خروجي صفر جرياندار مثل 4 تا 20 ميلي آمپر مي باشند. اين به اين علت است که يک خروجي غير صفر نمي تواند براي خروجي صفر کسب گردد مگر اينکه يک منبع تغذبه اي مجزا وجود داشته باشد مبدل هايي که نياز به يک منبع تغذيه اي کمکي دارند عموما با يک حفت ترمينال مجزا براي مدار کمکي آماده مي گردند. ترمينال مجزا براي مدار کمکي آماده مي کردند . بطوريکه مصرف کننده داراي انعطاف پذيري در اتصال منبغ تغذيه اي ورودي به مولفه ولتاژي مورداندازه گيري يا به يک منبع تغذيه اي مجزا مي باشد . هرچند که برخي از سازندگان طرحهاي خودشان را استاندارديزه کرده اند آنچنانکه بنظر مي رسد که از نوع خودتوان هستند ولي اتصال منبع تغذيه اي کمکي دقيقا داخلي است . براي مبدل هاي اندازه گيرac استفاده ار منبع تغذيه اي کمکي dc مبدل را قادر مي سازند که روي گستره ي وسيعي از ورودي ها عمليات انجام مي دهد .

محدوده ي ولتاژ منبع تفذيه ي کمکي که ميدل مي تواند روي آن عمل کند بوسيله ي سازنده مشخص مي شود . اگر ولتاژ کمکي از يک مقدار ورودي منتج شده باشد دامنه اندازه گيري در حدود 20% ولتاژ اسمي منبع تغذيه اي کمکي محدود خواهد شد . اين مسئله زماني مشکل ساز مي شود که بخواهيم مقادير پايين کميت ورودي را اندازه گيري کنيم .

6-22 ) مراکز اندازه گيري

مراکز اندازه گيري بطور موثر مجموعه اي از مبدل هاي مجزا مي باشد که روي يک وضعيت مشترک سوار شده اند . اين مسئله بطور گسترده نشدني است اگر تکنولوژي آنالوگ براي پردازش سيگنالها مورد استفاده قرار گيرد اما اگر از تکنولوژي ديجيتال يا رقمي استفاده شود چنان محدوديت هايي وجود نخواهدداشت . بنابراين مراکز اندازه گيري ابزاري هستند براي استفاده از چنين تکنولوژي هايي . آنچنان که در فصل هفتم اشاره گرديد يک رله ي رقمي مي تواند اندازه گيري هاي بسياري از کميت هاي سيستم نيرو را فراهم آورد . بنابراين يک روش جايگزين در نگرش بر مراکز اندازه گيري استفاده از تکنولوژي رقمي مي باشد که يک رله ي رقمي است و توابع محافظتي آن را از بين مي برد و گستره ي وسيعي از پارامترهاي اندازه گيري سيستم نيرو را به هم مي پيوندد .

نظر به اينکه برخي اختلافات مهمي وجود دارد تقريبا اين عمل وضعيت حقيقي را به صورت زيادي ساده سازي مي کند . يک رله ي حفاظتي براي تامين تابغع حفاظتي اوليه روي گستره ي وسيعي از مقادير ورودي از حدود 5% تا 500% يا بيشتر مقادير ارزيابي وجود دارد . دقت اندازه گيري در حالي که مهم است لازم نيست که داراي آنچنان دقتي باشد که ( براي مثال ) در اندازه گيري اهداف تعرفه اي مورد نياز بود . اندازه گيري نبايد گستره ي کاملي از مقادير ورودي باشد و بنابراين دقت اندازه گيري گاها لازم اشت بيشتر از حد لازم براي رله ي حفاظتي باشد . عامليت اضافي روي آنکه بوسيله ي تابع اندازه گيري يک رله ي حفاظتي فراهم شده اغلب مورد نياز است ( براي گروهي از تيپ توابع که به وسيله ي مرکز اندازه گيري فراهم شده است – 3-22 را مشاهده کنيد )

از طرف ديگر روند اندازه گيري بنيادي در يک مرکز اندازه گيري برپايه ي تکنولوژي رقمي با رله ي رقمي يکي است پس نياز مذکور در اينجا تکرار نمي شود . تنها تفاوت, محدوده ي کميت هاي ورودي و عامليت است . مورد پيشين بوسيله ي طرح مناسبي از شرايط سيگنال ورودي به مبدل a/d مورد رسيدگي قرار مي گيرد که مورد اخير يعني مبدل a/d به وسيله ي نرم افزار توسعه داده شده رسيدگي مي شود .

جدول 3-22-----------------------------------------------------------

مزيت مرکز اندازه گيري اين اشت که گروه وسيعي از توابع روي بخش منفردي از تجهيزات سوار مي شوند که فضاي اضافي کمتري در مقايسه با مبدل هاي مجزا براي پارامترهاي بسيار کمتر اشغال مي کند . بنابراين وقتي که , ct’s, vt’s پيش نياز موجود هستند بنظر مي رسد که استفاده از مرکز اندازه گيري حتي اگر همه ي کارايي فورا مورد نياز نباشد قابل قبول باشد تاريخ نشان داده است همچنان که زمان مي گذرد داده هاي بيشتري مورد نياز مي شود عامليت کامل در بيرون دستگاه ممکن است منطقي بنظر مي رسد . شکل 3-22 واريته هاي وسيعي از مبدل ها و مراکز اندازه گيري موجود را به نمايش گذارده است .

شکل 3-22-----------------------------------------------------------7-22) پيمايش تعرفه

پيمايش تعرفه مشخصه اي از اندازه گيري است که مرتبط با اندازه گيري توان الکتريکي , توان هرز يا انرژي براي اهداف شارژ کردن مصرف کننده مي باشد . بدين لحاظ بايد با استانداردهاي ملي مناسب براي چنان موضوعاتي مطابقت داشته باشد . پيمايش تعرفه ي اوليه به منظور صورت حساب هاي مشتري , مورد استفاده قرار مي گيرد و ممکن است که دقت اندازه گيري در حدود 0.2% را دارا باشد . حتي براي قراعت هايي که 5% يا کمتر از مقدار مخاز اسمي مي باشند . پيمايش تعرفه ي ثانويه در آنجايکه مصرف کننده اندازه گيري خودش را به عنوان يک بررسي روي پيمايش تعرفه ي ثانويه نصب شده به وسيله ي تغذيه کننده يا ذر ميان کارگاه ها يا ساختمان هاي زياد براي به دست اوردن تصوير دقيق از مصرف انرژي در نواحي مختلف وشايد به منظور بازرسي انرژي يا تخصيص هزينه ي داخلي , اعمال مي شود .

دقت چنان اندازه گيري هايي تقريبا کم است . روي هم رفته نوعا دقت 0.5% روي گستره ي وسيعي از اندازه گيري نياز مي باشد . آنچنان که اين دقت مجموع موردنياز است هر عنصر در زنجيره ي اندازه گيري ( که با ct’s/vt’s شروع مي شود ) بايد دقتي تقريبا بهتر از اين باشد . رسيدگي دقيقي براي سيم کشي و سوار کردن مبدل ها براي جلوگيري از خطاهاي بوجود آمده به علت مدهخله نياز است و شايد نياز باشد که دقت بالاي گستره ي وسيع و بالايي از دکانس نگهداشته شود . بنابراين يک برنامه ي پيمايش تعرفه نيازمند طراحي دقيق همه تجهيزاتي که در برنامه وجود دارند مي باشد . معمولا امکانات به منظور فراهم آوردن اندازه گيري روي تعداد زيادي از دوره هاي زماني تعريف شده ( براي مثال 24 دوره ي نيم ساعته براي ايجاد انرژي لازم براي پيمايش تعرفه ) تشکيل مي شوند بطوريکه صادر کننده ي انرژي مي تواند فاکتور مجموعي را براي مصرف کننده بر طبق نرخ صحيح هر دوره ي تعرفه اي توليد کند . اينترمال هاي زماني که اين دوره ها پوشش مي دهند ممکن است بر طبق زمان سال ( زمستان , بهار و غيره ) تغيير کند و بنابراين نياز به انعطاف پذيري در برنامه ريزي پيمايش انرژي مي باشد . ارتباطات ريموت واز راه دور به پيمايش انرژي به طور تغييرناپذيري نياز مي باشد . بطوريکه داده ها به بخش مربوطه به صورت قاعده مند براي اهداف فاکتور نويسي انتقال داده شوند .

8-22) همزمان سازها

همزمان سازها در نقاطي از سيستم نيرو نياز هستند که دو منبع تغذيه ( يک ژنراتور ويک شبکه , يا دو منبع تغذيه ي شبکه اي ) بايد به صورت موازي به کار برده شوند . بيشتر از يک دستگاه اندازه گيري وجود دارد چنانکه آنها تماس بسته تري را براي اجازه دادن به مدارشکن براي بسته شدن فراهم مي کنند زماني که شرايط براي موازي شدن ( همزمان شدن ) داراي محدوديت است به هرحال آنها همچون رله هاي حفاظتي مورد توجه نيستند و بنابراين براي راحتي در اين فصل آورده شدهاند . دو نوع همزمان ساز وجود دادرد , همزمان ساز هاي خودکار و همزمان سازهاي قابل تنظيم .

1-8-22) همزمان ساز هاي قابل تنظيم

کارکرد يک همزمان ساز قابل تنظيم , تعيين اين مسئله است که آيا دو ولتاژ همزمان يا تقريبا همزمان هستند و نيز فراهم آوردن خروجي ها تحت اين شرايط مي باشد . خروجي ها معمولا در شکل تماس هاي volt – free هستند به طوري که احتمالا مي توانند در مدارهاي کنتري cb براي اجازه دادن يا ندادن به بسته شدن cb به کار روند . زماني که به يک سيستم نيرو اعمال ميشوند همزمان سازهاي قابل تنظيم براي بررسي ايمني بسته شدن cb براي اتصال به شبکه ي مستقل از هم يا يک ژنراتور به يک شبکه آنچنانکه در شکل 4-22 نشان داده شده مورد استفاده قرار مي گيرد به اين ترتيب همزمان سازهاي قابل تنظيم وظيفه اي حياتي را در انسداد بستار cb در زماني که نياز است ايفا مي کنند .

همگامي , زماني رخ مي دهد که دو ولتاژ AC فرکانس و شدت مساوي بوده و داراي فاز صفر متفاوتي باشند همزمان سازهاي قابل تنظيم , زماني که فعال باشد , اين کميت ها را مانيتور کرده و cb قادر مي کند که مدارها را ببندد .در زماني که اختلافات در ميان محدوديتهاي ازپيش برپا شده ميباشد . در حالي که بستار cb در لحظه ي همگامي کامل ايده ال است رسيدن به اين مرحله در عمل بسيار مشکل بوده و برخي اشتباهات در يکي يا بيشتر ازکميت هاي مانيتور شده مي تواند بدون منجر شدن به ناپايداري ولتاژ / جريان در بستار cb تحمل شود . همزمان ساز قابل تنظيم داراي محدوديت هاي خطايي قابل برنامه ريزي براي تعريف خطاهاي قابل پذيرش مي باشد ( زماني که بخواهيم مقايسه اي صورت دهيم ) .

شکل 4-22) ----------------------------------------------------------

شرايطي که تحت آن يک همزمان ساز قابل تنظيم براي فراهم آوردن خروجي نياز است متغيير مي باشد . وضعيت همزمان ساز قابل تنظيم را که به عنوان وسيله ي اجازه دهنده به بسته شدن مدار کنترلي cb که دو شبکه را به هم در يک شعبه جفت مي کند مورد استفاده قرار مي گيرد در شکل 4-22 (b) ملاحظه کنيد .فرض کردن اينکه دو شبکه داير خواهند بود ناکافي به نظر مي رسد ( وضعيت هاي که هر دو خطA و شين اصلي b ممکن است که منسوخ شده باشند مورد توجه قرار گرفته شده ) که منجربه کارايي نشان داده شده در جدولA 4-22 مي شود .

جدول 4-22a وb)----------------------------------------------------

زماني که به سيگنال بسته اجازه داده شد که ( ممکن است مه اين امر فقط براي دوره اي از زمان رخ دهد ) کاهش شانس يک cb , سيگنال بسته باقي مانده بعد از شرايط مذکور از محدوديت ها خارج مي شود به همين نحو ممکن است که مدارها آماده شوند تا بستار را ببندند اگر سيگنال بسته ي cb از کنترل هاي بسته cb پيش از اينکه شرايط رضايت بخش ارايه گردند , ارايه شود – اين امر مارا مطمئن مي کند که يک اپراتور بايد نمايشگرهاي همگام را مانيتور کرده و فقط زماني که شرايط همگامي صحيح است بستار را آغاز کند و همچنين سويچ هاي تماس همگامي را که به يکديگر جوش شده اند آشکار کند .

يک همزمان ساز قابل تنظيم هيچگونه تنظيماتي را آغاز نمي کند اگر شرايط همگامي درست نباشد و بنابراين فقط به عنوان کنترل گر اجازه دهنده در مدار مجتمع بسته ي cb براي فراهم آوردن بررسي اينکه شرايط رضايت بخش هستند يا نه عمل مي کند . در يک ايستگاه فرعي يا شعبه ي همزمان سازهاي قابل تنظيم ممکن است به همه ي cbهاي مورد نياز به صورت منفرد اعمال گردند به طور متناوب ممکن است تعداد تقليل يافته اي با همديگر با تنظيمات مناسب سوئيچينگ در مدارهاي ورودي / خروجي سيگنال نصب شده باشند به طوري که يک دستگاه منفرد ممکن است براي پوشش cbهاي متعددي مورد انتخاب قرار گيرد .

2-8-22) همزمان ساز هاي خودکار

يک همزمان ساز خودکار در مقايسه با همزمان ساز قابل تنظيم داراي کارايي هاي بيشتري مي باشد زماني که يک همزمان ساز براي ارائه ي خدمات جايگذاري مي گردد آن شدت و فرکانس ولتاژ را در هر دو طرف مدارشکن اندازه مي گيرد و به طور خودکار يکي از ولتاژها را در صورتي که شرايط صحيح نباشد تنظيم مي کند . کاربرد همزمان ساز هاي خودکار معمولا محدود به ژنراتورها مي باشد ( يعني وضغيت نشان داده شده در شکل a 4-22 ) با جايگذاري همزمان ساز قابل تنظيم با يک همزمان ساز خودکار اين امر به اين دليل است که عموما تنظيم هر دو ولتاژ شبکه به وسيله ي تغيير دادن تنظيمات يک يا تعداد کمي از وسائل شبکه مکن نيست . زماني که به يک ژنراتور اعمال مي شود تنظيم فرکانس وشدت ولتاژ ژنراتور به وسيله ي انتقال سيگنال ها به ترتيب به گاورنر و avr نسبتا ساده است يک همزمان ساز خودکار ولتاژ ورودي ژنراتور را در برابر ولتاژشبکه براي براورده کردن شرايط زير بررسي مي کند (جدول 4-22 aو b) :

الف) فرکانس لغزشي به اندازه محدوديت ها ( يعني اختلاف بين ژنراتور و شبکه )

ب)اختلاف فاز بين ولتاژها مطابق با حدود

ج) اختلاف شدت ولتاژ مطابق با حدود

زماني که همه ي سه شرط ارضاع شوند فرمان بسته شدن cb صادر مي گردد . همچنين ممکن است براي نشان دادن اينکه فرکانس و ولتاژ شبکه درون حدود از پيش تعيين شده قرار دارد و اين که آيا توالي همگامي بسته شده يا نه يک سري بررسي هايي انجام مي شود . اين کار از همگامي تحت شرايط نامعمول شبکه ( يعني وقتي که مطلوب نيست ) جلوگيري مي کند. اين امکانات بايد با احتياط مورد استفاده قرار گيرد چون تحت برخي شرايط اضطراري مي تواند منجربه انسداد همگامي ژنراتور که نياز مبرم به سرويس دادن آن براي کمک کردن به غلبه بر شرايط وجود دارد مي شود .

اگر شرط ( الف ) در بالا در محدوده حدود نباشد سيگنال ها به طور خودکار به گاورنر دستگاه ژنراتور براي تنظيم سرعت مقدار ايده ال به صورت مناسب فرستاده مي شود . در شرط( ج) اگر در محدوده حدود نباشد , سيگنال مشابهي به تنظيم کننده ي ولتاژ خودکار براي کاهش يا افزايش مقدار ايده ال فرستاده مي شود . سيگنلا هاي مورد استفاده براي بالا يا پايين بردن مقدار ايده ال از نوع پالس هستند ولي مي توانند سيگنال هاي پيوسته نيز باشند که به اين علت است که تجهيزات ويژه اي نياز مي باشد . معمول است که سرعت و ولتاژ ژنراتور اندکي بيشتر از سرعت ولتاژ شبکه باشد و اين کار هم مي تواند به وسيله ي تنظيمات اوليه ي گاورنر / avr و يا هم به وسيله ي قرار دادن مقدار ايده ال در همزمان ساز , انجام گيرد . اين عمل همگامي پايدار و صدور نيرو را در فاکتور نيروي کامل به شبکه به وسيله ي ژنراتور بعد از بستار cb تضمين مي کند از امکان بر هم زدن تعادل به علت شرايط نيرويي پيش روانه معکوس / کم , و يا ميدان خرابي /تحت القا دوري مي شود . استفاده از يک همزمان ساز خودکار همچنين به اجتناب از خطاهاي انساني کمک مي کند , اگر همگامي دستي مورد استفاده قرار گيرد . ( اگر همگامي بيرون از محدوده ي مجاز صورت گيرد پتانسيل آسيب ديدن تجهيزات ودر وهله ي اول ژنراتور وجود دارد . )

براي اطمينان از اينکه cb در مورد صحيح بسته شده زمان بسته شدن cb معمولا يک داده ي مورد نياز است . همزمان ساز خودکار با آگاهي از اين امرو فرکانس لغزش , زمان صحيح را در قبال انطباق براي صدور فرمان بستن cb محاسبه مي کند . اين مسئله مارا مطمئن مي کند که cb تا جايي که امکان دارد نزديک به انطباق فاز بسته مي شود . به محض دريافت سيگنالي که اعلام مي کند ⁿcb بسته شد . سيگنال هاي بيشتري براي بالا بردن فرکانس ممکن است به گاورنر فرستاده شود تا تضمين کند که پايداري صدور نيرو کسب گرديده است . بر عکس عدم موفقيت cb براي بسته شدن در طي يک دوره ي زماني همزمان ساز خودکار آماده براي تلاش ديگر باقي خواهد گذاست و اگر تلاش هاي ديگر هم هنوز نا موفق مانده باشند همزمان ساز قفل شده و زنگ هشداري به صدا در خواهد آورد .

