اتصال نیروگاه های معین به شبکه توزیع
پایدار کردن شبکه های برقی که بیشتر AC هستند.
خطوط بلند زیر دریا دارای ظرفیت خازنی بالایی هستند. این امر موجب می شود که توان جریان متناوب به سرعت و به شدت به صورت تلفات راکتیو و دی الکتریک حتی در کابل های با طول ناچیز تلف شود. HVDC می تواند توان بیشتری در هر هادی انتقال دهد چرا که برای یک توان نامی ولتاژ ثابت در یک خط جریان مستقیم پایین تر از ولتاژ حداکثر یک خط جریان متناوب است. این ولتاژ تعیین کننده ضخامت عایق به کار رفته و فاصله بین هادی هاست. این روش، استفاده از سیم ها و مسیرهای موجود را برای انتقال توان بیشتر در منطقه ای که مصرف توانش بالاتر است را ممکن می سازد و موجب کاهش هزینه ها می شود.
|
توان الکتریکی با جریان متناوب ، نوعی از انرژی الکتریکی است که برای تغذیه تجاری الکتریسیته به عنوان توان الکتریکی ، از جریان متناوب استفاده میکند. ویلیام استنلی جی آر کسی است که یکی از اولین سیم پیچهای عملی را برای تولید جریان متناوب طراحی کرد. طراحی وی یک صورت ابتدایی ترانسفورماتور مدرن بود که یک سیم پیچ القایی نامیده میشد. از سال 1881م تا 1889م سیستمی که امروزه استفاده میشود، توسط نیکلا تسلا ، جرج وستینگهاوس ، لوییسین گاولارد ، جان گیبس و الیور شالنجر طراحی شد.
سیستمی که توماس ادیسون برای اولین بار برای توزیع تجاری الکتریسیته بکار برد، به دلیل استفاده از جریان مستقیم محدودیتهایی داشت که در این سیستم برطرف شد. اولین انتقال جریان متناوب در طول فواصل بلند در سال 1891م نزدیک تلورید کلورادو اتفاق افتاد که چند ماه بعد در آلمان ادامه پیدا کرد. توماس ادیسون به علت اینکه حقوق انحصاری اختراعات متعددی را در فن آوری جریان مستقیم «DC» داشت، استفاده از جریان مستقیم را به شدت حمایت میکرد، اما در نهایت جریان متناوب به عرصه استفاده عمومی آمد. چارلز پروتیوس استینمتز از جنرال الکتریک بسیاری از مشکلات مرتبط با تولید الکتریسیته و انتقال آن را با استفاده از جریان متناوب حل کرد.
|
|
بر خلاف جریان DC ، جریان AC را میتوان توسط یک ترانسفورماتور به سطوح مختلف ولتاژی انتقال داد. هر چه میزان ولتاژ افزایش یابد، انتقال توان هم موثرتر صورت خواهد گرفت. افزایش میزان قابلیت انتقال توان به علت قانون اهم است، تلفات انرژی الکتریکی وابسته به عبور جریان از یک هادی است. تلفات توان به علت جریان توسط رابطه P = Ri2t محاسبه میشود، بنابراین اگر جریان دو برابر شود، تلفات چهار برابر خواهد شد.
با استفاده از ترانسفورماتور ، ولتاژ را میتوانیم به یک ولتاژ بالا افزایش دهیم تا بتوانیم توان را در طول فواصل بلند در سطح جریان پایین انتقال داده و در نتیجه تلفات کاهش یابد. سپس میتوانیم ولتاژ را دوباره به سطحی که برای تغذیه خانگی بی خطر باشد، کاهش دهیم.
تولید الکتریکی سه فاز بسیار عمومی است و استفادهای موثرتر از ژنراتورهای تجاری را برای ما ممکن میسازد. انرژی الکتریکی توسط چرخش یک سیم پیچ داخل یک میدان مغناطیسی در ژنراتورهای بزرگ و با هزینه بالا ایجاد میشود. اما به هر حال جای دادن سه سیم پیچ جدا روی یک محور (بجای یک سیم پیچ) ، هم نسبتا آسان و هم مقرون به صرفه است. این سیم پیچها روی محور ژنراتورها نصب شدهاند اما از نظر فیزیکی جدا هستند و دارای یک اختلاف زاویه 120 درجهای نسبت به هم هستند. سه شکل موج جریان تولید میشود که دارای اختلاف فاز 120 درجهای نسبت به هم ، اما اندازههای یکسان هستند.
توزیع الکتریسیته سه فاز بطور وسیعی در ساختمانهای صنعتی و توزیع الکتریسیته تک فاز در محیطهای خانگی بکار میرود. نوعا یک ترانسفورماتور سه فاز ممکن است مسیرهای مختلفی را با یک فاز متفاوت برای بخشهای مختلف هر مسیر تغذیه کند. سیستمهای سه فاز به گونهای طراحی شدهاند که در محل بار متعادل باشند، اگر باری بطور صحیح متعادل شده باشد، جریانی از نقطه خنثی عبور نخواهد کرد. این بدین مفهوم است که میتوان جریان را تنها با سه کابل بجای شش کابل که در غیر این صورت مورد نیاز است، انتقال داد. گفتنی است که برق سه فاز در واقع نوعی از سیستم چند فازه است.
در بسیاری از موارد تنها یک برق تک فاز برای تغذیه روشنایی خیابانها یا مصرف کنندههای خانگی مورد نیاز است. وقتی که یک سیستم توان الکتریکی سه فاز داریم، یک کابل چهارمی که خنثی است را در توزیع خیابانی قرار میدهیم تا برای هر خانه یک مدار کامل را فراهم کنیم، «یعنی هر خانه میتواند از یکی از کابلهای فاز و کابل خنثی برای مصرف استفاده کند». خانههای مختلف در خیابان از فازهای مختلف استفاده میکنند یا وقتی که مصرف کنندههای زیادی به سیستم متصلند، آنها را به صورت مساوی در طول برق سه فاز پخش میکنند تا بار روی سیستم متعادل شود. بنابراین کابل تغذیه هر خانه معمولا تنها شامل یک هادی فاز و نول و احتمالا با یک پوشش آهنی زمین شده ، است.
برای اطمینان یک سیم سومی هم اغلب بین هر یک از وسایل الکتریکی در خانه و صفحه سوییچ الکتریکی اصلی یا جعبه فیوز وصل میشود. این سیم سوم در انگلستان و اکثر کشورهای انگلیسی زبان سیم earth و در آمریکا سیم ground خوانده میشود. در صفحه سوییچ اصلی سیم earth را به سیم نول و نیز به یک تیرک متصل به زمین یا هر نقطه earth در دسترس (برای آمریکاییها نقطه ground) نظیر لوله آب ، متصل میکنند.
در صورت وقوع خطا ، سیم زمین میتواند جریان کافی را برای راه اندازی یک فیوز و جدا کردن مدار دارای خطا ، از خود عبور دهد. همچنین اتصال زمین به این مفهوم است که ساختمان مجاور دارای ولتاژی برابر ولتاژ نقطه خنثی است. شایعترین نوع خطای الکتریکی (شوک) در صورتی رخ میدهد که شیئی (معمولاً یک نفر) بطور تصادفی بین یک هادی فاز و زمین مداری تشکیل دهد. در این صورت یک جریان خطا از فاز به زمین ایجاد میشود که به جریان پس ماند معروف است. یک مدار شکن جریان پس ماند طراحی شده است تا چنین مشکلی را شناسایی کند و مدار را قبل از اینکه شوک الکتریکی منجر به مرگ شود قطع کند.