تکرار اين عمل براي بدست آوردن همزمان ساز خودکار مناسب بين ابزارها به صورت گسترده اي تغيير مي کند . جايي که خط مشي داراي انعطاف کافي است زمان لازم براي همگامي از اهميت بالايي برخوردار است ( يعني دستگاههاي peak lopping and emergancy standby ) . بسياري از ابزارها هنوز روي مولدهاي همگام دستي تقويت مي شوند . همچنين براي هر دو نوع همزمان ساز يعني خودکار وقابل تنظيم ممکن است که به صورت سري سوار شوند . اين عمل محافظت در برابر خرابي هاي داخلي همزمان ساز هاي خودکار را که منجر مي شود به اين که فرمان بسته شدن cb به طور نادرستي دريافت شود فراهم مي کند .

9-22) دستگاه هاي ضبط کننده ي اختلال

سيستم هاي نيرو از انواع مختلفي از مزاحمت ها رنج مي برند . در تجزيه و تحليل post / fault داشتن رکوردي از جزئيات اختلال براي ايجاد توانايي شروع به تشخيصي حادثه از روي تاثيرات پس آيند سودمند مي باشد . مخصوصا در جايي که اختلالات مشکلات بيشتري را منجر مي شوند (براي مثال عيب تک فازي به سه فازي گسترش مي يابد ) ثبت جزئيات عيب ممکن است براي تشخيص بين علت و معلول لازم باشد . اگر تاثير يک عيب يا خرابي در محدوده ي گسترده اي پخش شود مدارک اختلال از تعدادي از مناطق مي تواند در تعيين موقعيت اختلال کمک رسان باشد . وسيله اي که بدين منظور به کار ميرود با عنوان ثبت کننده ي اختلال يا عيب شناخته مي شود .

1-9-22) مشخصه هاي دستگاه ثبت کننده ي اختلال

يک دستگاه ثبت کننده ي اختلال به طور معمول داراي توانا يي هاي زير مي باشد:

1) يک ورودي ثبت کننده ي آنالوگ چندکاناله ي موجي شکل

2) ورودي ثبت کننده ي ديجيتالي چند کاناله

3) فضاي ذخيره سازي براي ثبت چندين عيب آماده براي دانلود يا تجزيه و تحليل

4) زمان ثبتي برابر با چند ثانيه به ازاي هر اختلال دارد

5) رها شدن از هر نوع کانال ورودي ديجيتالي و آنالوگ يا کميتي که از ترکيبي از ورودي ها يا به صورت دستي منتج شده باشد

6) داشتن فاصله از محل عيب براي يک يا چند تغذيه کننده

7) pre/post متغير جدا از زمان ثبت

8)همگامي زمان (irig gps و غيره )

9) نرخ نمونه برداري قابل تنظيم

10) فرمت انتقال داده استاندارد ( ieee comtrade , now iec 60253-24 و غيره)

11)پيوند مخابراتي به مرکز کنترل و غيره (اينترنت , مودم و غيره )

12) خود مانيتورينگ و خود تشخيصي

کانال ها ي آنالوگ براي ثبت جريان ها و ولتاژهاي مهم در محل دستگاه ثبت کننده ي عيب فراهم آورده شده اند . وضوح بالا براي اطمينان از دقت گرفتن شکل موجي با مبدل a/d 14 يا 16 بيتي نياز مي باشد . ورودي هاي ديجيتالي براي گرفتن سيگنال هايي مثل بازکننده ي cb, عملکرد رله ي محافظتي , سيگنال هاي درون لغزش و غيره فراهم آورده مي شود . به طوري که تصوير کاملي از توالي حوادث بتواند ايجاد گردد سپس اطلاعات مي تواند براي بررسي اينکه ترتيب عمليات post-fault صحيح است به کار رفته يا به تعيين علت يک ترتيب عملکردي غير منتظرانه کمک مي کند .

براياجتناب از از بين رفتن داده هاي حاصل از اختلال ,حافضه ي کافي براي گرفتن و ذخيره کردن داده هاي چند عيب پيش از انتقال داده ها براي تجزيه و تحليل بايد فراهم آورده شود. انعطاف پذيري در ترتيب راه اندازي بسيار مهم است آنچنانکه نصب يک دستگاه ثبت کننده ي اختلال فقط براي از دست دادن وقايع ثبت شده به علت فقدان امکانات راه اندازي مناسب نا اميد کننده به نظر ميرسد.راه اندازي به طور معمول اگر سر حد مربوطه از روي هر کانال آنالوگ يا ديجيتال عبور کند يا يک کميتي که مي تواند از ترکيبي از ورودي ها منتج شود , قابل استفاده است.

اختلالات سيستم نيرو ممکن است که از دوره هاي زماني چند ثانيه اي تا چند دقيقه اي طول بکشد. براي اطمينان از اينکه بيشترين سود از سرمايه گذاري کسب گرديده يک دستگاه ثبت کننده ي اختلال بايد قادر به گرفتن حوادث روي گستره ي وسيعي از مقياس زماني باشد. اين عمل منجر به تدارک نرخ نمونه برداري قابل برنامه ريزي مي شود براي اطمينان از اينکه ناپايداري هاي کوتاه مدت با وضوح کافي گرفته شده اند همچنان که اطمينان مي دهد که انواع کوتاه مدت داراي ناپايداري هاي گرفته شده ي کافي براي ايجاد يک تحليل با معني مي باشند.

موردهاي ثبت شده براي اختلال به بخش هايي تقسيم مي شود که دوره هاي pre- fault ,fault,post fault راپوشش مي دهد و هر يک از اين دوره ها ممکن است که نرخ نمونه برداري متفاوتي داشته باشد .همگامي زمان نيز يک مشخصه ي حياتي براي تمايز بين اطلاعات فرستاده شده توسط دو دستگاه ثبت کننده براي بدست آوردن تصوير جامعي از حادثه ها مي باشد .

از آنجاييکه اغلب دستگاه هاي ثبت کننده ي اختلال روي ايستگاه هاي فرعي که معمولا خودکار هستند سوار مي شوند , تدارک براي دانلود اطلاعات گرفته شده ضروري است. هر مورد ثبت عيب محتوي مقدار زيادي داده خواهد بود و حياتي است که داده ها نسبت به دستگاه ثبت کننده رخداد عيب , کانال و غيره به صورت يکتا شناسايي مي شود .

استانداردهايي در زمينه ي تسهيل مبادله ي داده ها وجود دارد که شايد بهترين نمونه ي شناخته شده ي آن فرمت ieee comtrade مي باشد که امروزه همچنين استاندارد تازه اي به نام iec standard نيز به وجود آمده است اولين باري که دانلود انجام شد داده از يک دستگاه ثبت کننده ي اختلال مي تواند به وسيله ي پکيج هاي نرم افزاري مختلفي مورد تجزيه و تحليل قرار گيرد که برخي از اين نرم افزارها عبارت اند از win analyse,eview,top2000 .

اغلب نرم افزارها داراي قابليت محاسبه ي موقعيت عيب ( فاصله تا عيب ) شکل موجي اضافي براي کمک به تحليل نقص يا عيب و انجام دادن هارمونيک و ديگر تجزيه وتحليل ها مي باشد.

امواج الکترومغناطیسی

 

 

دید کلی

درمکانیککلاسیک وترمودینامیک تلاش ما بر این است که کوتاهترین وجمع و جورترین معادلات یا قوانین را که یک موضعرا تا حد امکان به طور کامل تعریف می‌کنند معرفی کنیم. در مکانیک بهقوانینحرکت نیوتن و قوانین وابسته به آنها ، مانندقانونگرانش نیوتن، و در ترمودینامیک به سهقانون اساسی ترمودینامیکرسیدیم. در موردالکترومغناطیس ،معادلاتماکسول به عنوان مبنا تعریف می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که معادلاتماکسول توصیف کاملی از الکترو‌مغناطیس به دست می‌دهد و علاوه برآناپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می‌کند. به ویژه این معادلات به ماامکان خواهد داد تا ثابت کنیم کهسرعتنور در فضای آزاد طبق رابطه (C=1/√μ₀ ε₀) بهکمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسیمربوطمی‌شود.

یکی از نتایج بسیار مهم معادلات ماکسول ، مفهومطیفالکترومغناطیسی است که حاصل کشف تجربیموجرادیویی است. قسمت عمده فیزیک امواج الکترومغناطیسی را از چشمه‌های ماورای زمیندریافت می‌کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به مامی‌رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترو مغناطیسی خارج از زمین در گستردهنور مرئیاز آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند.

 

تعریف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

فیزیک امواج الکترو مغناطیسی یک رده از فیزیکامواج است که دارای مشخصات زیر است.

• امواج الکترو مغتاطیسی دارای ماهیت وسرعت یکسان هستند و فقط از لحاظفرکانس ، یاطول موجبا هم تفاوت دارند
• در طیف فیزیک امواج الکترو مغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانسدلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاس‌های بسامد یاطول موج، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شدهای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی فیزیک امواج الکترومغناطیسی می‌توان به فیزیک امواجدستگاه رله تلفن، چراغ‌های روشنایی و نظایرآن اشاره کرد.
• این فیزیک امواج برایانتشارخود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
• فیزیک امواج الکترومغناطیسی جزوامواج عرضیهستند.

گستره فیزیک امواج الکترومغناطیسی

فیزیک امواج الکترومغناطیسی ازطولانی‌ترینموجرادیویی ، با طول موج‌های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موجرادیویی متوسط و کوتاه تا نواحیکهموج،فروسرخو مرئی امتداد می‌یابد. بعد ازناحیه مرئی فرابنفشقرار دارد که خود منتهیبه نواحیاشعهایکس ،اشعهگاما وپرتوی کیهانیمی‌شود. نموداری از این طیف کهدر آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می‌شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی‌هاجز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری‌اند.

 

یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

• طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر وهمچنین میکرون یا میکرومتر μm ،واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان دادهمی‌شود.

 

• با به کار بردن متر به عنوانواحد طول، طول موج‌های نوری بایستی بنا بهتناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوزآنگسترومیک واحد رسمی بوده و به عنوانمتداول ترین واحد درطیف نماییبه کار برده می شود.

 

• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم بهصورت 1A=XU 1002.060 بود. این واحد اکنون دقیقا معادل^10-10 یا m 10^-13 تعریف شده است.

 

• علی رغم طبقه بندی عمومیتابشبا طول موج ، کمیت مهم از نظرساختار اتمیو مولکولی فرکانس <ν=c/λ_vacvac=c/v جایگزین شود. مولفین مختلف واحدهای مختلفی رابرایعدد موجیمانند ΄ν ، K و δ به کار می‌برندکه همگی یکسان‌اند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن باخود ν و یا سایر ثابت ها کم است.

 

• واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهیکایزر (K) نامیده می‌شود. واحد کوچکتر آنمیلی کایزر است که ( mk ) واحد مناسبی برایساختار فوق ریزو کارهای مربوط به عرض خطیاست. هر چند که متخصصینطیف نماییفرکانس رادیویی برای این قبیلکمیت‌ها واحد فرکانس یعنی MHz را به کار می‌برند(MHz 29.979=mk 1 ).

 

• انرژیموجرا بر حسب واحد الکترون ولت ( ev ) بیان می‌کنند که انرژی‌های فوتونی خیلیبالا ( مربوط به طول موج‌های خیلی کوتاه ) یکالکترون ولتمعادل 1.6x10^-19J است.

طیف نمایی و فیزیک امواج الکترومغناطیسی

• ناحیه مرئی یانور مرئی ( 4000-7500 آنگستروم ) توسط نواحیفروسرخ از طرف طول موج‌های بلند ، فرابنفش از طرف طول موج‌های کوتاه ، محصور شدهاست. معمولا این نواحی به قسمت های فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده‌هاییبه ترتیب در حدود 30 میکرومتر و 2000 آنگستروم تقسیم می‌شوند که نواحی مزبور دارایشفافیت نوریبرای موادی شفاف از جملهمنشورها وعدسی‌ها می‌باشند.

 

• تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گاف‌هایی ازنواحی رادیویی واشعهایکس سوا می‌شدند که در آنها بر انگیزش و آشکارسازی تابش با طول موج‌های متناسبممکن نبوده است. اختراع رادار در سال‌های جنگ ( 45- 1938 ) راه ورود به نواحی فیزیکامواج خیلی کوتاه رادیویی یاکهموجرا باز کرد، در حالی که در همان زمانطیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موج‌های بلندتر توسعهمی‌دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می‌افتند.

 

• گاف طول موج کوتاه ، به خاطر جالب بودنش برای متخصصینفیزیکپلاسما واخترفیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدودطیف نمایی نوریبه زیر 2 آنگستروم رسیده استدر حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا 50 آنگستروم می‌رسند. تشخیص بین پرتو نوری وپرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشا خطوط طیفی مبتنی است.

 

• طیف نمایی نوری با گذار‌های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نماییاشعهایکس با گذارهای الکترون‌های داخلی مربوط می‌کند. طیف‌های نوری ، طول موج‌هایخیلی کوتاه از الکترون‌های خارجی عناصری بادرجه یونشبسیار بالا به وجود می‌آیند.

 

کاربرد‌های فیزیک امواج الکترومغناطیسی

 

• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی درمخابرات :
  از این جمله می‌توانفیبرنوری ،دستگاه رله تلفن،موجبرها،ماهواره و... اشاره کرد.
• کاربرد‌های فیزیک امواج الکترو‌مغناطیسی درنظامی :
  مانندبمبالکترومغناطیسی ،انواع رادار،ردیابهای موشکو...
• کاربردهای فیزیک امواج الکترو مغناطیسی درپزشکی :
  از قبیلعکسبرداری مغناطیسی،رادیولوژی ،سونوگرافی با لیزر،کاربرد اشعه ایکسوگامادرفیزیکپزشکی و...
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی درصنعت :
  انواعبرشکاری‌های لیزری،قطار الکترو‌مغناطیسیوصندلی مغناطیسیو...
• کاربردهای فیزیک امواج الکترومغناطیسی دراخترشناسی : با مطالهطیفالکترومغناطیسی گسیل شده ازجو می‌توان به ساختاراجرامآسمانی پی‌برد.

 

الکترومغناطیس (Electromagnetism)

تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس

مبدا علمالکتریسیته به مشاهده معروفتالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس مت

الکترومغناطیس (Electromagnetism)

تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس

مبدا علمالکتریسیته به مشاهده معروفتالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکهکهربایمالش داده شده خرده‌های کاغذ رامی‌رباید. از طرف دیگر مبدأ علممغناطیس به مشاهده این واقعیت برمی‌گردد که بعضی از سنگها (یعنیسنگهای ماگنتیت)بطور طبیعیآهن را جذب می‌کند. این دو علم تا سال 1199 - 1820 به موازات هم تکاملمی‌یافتند.
در سال 1199-1820 هانس کریستاناورستد (1777 - 1851) مشاهده کرد کهجریانالکتریکی در یک سیستم می‌تواندعقربه قطب نمای مغناطیسیرا تحت تأثیر قراردهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاریاز پژوهشگران که مهمترین آنانمایکل فارادهبود تکامل بیشترییافت.
جیمز کلرکماکسول قوانین الکترومغناطیسرا به شکلی که امروزهمی‌شناسیم ، در آورد. این قوانین که معادلات ماکسول نامیده می‌شوند، همان نقشی رادر الکترومغناطیس دارند کهقوانین حرکتوگرانشدر مکانیک دارا هستند.

پیشگامان علم الکترومغناطیس

اگر چه تنفیق الکتریسیته و مغناطیس توسطماکسول بیشتر مبتنی بر کار پیشینیانش بود. اما خود او نیز سهم عمده ای در آن داشت. ماکسول نتیجه گرفت کهماهیتنور ، الکترومغناطیسی است و سرعت آن را میتوان با اندازه گیریهای صرفا الکتریکیو مغناطیس تایین کرد. از اینرواپتیک و الکترومغناطیس رابطه نزدیکی پیدا کردند. تکاملالکترومغناطیس کلاسیکبه ماکسول ختمنشد.
فیزیکدان انگلیسیالیور هوی ساید (Oliver Heaviside) و بویژهفیزیکدان هلندی اچ . آ . لورنتس (H.A.Lorentz) در پالایشنظریه ماکسولمشارکت اساسی داشتند. هاینریش هرتز (Heinrich Hertz) بیست سال واندی پس از آنکه ماکسول نظریه خود را مطرح کرد، گام موثری به جلو برداشت. ویامواجماکسولی الکترومغناطیسی را ، از نوعی که اکنونامواجکوتاه رادیویی می‌نامیم، در آزمایشگاه تولید کرد. مارکونی و دیگران کاربرد عملیامواج الکترومغناطیسی ماکسول وهرتزرا مورد استفاده قرار دادند.

تقسیم بندی کلی الکترومغناطیس

• الکترومغناطیس کلاسیک:در حالت کلیالکترومغناطیس در ابعاد بزرگ و سرعتهای پایین را می‌توان الکترومغناطیس کلاسیکنامید. بدنه اصلی و منبای الکترومغناطیس کلاسیک همانمعادلاتماکسول می‌باشد. و در الکترومغناطیس کلاسیک مباحثی مانندالقای الکتریکی مدارات الکترونیکی، وساختار وسایل الکترونیکی از قبیلمقاومت وخازن و نحوه اتصال آنها درمدارو قوانین حاکم بر آنها مورد تجزیه وتحلیل قرار می‌گیرد.
• الکترومغناطیس کوانتومی:الکترومغناطیسابعاد بسیار ریز و کوچک و سرعتهای بالا را میتوان الکترومغناطیس کوانتومی نامید. دراینجا مباحثی مانندتئوری میدانها،الکترودینامیککوانتومی ،نظریه ریسمانو موارد دیگر وجود دارد.

الکترومغناطیس امروزی

امروزه الکترومغناطیس از دو جهت مورد توجه است. یکیدر سطحکاربردهای مهندسی، که در آنمعادلاتماکسول عموما در حل تعداد زیادی از مسایل علمی مورد استفاده قرار می‌گیرند ودیگری در سطح مبانی نظری. در این سطح چندان تلاش مداومی برای گسترش دامنه آن وجوددارد که الکترومغناطیس حالت ویژه‌ای از یک نظریه عمومی‌تر جلوه می‌کند.
ایننظریه عمومی‌تری از نظریه‌های ، مثلاگرانش ومکانیککوانتومی را نیز در بر می‌گیرد. پرداختن به این نظریه کلی هنوز به نتیجه نهایینرسیده است. یکی دیگر از کاربردهای الکترومغناطیس که امروزه بیشتر مورد توجه قرارگرفته است،الکترومغناطیس و ساخت جنگ افزارهایالکترومغناطیسیمانندبمبالکترومغناطیسی است.

گستره الکترومغناطیس

از آنجا که الکترومغناطیس یک علم بسیار وسیع ودامنه‌دار است و نیز با علوم دیگر ماننداپتیک ،کوانتوم و ... ارتباط بسیار نزدیک دارد. لذا تعیین مرز و محدوده برای الکترومغناطیس کاردشواری است. اما می‌توان گفت که بشر امروزی زندگی خود را مدیون الکترومغناطیس است. بعنوان یک مورد می‌توان به کارآفرینی الکترومغناطیس اشاره کرد.
به عبارتدیگر صنعتی شدن و استفاده ازالکتریسیته ، شغلهایی برای مردمی که از آموزش و پرورش کمتری برخوردارند، ایجاد کرده است. ارتباطات الکتریکی ، حمل و نقل سریع با استفاده ازقطارهای مغناطیسی، انواع وسایل خانگی مانندتلویزیون ،رادیو و ... ، تأمینروشناییبا استفاده از جریان الکتریکی وصدها مورد دیگر را می‌توان به عنوان آغاز گستره علم الکترومغناطیس در زندگی بشر نامید.

 

 



اثرمغناطیسی جریان الکتریکی

 

تاریخچه:

اثرهای ساده الکتریکی و مغناطیسی را از زمانهای قدیم میشناختند. حدود 600 سال قبل از میلادیونانیان می دانستند کهآهنربا آهن را جذب می کند، وکهربایمالیده به لباس چیزهای سبک مانند کاه را به سوی خود می کشد. با وجود این اختلاف بینجذب های الکتریکی و مغناطیسی تعیین نشده بود و این پدیده ها را از یک نوع در نظر میگرفتند.

محقق برجسته:

خط فاصل روشن بین این دو پدیده راگیلبرت (W.Gilbert)، فیزیکدان و طبیعت شناسانگلیسی ، پیدا کرد. و نیز او کتابی درباره آهنربا ، "اجسام آهنربایی" و "زمین به عنوان آهنربای بزرگ" در سال 1600منتشر کرد.

کار وی شروع بررسی در پدیده های الکتریکی را نشان می دهد. گیلبرت در این کتاب همهخواص آهنرباهایشناخته شده تا آن زمان راتشریح کرده و نتایج آزمایشهای خیلی مهم ، شخص خود را نیز آورده است. همچنین ویشماری از تفاوت های اساسی بین جذب های الکتریکی و مغناطیسی را مشخص نموده و اصطلاح “الکتریسیته“ را وضع کرده است.

سیر تحولی و رشد:

 

• بعد از انتشار کارهای گیلبرت ، تمایز بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی مسلمشد، اما به رغم اینکه اختلافها شماری از واقعیت ها ارتباط ناگسستنی بین این پدیدهها را پدیدار ساخت. برجسته ترین این واقعیت ها مغناطیس اشیای آهنی و وارونی عقربهقطبنما بر اثرآذرخش بودند.

 

• آراگو (D.F.Arago)، فیزیکدان فرانسوی درکتاب خود به نام "تندر و آذرخش" ، شرح می دهد که چگونه درژوئیه سال 1681، درکشتی راین (reine) واقع در دریای آزاد حدودصدها مایل از ساحل بر اثر آذرخش دکل ها ، بادبانها و غیره بطور جدی صدمه دیدند. وقتی کهشبفرا رسید، از روی وضعستارگاندریافت که از سه قطب نمای در دسترسدو تا به جای شمال به سمت جنوب ایستاده بودند، در حالی که یکی از آنها به سمت شمالبود، آراگو همچنین شرح می دهد که هر گاه آذرخش به خانه بخورد، کارد . چنگال و سایراشیای آهنیرا به شدت آهن ربا می کند.

 

• در آغاز قرن هجدهم ثابت شد که آذرخش در واقعجریانالکتریکی شدیدی است که از هوا می گذرد. بنابراین به این نتیجه می رسیم که جریانالکتریکیخواص مغناطیسیدارد اما این خواص جریان فقطدر سال 1820 توسطاورستد (H.Oersted) فیزیکداندانمارکی با آزمایش مشاهده و بررسیشد.
  همان طوری که نیروهای موثر بربارهایالکتریکی نیروهایالکتریکی نام دارد، نیروهای موثر بر آهنرباهای طبیعی یا مصنوعی رانیروهایمغناطیسی می گویند.

منشامیدان مغناطیسی:

اگر در فضاینیروهای الکتریکی حاکم باشد و بر ذرات باردار نیروی الکتریکی وارد کند، می گوییم دراین فضا میدان الکتریکی وجود دارد. از این رو آزمایش نشان می دهد که در فضای اطرافجریانالکتریکی ، نیروهای مغناطیسی ظاهر می شود، یعنی میدان مغناطیسی به وجود می آید.

اولین سوال اورستد:

آیاماده سیم روی میدان مغناطیسی به وجود آمده از جریان اثر دارد یا نه؟
اورستد دریافتکه سیم های اتصال را می توان از چند سیم یا نوار باریک مختلف درست کرد و جنس فلز درنتیجه اثر نمی گذارد (احتمالا اگر بزرگ باشد اثر می گذارد). چونفلزاتمختلف ،مقاومتهای الکتریکی متفاوتی دارند، اگر بهباتری وصل شود، می توانند جریان های متفاوت داشته باشند و در نتیجه اثر مغناطیسی اینجریان ها متفاوت خواهد بود.

اما باید به خاطر داشت که آزمایشاورستدپیش از وضع قانون اهم و دست یابی بهمفهوم بستگی مقاومت رساناها به جنس ماده تشکیل دهنده آنها انجام گرفته است. اگرآزمایش اورستد با سیم هایپلاتین ،طلا ،نقره ،برنج ، وآهن یا نوارهایروی وقلع یاجیوه انجام گیرد ، همین نتیجه اخیر به دست می آید. اورستد آزمایشاتش را با فلز ، یعنیرساناهایی بارسانش الکترونی، انجام داد.

اثر مغناطیسیجریان الکترولیتی:

اگر درآزمایش اورستد فلز رسانا را با لوله دارای الکترولیت یا لوله ای که داخل آنتخلیه الکتریکیصورت می گیرد، استفاده شود. هرچند در این حالت هاجریانالکتریکی از حرکت یونهای مثبت و منفی ناشی می شوند ولی اثر آنها رویعقربه مغناطیسیبا اثر رسانای فلزی یکساناست.

بدون توجه به رسانای حامل جریان ، در فضای اطراف آن میدان مغناطیسی بهوجود می آید. از این رو می توان گفت که در اطراف هر جریانیمیدان مغناطیسیظاهر می شود. این خاصیت اصلیجریان الکتریکی در اثرهایحرارتیوشیمیاییجریان الکتریکی نقش بازی می کند.

اثر مغناطیسی جریان وخواص الکتریکی رسانا:

ایجادمیدان مغناطیسیمعمولترین خاصیت از سه خاصیتجریان الکتریکی است. جریان الکتریکی فقط در یک نوع رسانا (الکترولیت ها) اثر شیمیاییبه وجود می آورد، نه در دیگران (فلزات). مقدار جریان آزاد شده توسط جریان ، بسته بهمقاومت رسانا ، می تواند بیشتر یا کمتر باشد.

درابر رساناهاممکن است همراه جریان ، گرماآزاد می شود. از طرفی دیگر میدان مغناطیسی با جریان الکتریکی پیوندی جدایی ناپذیردارد. این میدان به خواص مشخصی از رسانا بستگی ندارد و فقط شدت و جهت جریان آن راتعیین می کند. بیشترین کاربردهای صنعتیالکتریسیته نیز به وجود میدان مغناطیسی جریان وابسته می باشند.

 

مهندسی برق

هدف:
"يكي از بهترين تعريف هايي كه از مهندسي برق شده است، اين است كه محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق، تبديل يك سيگنال به سيگنال ديگر است. كه البته اين سيگنال ممكن است شكل موج ولتاژ يا شكل موج جريان و يا تركيب ديجيتالي يك بخش از اطلاعات باشد.
مهندسي برق داراي 4 گرايش است كه در زير بطور اجمالي به بررسي آنها مي پردازيم و در قسمت معرفي گرايشها به تفصيل در مورد هر كدام صحبت خواهم كرد.
1) مهندسي برق- الكترونيك: الكترونيك علمي است كه به بررسي حركت الكترون در دوره گاز، خلاء و يا نيمه رسانا و اثرات و كاربردهاي آن مي پردازد. با توجه به اين تعريف، مهندس الكترونيك در زمينه ساخت قطعات الكترونيك و كاربرد آن در مدارها، فعاليت مي كند. به عبارت ديگر، زمينه فعاليت مهندسي الكترونيك را مي توان به دو شاخه اصلي "ساخت قطعه و كاربرد مداري قطعه" و "طراحي مدار" تقسيم كرد.
2) مهندسي برق- مخابرات: مخابرات، گرايشي از مهندسي برق است كه در حوزه ارسال و دريافت اطلاعات فعاليت مي كند. مهندسي مخابرات با ارائه نظريه ها و مباني لازم جهت ايجاد ارتباط بين دو يا چند كاربر، انجام عملي فرايندها را به طور بهينه ممكن مي سازد. پس هدف از مهندسي مخابرات، پرورش متخصصان در چهار زمينه اصلي اين گرايش است شامل فرستنده، مرحله مياني، گيرنده و گسترش شبكه كه گسترده هر كدام عبارتند از:

فرستنده: شامل آنتن، نحوه ارسال و ...
مرحله مياني: شامل خط انتقال و محاسبات مربوط و ...
گيرنده: شامل آنتن، نحوه دريافت، تشخيص و ...
گسترش شبكه: مشتمل بر تعميم خط ارتباطي ساده، ادوات سويچينگ ، ارتباط بين مجموعه كاربرها و
3) مهندسي برق- قدرت: مهندسي قدرت را مي توان "توليد نيروي الكتريكي" به روشهاي گوناگون و انتقال و توزيع اين نيروها با بازده و قابليت اطمينان بالا، تعريف كرد. پس هدف از مهندسي قدرت، پرورش افرادي كارا در بخشهاي توليد، انتقال و توزيع است كه گستره اين بخش عبارت است از:
توليد: طراحي شبكه هاي توليد با كمترين هزينه و بيشترين بازده.
انتقال: طراحي شبكه هاي انتقال، خطوط انتقال، پخش بار بر روي شبكه، قابليت اطمينان و پايداري شبكه قدرت، طراحي رله ها و حفاظت شبكه، پخش بار اقتصادي (dispaicheconomic).
توزيع: طراحي شبكه هاي توزيع حفاظت و مديريت آن.
4) مهندسي برق- كنترل: كنترل، در پيشرفت علم نقش ارزنده اي را ايفا مي كند و علاوه بر نقش كليدي در فضاپيماها و هدايت موشكها و هواپيما، به صورت بخش اصلي و مهمي از فرايندهاي صنعتي و توليدي نيز درآمده است. به كمك اين علم مي توان به عملكرد بهينه سيستمهاي پويا، بهبود كيفيت و ارزانتر شدن فرآورده ها، گسترش ميزان توليد، ماشيني كردن بسياري از عمليات تكراري و خسته كننده دستي و نظاير آن دست يافت. هدف سيستم كنترل عبارت است از كنترل خروجيها به روش معين به كمك وروديها از طريق اجزاي سيستم كنترل كه مي تواند شامل اجزاي الكتريكي، مكانيك و شيميايي به تناسب نوع سيستم كنترل باشد.
ماهيت:
انرژي اگر بنيادي ترين ركن اقتصاد نباشد، يكي از اركان اصلي آن به شمار مي آيد و در اين ميان برق به عنوان عالي ترين نوع انرژي جايگاه ويژه اي دارد. تا جايي كه در دنياي امروز ميزان توليد و مصرف اين انرژي در شاخه توليد، شاخص رشد اقتصادي جوامع و در شاخه خانگي و عمومي يكي از معيارهاي سنجش رفاه محسوب مي شود.
دانش آموختگان اين رشته مي توانند در زمينه هاي طراحي، ساخت، بهره برداري، نظارت، نگهداري، مديريت و هدايت عمليات سيستم ها عمل نمايند.
گرايش هاي مقطع ليسانس:
رشته مهندسي برق در مقطع كارشناسي داراي 4 گرايش الكترونيك، مخابرات، كنترل و قدرت(1) است. البته گرايش هاي فوق در مقطع ليسانس تفاوت چنداني با يكديگر ندارند و هر گرايش با گرايش ديگر تنها در 30 واحد يا كمتر متفاوت است. و حتي تعدادي از فارغ التحصيلان مهندسي برق در بازار كار جذب گرايشهاي ديگر اين رشته مي شوند. با اين وجود ما براي آشنايي هر چه بيشتر شما گرايشهاي فوق را به اجمال معرفي مي كنيم.
گرايش الكترونيك
دكتر كمره اي استاد مهندسي برق دانشگاه تهران در معرفي اين گرايش مي گويد:
"گرايش الكترونيك به دو زير بخش عمده تقسيم مي شود. بخش اول ميكروالكترونيك است كه شامل علم مواد، فيزيك الكترونيك، طراحي و ساخت قطعات از ساده ترين آنها تا پيچيده ترين آنها است و بخش دوم نيز مدار و سيستم ناميده مي شود و هدف آن طراحي و ساخت سيستم ها و تجهيزات الكترونيكي با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان ميكروالكترونيك است.
دكتر جبه دار نيز در معرفي اين گرايش مي گويد:
"گرايش الكترونيك يكي از گرايشهاي جالب مهندسي برق است كه محور اصلي آن آشنايي با قطعات نيمه هادي، توصيف فيزيكي اين قطعات، عملكرد آنها و در نهايت استفاده از اين قطعات، براي طراحي و ساخت مدارها و دستگاههاي است كه كاربردهاي فني و روزمره زيادي دارند."
گرايش مخابرات
هدف از مخابرات ارسال و انتقال اطلاعات از نقطه اي به نقطه ديگر است كه اين اطلاعات مي تواند صوت، تصوير يا داده هاي كامپيوتري باشد.
دكتر جبه دار در مورد شاخه هاي مختلف اين گرايش مي گويد:
"مخابرات از دو گرايش ميدان و سيستم تشكيل مي شود. كه در گرايش ميدان، دانشجويان با مفاهيم ميدان هاي مغناطيسي، امواج، ماكروويو، آنتن و ... آشنا مي شوند تا بتوانند مناسبترين وسيله را براي انتقال موجي از نقطه اي به نقطه ديگر پيدا كنند.
همچنين يكي از فعاليت هاي عمده مهندسي مخابرات گرايش سيستم، طراحي فليترهاي مختلفي است كه مي توانند امواج مزاحم شامل صوت يا پارازيت را از امواج اصلي تشخيص و آنها را حذف كرده و تنها امواج اصلي را از آنتن دريافت كنند.
گفتني است كه امروزه با توسعه مخابرات بي سيم، ارتباط نزديكتري بين دو گرايش ميدان و سيستم ايجاد شده است. براي نمونه در گوشي تلفن همراه ما هم تجهيزات مربوط به مدارهاي مخابراتي و هم تجهيزات مربوط به فرستنده و هم آنتن گيرنده را داريم. از همين رو يك مهندس مخابرات امروزه بايد از هر دو گرايش بخوبي اطلاع داشته باشد تا بتواند يك دستگاه بي سيم را طراحي كند."
استفاده قرار نمي گيرد. بلكه در شاخه هاي ديگري از علوم مهندسي و حتي علوم انساني كاربرد دارد. به عنوان نمونه كنترل فرآيند تصفيه نفت در يك پالايشگاه، كنترل عملكرد يك نيروگاه برق، سيستم كنترل ناوبري يك كشتي و يا كنترل تحولات و تغييرات جمعيتي نمونه هاي متنوعي از كاربرد علم كنترل مي باشد.
گفتني است كه گرايش كنترل داراي زير بخش هاي متنوعي مانند كنترل خطي، غيرخطي، مقاوم، تطبيقي، ديجيتالي، فازي و غيره است."
دكتر جبه دار نيز با اشاره به اينكه گرايش كنترل منحصر به مهندسي برق نمي شود، مي گويد:
"در رشته هاي مهندسي مكانيك، مهندسي شيمي، مهندسي هوافضا، مهندسي سازه و مهندسي هاي ديگر نيز ما شاهد علم كنترل هستيم اما نوع سيستم كنترلي در هر رشته مهندسي متفاوت است. براي مثال در مهندسي مكانيك نوع كنترل، مكانيكي و در مهندسي شيمي براساس فرآيندهاي شيميايي است. اما در كل هدف مهندسي كنترل، طراحي سيستمي است كه بتواند عملكرد يك دستگاه را در حد مطلوب حفظ كند.
دكتر جبه دار در ادامه درباره فعاليت هاي ديگر مهندسي كنترل مي گويد:
"خودكار كردن يا اتوماتيك كردن خط توليد، يكي ديگر از فعاليت هاي مهندسي كنترل است. يعني مهندس كنترل مي تواند به گونه اي خط توليد را هماهنگ و كنترل كند كه محصول توليد شده طبق برنامه تعيين شده و با بهترين كيفيت به دست آيد."
گرايش قدرت
دكتر جبه دار در معرفي اين گرايش مي گويد:
"هدف اصلي مهندسين اين گرايش، توليد برق در نيروگاهها، انتقال برق از طريق خطوط انتقال و توزيع آن در شبكه هاي شهري و در نهايت توزيع آن براي مصارف خانگي و كارخانجات است. بنابراين يك مهندس قدرت بايد به روشهاي مختلف توليد برق، خطوط انتقال نيرو و سيستم هاي توزيع آشنا باشد."
دكتر كمره اي نيز در معرفي اين گرايش مي گويد:
"گرايش قدرت به آموزش و پژوهش در زمينه طراحي و ساخت سيستم هاي مورد استفاده در توليد، توزيع، مصرف و حفاظت از برق مي پردازد.
به عبارت ديگر دانشجويان اين رشته در شاخه توليد با انواع نيروگاههاي آبي، گازي، سيكل تركيبي و ... آشنا مي شوند. و در بخش انتقال و توزيع، روشهاي مختلف انتقال برق اعم از كابلهاي هوايي و زيرزميني را مطالعه مي كنند و در شاخه حفاظت نيز انواع وسايل و تجهيزات حفاظتي كه در مراحل مختلف توليد، توزيع، انتقال و مصرف انرژي، انسانها و تاسيسات را در برابر حوادث مختلف محافظت مي كنند، مورد بررسي قرار مي دهند كه از آن ميان مي توان به انواع رله ها، فيوزها، كليدها و در نهايت سيستم هاي كنترل اشاره كرد.
يكي ديگر از شاخه هاي قدرت نيز ماشين هاي الكتريكي است كه شامل ژنراتورها، ترانسفورماتورها و موتورهاي الكتريكي مي شود كه اين شاخه از زمينه هاي مهم صنعتي و پژوهشي گرايش قدرت است."
آينده شغلي، بازار كار، درآمد:
"امروزه با توسعه صنايع كوچك و بزرگ در كشور، فرصت هاي شغلي زيادي براي مهندسين برق فراهم شده است و اگر مي بينيم كه با اين وجود بعضي از فارغ التحصيلان اين رشته بيكار هستند، به دليل اين است كه اين افراد يا فقط در تهران دنبال كار مي گردند و يا در دوران تحصيل به جاي يادگيري عميق دروس و در نتيجه كسب توانايي هاي لازم، تنها واحدهاي درسي خود را گذرانده اند.
همچنين يك مهندس خوب بايد، كارآفرين باشد يعني به دنبال استخدام در موسسه يا وزارتخانه اي نباشد بلكه به ياري آگاهي هاي خود، نيازهاي فني و صنعتي كشور را يافته و با طراحي سيستم ها و مدارهاي خاصي اين نيازها را برطرف سازد. كاري كه بعضي از فارغ التحصيلان ما انجام داده و خوشبختانه موفق نيز بوده اند."
دكتر كمره اي نيز در اين زمينه مي گويد:
"اگر يك فارغ التحصيل برق داراي توانايي هاي لازم باشد، با مشكل بيكاري روبرو نخواهد شد. در حقيقت امروزه مشكل اصلي اين است كه بيشتر فارغ التحصيلان توانمند و با استعداد اين رشته به خارج از كشور مهاجرت مي كنند و ما اكنون با كمبود نيروهاي كارآمد در اين رشته روبرو هستيم."
يكي از اساتيد مهندسي برق دانشگاه علم و صنعت ايران نيز در مورد فرصت هاي شغلي فارغ التحصيلان اين رشته مي گويد:
"طبق نظر كارشناسان و متخصصان انرژي در كشور، با توجه به نياز فزاينده به انرژي در جهان كنوني و همچنين نرخ رشد انرژي الكتريكي در كشور، سالانه بايد حدود 1500 مگاوات به ظرفيت توليد كشور افزوده شود كه اين نياز به احداث نيروگاههاي جديد و همچنين فارغ التحصيلان متخصص برق و قدرت دارد.
فرصت هاي شغلي يك مهندس كنترل نيز بسيار گسترده است چون در هر جا كه يك مجموعه عظيمي از صنعت مهندسي مثل كارخانه سيمان، خودروسازي، ذوب آهن و ... وجود داشته باشد، حضور يك مهندسي كنترل ضروري است.
و بالاخره يك مهندس مخابرات يا الكترونيك مي تواند جذب وزارتخانه هاي پست و تلگراف و تلفن، صنايع، دفاع و سازمانهاي مختلف خصوصي و دولتي شود."
توانايي هاي مورد نياز و قابل توصيه
الف) توانايي علمي: "مهندسي برق نيز مانند مابقي رشته هاي مهندسي بر مفاهيم فيزيكي و اصول رياضيات استوار است و هر چه دانشجويان بهتر اين مفاهيم را درك كنند، مي توانند مهندس بهتري باشند. در اين ميان گرايش الكترونيك وابستگي شديدي به فيزيك بخصوص فيزيك الكترونيك و فيزيك نيمه هادي ها دارد. در گرايش مخابرات نيز درس فيزيك اهميت بسياري دارد زيرا دروس اصلي اين رشته بخصوص در شاخه ميدان شامل الكترومغناطيس و امواج مي شود."
داشتن ضريب هوشي بالا و تسلط كافي بر رياضيات، فيزيك و زبان خارجي از ضرورتهاي ورود به اين رشته است.
ب) علاقمنديها: دانشجوي برق بايد ذهني خلاق و تحليل گر داشته باشد. همچنين به كار با وسايل برقي علاقه داشته باشد چون گاهي اوقات با دانشجوياني روبرو مي شويم كه در رياضي و فيزيك قوي هستند اما در كارهاي عملي ضعيف اند. چنين دانشجوياني براي رشته هاي مهندسي مناسب نيستند و بهتر است رشته هاي ذهني و انتزاعي مثل رياضي يا فيزيك را انتخاب كنند.
وضعيت ادامه تحصيل در مقاطع بالاتر: (كارشناسي ارشد و ...)
فارغ التحصيل در مقطع كارشناسي برق كه مدرك خود را در يكي از چهار گرايش الكترونيك، مخابرات، قدرت و كنترل مي گيرد، مي تواند در يكي از اين گرايشها (اختياري) يا رشته اي كه برق زير مجموعه اي براي آن تعريف شده، ادامه تحصيل نمايد. اين رشته به صورت: مهندسي برق- الكترونيك، برق- قدرت، برق- مخابرات (شامل گرايش هاي: ميدان، سيستم، موج، رمز، مايكرونوري) برق- كنترل، مهندسي پزشكي (گرايش بيوالكتريك)، مهندسي هسته اي (دو گرايش مهندسي راكتور و مهندسي پرتو پزشكي، مهندسي كامپيوتر (معماري كامپيوتر، هوش مصنوعي و رباتيك) است. براي تحصيل در مقطع دكتراي تخصصي، مي توان، در هر يك از زيرشاخه هاي تخصصي‌تر گرايشهاي ياد شده ميزان مورد نياز واحدها را اخذ كرد و رساله دكتري را در همان موضوع خاص ارائه داد. مسلم است اين زير شاخه ها، گرايشهاي تخصصي تر اين چهار گرايش است. امكان ادامه تحصيل در كليه گرايشهاي ياد شده در مقطعهاي كارشناسي ارشد و تا حد زيادي در دوره دكتري، در داخل كشور وجود خواهد داشت. رشته برق به دليل كاربردي بودن آن در بسياري از علوم مهندسي ديگر، براي فارغ التحصيلان امكان تحصيل در بسياري گرايشها و دانشها را فراهم مي كند.
درسهاي تخصصي مهندسي برق – الكترونيك
از درسهاي پايه و اصلي موثر در مهندسي الكترونيك مي توان به درسهاي مدارهاي الكتريكي، الكترونيك 2 و 1، مدارهاي منطقي و مخابرات اشاره كرد. بعضي از درسهاي تخصصي اين گرايش عبارتند از:
الكترونيك 3: مبحث اول اين درس مربوط به پاسخ فركانسي است كه به طور اجمال عوامل مربوط به كاهش بهره در فركانسهاي بالا و پايين (در واقع بالاتر و پايين تر از پهناي باند مياني) و روشهاي به دست آوردن فركانسهاي قطع بالا و پايين را در تقويت كننده هاي ترانزيستوري مورد بررسي قرار مي دهد. در مبحث دوم پايداري تقويت كننده هاي فيدبك مورد توجه قرار مي گيرد.
تكنيك پالس: در درسهاي مدار و الكترونيك، دانشجويان با سيگنالهاي سينوسي و پاسخ مدارهاي خطي و يا غيرخطي به آنها آشنا مي شوند، امروزه و با توجه به رشد روزافزون فن آوري ديجيتال، كمتر مدار الكترونيكي يافت مي شود كه در آن فقط سيگنالهاي سينوسي به كار رفته باشد. پالس در حالت كلي به سيگنالهايي گفته مي شود كه تغييرات جهش داشته باشند. از مهمترين اين سيگنالها كه در درس تكنيك پالس هم مورد بررسي قرار مي گيرد، سيگنالهاي پله، مربعي، مورب و نمايي هستند.
ميكروپروسسور: پس از پيدايش الكترونيك ديجيتال و جنبه هاي جذاب و ساده طراحيهاي ديجيتال و كاربردهاي فراوان اين نوآوري، با تكنولوژيهاي SSI , MSI ، ادوات الكترونيك ديجيتال، مانند قطعات منطقي به بازار ارائه شد. شركت تگزاس اولين ميكروپروسسور 4 بيتي را با فن آوري 2SI طراحي و عرضه نمود كه بعنوان بخش اصلي ماشين حساب مورد استفاده قرار گرفت و اين گام اول در پيدايش و ظهور ميكروپروسسورها بود.
معماري كامپيوتر: در اين درس معماري داخل 8 بيتي ها و نحوه اجراي دستورالعملها در اين پردازنده ها، بررسي حافظه ها و روش دستيابي ميكروپروسسورها به اطلاعات حافظه، معرفي زبان اسمبلي پردازنده هاي 8 بيتي و ايجاد توانايي جهت نوشتن برنامه اي براي عملكردي خاص به كمك ميكروپروسسورها و معرفي قطعات جانبي مورد استفاده توسط ريزپردازنده ها، مورد مطالعه قرار مي گيرد.
مدارهاي مخابراتي: درس مدار مخابراتي به بررسي ساختار و يا طراحي مدارهايي مي پردازد كه در فركانسهاي بالا كار كرده و يا به نوعي در ارسال پيام در گيرنده و فرستنده نقش دارند. در اين درس ابتدا با نويزهاي حرارتي، ترقه اي و ... آشنا شده و راههايي براي محدود كردن نويز پيشنهاد مي شود، سپس مدارهاي تشديد و تبديل امپدانس كه به منظور انتقال حداكثر توان به كار مي روند مورد بحث قرار مي گيرد.
فيزيك مدرن: در فصل اول اين درس با پرداختن به نسبيت خاص دانسته هاي علمي ما كاملاً اشتباه از آب درآمده و با پرداختن به اصولي نظير اتساع زمان، پديده دوپلر، انقباض طول، نسبيت جرم، جرم و انرژي و ...، همه دانسته هاي ما را (حداقل در حيطه دانستن) نابود مي كند.
فصلهاي ديگر درس به موضوعاتي نظير خواص ذره اي امواج، پديده فتوالكتريك، نظريه كوانتومي نور، پرتوايكس، پراش ذره، ساختار اتمي، مكانيك كوانتومي و ... مي پردازد.
فيزيك الكترونيك: شامل مطالعه خواص سيليكون، بلورشناسي، روشهاي ساخت قطعات و مدارهاي نيمه هادي، تحليل و طراحي اين مدارها، به دست آوردن مشخصات قطعات و يكي از مهمترين زمينه هاي كاري و تحقيقاتي در رشته الكترونيك است. پيش نياز اين قسمت تسلط بر درس درياضي مهندسي و معادلات ديفرانسيل و مختصري در فيزيك كوانتوم و فيزيك مدرن مي باشد.
درسهاي تخصصي مهندسي برق- مخابرات
از درسهاي پايه و اصلي موثر در مهندسي مخابرات مي توان به درسهاي رياضي مهندسي تجزيه و تحليل سيستمها، مدارهاي الكتريكي، الكترونيك و الكترومغناطيس اشاره كرد. بعضي از درسهاي تخصصي عبارتند از:

مخابرات 2: شامل تجزيه و تحليل و طراحي شبكه هاي مخابراتي ديجيتالي است. مطالب درسي با مروري بر تجزيه و تحليل سيگنالها و سپس فرآيندهاي تصادفي شروع شده و به دنبال آن به بررسي اجزاي يك سيستم (مجموعه) مخابراتي ديجيتال در حالت كلي مي پردازد و چگونگي بهينه سازي سيستم براي انتقال پيام با حداقل خطاي ممكن را بررسي مي كند.
ميدان و امواج: درس ميدان و امواج به بررسي رفتار امواج الكترومغناطيس در محيطهاي مختلف طبيعت مي پردازد. محيطها به قسمت هاي هادي و نيمه هادي و عايق تقسيم بندي شده و عوامل رفتاري امواج در اين محيطها از قبيل اتلاف نيرو انعكاسي كلي يا شكست بررسي مي شود.
الكترونيك 3: در گرايش الكترونيك توضيح داده شد.
مدارهاي مخابراتي: در گرايش الكترونيك توضيح داده شد.
آنتن ها و انتشار امواج: اين درس به بحث در مورد نحوه انتشار امواج الكترومغناطيسي مي پردازد. مباحث مطرح شده در اين درس به صورت نظري و عملي است، به عبارتي از نحوه تشعشع يك منبع الكترومغناطيسي ساده شروع كرده و با توسعه آن به مطالعه ساده ترين آنتن عملي مي پردازد.
مايكروويو: اين درس در ابتدا پس از تعريف محدود مايكروويو از نظر فركانس 1 و تقسيم بندي امواج مايكروويو به بررسي انتقال امواج با فركانس بالا با حداقل تلفات در محيطهاي مختلف مي پردازد. سپس عناصر غيرفعال مايكروويو شامل نضعيف كننده ها، تغيير فازدهنده ها و كوپلرهاي جهت دار معرفي مي شود.
اصول ميكروكامپيوتر: اين درس را به جرات مي توان از جذابترين و پركاربردترين درسهاي برق دانست زير در دنياي امروز كه تمامي وسايل مكانيكي آنالوگ جاي خود را به وسايل ديجيتالي مي دهند، داشتن اطلاعات كافي در مورد نحوه كارپروسسورها از اولين نيازهاي يك مهندس برق مي باشد. با تركيب مطالب اين درس با هر كدام از درسهاي ديگر مي توان طرحهاي بسيار جالب و پركاربردي را طرح ريزي كرد.
درسهاي تخصصي مهندسي برق- قدرت
از درسهاي پايه و اصلي موثر در مهندسي قدرت مي توان به دروس مدار، الكترومغناطيس، الكترونيك، ماشين و بررسي اشاره كرد. بعضي از درسهاي تخصصي اين گرايش عبارتند از:
ماشينهاي الكتريكي 3: اين درس از جمله درسهايي است كه ديدي صنعتي به دانشجو مي دهد. مبحث اين درس را مي توان به دو فصل مهم ترانفسورمرهاي سه فاز و ماشينهاي سنكرون تقسيم بندي نمود.
ترانسفورهاي سه فاز و ماشينهاي سنكرون، وسايلي الكتريكي هستند كه بيشتر جنبه صنعتي دارند و كاربردهاي بسيار زياد ترانسهاي سه فاز در انتقال و توزيع انرژي الكتريكي، تبديل ولتاژ در ابتداي همه كارخانه ها و كارگاههاي بزرگ صنعتي و ... بر هيچ كس پوشيده نيست. در اين درس در مورد انواع آرايشهاي اين تراسنها، كليه گروههاي موجود و كاربرد هر نوع، بحث جامعي مي شود.
ماشينهاي مخصوص(ويژه): به تعبيري مي توان اين درس را نقطه عطف درسهاي تخصصي اين گرايش دانست. زيرا اين درس به بررسي در مورد ماشينهاي ويژه مي پردازد كه اين ماشينها در وسايل خانگي كاربرد فراوان دارند.
الكترونيك قدرت: الكترونيك قدرت در عمل بين الكترونيك و قدرت، آشتي برقرار كرده است. به طور مثال مي توان با فرمان يك ريزپردازنده كه حدود 5 ولت و 200 ميلي آمپر است يك كارخانه را راه اندازي كنيم. در زمينه الكترونيك قدرت المانهايي نظير تريستور، ترانزيستور و ... كاربردهاي فوق العاده زيادي دارند. از مزاياي اين قطعات تحمل توانهاي بالا مي باشد.
بررسي سيستمهاي قدرت 2: اين درس بيشتر در مورد انتقال انرژي و مشكلات موجود در اين راه صحبت مي كند. از جمله مطالب ارائه شده در اين درس مي توان به پخش بار اقتصادي در شبكه هاي قدرت، اتصال كوتاههاي متقارن و نامتقارن روي شبكه قدرت و پايداري سيستمهاي قدرت اشاره نمود.
توليد و نيروگاه: اين درس يكي از درسهاي بسيار جذاب اين گرايش است، زيرا برخلاف ديگر درسها، زياد به مسائل نظري، نمي پردازد و جنبه بسيار عملي دارد. آشنايي با انواع نيروگاهها (آبي، اتمي، بادي، بخار، ...) و همچنين بحث كلي در مورد اين نيروگاهها و روشهاي كاري آنها از مباحث اين درس است.
رله و حفاظت: يك شبكه قدرت را بايد در مقابل خطرات احتمالي (اتصال كوتاهها) محافظت كرد. از وسائلي كه در اين مورد استفاده مي شود مي توان به رله ها اشاره كرد كه بسته به نوع رله به محض ايجاد يك حالت خطا و يا خرابي در شبكه وارد عمل شده، قسمتي از شبكه را جدا كرد.
عايق و فشار قوي: با توجه به تفاوتهاي ولتاژهاي فشار قوي با ولتاژهاي فشار ضعيف، به طور حتم توليد، اندازه گيري و بهره برداري از اين ولتاژها تفاوتهاي عمده اي با ولتاژهاي فشار ضعيف دارد و براي عايق بندي شبكه فشار قوي بايد از عايقهاي مخصوصي استفاده كرد. فصل نخست اين درس به بررسي اين مقوله مي پردازد.
در بخش دوم اين درس انواع تخليله الكتريكي، مراحل مختلف آن در عايقها و اثرات مختلف شكست بر عايق مورد بررسي قرار مي گيرد.
ترموديناميك: شايد اولين سوالي كه در مرحله اول به ذهن برسد ارتباط اين درس با درسهاي برق باشد. كاربرد اصلي مطالب اين درس مبحث توليد نيروگاه است. زيرا هنگام آشنايي با انواع نيروگاهها (نيروگاه بخار، گازي، اتمي و ...) بايد اطلاعاتي در مورد سيكل كاري آنها داشته باشيم، پس داشتن اطلاعاتي در مورد ترموديناميك ضروري است.
اصول ميكروكامپيوتر: درگرايش مخابرات توضيح داده شد.
درسهاي تخصصي مهندسي برق- كنترل
از درسهاي پايه و اصلي موثر در مهندسي كنترل مي توان به درسهاي مدار، الكترونيك، رياضي مهندسي، تجزيه و تحليل سيستم و كنترل خطي اشاره كرد. بعضي از درسهاي تخصصي اين گرايش عبارتند از:
كنترل ديجيتال و غيرخطي: كنترل ديجيتال از سال 1960 در پيشرفتهاي مربوط به قابليت توليد و كيفيت محصولات و صرفه جويي در هزينه ها، نقش مهمي داشته است. به خصوص با پيشرفتهايي كه در زمينه ميكروپروسسور صورت گرفته، اين رشته توانسته است در بعضي موارد از كنترل آنالوگ پيشي گرفته، دقت كار را بالا ببرد.
كنترل مدرن: اين درس برخلاف ساير درسها (مانند كنترل صنعتي و ...) تا حدي جنبه نظري دارد و ديدي تقريبا رياضي به يك مهندس كنترل مي دهد. آشنايي كلي با مفاهيم كنترل پذيري و مشاهده پذيري سيستمهاي كنترل و مطالعه فيدبكهاي حالت از مباحث اين درس است.
كنترل صنعتي: اين درس از درسهاي تخصصي و مهم گرايش كنترل مي باشد كه به بررسي نحوه به كارگيري روابط رياضي و فرمولهايي كه در هر نوع پروسه اي وجود دارد مي پردازد و شامل آشنايي با سيستمهاي كنترل غلظت، سطح، ارتفاع و يا ئبي ورودي، خروجي مخازن حاوي مايعات صنعتي و شيميايي (مانند مخازن موجود در صنايع، پالايشگاهها و ...)، مطالعه سيستمهاي كنترل دما و رطوبت يك محفظه و يا اتاق، آشنايي با انواع كنترل كننده هاي صنعتي، مطالعه انواع سيستمهاي نورد موجود در كارخانه ها(مانند نورد فولاد، كاغذ و...) و ديگر سيستمهاي موجود در صنعت است.
ابزار دقيق: اصطلاح ابزار دقيق به ابزاري اطلاق مي شود كه سيگنالها را ثبت و نشان داده و يا باعث انتقال سيگنالي بين اجزاي مختلف سيستم مي شوند. اين درس به معرفي سيستمهاي كنترل و ابزار دقيق و همچنين معرفي اجزاي اين سيستمها مي پردازد.
اصول ميكروكامپيوتر: در گرايش مخابرات توضيح داده شد.
ترموديناميك: در گرايش قدرت توضيح داده شد.
مباني تحقيق در عمليات: اين درس به طور كلي براي تمام دانشجويان مهندسي مفيد است. چون مهندسي ارتباط مستقيم با هزينه و سود اقتصادي دارد. آگاهي به برنامه ريزي خطي كه بحث اصلي اين درس است براي هر مهندسي جنبه هاي مثبت زيادي دارد. با اين درس مي توان هزينه ها را به حداقل و سود و صرفه اقتصادي را با كمترين امكانات به حداكثر رساند. بنابراين آگاهي به اين درس براي تمام كساني كه مي خواهند يك طرح صنعتي انجام دهند مزاياي زيادي دارد.
رشته هاي مشابه و نزديك به اين رشته:
در برخي از دانشگاهها رشته مهندسي پزشكي را يكي از گرايش هاي مهندسي برق به شمار مي آورند.
رشته هايي از قبيل مهندسي علمي – كاربردي برق، كارداني فني برق، دبير فني برق – قدرت و ...
پيوند عميقي بين اين رشته و دانش كامپيوتر وجود دارد كه غيرقابل انكار است.
زمين شناسي- علوم سياسي – جامعه شناسي و علوم اجتماعي
با توجه به حجم بازار الكترونيك و بازار صنعت نيمه رسانا در دنيا و نيز كشور ما كه رشد 7% و 15% دارد، لذا آينده روشني براي اين رشته پيش بيني مي كنند چه از لحاظ بازار كار بر صنعت هاي شغلي و چه از نظر تحققات علمي.
نكات تكميلي:
"مانع رشد صنعت الكترونيك و ميكروالكترونيك در دنيا نه سرمايه است و نه فن آوري و نه بازار. البته همه اينها محدوديت ايجاد مي كند ولي فعالً محدوديت اصلي كه اجازه نمي دهد كار از حدي جلوتر برود عبارت است از نيروي كار كيفي."
آنچه خوانديد نظر قائم مقام فني يكي از بزرگترين مجموعه هاي ميكروالكترونيك بلژيك است و بيانگر آن است كه امروزه براي موفقيت در مهندسي برق گرايش الكترونيك بايد از سطح علمي و مهارت فني خوبي برخوردار بود.
دكتر فتوت احمدي استاد مهندسي برق دانشگاه صنعتي شريف نيز در تاييد همين سخن مي گويد:
"براي مثال در طراحي “IC” احتياج به سرمايه گذاري عمده اي نيست، بلكه هوشمندي طراح و دانش فني خوب، بسيار اهميت دارد."