در کاربردهای صنعتی (سه فاز) بسیاری از قسمتهای مجزای سیستم خنثی به زمین متصلند که این امر موجب میشود تا جریان های کوچک زمین ، که همواره بین یک ژنراتور و یک مصرف کننده (بار) در حال عبور هستند را متعادل کند. این سیستم زمین کردن این اطمینان را به ما می دهد که اگر خطایی رخ دهد، جریانی که از نقطه خنثی می گذرد به یک سطح قابل کنترل محدود شده باشد. این روش به سیستم خنثی زمین چندگانه معروف است.
 |
اکثر کشورهای جهان سیستمهای الکتریکیشان را روی یکی از دوفرکانس 60 و 50 هرتز استاندارد کردهاند. لیست کشورهای 60 هرتز که اغلبشان در دنیای جدید قرار دارند کوتاهتر
است، اما نمیتوان گفت که 60 هرتز کمتر معمول است.
تبدیل ستاره مثلث در درایوها و در موتورهای القایی بکار می رود. این تبدیل به تئوری سه فاز ( یا سیستم های چند فازه) مرتبط می شود و نام انگلیسی این تبدیل (Y-delta) از شکل دیاگرام مداری گرفته شده که به ترتیب شبیه حرف Y و حرف یونانی &Delta است.
این تبدیل به منظور بوجود آوردن معادل هایی برای شبکه هایی با سه ترمینال بوجود آمده است.
تصویر
برای بدست آوردن شبکه معادل می بایست مقاومت بین هر دو ترمینال برای هر دو شبکه یکسان باشد.
<math>R_1 = \left( \frac{R_aR_b}{R_a + R_b + R_c} \right)</math>
<math>R_2 = \left( \frac{R_bR_c}{R_a + R_b + R_c} \right)</math>
<math>R_3 = \left( \frac{R_cR_a}{R_a + R_b + R_c} \right)</math>
<math>R_a = \left( \frac{R_1R_2 + R_2R_3 + R_3R_1}{R_2} \right)</math>
<math>R_b = \left( \frac{R_1R_2 + R_2R_3 + R_3R_1}{R_3} \right)</math>
<math>R_c = \left( \frac{R_1R_2 + R_2R_3 + R_3R_1}{R_1} \right)</math>
دو ساختار مختلف برای اتصال موتورهای الکتریکی به شبکه سه فاز وجود دارد:
انتخاب ستاره مثلث می تواند مانند یک دنده برای سرعت یک موتور الکتریکی عمل کند. موتورها را به صورت ستاره راه اندازی می کنند و پس از رسیدن به سرعت نامی آنرا تبدیل به مثلث می کنند تا عملکرد موتور بهبود یابد.
برای کاهش دادن تعداد اتصالات الکتریکی به یک ژنراتور انتهای هر یک سیم پیچ ها را به یک نقطه مشترک که نقطه خنثی یا نقطه شروع نامیده می شود، متصل می کنند. انتهای دیگر اتصال خودش را دارد. در این صورت برای یک موتور سه فاز، چهار اتصال به ژنراتور خواهیم داشت: یک اتصال خنثی و سه فاز.
مزیت این روش این است که سیم خنثی را می توانیم نازک تر از سیم های فاز بسازیم و بنابراین هم در وزن و هم در هزینه صرفه جویی خواهیم کرد. در برخی از سیستم ها، سیم خنثی حذف می شود و جریان های بازگشتی از طریق زمین عبور می کنند.
<pre>
B
|
|
. N
/ \
/ \
A C
</pre>
وقتی که به یک ژنراتور سه سیم وصل شود که هر سیم به دو سر مقابل دو سیم پیچ مجاور وصل شده باشد، یک اتصال مثلث ایجاد کرده ایم.
<pre>
B
.
/ \
/___\
A C
</pre>
اتصال مثلث می تواند بدون اتصال به زمین باشد که زمانی بسیار استفاده می شد. امروزه برخی سیستم های مثلث زمین گوشه وجود دارند که نقطه A در آنها زمین شده و برخی سیستم های مثلث سر وسط زمین شده که در آنها نقطه ای وسط A و C روی سیم پیچ زمین شده است و نیز تعدای سیستم های زیگزاگ زمین شده که یک نقطه خنثی را برای زمین کردن با استفاده از تبدیل زیگزاگ بوجود می آورد.
 |
معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکههای برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار میرود. عموماً این موتورها میتوانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.
هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل میشوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک میکند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال میشود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا میسازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل میکند.
برای کاربردهای 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 فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده میکنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شدهاند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان میکند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب میشود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.
این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کنندههای در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال میشود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان 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 بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین میکند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را میتوان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر میکند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.
نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پلهای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش میشوند، کنترل میشود. یک موتور پلهای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پلهای ساده توسط بخشی از یک سیستم دندهای در حالتهای موقعیتی معینی قرار میگیرند، اما موتورهای پلهای نسبتا کنترل شده ، میتوانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پلهای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.
یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پلهای هستند. میتوانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز میکند.
| نگاهی به نیروگاههای بادی از دیدگاه اقتصادی |