 

مقدمه

یکموتور الکتریکی ،الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیتهاست، توسطژنراتورانجام می‌شود. این دو وسیله بجز درعملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسطالکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک واثر پیزوالکتریککار می‌کنند، هم وجوددارند.

ساختار ماشينهاي الكتريكي

ماشينهاي الكتريكي از دو بخش اساسي تشكيل شده اند:

الف)قسمت متحرك ودوار به نام رتور

ب) قسمت ساكن به نام استاتور

بين اين دو قسمت ،شكاف هوايي وجود دارد .

استاتو و رتور از مواد فرومغناطيسي ساخته مي‌شوند تا چگالي شار بيشتر گردد و در نتيجه اندازه و حجم ماشين كمتر شود.

نكته: اگر شار در رتور و استاتور متغير با زمان باشد ،هسته اهني لايه‌به‌لايه ساخته مي‌شود تا جريان گردابي كاهش يابد.

در بسياري از ماشينها محيط داخلي استاتور و محيط بيروني رتور حاوي شيارهاي متعددي است كه داخل آنها هادي‌ها جاسازي ميشوند، اين هاديها بهم وصل مي شوند و سيم پيچي حاصل مي شود.به سيم پيچي هايي كه در آنها ولتاژ القا مي شود ،سيم پيچي آرميچر اطلاق مي گردد. به سيم پيچ هايسي كه ار آنها جريان ميگذرد تا ميدان مغناطيسي و شار اصلي را پديد آورند، سيم پيچ تحريك يا سيم پيچ ميدان گفته مي شود.

سيم پيچ آرميچر تامين كننده تمام قدرتي است كه تبديل شده و يا انتقال مي يابد. قدرت نامي سيم پيچ آرميچر،‌هم در ماشين هاي DC و هم در ماشين هاي AC فقط با جريان متناوب كارمي كند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثریکمیدان مغناطیسیقرار می‌گیرد، نیرویی بر رویآن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای ،روتوربه علتگشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمالمی‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اماموتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابتاستاتورخوانده می‌شود. موتور شاملآهنرباهایالکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلبآرمیچرخوانده می‌شود، اما این واژه عموماًبه غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودیاعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجهبه طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچرباشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

انواع موتورهای الکتریکی

موتورهایDC

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسطمایکلفارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرفجیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی کهجریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد کهجریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلبدر کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آبنمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکیاست. یک سوییچ گردشی به نامکموتاتورجهت جریان الکتریکی را در هر سیکلدو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمیرا در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریانعبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.

سرعتموتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسطولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیمپیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود. بدلیلاینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاًاز آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.
اما بههرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتهاناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایستمحکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر بهسر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کندو به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات باجابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم درداخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچیروی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیمپیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالایکم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کمخواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همانمیزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاریاز کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذفتجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواعموتورهای DC میدان سیم پیچی شدهموتورینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها رامی‌توانهم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها باتغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده بهجریانمتناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و درمیدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شدههمواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا باجریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتورنهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهدبود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی کهدارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارایگشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبهمنفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجودکموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند،اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاًاستفاده می‌شوند، هستند.

 

موتورهایAC

• موتورهای AC تک فاز:

معمولترین موتور تک فازموتور سنکرون قطب چاکداراست، که اغلب دردستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیرپنکه‌های برقی،اجاقهای ماکروویوو دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیرماشین لباسشوییوخشک کن لباسبکار می‌رود. عموماً اینموتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راهانداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجادکنند.

هنگام راه اندازی ،خازن و سیم پیچ راهاندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، بهمنبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامیکه موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعالمی‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در اینهنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.
موتورهای AC سه فاز:

برایکاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فازالکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریقالقای الکترومغناطیسیمیدان مغناطیسی دواردر این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسیمتعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت درآید.

این نوع از موتور با نامموتور القاییمعروف است. برای اینکه اینموتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیهاعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتورایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ،که در آن بهموتور ترکشن آسنکرونمعروف است، روز به روزدر حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یکمیدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که درموتور سنکرونوجود دارد، موتور به صورتهمزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بینروتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در ایننوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشنو خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال باپیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواختتری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکیموتور پله‌ایاست، که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکیروشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یکسلونوئیداست. موتورهای پله‌ای ساده توسطبخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهایپله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شدهبا کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یکسیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

موتور پله ای (Stepper Motor) یکی از انواعموتورهایالکتریکیاست که حرکت آن کاملا دقیق و از پیش تعریف شده می باشد و با ارسالبیتهای 0,1به سیم پیچهای آن می توان آنرا حرکت داد.

نحوه حرکت تمامی موتورها

 

 

 

ساختار موتور پله ای

 

اینموتورعموما دارای چهار قطب میباشد که سیم پیچها بر روی این چهار قطب قرار می گیرندو شما با ارسال بیتهای 0و1به این سیم پیچها در واقعمیدان مغناطیسیایجاد می کنید که این میدانباعث حرکتروتورمغناطیسی موجود در داخل موتور پله ایمی شود البته میبایست این سیم پیچها را به توالی 0 و 1 کرد و گرنه موتو ر مطابق میلشما نخواهد چرخید یکی از مشخصه های این موتور زاویه حرکت آن می باشد و هر موتوریزاویه حرکتی مخصوص به خودش را دارد مثلا اگر موتوری زاویه حرکتش 7درجه باشد اینموتور در هر بار ی که سیم پیچهایش حاوی ولتاژ می شوند 7 درجه در سمت حرکت عقربه هایساعت یا خلاف جهت آن بسته به اینکه سیم پیچها با چه ترتیبیولتاژ دار میشوند خو اهد چرخید این 7 درجه چرخش برای این موتور پله ای نمونه یک پله یا یک step محسوب می شود با این تعریف متوجه شدید که یک موتور پله ای در یک دور کامل ممکناست.،100تا 200 پله کمتر یا بیشتر بسته به نوع موتور خواهد داشت.شما حتی می توانیدیک موتور پله ای را به صورت نیم پله یعنی با نصف زاویه حرکت راه اندازی کنید اینموتورها به صورت میکرو پله نیز حرکت می کنند در واقع منظور حرکت خیلی ریز ودقیقاست. وقتیکه شما یک موتور پله ای را از نزدیک می بینید متوجه تعدادی سیم رنگی میشوید که از موتور پله ای بیرون آمده در واقع این سیم ها هر کدام به سر یک سیم پیجمتصل هستند و یک سیم بین تمام سیم ها مشترک است
نحوه کنترل

این موتور به صورت 1 بیتی یا دو بیتی حرکت می کنددر حالت یک بیتی در هر لحظه تنها یک سیم پیچ پالس 1 را دریافت می کند ودر حالت دوبیتی دو سیم پیچ در هر لحظه پالس 1 را دریا فت می کنند اگر این دریافت پالس به صورتمنظم و پشت سر هم انجام شو د موتور نیز به صورت صحیح به سمت جهت حرکت عقربه هایساعت یا خلاف جهت آن حرکت خواهد کرد.

بیایید نحو ه کنترل موتور پله ای رادر دو حالت یک بیتی یا دو بیتی بررسی کنیم

نحوه کنترل 1 بیتی

در حالت یک بیتی اگر اول سیم پیچ 1 را تحریککنیم .سیم پیچ 2و3و4 بدون تحریک باید باشند جهت حرکت موتور پله ای در سمت حرکتعقربه های ساعت بعد از سیم پیچ 1 نوبت سیم پیچ 2 است که تحریک شود.، و در این حالتنیز بقیه سیم پیچها بدون تحریک هستند بعد از آن نوبت سیم پیچ 3 و سپس نوبت سیم پیچشماره 4 است دقت کنید که در هر لحظه یک سیم پیچ تحریک شو د اگر بعد از سیم پیچ 1سیم پیچ 4 را تحریک کنیم و سپس به سراغ3و2 برویم موتور در جهت عکس عقربه های ساعتخواهد چرخید.

نحوه کنترل 2 بیتی

در حالت دو بیتی در لحظه دو سیم پیچ بار دار میشو ند مثلا اگر اول سیم پیچ 1 و2 تحریک شوند بعد سیم پیچ 2و3 سپس 3و4 ودر نهایت 4و 1 برای حرکت موتور پله ای بایست همین ترتیب را تا موقعییکه می خوا هید موتور حرکتداشته باشد ادامه دهید حال اگر این ترتیب را عوض کنید موتور در خلاف جهت فعلی حرکتمی کند

حرکت در جهت عقربه های ساعت (تحریک 2 بیتی)

حرکت در جهت خلاف عقربه های ساعت (تحریک 2 بیتی)

نحوه حرکت موتورهای الکتریکی

حالا بیا یید ببینیم چه اتفاق میافتد که موتور پله ای حرکت می کند.
کلید فهمیدن اینکهموتورهایالکتریکیچگونه کار می کنند فهمیدن نحوه عملکرد آهن ربای الکتریکی است آهن ربایالکتریکی مبنای کارموتورهای الکتریکیاست.
اگر سیمی حدود 10 سانتی متر بردارید و به دور میخی بپیچید و دو سر آنرا به دو سر یک باطری وصلکنید زمانیکه جریان از سیم عبور می کند یکمیدان مغناطیسیدر اطراف سیم ایجاد می شود وآن میخ تبدیل به آهنربا می شود این میدان تا زمانییکه جریان از سیم عبور میکند وجوددارد یعنی تا زمانییکه دو سر سیم به باطری متصل باشد و زمانییکه این اتصال قطع شوداین میدان نیز از بین می رود آن سر میخ که به قطب مثبت باطری وصل شده S وسر دیگر راکه به قطب منفی باطری وصل شده N می نامییم حال اگر یک آهن ربای نعلی شکل بردارید واین میخ را به صورت معلق در وسط این آهن ربا قرار دهید به طورییکه میخ کاملا افقیقرار گیرد در صورتیکه قطب N میخ در مقابل قطب N آهن ربا ی نعلی شکل قرار بگیرد

وقطب دیگر میخ نیز به همین صورت در این وضعییت میخ 180 درجه خواهد چرخد تا قطب N میخ در مقابل قطب S آهنربا و قطب S میخ در مقابل قطب N آهن ربا قراربگیرد همانطورکه میدانید دو قطب متضاد همدیگر را جذب ودو قطب همسان همدیگر را دفع می کنند کهحرکت میخ نیز در آهن ربای نعلی شکل به همین صورت است
حرکتموتورهایالکتریکینیز در واقع از همین قانون پیروی می کند ما هر بار که در یک موتور پلهای یک سیم پیچ را تحریک می کنیم در واقع قطبهای N , S را در داخل موتور ایجادمیکنیم و روتور نیز مثل آن میخ و با استفاده از قانون جذب ودفع قطبها به حرکت درمآید واین حرکت همان چیزی است که ما به صورت فیزیکی از موتور مشاهده می کنیم

موتورهای خطی

یکموتور خطیاساساً یک موتور الکتریکی است کهاز حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیرویخطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطیاغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریعالسیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمینپروازمی‌کند.

يكموتور خطيدر واقع يكموتور الكتريكياست كهاستاتورشغير استوانهشده است تا بهجاي اينكه يكگشتاورچرخشيتوليد كند، يكنيرويخطي در راستاي طول استاتور ايجاد كند.

طرح‌هاي بسياري براي موتورهاي خطي ارائه شده است كه مي‌توان آنها را به دودسته تقسيم كرد: موتورهاي خطي شتاب بالا و شتاب پايين. موتورهاي شتاب پايين برايقطارهايمگليوو ديگر كاربردهاي حمل و نقلي روي زمينمناسب هستند. موتورهاي شتاب بالا معمولاً خيلي كوتاه هستند و براي شتاب دادن بهجسمي تا سرعت بسيار زياد و سپس رها كردن آن به كار مي‌روند. اين موتورها معمولاًبراي مطالعات برخوردسرعت بالابه عنوانتسليحات نظامييا به عنوان راه‌اندازندهجرمي برايپيشرانه فضاپيمابه كار مي‌رود.

موتور خطي‌اي كه براي شتاب دادن بهيون هاياذره‌هاي زير اتميبه كار مي‌رود، يكشتاب دهنده ذرهناميده مي‌شود. با نزديك شدنذره‌ها بهسرعتنور، طراحي موتورها معمولاً متفاوت مي‌شود و اين ذره‌ها نيز عموماً داريبار الكتريكيهستند.

شتاب پايين

تصوير
ترن هوايي در JKF. به نوار القايي آلومينيومي بينريل‌ها توجه كنيد.
ايده موتور خطي اولين بار توسط پرفسوراريك ليتويتازكالج امپريالدرلندنمطرح شد. در طرح وي و در اكثر طرح‌هايشتاب پايين، نيرو توسط يكميدان مغناطيسيخطي سيار كه بر روي هادي‌هاموجود در ميدان عمل مي‌كند، ايجاد خواهد شد. در هر هادي‌ چه يك حلقه، چه يك سيم‌پيچيا يك تكه از فلز تخت كه در اين ميدان قرار گيرد جريان‌هاي گردابيالقا شدهوجود خواهد داشت و بنابراين يكميدان مغناطيسي مخالف را ايجاد خواهد كرد. دو ميدان مغناطيسي همديگر را دفع خواهندكرد و بنابراين جسم هادي را از استاتور دور خواهند كرد و آن را در طول جهت ميدانمغناطيسي سيار حمل خواهند كرد.
به علت اين ويژگي‌ها، موتور خطي اغلب در پيشرانهقطار مگليو به كار مي‌رود هر چند كه مي‌توان صرف نظر از پرواز مغناطيسي از آنهااستفاده كرد، مانند استفاده در فن‌آوريانتقال پيشرفته و سريع نوركه در سيستمترن آسمانيونكوور، Scarborough RT تورنتو،ترن هواييفرودگاه JGK نيويوركو Putra RTL كووالالامپوربه كار مي‌رود. از اين فن‌آوريبا تغييراتي در برخي ازقطار‌هاي بازينيز استفاده مي‌شود.
موتورهاي خطي عمودي نيز براي مكانيسم‌هاي بالابر درمعدن هاي عميق پيشنهاد شده است.

شتاب بالا

موتورهاي خطي شتاب بالا براي كاربرهاي متعددي پيشنهاد شده‌اند. به علت اينكه مهماتضد زرهيكنوني بايستي گلوله‌هاي كوچكي باانرژي جنبشيبسيار بالا باشند يعني دقيقاًآنچه كه اين موتورها فراهم مي‌كنند، از آنها به عنوان تسليحات استفاده شده‌ است. اين موتورها همچنين براي استفاده درپيشرانه فضا پيماهابه كار گرفته مي‌شود. درچنين شرايطي به اين موتورهاراه‌اندازهاي جرميگفته مي‌شود. ساده‌ترينروش استفاده از راه‌انداز جرمي براي پيشرانه فضا پيما، ساخت يك راه‌انداز جرمي بزرگاست كه بتواند محموله را تاسرعت گريزشتاب دهد.

طراحي موتورهايشتاب بالا به دلايل متعددي مشكل است. آنها مقادير بزرگ انرژي را در مدت زمان كوتاهنياز دارند. (http://www.oz.net/~coilgun/theory/electroguns.htm )) كه براي هرپرتاب در فضا نياز به 300GJ در مدت زمان كمتر از يك ثانيه دارد. ژنراتورهاي الكتريكيمعمولي براي چنين نوعاز باري طراحي نشده‌اند اما روش‌هاي ذخيرهانرژي الكتريكيكوتاه مدت را مي‌توان مورداستفاده قرار داد. خازن ‌ها پر حجم وگران هستند اما مي‌توانند به سرعت مقادير بزرگ انرژي را فراهم كنند. ژنراتورهاي هم قطبرا مي‌توان براي تبديلسريعانرژي جنبشييكچرخ طياربه انرژي الكتريكي به كار برد. موتورهاي خطي شتاب بالا نيازمند ميدان‌هاي مغناطيسي بسيار قوي‌اي نيز هستند، درواقع ميدان‌هاي مغناطيسي اغلب آنقدر قوي اند كه اجازه استفاده ازابر رساناهارا نمي‌دهند. اما با طراحي دقيقمي‌توان اين مشكل را حل كرد.
دو طرح متفاوت پايه‌اي از موتور‌هاي خطي شتاب بالاابداع شده است: تفنگ‌هاي ريليوتفنگ هاي كويلي

انواع ژنراتورهاي DC :

1-مولد DC با تحريك جداگانه :

سيم پيچ ميدان اين ژنراتور به وسيله يك منبع ولتاژ مستقل تحريك ميشود.

اين ژنراتور هنگاميكه يك حوزه وسيعي از تغييرات ولتاژ خروجي مورد نياز باشد استفاده ميشود.

كاربرد : بدليل قابليت تنظيم ولتاژ در محدوده وسيع در تنظيم دور موتورها وتحريك مولدهاي بزرگ در نيروگاهها مورد استفاده قرار ميگيرد.

2-مولد شنت :

سيم پيچ ميدان با سيم پيچ آرميچر موازي بسته ميشودو به همين دليل به آن سيم پيچ شنت يا موازي ميگويند. تعداد حلقه هاي سيم پيچ شنت بسيار زياد است و جريان اين سيم پيچ كم حدود 5 درصد جريان اسمي آرميچر ميباشد. ( جريان بايد كم باشد تا در جريان اصلي اثر كمي بگذارد.)

كاربرد: از اين مولد در شارژ باطري ها و تامين برق روشنايي اضطراري و تغذيه سيم پيچ مولد هاي نيروگاهي استفاده مي شود.

۳- مولد سري: كه سيم پيچ ميدان (سيم پيچ سري تحريك) با سيم پيچ آرميچر سري بسته مي شود. سيم پيچ سري داراي تعداد حلقه هاي كمتر بوده ولي جريان عبوري آن نسبتاُ زياد است.(زيرا جريان آن همان جريان اصلي است) تا معادل mmf سيم پيچ شنت توليد شود.

كاربرد مولد سري :

بدليل داشتن گشتاور راه اندازي زياد در وسايل حمل و نقل مانند مترو و جرثتقيلهاي برقي استفاده ميشود.

4-مولد كمپوند :

اگر از هر دو سيم پيچ شنت وسري جهت تحديك مولد استفاده شود، مولد DC يا كمپوند ميگويند ، كه داراي دو نوع كمپوند اضافي و نقصاني ميباشند.

كمپوند اضافي :

اگر نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ سري ، نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ شنت را تحريك كند، مولد كمپوند اضافي گويند. كه داراي دو نوع شنت بلند و شنت كوتاه ميباشد

مولد كمپوند اضافي بسته به تعداد دورهاي سيم پيچ سري ميتواند يكي از سه حالت زير باشد :

الف) فوق كمپوند : (تعداد دهر سيم پيچ سري زياد است) در مواردي استفاده ميشود كه بايستي ولتاژ بار ثابت باشد. ولي به علت وجود فاصله بين مولد و مصرف كننده در سيمها افت ولتاژ به وجود مي آيد. در اين حالت افزايش ولتاژ خروجي مولد، افت ولتاژ خط را جبران ميكند و به مصرف كننده ولتاژ ثابت ميرسد.

ب)تخت : نيروي محركه مغناطيسي سيم پيچ سري و موازي با هم برابر بوده و جايي استفاده ميشود كه نياز به ولتاژ ثابتي باشدو فاصله بين مولد و مصرف كننده كم باشد

ج)زير كمپوند : اثر آمپر دور سيم پيچ سري ناچيز مي باشد(ـبه علت تعداد دور كم سيم پيچ سري) و در تحريك مولد هاي نيروگاهي نقش موثري دراد

كمپوند نقصاني :

كمپوند نقصاني هنگامي كه شار سيم پيچ سري باعث كاهش و نقصان اثر شار سيم پيچ شنت شود و در جوشكاري قوس الكتريكي استفاده مي شود.

تذكر : كمپوند نقصاني و كمپوند اضافي داراي دو نوع شنت بلن و شنت كوتاه مي باشند

كه اگر سيم پيچ سري با سيم پيچ ارميچر با هم سري بسته شوند شنت بلند گفته و اگر سيم پيچ شنت با سيم پيچ ارميچر موازي قرار گيرد شنت كوتاه مي گويند

 

میدان الکتریکی

بسیاری از نیروهایی که شما می‌شناسید،نیروهای تماسی می‌باشند، مثلاً شما ماشین را بوسیله دستهایتان هل می‌دهید یا یکورزشکار بوسیله راکت تنیس به توپ ضربه می زند. اما بر خلاف موارد فوق، نیروی گرانشیو نیروی الکتریکی از راه دور اثر می‌کنند و به عبارت دیگر، این نیروها حتی اگر دوجسم در تماس هم نباشند به یکدیگر نیرو اعمال می‌کنند. (مثلاً زمین به ماهواره نیرووارد می‌کند یا شانه باردار ‎باریکه آب را جذب می‌کند.)

درک نیرویی که از فاصله دور اعمال می‌شودکمی دشوار است. نیوتن نیز وقتی در ابتدا قانون جاذبه بین جرمی را بیان می‌کرد بهنامانوس بودن آن اشاره نمود. یک راه حل مناسب برای بیان چنین موقعیت‌هایی استفادهاز مفهوم میدان می‌باشد . این ایده ابتدا توسط فارادی بیان شد . با اینکه فارادی درزمینه ریاضی مهارت چندانی نداشت و بیشتر دانسته های او از مشاهده آزمایشات حاصل شدهبود، اما این ایده چنان مناسب بود که بعدها بسیار مورد استقبال قرار گرفت. ماکسولمفهومی را که فارادی بیان کرده بود از نظر ریاضی تکمیل نمود و به این ترتیب مبنایتئوری های جدید الکترومغناطیس به وجود آمد. بنا به نظر فارادی ،اطراف هر بار یک میدان الکتریکی وجود دارد که تمام فضا را پوششمی‌دهد . وقتی بار دومی در نزدیکی بار اول قرار می‌گیرد از آن جهت احساسنیرو می کند که در آن محل میدان الکتریکی بار اول وجود دارد . به عبارت دیگرمیدان الکتریکی موجود در محل بار دوم مستقیماُ روی بار اثر گذاشته و نتیجه آن اعمالنیرو به آن خواهد بود . البته بایستی تاُکید شود که میدان از جنس ماده نمی‌باشد .

شرایطی را در نظر بگیرید که یک بار تحتتاثیر نیروی الکتریکی سایر بارها قرار ‌گیرد. به عنوان مثالبار q در شکل روبرو تحت تاثیر نیروی F که جمعبرداری نیروهای اعمالی توسط میله و دوگوی بارداراست ، قرار دارد . نیروی واردبر واحد بار q که در مثال فوق مورد بررسی قرار گرفت یک مفهوم بسیار مهم را درالکتریسیته تاکید می‌کند . این ایده میدان الکتریکی نامیده می‌شود. این ایده ازترکیب نیروی الکتریکی و بار آزمون حاصل می‌شود . تعریف میدان الکتریکی در زیر آمدهاست . میدان الکتریکی (E) در یک نقطه برابر است با نیرویالکتریکی (F) که به بار آزمون (q) وارد می‌شود تقسیم به اندازه بار آزمون. میدانالکتریکی ، یک کمیت برداری است و جهتش همان جهت نیروی وارد بر بار آزمون مثبت در آننقطه می‌باشد. واحد میدان الکتریکی نیوتن برکولن (N/C) می‌باشد. تعریفمیدان الکتریکی نشان می‌دهد که واحد میدان الکتریکی ، نیرو بر بار یا به عبارتدقیقتر نیوتن بر کولن می‌باشد. همچنین این تعریف از میدان تاکید می‌کند که میدانبردار بوده و جهت آن جهت نیروی وارد بر بار آزمون مثبت می‌باشد

 

میدان مغناطیسی زمین

دید کلی

در هر نقطه‌ای در نزدیکی سطح زمین ، عقربه مغناطیسی آویزان ازرشته یا واقع روی یک نقطه به ترتیب خاصی سمت گیری می‌کند (تقریبا در جهت شمال بهجنوب). این واقعیت مهم به این معنا است که زمینمیدان مغناطیسیایجاد می‌کند، مطالعه میدانمغناطیسی زمین برای مقاصد عملی و علمی از اهمیتی اساسی برخودار است.

از زمانهای قدیم ،قطبنماها ، یعنی وسایلی بر اساس استفاده از میدان مغناطیسی زمین برای سمت گیرینسبت به چهار جهت اصلی ، بکار گرفته می‌شدند. قطب نمای مرسوم شامل یک عقره مغناطیسیو یک صفحه مدرج است و در جهت یابیها کاربرد وسیعی دارد.

 

 

 

 

از میدان مغناطیسی زمین چه استفاده‌هایی می‌شود؟

در دریانوردی و هوانوردیجدید ، دیگر قطب نمای مغناطیسی تنها وسیله‌ای برای سمت گیری و تعیین مسیر کشتی یاهواپیما نیست. برای این منظور وسایل دیگری نیز وجود دارد. با وجود این ، از اهمیتقطب نمای مغناطیسی به هیچ وجه کاسته نشده است. تمام کشتیها و هواپیماهای امروزی بهقطب نمای مغناطیسی مجهزند. زمین شناسان ، شکارچیان و مسافران نیز از قطب نما خیلیاستفاده می‌کنند. وجود میدان مغناطیسی زمین انجام پاره‌ای از بررسیهای مهم دیگر رامیسر ساخته است. از آن جمله می‌توان از روشهای اکتشاف و مطالعه ذخایر آهن نام برد.

قطبهای مغناطیسی زمین

مغناطیس زمین
پیرامون زمین را میدان مغناطیسی کهماینوتسفر یا مغناطو کره نامیده می‌شود احاطه نموده است. باید توجه داشت که نقاط بههم رسیدن خطوط میدان مغناطیسی روی سطح زمین قرار ندارد، بلکه قدری از آن پایینترهستند. همچنین قطبهای مغناطیسی زمین با قطبهای جغرافیایی آن منطبق نیستند. محورمیدان مغناطیسی زمین ، یعنی خط مستقیمی که از هر دو قطب مغناطیسی می‌گذرد، از مرکززمین نمی‌گذرد و از اینرو قطر زمین نیست. مغناطو کره توسط دو عامل مشخص می‌شود: انحراف مغناطیسیوشیب مغناطیسی.

انحراف مغناطیسی عبارتاست از زاویه انحراف عقربه مغناطیسی از نصف النهار جغرافیایی مورد نظر. خطوط واصلنقاط دارای انحراف مغناطیسی مساوی که خطوط هم گوشه نام دارند، در جنوب و شمال قطبینمغناطیسی که مخالف قطبین جغرافیایی است، همگرا می شود. برخی از محققان ، عدم تطابققطبهای مغناطیسی و جغرافیایی را به توزیع نایکنواخت خشکی و آب در زمین توجیهمی‌نمایند.

شیب مغناطیسیعبارت است از زاویه میان عقربه مغناطیسینسبت به افق (در نیمکره شمالی سر شمالی عقربه و در نیمکره جنوبی عقربه به افقمتمایل می شود). ضمن حرکت از استوا به سوی قطبین ، شیب مغناطیس افزایش می یابد. خطواصل نقاط دارای شیب صفر استوای مغناطیسی نام دارد . استوای مغناطیسی ، استوایجغرافیایی را در دو نقطه، یکی با 169˚ طول شرقی و دیگری با ˚23 طول غربی به جنوب ودر نیمکره شرقی به شمال منحرف می گردد. در قطبین مغناطیسی شیب به ˚90 می رسد.

مغناطش خود بخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین

از مغناطش خودبخودی مواد درمیدان مغناطیسی زمین استفاده‌های زیادی می‌شود. از جمله در ساختمینهای مغناطیسیاست که در عمق معینی زیرسطح آب قرار می‌دهند و با عبور کشتی از بالای آنها منفجر می‌شود. ساز و کاری کهباعث صعود مین به سطح و انفجار آن می‌شود وقتی عمل می‌کند که عقربه مغناطیسی کهمی‌تواند حول میله‌ای افقی بچرخد، بر اثر میدان مغناطیسی کشتی که از بالای مین میگذرد، بتواند بگردد. معلوم شده است که کشتی همیشه خودبخود آهنربا می‌شود. برایمحافظت در مقابل مینهای مغناطیسی دو روش بکار می‌برند:

 

مین روبی

این روش عبارت است از حمل مغناطیس نیرومندی که با طنابهای سیمیاز هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع کم در منطقه مین گذاری شده آویزان می‌شود. گاهیکابل سیمی دایره شکلی را بطور شناور روی آب قرار می‌دهند و جریانی از آنمی‌گذرانند. بر اثر میدان مغناطیسی یا جریان ، ساز و کار مینها عمل می‌کند و بدونهیچ خسارتی منفجر می‌شوند.

 

خنثی سازی میدان مغناطیسی کشتی

این روش به این ترتیب است که حلقه هایی ازسیم عایق بندی شده را به کشتی وصل می‌کنند و جریانی را از آنها می‌گذرانند، بطوریکه میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف جهت میدان مغناطیسی کشتی (که یکمغناطیسدائمی است) باشد. وقتی که این میدانها باهم ترکیب شوند، همدیگر را خنثی می‌کندو کشتی بدون اینکه ساز و کار مین را به کار اندازد از روی آن می‌گذرد.

 

 

آنچه باید بدانیم

• از مدتها پیش (قرن شانزدهم) معلوم شده است که شبکه پنجره قائم به مرور زمانآهنربا می‌شود.
• یکی از اولین پژوهشگران میدان مغناطیسی زمین ،گیلبرت (Gilbert) آزمایشزیر را در کتاب خود شرح داده است. اگر شخصی به یک میله آهنی که از شمال به جنوبقرار گرفته است با چکش بکوبد، میله آهنربا می‌شود.
• در تدارک پرواز به قطب شمال ، بیشترین توجه به سمت گیری هواپیما در نزدیکی قطبمبذول می‌شود، زیرا قطبهای مغناطیسی معمولی در این فاصله به کلی از کار کردن بازمی‌ماند و عملا بدون استفاده هستند.

 

بیان ساده شده نظریه نیمه رسانا

نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد.مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹² اهم - متر ، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای ، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا ، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

دیو دهای نیمرسانا

ساختمان

دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان ، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز میدهد . دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کا ر می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود . (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است .

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالقت کمی بروز میدهد با سر پیکان نشان داده شده است .

دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار میرود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود.سپس اتمهای ناخالصی مطلوب ، بخشنده ها یا پذیرنده ها ، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلاءذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب در ست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد ، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود .این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود ، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است . با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده میشود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكار گيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيميوان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع n را توليد كند . اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباح معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيم رسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي تون.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1- ديودهاي سيگنالي

اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منتقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه ان مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.

2- ديودهاي توان

ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.

3- ديودهاي زنر

جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسب رساندن به وسيله شود.

ديود زنر چنان ساخته شده است كه به ان امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون مي كشد.

زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.

اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها را در اثر برخورد يونيده كند اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.

بیان ساده شده نظریه نیمر سانا

نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد.مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹² اهم - متر ، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای ، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا ، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

دیو دهای نیمرسانا

ساختمان

دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان ، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز میدهد . دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کا ر می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود . (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است .

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالقت کمی بروز میدهد با سر پیکان نشان داده شده است .

دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار میرود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود.سپس اتمهای ناخالصی مطلوب ، بخشنده ها یا پذیرنده ها ، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلاءذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب در ست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد ، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود .این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود ، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است . با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده میشود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكار گيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيميوان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع n را توليد كند . اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباح معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيم رسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي تون.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1- ديودهاي سيگنالي

اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منتقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه ان مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.

2- ديودهاي توان

ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.

3- ديودهاي زنر

جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسب رساندن به وسيله شود.

ديود زنر چنان ساخته شده است كه به ان امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون مي كشد.

زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.

اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها را در اثر برخورد يونيده كند اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.

بیان ساده شده نظریه نیمر سانا

نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد.مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹² اهم - متر ، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای ، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا ، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

دیو دهای نیمرسانا

ساختمان

دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان ، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز میدهد . دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کا ر می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود . (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است .

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالقت کمی بروز میدهد با سر پیکان نشان داده شده است .

دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار میرود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود.سپس اتمهای ناخالصی مطلوب ، بخشنده ها یا پذیرنده ها ، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلاءذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب در ست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد ، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود .این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود ، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است . با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده میشود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكار گيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيميوان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع n را توليد كند . اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباح معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيم رسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي تون.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1- ديودهاي سيگنالي

اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منتقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه ان مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.

2- ديودهاي توان

ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.

3- ديودهاي زنر

جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسب رساندن به وسيله شود.