استفاده از توربین های بادی در سراسر دنیا رو به گسترش است. نیاز به تولید انرژی بیشتر ، ملاحظات زیست محیطی ، کمبود منابع زیرزمینی در اغلب کشورها ، از مواردی است که تمایل به استفاده از این فن آوری را افزایش داده است. هم اکنون در بسیاری از کشورهای جهان از جمله دانمارک و آلمان، درصد قابل توجهی از انرژی الکتریسیته از طریق نیروگاههای بادی تامین می شود. برای مثال در دانمارک در حدود 20 درصد مصرف الکتریسیته سالانه از طریق انرژی باد تامین می شود. با این حال سهم نیروگاه های بادی در تولید برق جهان تنها 3% است. در کشور ما نیز از مدت ها قبل قدم هایی در این راه برداشته شده است و هم اینک پروژه هایی در شمال ( منطقه منجیل ) و شرق ( بینالود ـ خراسان ) در دست اجرا است. ساخت توربین ها توسط شرکت های داخلی ـ از جمله شرکت سدید صبا نیرو ـ انجام می شود و مواد اولیه از کشورهای صاحب فن آوری خریداری و وارد می شود. از آنجا که ایران بدلیل مجاورت با دریا و همچنین وجود رشته کوههای البرز و زاگرس ، کشوری بادخیز محسوب می شود، دور از ذهن نیست که در آینده نزدیک استفاده از فن آوری انرژی باد در کشور توسعه یابد، بویژه که در حال حاضر با مسئله آلودگی هوا مواجه هستیم. انرژی باد جزو انرژی های پاکیزه ـ بدون آلودگی ـ است و هزینه بهره برداری از آن در مقایسه با دیگر روشهای تولید الکتریسیته به مراتب کمتر است. بدیهی است مانند هر فن آوری دیگری ، عاری از عیب نیز نیست. در این مقاله دیدگاههای اقتصادی مربوط به کار با انرژی باد و بهره برداری از آن مورد بررسی قرار گرفته است. 1ـ قیمت توربین های بادی چگونه است ؟ نمودار زیر طیف قیمتی توربین های بادی پیشرفته کشور دانمارک را که از فوریه 1998 به شبکه وصل شده اند ، نشان می دهد. همان گونه که مشاهده می شود قیمت بر حسب ظرفیت ژنراتور ، بسیار متغیر است. از دلایل موثر بر این مسئله ، به عنوان مثال می توان به تفاوت ارتفاع برج ها و تنوع موجود در قطر روتورهای ساخته شده برای توربین های بادی ، اشاره کرد. به طوری که یک متر اضافه ارتفاع برای برج توربین می تواند به بهایی معادل 1500 دلار آمریکا تمام شود! یک توربین ویژه که با باد کم و به نسبت قطر روتور بزرگتر کار می کند گران تر باشد. 1ـ1) ـ درجه بندی اقتصادی : همچنان که از توربین 150KW به سمت توربین 600KW حرکت می کنیم، قیمت ها سه برابر و چه بسا چهار برابر می شوند. دلیل این امر آن است که برای هر محدوده یک درجه بندی اقتصادی وجود دارد. با این حال نیروی انسانی مورد نیاز جهت راه اندازی توربین های بزرگ و کوچک در بسیاری از موارد یکسانند. برای راه اندازی مزرعه های بادی در مقایسه با توربین های تکی نیز ممکن است درجه بندی های اقتصادی وجود داشته باشد که البته بسیار محدودتر خواهد بود. 2ـ1) ـ رقابت بر سر قیمت و طیف تولید : رقابت بر سر قیمت در حال حاضر بسیار جدی است و طیف تولید به طور اخص گسترده و پیرامون 1000KW است. اینجاست که ما علاقه مند می شویم توربینی را انتخاب کنیم که برای کار در کلیه شرایط خاص آب و هوایی ، از هر نظر بهینه باشد. توربین های 1000KW ویژه در بازار امروزی : حتی اگر طیف قیمت ها از 6000KW تا 750KW خیلی مشابه باشد، بدیهی است که ما الزاماً خواهان انتخاب یک توربین با ژنراتور حتی الامکان بزرگتر ، نخواهیم بود. یک توربین با ژنراتور بزرگ ، حدوداً 750KW ( و به همان نسبت قطر روتور کوچکتر ) چنانچه در یک منطقه کم باد مستقر شود ، در مقایسه با یک توربین حدود 600KW با قطر روتور بیشتر ، الکتریسیته کمتری تولید می کند. یک توربین پرکار امروزی به طور نمادین ، یک ماشین 1000 کیلو واتی است که برج آن حدود 60 الی 80 متر ارتفاع دارد و قطر روتور حدود 54 متر است . نکته: در حال حاضر میانگین هزینه سرمایه گذاری برای مزرعه های بادی بزرگ و پیشرفته حدود 1000 دلار آمریکا به ازای هر یک کیلووات قدرت الکتریکی نصب شده است. باید توجه داشت که منظور ما تولید انرژی سالانه نیست. برای توربین های تکی یا گروه کوچکی از توربین ها ، قیمت ها به طور معمول تا اندازه ای بالاتر خواهد بود. 2 ـ هزینه نصب توربین های بادی: این هزینه بطور کلی شامل هزینه های ساختمانی ، حمل و ترابری ، نصب، تبدیل و انتقال انرژی برق و هزینه های مربوط به تجهیزات کنترل جانبی است. هر یک از این هزینه ها خود به چند زیر شاخه تقسیم می شود. از جمله: 1ـ2) هزینه های ساختمانی شامل : هزینه احداث فنداسیونها که معمولا از نوع بتنی هستند ، هزینه احداث جاده های دسترسی به سایت ( در صورت نبود جاده دسترسی ) جهت انتقال توربین و پایه مربوط به محل سایت. 2ـ2) هزینه تبدیل شامل تهیه یک واحد ترانسفورماتوری جهت تبدیل جریان ولتاژ پایین ( معمولا 690 ولت ) تولیدی توربین بادی به جریان ولتاژ بالا ( معمولا 10 الی 30 کیلو ولت ) به منظور اتصال به شبکه محلی. 3ـ2) هزینه احداث تجهیزات مخابراتی ( تلفن ) چنانچه کنترل و نظارت از راه دور و راه اندازی مدنظر باشد و نهایتاً هزینه کابل کشی از محل توربین به خط انتقال انرژی محلی ( معمولا KV30ـ10 ) جهت انتقال قدرت. 4ـ2) هزینه خرید و یا اجاره زمین ذکر این نکته بجاست که هر یک از هزینه های مذکور بسته به شرایط و عوامل موجود می تواند متغیر باشد. هزینه احداث جاده و فندانسیون ها به شرایط خاک محل احداث و توپوگرافی منطقه بستگی دارد، ساخت جاده ای که بتواند تحمل عبور یک محموله 30 تنی را داشته و در ضمن اقتصادی نیز باشد نیاز به تحقیق و بررسی های بیشتری دارد. از دیگر عوامل تاثیرگذار در هزینه، میزان دسترسی به نزدیکترین جاده ، هزینه کرایه جرثقیل و مسافت موجود بین نزدیکترین شبکه انتقال قدرت تا محل استقرار توربین ها است. این شبکه باید توانایی انتقال ماکزیمم توان تولیدی توربین ها را داشته باشد، در غیر این صورت باید با صرف هزینه های اضافی تقویت شود. هزینه تامین تسهیلات مخابراتی در قیاس با سایر هزینه ها چشم گیر نیست، اما چون یک امکان انتخابی محسوب می شود، می تواند در کاهش هزینه موثر باشد. هزینه ترابری نیز در صورت دور بودن سایت می تواند در محاسبات اقتصادی لحاظ شود. 3ـ هزینه بهره برداری و نگهداری توربین های بادی : توربین های پیشرفته امروزی به گونه ای طراحی می شوند که در طول 20 سال عمر کاری مطلوبشان به مدت 120000 ساعت کار کنند. تجربه نشان داده که یک توربین تا زمانی که نو محسوب شود خرج نگهداری بسیار کمی خواهد داشت و این میزان به فراخور کهنه شدن دستگاه افزایش می یابد. مطالعات انجام شده بر روی 5 هزار توربین بادی دانمارکی نصب شده در این کشور از سال 1975 ، نشان می دهد که نسل جدید توربین ها به نسبت نسل های قبلی ، هزینه تعمیر و نگهداری کمتری دارند.توربین های مورد مقایسه در این بررسی همه به یک نسبت کار کرده ، تنها تفاوتشان در سال ساخت آنها بوده است. هزینه نگهداری توربین های نسل قدیم ( معمولا 25_250KW) در سال ، به طور میانگین چیزی حدود 3 درصد سرمایه گذاری اولیه توربین است.