ديود زنر چنان ساخته شده است كه به ان امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون مي كشد.

زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.

اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها را در اثر برخورد يونيده كند اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.

بیان ساده شده نظریه نیمر سانا

نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد.مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹² اهم - متر ، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای ، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا ، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

دیو دهای نیمرسانا

ساختمان

دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان ، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز میدهد . دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کا ر می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود . (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است .

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالقت کمی بروز میدهد با سر پیکان نشان داده شده است .

دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار میرود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود.سپس اتمهای ناخالصی مطلوب ، بخشنده ها یا پذیرنده ها ، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلاءذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب در ست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد ، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود .این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود ، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است . با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده میشود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكار گيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيميوان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع n را توليد كند . اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباح معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيم رسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي تون.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1- ديودهاي سيگنالي

اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منتقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه ان مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.

2- ديودهاي توان

ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.

3- ديودهاي زنر

جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسب رساندن به وسيله شود.

ديود زنر چنان ساخته شده است كه به ان امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون مي كشد.

زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.

اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها را در اثر برخورد يونيده كند اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.

بیان ساده شده نظریه نیمر سانا

نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد.مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹² اهم - متر ، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای ، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا ، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

دیو دهای نیمرسانا

ساختمان

دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان ، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز میدهد . دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کا ر می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود . (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است .

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالقت کمی بروز میدهد با سر پیکان نشان داده شده است .

دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار میرود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود.سپس اتمهای ناخالصی مطلوب ، بخشنده ها یا پذیرنده ها ، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلاءذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب در ست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد ، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود .این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود ، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است . با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده میشود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكار گيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيميوان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع n را توليد كند . اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباح معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيم رسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي تون.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1- ديودهاي سيگنالي

اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منتقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه ان مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود بين 40 وmA250 است. ولي اخيراً مي توان به مقادير بالاتري دست يافت.

2- ديودهاي توان

ديودهاي توان را غالباً براي تبديل جريان متفاوب به جريان مستقيم، مانند يك سوسازها، بكار مي برند. پارامترهاي مهم ديود توان عبارتد از ولتاژ معكوس قله، حداكثر جريان مستقيم و نسبت مقاومت. ولتاژ معكوس قله احتمالاً دست در گستره V50 تا V1000 است با حداكثر جريان مستقيم كه شايد A30 است. مقاومت مستقيم بايد تا حد امكان پايين باشد تا از افت چشمگيري در ولتاژ دو سر ديود وقتي كه جريان مستقيم زيادي جريان دارد جلوگيري مي كند؛ معمولاً اين مقاومت خيلي بيشتر از يك يا دو اهم نيست.

3- ديودهاي زنر

جريان معكوس بزرگي كه در هنكام در گذشتن ولتاژ دو سر ديود از ولتاژ شكست ديود، جاري مي شود لزوماً نبايد باعث آسب رساندن به وسيله شود.

ديود زنر چنان ساخته شده است كه به ان امكان مي دهد در بدون خراب شدن، در ناحيه شكست كار كند، به شرط آن كه جريان از طريق مقاومت خارجي به يك مقدار مجاز محدود شود. جريان زياد در ولتاژ شكست يا دو عامل، به نام اثر زنر و اثر بهمني، فراهم مي آيد در ولتاژهايي تا حدود V5 ميدان الكتريكي نزديك به پيوند چندان شديد است كه مي تواند الكترونها را از پيوند كوالانسي كه اتم ها را كنار هم نگاه مي دارد بيرون مي كشد.

زوجهاي حفره- الكترونهاي اضافي توليد مي شوند و اين زوج ها براي افزودن جريان معكوس در دسترسند. اين اثر ر ا اثر زنر مي نامند.

اثر بهمني وقتي پيش مي آيد كه ولتاژ پيش ولت مخالف بيش از V5 يا در همين حدود باشد. سرعت حركت حاملين بار از ميان شبكه بلور چندان افزايش مي يابد كه اين بارها به اندازه كافي داراي انرژي جنبشي شوند كه اتم ها را در اثر برخورد يونيده كند اتمي را يونيده گويند كه يكي از الكترونهاي خود را ازدست داده باشد. بدين سان حاملين بار اضافي توليد شده از ميان شبكه بلور عبور مي كنند و ممكن است با ساير اتم ها نيز برخورد كرده و حتي از طريق يونش حاملين بيشتري ايجاد كنند. در اين روش تعداد حاملين بار، و در نتيجه جريان معكوس، به سرعت افزايش مي يابد.

بیان ساده شده نظریه نیمر سانا

نیمرسانا ماده ای است که مقاومت ویژه آن خیلی کمتر از مقاومت ویژه عایق و در عین حال خیلی بیشتر از مقاومت ویژه رساناست، و مقاومت ویژه اش با افزایش دما کاستی می پذیرد.مثلا، مقاومت ویژه مس ^8-10اهم - متر کوا رتز10¹² اهم - متر ، و مقاومت ویژه مواد نیمرسانای ، یعنی سیلیسیم 5/ . اهم- متر و از آن ژرمانیم 2300 اهم -متر در دمای ^c27 است. برای درک عملکرد نیمرسانا ها و ابزار نیمرسانا ، قدری آشنایی با مفاهیم اساسی ساختار اتمی ماده ضروری است.

دیو دهای نیمرسانا

ساختمان

دیود نیمرسانا وسیله ای است که در مقابل عبور جریان ، در یک جهت مقاومت زیاد و در جهت دیگر مقاومت کمی برو ز میدهد . دیود را به طور گستردهای و برای اهداف گوناگون در مدارهای الکترونیکی به کا ر می گیرند و اساساً شامل یک پیوند p-n است که از بلور سیلیسیوم و یا ژرمانیم تشکیل می شود . (شکل ب) نماد دیود نیمرسانا در شکل الف نموده شده است .

جهتی که دیود در مقابل عبور جریان مخالقت کمی بروز میدهد با سر پیکان نشان داده شده است .

دیود نیمر سانا نسبت به دیود گرما یونی از مزایای زیادی برخوردار است، این دیود به منبع گرم کن نیاز ندارد، بسیار کوچک تر و سبک تر است ، و قابلیت اطمینان بسیار بیشتری دارد.

ژرمانیم یا سیلیسیمی که در ساخت دیود نیمرسانا به کار میرود باید ابتدا تا رسیدن به غلظت نا خالصی کمتر از یک جزء در ¹⁰ 10 جزء پالوده شود.سپس اتمهای ناخالصی مطلوب ، بخشنده ها یا پذیرنده ها ، به مقادیر مورد لزوم اضافه شده و ماده به شکل یک تک بلور ساخته می شود.

برای ساختن پولک ژرمانیم نوع n مقداری ژرمانیم ذاتی را با کمی ناخالصی در یک بوته ودر خلاءذوب می کنند، ویک بلور هسته را تا عمق چند میلیمتری در مذاب فرو می برند. دمای ژرمانیم مذاب در ست بالای نقطه ذوب بلور هسته قرار دارد ، و چند میلیمتری از هسته غوطه ور در مذاب نیز ذوب می شود .این هسته با سرعت ثابتی چرخانده می شود و همزمان به آرامی از مذاب بیرون کشیده می شود ، بدین سان یک بلور نوع n تشکیل شده است . با کنترل دقیق این فرایند می توان به غلظت نا خالصی مورد نیاز دست یافت.

قرصی از ایندیم در یک پولک ژرمانیم قرار می دهند و به آن دمای با لاتر از نقطه ذوب ایندیم ولی پایین تراز نقطه ذوب ژرمانیم حرارت داده میشود. اينديم ذوب مي شود و ژرمانيم را حل مي كند تا اينكه محلول اشباح شده از ژرمانيم در اينديم به دست آيد. سپس پولك به آرامي سرد مي شود و در خلال سرد شدن يك ناحيه ژرمانيم نوع p در پولك توليد شده و آلياژي از ژرمانيم و اينديم (عمدتاً اينديم) در پولك ته نشين مي شود. پيوند p-n آلياژ سيليسيم را نيز مي توان با همين روش و با بكار گيري آلومينيوم به عنوان پذيرنده، تشكيل داد.

ژرمانيم نوع p تا دماي خيلي نزديك به نقطه ذوب ژرمانيم گرم مي شود، و پيرامون آن را عنصر بخشنده آنتيموان كه گازي شكل است فرا مي گيرد. اتم هاي آنتيميوان در ژرمانيم پخش مي شود تا يك ناحيه نوع n را توليد كند . اگر از يك بلور نوع n استفاده شود، گاليم گازي شكل به عنوان عنصر پذيرنده براي تهيه ناحيه نوع p در بلور بكار مي رود. وقتي قرار است وسيله اي سيليسيمي ساخته شود، از بور به عنوان عنصر پذيرنده و از فسفر به عنوان عنصر بخشنده استفاده مي شود.

ديود پيوندي شامل بلوري است كه هم داراي ناحيه نوع p و هم ناحيه نوع n است. ديود هاي پيوندي يا از ژرمانيم ساخته مي شود و يا از سيليسيم، اولي داراي مزيت مقاومت مستقيم كمتر و دومي از مزيت داشتن ولتاژ شكست بيشتر و جريان اشباح معكوس كمتر برخوردار است. اتصال به پيوند با سيمهايي كه به هر يك از اين دو ناحيه وصل شده، برقرار مي شود. معمولاً براي جلوگيري از نفوذ رطوبت كل وسيله را در محفظه اي بسته قرار مي دهند.

ديودهاي اتصال- نقطه اي

اصولاً ديود اتصال- نقطه اي از يك قرص ژرمانيم نوع n كه نوك يا سبيلهايش، از سيم تنگستني است و بر رويه آن فشرده مي شود، تشكيل يافته است. اتصال به سبيل از طريق دو سيم مسي انجام مي شود در خلال ساخت ديود اتصال- نقطه اي، يك تپ جريان از ديود عبور مي كند و باعث مي شود كه در مساحتي از قرص و درست در مجاورت نوك سبيل يك ناحيه نوع p تشكيل شود. در اين حالت پيوند n-p كه ظرفيت در قرص ايجاد شده است.

انواع ديودها و كاربرد آن ها

پارامترهاي مهم ديودهاي نيم رسانا عبارتند از :

1- مقاومت هاي a.c. مستقيم و معكوس.

2- جريان مستقيم حداكثر.

3- ظرفيت پيوند.

4- فعاليت در ناحيه شكست.

انواع اصلي ديود كه در مدارهاي الكترونيكي جديد بكار مي روند، عبارتند از :

1- ديودهاي سيگنالي.

2- ديودهاي تون.

3- ديودهاي زنر.

4- ديودهاي با طرفيت متغير (وركتور).

1- ديودهاي سيگنالي

اصطلاح ديود سيگنالي تمامي ديودهايي را در بر مي گيرد كه در مدارهايي كه مقادير اسمي زياد جريان يا ولتاژ نياز نيست بكار مي روند. شرايط معمولي عبارتند از نسبت بزرگ مقاومت معكوس به مقاومت مستقيم و حداقل ظرفيت پيوند. برخي ديودهاي موجود در بازار از انواعي هستند كه كاربردهاي آن دارند، ديودهاي ديگري از اين نوع يافت مي شوند كه كاربردهاي مداري خاص، مثلاً، آشكار ساز، امواج راديويي، يا كليدالكترونيكي در مدارهاي منتقي بسيار مناسبند. حداكثر ولتاژ معكوس، يا ولتاژ معكوس قله، كه معمولاً از ديود انتظار ارائه ان مي رود معمولاً خيلي بالا نيست، حداكثر جريان مستقيم هم بالا نيست. بيشتر انواع ديود سيگنالي داراي ولتاژ معكوس قله اي در گستره v30 تا v 150 و حداكثر جريان مستقيم در حدود

واحد كنترل الكترونيك- سنسورها و عملگرها

ECU- Sensors & Actuators

1-واحد كنترل الكترونيك ECU-Electronic Control Unit

واحد كنترل الكترونيك براساس يك برنامه مشخص كه توسط كارخانه سازنده براساس مشخصات موتور و خودرو طراحي شده كه اصطلاحا برنامه كاليبراسيون نام دارد عمل مي‌نمايد پارامترهاي به كار گرفته شده توسط واحد ECU در مورد خودروي پرايد عبارتند از:

- دور موتور

- فشار منيفولد و دماي هواي ورودي

- وضعيت دريچه گاز

- دماي مايع و خنك كننده موتور

- سرعت خودرو

- موقعيت ميل سوپاپ

- ميزان نسبت هوا به سوخت

- ميزان كوبش موجود در موتور

- عملكرد سيستم تهويه

- ولتاژ باطري

ECU از اطلاعات فوق الذكر براي كنترل مقادير زير استفاده مي كند:

- ميزان و زمان پاشش سوخت

- زمان جرقه زني و طول مدت داول

- دور آرام موتور

- عملكرد پمپ بنزين

- عملكرد شير برقي كينستر

- قطع تزريق سوخت براي جلوگيري از افزايش دور موتور (cut off)

- عملكرد فني كندانسور

- سيستم عيب يابي (MILLamp)

علاوه بر اين از اطلاعات ارسال شده به ECU براي نمايش اطلاعات زير استفاده مي شود.

- دور موتور

- دماي مايع سيستم خنك كننده

- سرعت خودرو

*نحوه عملكرد ECU در شرايط مختلف:

- در زمان استارت موتور: در زمان استارت زدن، ECU فرمان فعال شدن انژكتورها را به صورت پالس (موج هاي پله اي) با عرض ثابت صادر مي كند، بدين معني كه انژكتورها به طور متناوب شروع به پاشش يكنواخت سوخت مي نمايد.

مقدار سوخت تزريق شده با توجه دور موتور، دماي مايع سيستم خنك كننده، و همچنين دما و فشا رهواي ورودي تنظيم مي شود. در عين حال مقدار هواي اضافي توسط موتور پله‌اي دور آرام و با توجه به پارامترهاي عملكردي موتور تعيين مي گردد. پس از استارت زدن و روشن شدن موتور، دور آرام با توجه به دماي مايع خنك كننده موتور تعيين مي‌گردد.

عملكرد در دورهاي مختلف: در زمان تغييرات لحظه اي موتور (شتابگيري يا كاهش سرعت) مدت زمان تزريق سوخت توسط انژكتورها براساس تغيير در مقادير پارامترهاي زير تعيين مي‌شود:

- دور موتور (بوسيله سنسور دور موتور)

- وضعيت دريچه گاز (بوسيله سنسور موقعيت زاويه اي دريچه گاز)

- فشار هواي ورودي (بوسيله سنسور فشار هواي مانيفولد ورودي)

- دماي مايع خنك كننده (بوسيله سنسور دماي مايع خنك كننده موتور)

قطع پاشش سوخت انژكتورها:

الف) در زمان كاهش سرعت خودرو و زماني كه به طور ناگهاني راننده پاي خود را از روي پدال گاز برمي دارد، ECU پاشش سوخت انژكتورها را به دلايل زير قطع مي كند:

- كاهش مصرف سوخت

- كاهش گازهاي آلاينده خروجي اگزوز

- براي جلوگيري از افزايش بيش از حد دور موتور تقريبا از دور موتور 5500rpm پاشش سوخت توسط انژكتورها قطع مي‌شود.

شروع مجدد پاشش انژكتورها

بعد از قطع پاشش سوخت، هنگامي كه دور موتور به مقدار مشخصي برسد، عمل پاشش سوخت مجددا آغاز شده تا از خاموش شدن موتور جلوگيري شود.

توضيح: در داخل ECU دو نوع حافظه قرار دارد:

الف) حافظه دائم ب)حافظه موقت

حافظه دائم ECU با قطع باطري از ميان نمي رود و در واقع محل قرا گيري اطلاعات مربوط به كاليبراسيون موتور و خودرو است كه توسط آنها ECU اطلاعات دريافتي از سنسورهاي مختلف سيستم را پردازش مي نمايد.

حافظه موقت ECU با برداشتن كابل باطري پس از مدت زمان معيني از بين مي رود.

سنسورها Sensors

1- سنسور دور موتور و موقعيت ميل لنگ: اطلاعات مربوط به ميزان دور موتور و موقعيت TDC نقطه مرگ بالاي سيلندر 4و1 را اندازه گيري و به واحد كنترل الكترونيك ارسال مي نمايد اين سنسور توسط تغيير ميدان مغناطيسي ولتاژ مناسب را ايجاد مي كند. اطلاعات اين سنسور توسط ECU براي محاسبه پارامترهاي گوناگون نظير پاشش سوخت، زمان جرقه زني و .... مورد استفاده قرار مي گيرد.

2- سنسور موقعيت ميل سوپاپ camshaft sensor

وظيفه اين سنسور تعيين موقعيت TDC و يا نقطه مرگ بالاي سيلندر يك و تفكيك آن از موقعيت اندازه گيري شده توسط سنسور دور موتور است.

3- سنسور فشار منيفولد و دماي هواي ورودي

Manifold Pressure and Intake Air Temperature Sensor

اين سنسور در بالاي مخزن آرامش منيفولد هواي ورودي نصب شده و اطلاعات مربوط به دماي هواي ورودي و فشار هواي داخل منيفولد را به طور پيوسته اندازه گيري و به ECU ارسال مي كند ولتاژ اين سنسور توسط ECU تامين مي گردد.

ولتاژ بازگشتي از SENSOR متناسب با افزايش فشار اندازه گيري شده توسط پيزوالكتريك (مقاومت متغير با فشار) تغيير مي‌كند. ECU از اين اطلاعات براي محاسبه موارد زير استفاده مي‌نمايد:

- اندازه گيري جرم هواي ورودي به موتور

- تغيير نسبت سوخت به هوا متناسب با بار وارده به موتور و فشار هواي محيط

- اوانس جرقه

مقاومت به كار رفته در سنسورهاي هوا از نوع NTC مي باشد يعني مقاومت آن با افزايش دما كاهش مي يابد. ECU براي محاسبه جرم هواي ورودي به موتور از اطلاعات اين سنسور استفاده مي كند.

4- سنسور دماي مايع خنك كننده Water Temperature Sensor

5- سنسور سرعت خودرو Vehicle speed sensor

اين سنسور بر روي دنده كيلومتر شمار گيربكس نصب شده و يك سيگنال متناسب با سرعت شفت خروجي گيربكس توليد مي نمايد و در نتيجه سرعت حركت خودرو اندازه گيري مي‌شود.