در حالی که این رقم برای توربین های نسل جدید، که هم بزرگتر هستند و هم نسبت به انواع کوچکتر نیازی به سرویس پیوسته ندارند، چیزی حدود 5/1 الی 2 درصد است. هزینه سرویسهای سالانه متداول یک توربین رقم ثابتی است، اما از آنجا که میزان استهلاک آن با افزایش تولید توان فزونی می یابد، عده ای ترجیح می دهند این رقم را بر حسب کیلو وات ساعت خروجی در محاسباتشان وارد کنند که در این صورت به طور معمول ، رقمی حدود 0.01USD/kwh در نظر گرفته می شود. علاوه بر ابعاد توربین که در تعیین مقیاس نقش مهمی را ایفا می کند، ملاحظات دیگری نیز ( از نظر اقتصادی ) در حالتی که از یک مزرعه بادی بهره برداری می کنیم – نسبت به زمانی که تنها یک توربین مورد استفاده قرار می گیرد ـ می تواند در تعیین مقیاس مد نظر قرار گیرد. این ملاحظات در ارتباط با مسائلی چون بازرسی و سرکشی های بین سال ، پایش و هزینه های مربوط به راهبری سیستم است. بعضی از قطعات به کار رفته در ساختمان توربین، نسبت به سایرین ، بیشتر در معرض استهلاک قرار دارند. این عارضه به طور اخص برای مجموعه گیربکس و پره ها صدق می کند. جهت افزایش عمر کاری یک توربین بادی ، بهره بردار باید در زمانی که توربین به پایان عمر کاری خود نزدیک می شود، با انجام معاینات فنی اساسی (major overhaul ) ، در صورت نیاز به تعویض پره ها اقدام کند. هزینه یک مجموعه نوساز شامل پره ، گیربکس یا ژنراتور ، معمولا رقم بزرگی حدود 15 الی 20 درصد قیمت توربین خواهد بود. عمر کاری 20 سال معیار مناسبی برای سازندگان قطعات توربین است و باید کیفیت تولیدشان به گونه ای باشد که احتمال خرابی آن ها تا 20 سال بسیار کم باشد. علاوه بر مرغوبیت مواد به کار رفته که موجب طول عمر توربین می شود، شرایط محیطی سایت نیز تاثیر به سزایی دارد. اثر اغتشاشات بادی سایت ( turbulence) بر خستگی و فرسودگی پره ها قابل ذکر است، به همین دلیل توربین هایی که در مجاورت دریا نصب شده اند ـ به علت اغتشاش باد کمتر ـ طول عمر بهتری دارند. 4 ـ راندمان توربین های بادی نسبت به سرعت باد : نمودار زیر انرژی تولیدی سالانه یک واحد توربین 600 کیلو وات را نسبت به سرعت باد نشان می دهد. برای مثال برای سرعت باد 75/6 متر بر ثانیه در ارتفاع نصب هاب ( hub ) توربین ، رقمی حدود 5/1 میلیون کیلو وات ساعت انرژی در سال ـ به شرط بادخیزی سایت ـ حاصل می شود. انرژی خروجی سالانه بر حسب مکعب سرعت باد به شدت متغیر است. نمودار 2 به ازای سه مقدار متفاوت ثابت k ( ضریب شکل shape factor ) رسم شده است و ما در توضیحات بعدی بر اساس k=2 بحثمان را ادامه خواهیم داد. 5 ـ ضریب دسترسی (The availability factor ) : معمولا فرض بر آن است که یک توربین بادی در هر لحظه در دسترس و قابل بهره برداری است . اما در عمل توربین های بادی برای این که عملکردشان مطمئن باقی بماند ، هر 6 ماه به یک سرویس و معاینه فنی نیاز دارند. عوامل غیر مترقبه ای چون صاعقه می تواند موجب از کارافتادن یک توربین شود . آمارهای جامع نشان می دهد که بهترین سازندگان توربین متفقاً به فاکتور دسترسی بیش از 98% دست می یابند، به این معنا که دستگاه در 98 درصد زمان ها قابل بهره برداری است و تا زمانی که توربین در حین وزش بادهای شدید بازدید فنی نشده است ، تاثیر منفی بر کل قدرت خروجی کمتر از 2 درصد است. چنین درصد اطمینان بالایی در قیاس با سایر روش های تولید الکتریسیته ، بسیار ممتاز است. لذا در محاسبات اقتصادی ضریب دسترسی ملحوظ نمی شود چرا که تاثیر سایر عوامل ( مثلا تغییرات انرژی باد ) در تخمین هزینه بیشتر است. با این حال در حین خرید یک توربین بادی ، بهتر است سوابق کاری و قابلیت سرویس دهی سازنده مورد مطالعه دقیق قرار گیرد. 6 ـ اقتصاد انرژی باد : همان طور که در صفحات قبل بحث شد ، میزان الکتریسیته سالانه تولیدی ، به طور مشخص بستگی به میزان محتوای باد موجود در سایت دارد. بنابراین برای انرژی باد قیمت واحدی وجود ندارد، اما یک طیف از کمیت ها به سرعت باد بستگی دارد. نمودار زیر که برای یک توربین 600kw نمادین دانمارکی رسم شده است، نشان می دهد چگونه قیمت برق با میزان تولید سالانه تغییر می کند. نتیجه : اگر تولید انرژی سالانه را دوبرابر بالا ببریم، نصف قیمت هر کیلووات ساعت را خواهیم پرداخت. پس اگر برای مثال نرخ واقعی بهره سالانه 6 درصد باشد ، قیمت ها بطور متوسط 5/7 درصد بیشتر از آنچه در نمودار نشان داده شده ، خواهد بود. 7 ـ تحلیل اقتصادی انرژی تولیدی یک توربین مجدداً همان توربین 600kw را در نظر می گیریم و فرض می کنیم استفاده 20 ساله از آن مدنظر باشد : ـ میزان سرمایه گذاری ( شامل هزینه نصب ) : 585000USD ـ هزینه راه اندازی و نگهداری : 6750 USD/Year ـ نرخ بهره واقعی : 5% انرژی سالانه خروجی توربین با استفاده از توزیع رایلی ( Rayleigh ) ( ضریب شکل برابر 2 ) و از طریق برنامه محاسب چگالی قدرت بدست می آید. ملاحظه می شود چنانچه کلاس زبری ( Roughness Class ) بین 1 الی 2 فرض شود ، سرعت باد در ارتقاع هاب ( hub ) 50 متر تا حدود 28 الی 35 درصد بالاتر از ارتفاع هاب ده متر ( ارتفاع معمول جهت انجام مطالعات هواشناسی ) خواهد بود. برای درک این موضوع اگر به محور افقی رسم شده زیر محور افقی اصلی در نمودار (4 ) توجه کنیم مشاهده خواهد شد که چگونه سرعت باد در ارتفاع ده متر و کلاس زبری 1 ، معادل خواهد بود با 8m/s در ارتفاع هاب 50 متر. 1ـ7 ) موارد کلیدی در تحلیل هزینه انرژی باد : از آنجا که بررسی کلیه موارد موثر در تحلیل هزینه انرژی باد از حوصله این بحث خارج است، تنها موارد کلیدی خلاصه وار اشاره می شود : 1ـ1ـ7 ) هزینه های تولید انرژی از باد شامل موارد زیر است : 1) استهلاک اقتصادی سرمایه گذاری 2) بهره سرمایه به کار گرفته شده 3) هزینه بهره برداری و نگهداری 2ـ 1ـ7) قیمت و هزینه دو مقوله کاملا متفاوت هستند که نباید یکسان انگاشته شوند. 3ـ1ـ7) قیمت توربین از تقسیم عایدی فعالیت (Turn over ) سازنده توربین بر حجم تولید ، بدست نمی آید. 4ـ1ـ7) تولید و هزینه با قیمت بستگی مستقیم دارند ولی رابطه معکوس برقرار نمی کنند. 5ـ1ـ7) طیف تغییرات هزینه های نصب : هزینه تولید انرژی ، به این دلیل که هزینه نصب بالاست ، لزوماً بالا نخواهد بود.عکس قضیه به این ترتیب تعریف می شود که ما زمانی مایل هستیم هزینه بالای نصب را متحمل شویم ، که منابع باد خوبی ( و در نتیجه قیمت تولید پایینی ) در یک منطقه دور افتاده در دسترس داشته باشیم. نتیجه : استفاده از میانگین هزینه های نصب ، تا زمانی که مناطقی با زبری ، شرایط باد و قیمت برق تحویلی یکسان به شبکه ( بر حسب واحد کیلو وات ساعت ) و یا مسافت یکسان تا شبکه مدنظر نباشد ، بیهوده است. 6ـ1ـ7) اطلاعات آماری یک منطقه نمی تواند مبنای محاسبات هزینه برای منطقه دیگر باشد. قیمت استفاده از انرژی باد در آلمان بالا است. در صورتی که در انگلستان به دلیل هزینه پایین برق ، قیمت انرژی باد نیز کم است، البته در این کشور توربین های بادی نصب شده بسیار کمی را خواهیم دید ، چرا که سایت های با محتوای باد زیاد نادر هستند و ما قادر نخواهیم بود سایتی را که مقرون به صرفه باشد پیدا کنیم. 7ـ1ـ7) قیمت به ازای واحد قدرت نامی بر حسب KW ، مشخصه نامناسبی برای سرمایه گذاری روی انرژی باد است، قیمت به ازای واحد متر مربع منطقه تحت پوشش روتور ، مشخصه مناسب تری را به دست می دهد : از آنجا که این مورد مهمترین عامل درتحلیل هزینه انرژی باد است ، برای درک بهتر موضوع مثال زیر را ارائه می دهیم : انرژی تولیدی سالانه دو توربین . که هر دو متعلق به یک سازنده هستند را مورد مقایسه قرار می دهیم : محاسبات نشان می دهد که تولید انرژی سالانه توربین دوم دقیقا 2/45% بزرگتر از اولی است. حال اگر فرض کنیم قیمت توربین دوم 33% بالاتر از اولی باشد، به نتایج متفاوت تری خواهیم رسید : 1) قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت نامی 21% افزایش می یابد. 2) قیمت به ازای یک متر مربع از منطقه تحت پوشش روتور 4/8 % کاهش می یابد . 3) قیمت به ازای یک کیلو وات ساعت انرژی 4/8 % کاهش می یابد. توربین های بادی امروزی بیشتر با سیستم کنترل زاویه پرده ساخته می شوند تا سیستم کنترل استال ( Stall Control ) . این بدان معناست که تغییر سایر ژنراتور در ارتباط با سایز روتور ، می تواند با آزادی بیشتری صورت بگیرد. عموما ، تمایل به استفاده از روتور با منطقه تحت پوشش بزرگتر به ازای یک سایز مشخص ژنراتور ، وجود دارد. در نتیجه وقتی قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت نصب شده را برای توربین های قدیمی با توربین های جدید مقایسه می کنیم ـ تا هزینه ها را بر آورد کنیم ـ رقم حاصل کاملا اغراق آمیز خواهد بود. پس معیار مناسب جهت سنجش قیمت ، بهای واحد مترمربع منطقه تحت پوشش روتور و نه قیمت به ازای یک کیلو وات قدرت ( نامی ) نصب شده است. 8ـ1ـ7) ضریب ظرفیت ( Capacity Factor ) : این ضریب برای یک فرآیند تولید انرژی سالانه بخش بر بیشینه تولید انرژی نظری ( تئوریکال ) در شرایطی که ژنراتور در طول سال با قدرت نامی کار کرده باشد. در تحلیل نهایی آنچه به شمار می آید ، قیمت به ازای هر کیلو وات ساعت انرژی تولیدی است و نه ضریب توانایی. 8) اقتصاد انرژی باد در مناطق فرا ساحلی : 1ـ8) تازه ترین گزارش های دانمارک در مورد انرژی باد در مناطق فراساحلی ( انرژی باد ساحلی ) : در سال 1997 کمپانیهای دانمارکی فعال در زمینه قدرت و آژانس انرژی دانمارک ، طرحهایی را برای سرمایه گذاری کلان روی انرژی باد در مناطق فراساحلی این کشور نهایی کردند. این طرحها شامل نصب و احداث 4100 مگاوات نیروگاه بادی در مناطق فراساحلی تا سال 2030 هستند. یعنی 50 درصد از مصرف برق دانمارک 31Twh/year. توسط باد ساحل تامین خواهد شد. دلیل اصلی اقتصادی شدن پروژه های انرژی باد ساحلی این است که هزینه فونداسیون ها بطور چشمگیری کاهش پیدا کرده است. کل سرمایه مورد نیاز جهت نصب یک مگاوات نیروگاه بادی ـ ساحلی در دانمارک، به طور تقریبی حدود 7/1 میلیون دلار آمریکا(معادل 12 میلیون DKK یا 4 میلیون DEM است.) (با در نظر گرفتن هزینه اتصال به شبکه و مانند آن ) . از آنجا که اساسا باد بیشتری در دریا نسبت به خشکی وجود دارد ، ما به میانگین هزینه برقی حدود ……….. ( معادل ………… ) دست می یابیم. ( اگر نرخ استهلاک واقعی 5% و عمر طراحی شده پروژه 20سال باشد ، در هزینه بهره برداری و نگهداری خواهیم داشت :………………………………… ) به دلیل اغتشاشات کمتر ، توربین ها در دریا می توانند عمر فنی طولانی تری داشته باشند . اگر طول عمر پروژه را به جای 20 ، مثلا 25 سال فرض کنیم ، این عامل موجب کاهش 9 درصدی در هزینه ها می شود. ( در حدود …………. ) . میزان تاثیر پذیری هزینه از طول عمر پروژه در نمودار نمایش داده شده است . به نظر می رسد شرکت های برق دانمارک با نگاهی به طول عمر پروژه 50 سال سعی کنند پروژه هایشان را بهینه کنند. این مسئله از آنجا نتیجه می شود که سازندگان فونداسیون ها ، برج ها ، محفظه ناسل و شفت اصلی توربین طرحهایشان را برای استفاده در طول عمر 50 سال ارائه می دهند. اگر عمر توربین را 50 سال در نظر بگیریم و یک بازدید فنی ( بازسازی فنی ) پس از 25 سال با هزینه ای حدود 25 درصد از سرمایه گذاری اصلی ( این مقدار صرفاً یک مثال عددی است ) به آن اضافه کنیم ، هزینه الکتریسته ………. بدست می آید که مشابه میانگین اماکن فراساحلی در دانمارک است. 2ـ8) طیف مشاغل در صنعت باد 1ـ2ـ8) 30000 شغل در سرتاسر جهان در 1995 : صنعت باد در سال 1995 حدود 30000 نفر را در سرتاسر جهان به کار گرفت . این آمار بر اساس مطالعات موسسه صنعت باد دانمارک است که در سال 95 منتشر گردید. مطالعه شامل مشاغل مستقیم و غیر مستقیم بوده است . منظور از مشاغل غیر مستقیم ، افرادی هستند که قطعات ساخته شده برای توربین بادی را به کار گرفته اند و نیز کسانی که در سرتاسر جهان در زمینه نصب توربین های بادی فعال بوده اند. 2ـ2ـ8) 9000 شغل در دانمارک : صنعت باد در دانمارک حدود 8500 نفر را در سال 95 به کار گرفت. شاید جالب باشد که بدانیم این افراد چطور در بین مشاغل مختلف تقسیم شده بودند : در حقیقت تولید توربین بادی 50 درصد مشاغل آزاد ایجاد می کند، بویژه که سازندگان دانمارکی بسیاری از قطعات را مانند گیربکس ، ژنراتور ، هاب و مانند آن را از طریق قطار ، هواپیما و امثال آن دریافت می کنند. افزون بر این ، تعدادی از مشاغل نیز هنگام اجرا و نصب توربین های بادی در مناطق برون مرزی شکل می گیرد. 9) نتیجه گیری : باد یک انرژی پاکیزه و رایگان است که استفاده از آن چه از لحاظ اقتصادی و چه زیست محیطی مقرون به صرفه است. همان گونه که در این مقاله اشاره شد، کشور دانمارک با استفاده از کلیه امکانات موجود در حال بهره برداری روز افزون از انرژی باد است و طبق آخرین گزارش قصد دارد تا سال 2030 میزان تولید انرژی نیروگاههای بادی خود را به صد در صد برسانند . چنین روندی در اکثر کشورهای پیشرفته امروزی مشاهده می شود و خوشبختانه در کشور ما نیز اندک زمانی است که مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به منابع باد غنی و نیز مناطق بادخیز و مستعد همچون کوه ، دشت و دریا در کشورمان شایسته است مسئولین امر با برنامه ریزیهای مناسب زمینه را برای استفاده هر چه بیشتر از این منابع خدادادی فراهم کنند. |
کابل های فشار ضعیف و متوسط 
بیش از 90% کابلهای جریان زیاد دارای عایقی از کاغذ آغشته به روغن می باشند .
بدین معنی که سیمها با نوارهای کاغذی باند پیچی شده و سپس به نوعی از روغن معدنی غلیظ اغشته می شوند.
چنین کابلی را که ما در این کتاب " کابل کم روغن " 1 می نامیم از 1 تا 60 هزار ولت ساخت و نرم شده اند
2 . سیم کابل از مس المینیوم است و می تواند یک لا یا چند لا ( طنابی ) باشد .سیم های چندلا نرم تراست وقابلیت انحنای آن نیزنسبت به کابل باسیم یک لابیشتراست.