6- سنسور اكسيژن oxygen sensor

بر روي منيفولد اگزوز در مسير گازهاي خروجي اگزوز بين موتور و كاتاليست نصب مي گردد. اين سنسور اطلاعات مربوط به ميزان غني يا رقيق بودن مخلوط سوخت و هواي ورودي به موتور را اندازه گيري نموده و به ECU ارسال مي كند. ECU از اين اطلاعات براي محاسبات زير استفاده مي كند:

- محاسبه نسبت مخلوط سوخت و هوا

- تنظيم نسبت خطوط سوخت و هوا جهت عملكرد بهينه موتور

توابع مربوط به مقادير بهينه نسبت سوخت و هوا جهت كاركرد مناسب مبدل كاتاليست به طور دائم در ECU ذخيره شده است. ECU با استفاده از اطلاعات مربوط به غني بودن يا رقيق بودن مخلوط سوخت و هوا كه به صورت ولتاژ بين صفر و يك ولت از سنسور اكسيژن دريافت مي‌كند و با استفاده از توابع موجود در حافظه ECU نسبت به تنظيم نسبت سوخت و هواي ورودي به موتور جهت عملكرد بهينه مبدل كاتاليست اقدام مي نمايد.

مخلوط رقيق: ولتاژ ارسالي از سنسور اكسيژن كمتر از 5% ولت

غليظ: ولتاژ ارسالي از سنسور اكسيژن بيشتر از 5% ولت

7- سنسور ناك (كوبش) KNOCK SENSOR

اطلاعات مربوط به ميزان ناك در داخل موتور توسط سنسور ناك (كوبش) اندازه گيري به واحد كنترل الكترونيك ارسال مي گردد. ناك پديده اي ارتعاشي است كه در اثر احتراق زودهنگام مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر موتور ايجاد مي گردد. در صورت ايجاد اين پديده در داخل سيلندر موتور واحد كنترل الكتروني با استفاده از اطلاعات دريافتي از سنسور ناك، ميزان واكنش موتور را كاهش داده و همزمان با نسبت سوخت به هوا را افزايش مي‌دهد.

عملگرها Actuators

1- رله دوبل: Double Relay

اين رله وظيفه تغذيه جريان الكتريكي به سيستم انژكتوري را در شرايط مختلف كاركرد موتور همانند وضعيت سوئيچ باز، سوئيچ بسته و زمان روشن بودن موتور بعهده دارد.

الف) سويچ بسته، در حالت سويچ بسته يك ولتاژ از رله دوبل براي نگهداري اطلاعات موجود در حافظه ECU به واحد الكترونيك ارسال مي شود.

ب) سويچ باز: در حالت سويچ باز ECU به مدت 3-2 ثانيه براي اجزاي زير ولت ارسال مي‌كند:

- پمپ بنزين

- انژكتورها

- كويل دوبل

- شير برقي كنيستر

- مقاومت گرمكن سنسور اكسيژن

ج) موتور روشن: در اين حالت به طور دائم براي اجزاي سيستم ولتاژ ارسال مي شود

2- شير برقي كنيستر Canister Purge valve

با استفاده از شير برقي كنيستر امكان بازيافت بخارات بنزين جذب شده از باك در داخل كنيستر فراهم مي گردد. بدين ترتيب در زمان باز شدن اين شير بخارات بنزين موجود در كنيستر از طريق مسير هواي ورودي به موتور، وارد موتور شده و در داخل سيلندر مصرف مي‌شوند.

3-لامپ عيب يابي سيستم MIL

اين لامپ در داخل صفحه كيلومتر تعبيه گرديده است. هنگام بروز اشكال در سيستم انژكتوري توسط واحد كنترل الكترونيك روشن شده و با روشن شدن آن راننده متوجه وجود عيب درسيستم انژكتوري خود مي شود .

 

سنسورهای مورد استفاده برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت

سنسورهائی که برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت در یک ماشین در حال کار بکار برده میشوند، بایستی برخی الزامات را برآورده سازند؛ زیرا آنها بایستی حرکات سطح شفت دوار را اندازه گیری نمایند. این الزامات عبارتند از:

اندازه گیری مقدار ارتعاش بصورت غیرتماسی

عدم تاثیرپذیری از روغن یا واسطه های دیگر بین سنسور و سطح اندازه گیری

محدوده اندازه گیری وسیع و خطی با وضوح بالا

نصب و تنظیم و کالیبراسیون ساده

از انواع سنسورهای موجود (سنسورهای خازنی، القائی و جریان گردابی)، نوع جریان گردابی بعلت دارابودن برخی ویژگیها، در سطح وسیعی در دنیا استفاده میشود.

تجربیات حاصل از استفاده عملی، باعث استاندارد شدن سنسورها و مشخصات آنها در سطح وسیع شده است.

روش جریان گردابی (Eddy-Current Method)

اساس عملکرد در روش جریان گردابی بدین صورت است که میدان مغناطیسی تولید شده در اطراف یک سیم پیچ در اثر عبور جریان متناوب الکتریکی، باعث القاء جریانهای گردابی در ماده رسانای نزدیک سیم پیچ میگردد. خاصیت جریانهای گردابی، ربودن انرژی سیم پیچ از طریق میدان مغناطیسی تولید شده میباشد.

هر چه ماده رسانا چگالتر باشد یا میدان مغناطیسی بیشتری روی ماده اثر کند (یعنی ماده نزدیکتر به سیم پیچ باشد)، تبادل انرژی قویتر خواهد بود. اثر فوق خود را با افت در دامنه ولتاژ بخش اوسیلاتور (نوسان ساز) نشان میدهد. سپس این اثر به سیگنال قابل اندازه گیری نرمال متناسب با فاصله بین سیم پیچ و ماده رسانا تبدیل میشود (بطور مثال 8 میلی ولت بر میکرومتر)

مزایا: با هر ماده رسانای الکتریکی میتواند بکار برده شود. از واسطه های غیرالکتریکی مثل روغن، آب و غیره متاثر نمیشود. تعویض سنسور بدون کالیبراسیون مجدد میسر است. تاثیرپذیری کمی از خاصیت مغناطیسی باقیمانده در شفت دارد.

معایب: اندازه گیریها میتوانند از ساختار مواد شفت که هموژن نیستند متاثر شوند. به این موضوع Electronical Runout گفته میشود.

مشخصات: خواص مکانیکی و الکتریکی مجموعه اندازه گیری جریان گردابی بطور جامع در استاندارد API670 تشریح شده است. این استاندارد بصورت بین المللی برای ارزیابی این نوع اندازه گیری بکار برده میشود. سایر نیازمندیها در استاندارد DIN45670 تشریح شده اند.

در حال حاضر دو فرق اساسی در ساختمان سنسورهای جریان گردابی وجود دارد:

سیستم اندازه گیری با مجموعه ای متشکل از تجهیزات جداگانه، شامل سنسور بهمراه کابل، کابل اضافی و نوسان ساز (شکل 52-3)

سنسوری که با کابل و نوسان ساز بصورت یکپارچه ساخته شده است.

عمدتاً سیستم اندازه گیری با مجموعه تجهیزات جداگانه، برای اندازه گیری و مونیتورینگ ارتعاشات نسبی شفت ماشینها بطور دائمی استفاده میشود. هرگونه تغییری در طول هر یک از کابلها، باعث تغییر در خواص الکتریکی میگردد (ظرفیت و مقاومت). به این دلیل مجموعه کابلها و نوسان ساز بصورت یک جا توسط سازنده کالیبره شده و انجام تغییرات بعدی ممکن نیست. معمولا اندازه طول کلی کابل بین سنسور و نوسان ساز 5 متر میباشد.

در سیستم یکپارچه، مدار نوسان ساز و سیم پیچ در داخل بدنه یک پیچ M 10x1 ساخته میشوند. در این حالت افزایش طول کابل مهم نبوده و نصب کابل بطور قابل ملاحظه ای آسان میباشد.

 

تغذیه لازم برای سنسور و سیگنال اندازه گیری شده هر دو با استفاده از کابل استانداردی که میتواند تا 1000 متر طول داشته باشد، منتقل میگردد.

مشخصات اندازه گیری:

مشخصات اندازه گیری جریان گردابی با مشخصات - محدوده فرکانسی، محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل - تشریح میشوند.

محدوده فرکانسی: معمولاً محدوده فرکانسی در روش اندازه گیری جریان گردابی بین صفر تا 1000 هرتز میباشد. فرکانس صفر هرتز به وضعیت ساکن شفت مربوط است. حد بالائی فرکانس یعنی 1000 هرتز امکان اندازه گیری ارتعاشاتی که ضرایبی از سرعت کاری روتور میباشند را فراهم میسازد.

محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل: هر دو مشخصه فوق از منحنی تبدیل قابل محاسبه میباشند. منحنی تبدیل، رابطه بین ولتاژ خروجی اسیلاتور و فاصله بین سنسور و سطح اندازه گیری را نشان میدهد.

در منحنی تبدیل، این رابطه در فاصله 0.4 تا 2.9 میلیمتر با چشم غیرمسلح بشکل خطی دیده میشود. با این حال برای ارزیابی دقیق چشم غیرمسلح کافی نمیباشد.

شکل 57-3 میزان خطی بودن و انحراف منحنی تبدیل U(s) از حالت بهینه خطی G(s) در کل محدوده اندازه گیری را نشان میدهد.

 

 

منابع :

1- سایت اطلاع رسانی آفتاب :

www.aftab.ir

2- سایت اطلاع رسانی دانشنامه رشد :

www.daneshnameh.roshd.ir

3- سایت تخصصی :‌

http://instrumentation.blogsky.com/?PostID=4

4- سایت تخصصی برق :

http://forum.iranblog.com/showthread.php?t=7671

 

چند فایل تهیه شده توسط نویسنده سایت کاملا رایگان تقدیم به شما 

این فایل ها به رایگان و برای قدرانی و تشکر از بازدید کنندگانگرامی از فروشگاه Bestfiles (بهترین فایل ها) در اختیار شما بازدیدکنندگان عزیز قرار داده شد. به امید بهترین ها برای شما عزیزان

نام و لینک فایل :

 

http://uploadboy.com/jupzxx9rtocn.html کتاب آندروید بهترین نکات برای یک زندگی شاد

 

 

http://uploadboy.com/4g87vf7ds2tu.html نرم افزار پول ساز آندروید

 

http://uploadboy.com/ahtibcgaeihy.html کتاب فوق العاده عالی آسودگی روح و جسم فرمت PDF

 

http://uploadboy.com/cz2kawybsv7v.html دانلود رایگان کتاب رازهای میلیونرشدن فرمت PDF

 

http://uploadboy.com/innlzansrk7f.html نرم افزار آندروید پلاک ماشین مال کجاست؟

 

 

http://uploadboy.com/vzjxqiy35mtg.html کتاب فوق العاده دانستنی های قبل و بعد از ازدواج

 

 

http://uploadboy.com/h4r9ovihzmvn.html کتاب آنچه خانم ها باید بدانند فرمت PDF

 

http://uploadboy.com/lsrlg2m74zas.html کتاب فوق العاده چند روش ساده برای تناسب اندام(کم حجم و PDF)

 

http://uploadboy.com/d0opd8igs10g.html کتاب آخرین لبخند صادق هدایت فرمت PDF و حجم کم

 

http://uploadboy.com/s5i7uer6dv9u.html نامه تاریخی چارلی چاپلین به دخترش

 

http://uploadboy.com/lkinf7232nta.html ریستارت کردن گوشیه طرف از طریق بلوتوث

 

 

خواصی دیگر از پرتقال

از نظر شيميايي پرتقال را منبع غني ويتامينC مي دانند و جالب آنكه پوست آن در بسياري موارد حتي مغذي تر از پرتقال است. كارشناسان مؤسسه ملي سرطان آمريكا معتقدند موارد سرطان معده در آمريكا تقريباً كم است، زيرا در تمام ماه هاي سال پرتقال و مركبات در دسترس همه قرار دارد و بيشتر مردم آنها را مصرف مي كنند. ويتامينC يكي از عوامل مهم مهاركننده سرطان است به طوري كه اين ويتامين را دشمن نيرومندي بر عليه يكي از عوامل شناخته شده سرطان زا يعني نيتروزامين ها(Nitrosamies) مي شناسند.

مصرف زياد پرتقال علاوه بر پيشگيري از سرطان معده ، در پيشگيري از انواع ديگر سرطانها نيز مؤثر است. از جمله سرطان مري در اشخاصي كه زياد پرتقال مي خورند، 50 درصد كمتر از اشخاصي است كه آن را كمتر مصرف مي كنند و يا اصلاً نمي خورند. همچنين ميزان ابتلا به سرطان لوزالمعده در مصرف كنندگان پرتقال در پايين ترين حد قرار دارد.

محققان دريافته اند كه پرتقال و ساير مركبات در پايين آوردن كلسترول خون نيز مؤثرند و اين خاصيت مديون وجود پكتين(Pectin) يا ماده اليافي پوست و ورقه هاي نازك مابين پره هاي پرتقال است. در مواردي كه هدف كاهش كلسترول و تأمين سلامت شريان ها باشد، براي استفاده از حداكثر نيروي درماني پرتقال، توصيه مي شود كه پرتقال را با لايه سفيد رنگ زير پوست و لايه هاي نازك داخل پرتقال كه حاوي پكتين هستند مصرف كنيد.

پيشگيري از عفونت هاي ويروسي از خواص ديگر پرتقال است كه در عصاره آن وجود دارد. دانشمندان اين خاصيت را فقط به دليل ويتامينC موجود در آن نمي دانند، بلكه معتقدند كه ممكن است يك تركيب ناشناخته ضد ويروسي نيز در عصاره پرتقال موجود باشد.

لازم است بدانيد كه يك ليوان آب پرتقال داراي 120 ميلي گرم ويتامين Cيعني دوبرابر مقدار توصيه شده در روز است و علاوه بر آن داراي مقاديري كلسيم، پتاسيم، نياسين و اسيد فوليك است. آب پرتقال سرشار از الياف (فيبر) است، به ويژه اگر با (Pulpe) يا گوشت ميوه مصرف شود. آب پرتقال هر اندازه كه سردتر باشد و در يخچال نگهداري شود ويتامين Cآن بيشتر حفظ خواهد شد.

آب پرتقال صحيح چگونه به دست مي آيد؟

پرتقال را پوست كنده، البته مانند پوست كندن يك سيب، يعني پوست دوم سفيد رنگ روي آن بماند و بعد به قطعات كوچك ببريد و در ماشين آب ميوه گيري بيندازيد، درست مثل زماني كه مي خواهيد آب هويج بگيريد. آب پرتقال شما بايد شيري رنگ باشد و نه كاملاً نارنجي ( از ديدگاه طب نتروپت و درمان هاي طبيعي).

فشار خون بالا و نوشيدن آب پرتقال

افرادي كه فشار خونشان بالاست و براي كنترل آن دارو مصرف مي كنند، به احتمال زياد به دليل استفاده از داروهاي ضد فشار خون و يا به دليل بالابودن سديم در بدنشان، پتاسيم آنها از حد طبيعي(5-5/3) پائين تر آمده و مشكلاتي در وضع سلامت آن به وجود مي آورد. اين بيماران بايد به طور مرتب پتاسيم خونشان را مورد آزمايش قرارداده و كاملاً زير نظر باشند.

البته درمان كمبود پتاسيم به طور مصنوعي امكان پذير است و با تجويز پزشك صورت مي گيرد، ولي اين بيماران بايد هميشه در تغذيه روزانه خود از موادغذايي حاوي پتاسيم بالا استفاده كنند. آب پرتقال سرشار از پتاسيم است و در يك ليوان بزرگ آب پرتقال حدود 350 ميلي گرم پتاسيم وجود دارد.

ميوه هاي زرد مانند موز- انواع مركبات- زردآلو- هلو- انگور- خرما و طالبي نيز داراي پتاسيم فراوان هستند، ولي چون آب پرتقال كالري كمتري دارد مناسب تر است، زيرا مواد خوراكي كه كالري زياد توليد مي كنند براي مبتلايان به فشار خون مناسب نيستند.

توصيه هايي درباره مصرف پرتقال

1- آب پرتقال با مزه شيرين متمايل به ترش، سرشار از انواع ويتامين ها مي باشد، مخصوصاً از نظر مقدار ويتامينC بسيار غني است؛ بنابراين توصيه مي شود به منظور تأمين ويتامينC و ايجاد نيرو و مقاومت در مقابل انواع بيماري ها، در طول 24 ساعت به ميزان يك تا دو ليوان از آب پرتقال بنوشيد.

هر 28 گرم پرتقال حاوي 11 كيلوكالري ارزش انرژي زايي است.

2- آب پرتقال به علت دارابودن پروتئين و كلسيم قابل جذب و نيز قند كافي، يك ماده مغذي و مقوي محسوب مي شود كه مي توان به منظور تقويت عمومي بدن از آن استفاده نمود.

3- وجود هورمون هاي نمو، كلسيم، فسفر، آهن، ويتامينA و ويتامين C در پرتقال، شرايط لازم را براي رشد ونمو استخوان ها و عاج سازي به منظور استحكام دندان ها فراهم مي كند؛ براي تقويت و رشد اطفال و نيز تأمين موادلازم بدن، مصرف آن به زنان باردار و شيرده توصيه مي شود.

4- مصرف پرتقال به دليل اين كه حاوي موادمعدني كافي به ويژه پتاسيم است، منجر به افزايش حجم ادرار در طول شبانه روز مي شود و از اين طريق سموم بدن دفع مي گردد؛ در نتيجه انسان را با نشاط مي سازد.

لازم به ذكر است آن عده از بيماران آسمي، رماتيسمي و پوستي كه روزانه مقداري تركيبات كورتون مصرف مي كنند براي جلوگيري از خيز و عوارض ديگر، پيوسته بايد مقداري پتاسيم مصرف كنند كه البته طبيعي ترين راه، مصرف پرتقال است.

5- در فصولي كه پرتقال فراوان است، بهترين و طبيعي ترين راه مبارزه با يبوست خوردن روزانه يك تا دو ليوان آب پرتقال است.

6- قبل از اين كه پرتقال كاملاً رسيده شود، با فشردن قسمت خارجي پوست پرتقال تازه، اسانس پرتقال به رنگ زرد و بوي معطر و طعم ملايم جدا مي شود كه از آن در تهيه ادكلن، محلول هاي زيبايي و معطر كردن شربت هاي طبي استفاده مي نمايند.

7- اسانس پرتقال خاصيت ضدعفوي كنندگي دارد؛ بنابراين در تهيه پمادهاي ضدعفوني كننده به كار مي رود.

8- پرتقال بهترين محرك براي افزايش اشتها است؛ به همين دليل سعي كنيد آن را قبل از غذا ميل كنيد نه بعد از آن.