سیم های طنابی به مقطع گردوبخصوص درکابل های سه سیمه وچهارسیمه از 1تا 10 هزارولت بشکل سکتوروبیضی نیزساخته می شوند.
کاغذ بصورت نوارباریک به ضخامت 1/0تا 15/0 میلیمتر به شکل مارپیچی روی سیم پیچیده می شود پیچیده می شود وقبل ازاینکه کاغذآغشته به روغن شود ، سیم عایق شده رادرخلاء وحرارت زیادبا دقت خشک می کنند ودرهمین حالت سیم عایق شده ازداخل منبع روغن بادرجه حرارت C 120-110 عبورداده می شود. درنتیجه روغن که دراین درجه حرارت بسیار سیال است درداخل کاغذنفوذکرده وتمام خلل وفرج کاغذراپرمی کند .
دردرجه حرارت معمولی روغن کابل تقریبا سفت است ونمی تواند درداخل کابل مثلا بعلت پستی وبلندی مسیر کابل جریان پیداکند. برای جلوگیری ازنفوذ رطوبت بداخل کابل ،سیم عایق شده بایک غلاف فلزی پوشانده می شود وبه همین جهت دوانتهای کابل نیز باسرکابل مخصوصی مقدارکمی آنتیمون وروی مخلوط دارد. این اضافات باعث می شوندکه سرب قدری سخت ترشده وپایداری واستقامت آن درمقابل خورندگی وکروزیون بیشترشود.دربعضی از کابل ها بجای سرب از غلاف آلومینیومی بدون درز استفاده می شود. مشکل ساختمانی این نوع کابل دردرجه حرارت زیاد ذوب آلومینیوم است .
کابل های باغلاف آلومینیومی بخوبی کابل های سربی خم نمی شوندوانعطاف پذیرنیستند ولی درعوض به مراتب سبکترازکابل های سربی هستند. غلاف آلومینیومی بایددرمقابل کروزیون وخورندگی بخوبی حفاظت شود. این موضوع برای غلاف سربی نیز نیزصادق است، مگراینکه کابل درمکان کاملا خشک (لوله های بتونی خشک) ویادرداخل ساختمان کشیده شود. غلاف کابل علاوه براینکه تحت تأثیرعوامل شیمیایی قرارمی گیرد، به علت جریان هائی که اززمین عبورمی کند ،تحت تأثیرعوامل الکترولیتی نیزواقع می شوند.لذا بایدکابل از نظرالکتریکی نیزعایق باشد به همین جهت غلاف سربی توسط کاغذ قیر اندودشده بانداژ می شودوروی آن راباموادی شبیه قیروگونی می پوشانند.
کابلهائی که به طورآزاد درزیرزمین کشیده می شوند همگی تحت تأثیرنیروی مکانیکی سطحی نیز قرارمی گیرندکه باعث فرورفتگی هائی درکابل استقامت الکتریکی کابل در این نقاط تنزل می کند . لذا اینگونه کابلها که باید فشارهای خارجی را نیز تحمل کنند شامل زرهی از تسمه های فولا دی می شود و بهمین جهت بنام کابلهای زرهی معروف هستند زره فولادی نیز برای جلوگیری از زنگ زدگی و خورندگی با قشری ازقیروگونی ویا مواد مصنوعی p v c پوشانده می شود کابلهایی که تحت کشش زیاد نیز قرار میگیرند 0(مثل کابل هایی که در معادن زیرزمینی به کار برده می شوند و یا کابل هایی که از رودخانه و یا دریاچه میگذرند )بازره فولادی از تسمه های.باریک –مفتول های گرد و یا پروفیل پوشانده می شوند .شکل 1 مقطع یک کابل سه فاز را باسیم گرد و سیم سکتوری نشان می دهد .
سه رشته سیم پس از عایق شدن در ضمن اینکه اطراف خالی ان با الیاف کنفی یا پنبهای پر می شود بصورت طناب بهم پیچیده می شود و مقطع دایره ای شکل پیدا می کند . برای جلوگیری از باز شدن وریختن الیافها ودر ضمن آماده کردن کابل دور آن را با چند لا نوار کاغذ بصورت کمربند باند پیچی می کند و بخاطر همین باند کاغذی کمربندی این نوع کابل بنام"کابل کمربندی"معروف است.
کابل های کمربندی با رشته سیم های سکتوری دارای قطر کمتری نسبت به کابل های با رشته سیم دایره ای شکل هستند بهمین جهت سبکتر و قابلیت انحنای انها نیز بیشتر است.ولی به خاطر اینکه حوزه الکتریکی اطراف ان غیریکنواخت است نمی توان در اختلاف سطح های زیاد نیز از ان استفاده کرد و بهمین جهت فقط در کابلهای تاولتاژ KV10 از مقطع سکتوری استفاده میشود .
در گذشته که هنوز کابل های با عایق مصنوعی (PVC)رواج پیدا نکرده بود از کابلهای کمر بندی چها رسیمه برای توز یع برق شهری با اختلاف سطح 220-380 ولت نیز استفاده می شد.
شکل 2 چنین کابلی را در مقطع نشان می دهد .
در ضمن بهتر است از غلاف الومینیومی کابلها به عنوان سیم چهارم یا سیم صفر بخصو ص در شبکهای شهری که همیشه از سیم صفر جریان می گذرد استفاده نشود زیرا مشخص نیست که ارتباط غلاف با موف های موجود در مسیر کابل به نحو کاملا"مطمِِئنی انجام گرفته شده باشد .شکل 3 طرز تقسیم حوزه الکتریکی کابل کمر بندی را در لحظه ای که ولتاژ سیم Tصفر است و ولتاژ R,وSبرابر مختلف الجهت هستند نشان می دهد .
چنان چه دیده می شود حوزه الکتریکی سیمها اولا" از عایق اصلی سیمها خارج شدهو تا غلاف سربی ادامه پیدا می کند . لذا مواد پر کننده کابل که از استقامت الکتریکی خوبی بر خوردار نیستند نیز تحت تاثیر فشار الکتریکی قرار میگیرند .
بخصوصی منطقه ما بین سیمها که در شکل با Zمشخص شده است و نمی تواند از مواد عایق خوب پر شود دارای شدت حوزه بسیار قوی می باشد
در ثانی خطوط حوزه در عایق کاغذی سیمها نیز از حالت شعاعی که عمود بر سطح ورقهای کاغذ است خارج شده ودر بعضی از قسمتها حتی این خطوط مماس بر سطح کاغذ عبور می کند ودر قسمتهای دیگر نیز دارای یک مولفه در سطح کاغذ خواهند بود.در نتیجه تفاوت پتانسیل در سطح لایه کاغذها نیز پیدا می شود وچون استقامت الکتریکی در سطح کاغذ به مراتب کمتر از استقامت الکتنریکی ضخامت کاغذ است در نتیجه بین لایها ودر منطقه Zاین کابل در فشارهای زیاد تخلهء الکتریکی که مقدمهء جرقه زدن وسوختن کابل است ایجاد می شود.
بدین جهت کابل کمربندی را نمی توان برای فشار های زیاد ساخت ودر نتیجه ساختمان این کابلها به فشارماکسیموم تا KV20محدود می شود.در سال 1913 باآشنایئ به شدت حوزه در کابل کمربندی و استقامت الکتریکی کاغذ در سطح و در عمق شخصی به نام هو خست پیشنهاد کرد که هر یک از رشته سیمها پس از عایق شدن با ورقهء نازک فلزی پوشانده شود و سپس غلاف سربی به طریقی رویه سه کلاف کشیده شود که با ورقهای نازک فلزی در تماس باشد.
بابه کار بستن این پیشنهاد کاغذهای اطراف رشته سیمها فقط تحت تاثیر حوزه های شعاعی یعنی عمودبرسطوح کاغذ قرارمی گیرند ومؤلفه های سطحی ازبین می رود ، درضمن تمام موادپرکننده اطراف سیم های کابل بخصوص درمنطقه Z فاقدحوزه الکتریکی می شود ودیگراحتیاج نیست باعایق خوب وباارزش پرشود.
پیشنهاد هوخسنت باعث پیشرفت سریع صنعت کابل سازی وساختن کابل های فشارقوی شد. کابل هایی که به این طریق ساخته می شوند کابل H معروفند.
شکل زیرشدت حوزه رادریک کابل سه فاز ویک کابل H نشان می دهد بعدها بخاطراینکه کابل های ضخیم باداشتن یک غلاف سربی دارای قابلیت انحنای بسیارکم است و
فرم دادن وخم کردن آن مشکل است ، لذا کابل هائی باسه غلاف سربی ساخته شدوبنام «کابل سه غلافه»معروف گردید.شکل بعد یک چنین کابلی رادرمقطع نشان می دهد . کابل سه غلافه تاولتاژ 60هزارولت ساخته می شود .درکابل سه غلافه نیز بخصوص درولتاژهای بالا ازکاغذ متالیزه H استفاده می شود. دراینجا وظیفه کاغذH ارتباط برقرارکردن بین کاغذ H وغلاف سربی است .درموقعی که درجه حرارت کابل دراثرزیاد بالا می رود، حجم روغن داخل کابل زیادشده وبطور رادیال (شعاعی) به غلاف سربی فشاروارد می سازدوباعث انبساط آن می شود. درموقع کم باری وسردشدن کابل حجم روغن کم شده ومجددا بطرف داخل فشرده می شود. ولی چون غلاف سربی نمی تواند مجددا جمع شود ، بین عایق کابل درصورتیکه فاقد کاغذ H باشد وغلاف سربی فاصله هوائی (جدائی) بوجودمی آید که به علت
نداشتن استقامت الکتریکی کافی باعث تخلیه الکتریکی درزیرپوشش غلاف سربی می شود،درصورتیکه ورقه نازک H بعلت تماس باغلاف سربی ، باآن هم پتانسیل است وفاصله هوائی کوچکی که دراثرانبساط وانقباض روغن بدست می آید، نمی تواندباعث تخلیه الکتریکی درآن مکان که فاقداختلاف پتانسیل گردد.
برای تعییین ضخامت عایق کابل کم روغن ، شدت حوزه دراطراف سیم KV/mm 5-2 درنظرگرفته می شود. درصورتیکه استقامت الکتریکی حقیقی چنین کابلی درموقعی که ازآن بارگرفته می شود درحدود KV/mm 16 است ودرموقعی که کابل را تادرجه حرارتی گرم کنیم که درموقع بارنامی گرم شود، استقامت الکتریکی آن تغییرمحسوسی نمی کندوحتی چندین بارگرم وسردکردن متوالی کابل ،تأثیری روی استقامت الکتریکی کابل نمی گذاردبطوری که اگرشدت حوزه الکتریکی KV/mm5-2 انتخاب شود ، می توان گفت که کابل باضریب اطمینانی معادل با 5-3 کارمی کند ،شکل 6 استقامت الکتریکی کابل درزمان کوتاه مدت خیلی زیادودرحدود KV/mm60-50است که به تدریج باازدیادزمان اثراختلاف سطح،این استقامت کم شده ودرحدود 100-50 ساعت به مقدار ثابت وپایدارKV/mm 116می رسد.لذامی توان گفت که استقامت کم شده ومی توان گفت که استقامت دائمی کابل کم روغن KV/mm 16 ثابت است.
اولین اندازه گیری رادیو اکتیویته هسته زمین
ساختار نیروگاه های اتمی جهان
برحسب نظریه اتمی عنصر عبارت است از یک جسم خالص ساده که با روش های شیمیایی نمی توان آن را تفکیک کرد. از ترکیب عناصر با یکدیگر اجسام مرکب به وجود می آیند. تعداد عناصر شناخته شده در طبیعت حدود ۹۲ عنصر است.
هیدروژن اولین و ساده ترین عنصر و پس از آن هلیم، کربن، ازت، اکسیژن و... فلزات روی، مس، آهن، نیکل و... و بالاخره آخرین عنصر طبیعی به شماره ۹۲، عنصر اورانیوم است. بشر توانسته است به طور مصنوعی و به کمک واکنش های هسته ای در راکتورهای اتمی و یا به کمک شتاب دهنده های قوی بیش از ۲۰ عنصر دیگر بسازد که تمام آن ها ناپایدارند و عمر کوتاه دارند و به سرعت با انتشار پرتوهایی تخریب می شوند. اتم های یک عنصر از اجتماع ذرات بنیادی به نام پرتون، نوترون و الکترون تشکیل یافته اند. پروتون بار مثبت و الکترون بار منفی و نوترون فاقد بار است.
تعداد پروتون ها نام و محل قرار گرفتن عنصر را در جدول تناوبی (جدول مندلیف) مشخص می کند. اتم هیدروژن یک پروتون دارد و در خانه شماره ۱ جدول و اتم هلیم در خانه شماره ۲، اتم سدیم در خانه شماره ۱۱ و... و اتم اورانیوم در خانه شماره ۹۲ قرار دارد. یعنی دارای ۹۲ پروتون است.
ایزوتوپ های اورانیوم
تعداد نوترون ها در اتم های مختلف یک عنصر همواره یکسان نیست که برای مشخص کردن آنها از کلمه ایزوتوپ استفاده می شود. بنابراین اتم های مختلف یک عنصر را ایزوتوپ می گویند. مثلاً عنصر هیدروژن سه ایزوتوپ دارد: هیدروژن معمولی که فقط یک پروتون دارد و فاقد نوترون است. هیدروژن سنگین یک پروتون و یک نوترون دارد که به آن دوتریم گویند و نهایتاً تریتیم که از دو نوترون و یک پروتون تشکیل شده و ناپایدار است و طی زمان تجزیه می شود.
ایزوتوپ سنگین هیدروژن یعنی دوتریم در نیروگاه های اتمی کاربرد دارد و از الکترولیز آب به دست می آید. در جنگ دوم جهانی آلمانی ها برای ساختن نیروگاه اتمی و تهیه بمب اتمی در سوئد و نروژ مقادیر بسیار زیادی آب سنگین تهیه کرده بودند که انگلیسی ها متوجه منظور آلمانی ها شده و مخازن و دستگاه های الکترولیز آنها را نابود کردند.
غالب عناصر ایزوتوپ دارند از آن جمله عنصر اورانیوم، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتاً بالا در طبیعت و در سنگ معدن یافت می شوند. این دو ایزوتوپ عبارتند از اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ که در هر دو ۹۲ پروتون وجود دارد ولی اولی ۱۴۳ و دومی ۱۴۶ نوترون دارد. اختلاف این دو فقط وجود ۳ نوترون اضافی در ایزوتوپ سنگین است ولی از نظر خواص شیمیایی این دو ایزوتوپ کاملاً یکسان هستند و برای جداسازی آنها از یکدیگر حتماً باید از خواص فیزیکی آنها یعنی اختلاف جرم ایزوتوپ ها استفاده کرد. ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ شکست پذیر است و در نیروگاه های اتمی از این خاصیت استفاده می شود و حرارت ایجاد شده در اثر این شکست را تبدیل به انرژی الکتریکی می نمایند. در واقع ورود یک نوترون به درون هسته این اتم سبب شکست آن شده و به ازای هر اتم شکسته شده ۲۰۰ میلیون الکترون ولت انرژی و دو تکه شکست و تعدادی نوترون حاصل می شود که می توانند اتم های دیگر را بشکنند. بنابراین در برخی از نیروگاه ها ترجیح می دهند تا حدی این ایزوتوپ را در مخلوط طبیعی دو ایزوتوپ غنی کنند و بدین ترتیب مسئله غنی سازی اورانیوم مطرح می شود.
ساختار نیروگاه اتمی
به طور خلاصه چگونگی کارکرد نیروگاه های اتمی را بیان کرده و ساختمان درونی آنها را مورد بررسی قرار می دهیم.
طی سال های گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران ۱۵ نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولی خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تری میل آیلند (Three Mile Island) در ۲۸ مارس ۱۹۷۹ و فاجعه چرنوبیل (Tchernobyl) در روسیه در ۲۶ آوریل ۱۹۸۶، نظر افکار عمومی نسبت به کاربرد اتم برای تولید انرژی تغییر کرد و ترس و وحشت از جنگ اتمی و به خصوص امکان تهیه بمب اتمی در جهان سوم، کشورهای غربی را موقتاً مجبور به تجدیدنظر در برنامه های اتمی خود کرد.
نیروگاه اتمی در واقع یک بمب اتمی است که به کمک میله های مهارکننده و خروج دمای درونی به وسیله مواد خنک کننده مثل آب و گاز، تحت کنترل درآمده است. اگر روزی این میله ها و یا پمپ های انتقال دهنده مواد خنک کننده وظیفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددی به وجود می آید و حتی ممکن است نیروگاه نیز منفجر شود، مانند فاجعه نیروگاه چرنوبیل شوروی. یک نیروگاه اتمی متشکل از مواد مختلفی است که همه آنها نقش اساسی و مهم در تعادل و ادامه حیات آن را دارند. این مواد عبارت اند از:
1- ماده سوخت متشکل از اورانیوم طبیعی، اورانیوم غنی شده، اورانیوم و پلوتونیم است.
عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی متفاوت از سوختن زغال یا هر نوع سوخت فسیلی دیگر است. در این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ عمل شکست انجام می گیرد و انرژی فراوانی تولید می کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دوتکه شکست و تعدادی نوترون می شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازای هر ۱۰۰ اتم شکسته شده ۲۴۷ عدد است و این نوترون ها اتم های دیگر را می شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به صورت زنجیره ای انجام می شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد.
در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توام با انتشار انرژی معادل با ۲۰۰ میلیون الکترون ولت است این مقدار انرژی در سطح اتمی بسیار ناچیز ولی در مورد یک گرم از اورانیوم در حدود صدها هزار مگاوات است. که اگر به صورت زنجیره ای انجام شود، در کمتر از هزارم ثانیه مشابه بمب اتمی عمل خواهد کرد.
اما اگر تعداد شکست ها را در توده اورانیوم و طی زمان محدود کرده به نحوی که به ازای هر شکست، اتم بعدی شکست حاصل کند شرایط یک نیروگاه اتمی به وجود می آید. به عنوان مثال نیروگاهی که دارای ۱۰ تن اورانیوم طبیعی است قدرتی معادل با ۱۰۰ مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط ۱۰۵ گرم اورانیوم ۲۳۵ در روز در این نیروگاه شکسته می شود و همان طور که قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسیله ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ اورانیوم ۲۳۹ به وجود می آمد که بعد از دو بار انتشار پرتوهای بتا (یا الکترون) به پلوتونیم ۲۳۹ تبدیل می شود که خود مانند اورانیوم ۲۳۵ شکست پذیر است. در این عمل ۷۰ گرم پلوتونیم حاصل می شود. ولی اگر نیروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون های موجود در نیروگاه زیاد باشند مقدار جذب به مراتب بیشتر از این خواهد بودو مقدار پلوتونیم های به وجود آمده از مقدار آنهایی که شکسته می شوند بیشتر خواهند بود. در چنین حالتی بعد از پیاده کردن میله های سوخت می توان پلوتونیم به وجود آمده را از اورانیوم و فرآورده های شکست را به کمک واکنش های شیمیایی بسیار ساده جدا و به منظور تهیه بمب اتمی ذخیره کرد.
2- نرم کننده ها موادی هستند که برخورد نوترون های حاصل از شکست با آنها الزامی است و برای کم کردن انرژی این نوترون ها به کار می روند. زیرا احتمال واکنش شکست پی در پی به ازای نوترون های کم انرژی بیشتر می شود. آب سنگین (D2O) یا زغال سنگ (گرافیت) به عنوان نرم کننده نوترون به کار برده می شوند.
3- میله های مهارکننده: این میله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآکتور اتمی الزامی است و مانع افزایش ناگهانی تعداد نوترون ها در قلب رآکتور می شوند. اگر این میله ها کار اصلی خود را انجام ندهند، در زمانی کمتر از چند هزارم ثانیه قدرت رآکتور چند برابر شده و حالت انفجاری یا دیورژانس رآکتور پیش می آید. این میله ها می توانند از جنس عنصر کادمیم و یا بور باشند.
4- مواد خنک کننده یا انتقال دهنده انرژی حرارتی: این مواد انرژی حاصل از شکست اورانیوم را به خارج از رآکتور انتقال داده و توربین های مولد برق را به حرکت در می آورند و پس از خنک شدن مجدداً به داخل رآکتور برمی گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودی عمل می کنند و با خارج از محیط رآکتور تماسی ندارند. این مواد می توانند گاز CO2 ، آب، آب سنگین، هلیم گازی و یا سدیم مذاب باشند.
انواع راکتور
راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده، کند کننده، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی می کنند. معروفترین راکتورهای اتمی، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده(2 تا 4 درصد اورانیوم 235) به عنوان سوخت استفاده می کنند. این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک(LWR ) شناخته می شوند. راکتورهای WWER,BWR,PWR از این دسته اند. نوع دیگر، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می کنند. این راکتورها به گاز- گرافیت معروفند. راکتورهای HTGR,AGR,GCR از این نوع می باشند. راکتور PHWR راکتوری است که از آب سنگین به عنوان کندکننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند. نوع کانادایی این راکتور به CANDU موسوم بوده و از کارایی خوبی برخوردار می باشد. مابقی راکتورها مثل FBR (راکتوری که از مخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کننده استفاده کرده و فاقد کند کننده می باشد) LWGR(راکتوری که از آب سبک به عنوان خنک کننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده می کند) از فراوانی کمتری برخوردار می باشند. در حال حاضر، راکتورهای PWR و پس از آن به ترتیب PHWR,WWER,BWR فراوانترین راکتورهای قدرت در حال کار جهان می باشند.
به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" و به منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد. ساخت این راکتور پایه اصلی و استخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمیPWR را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت، تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید. تا سال 1965 روند ساخت نیروگاههای اتمی از رشد محدودی برخوردار بود اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاههای اتمی بوجود آمده است. این جهش طی سالهای 1972 تا 1976 که بطور متوسط هر سال 30 نیروگاه شروع به ساخت می کردند بسیار زیاد و قابل توجه است. یک دلیل آن شوک نفتی اوایل دهه 1970 می باشد که کشورهای مختلف را برآن داشت تا جهت تأمین انرژی مورد نیاز خود بطور زاید الوصفی به انرژی هسته ای روی آورند. پس از دوره جهش فوق یعنی از سال 1986 تاکنون روند ساخت نیروگاهها به شدت کاهش یافته بطوریکه بطور متوسط سالیانه 4 راکتور اتمی شروع به ساخت می شوند.
کشورهای مختلف در تولید برق هسته ای روند گوناگونی داشته اند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت در طول دهه های 1970و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برق هسته ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در امریکا کاملا قابل رقابت می باشد. هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته ای از کل تولید برق خود درصدر کشورهای جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیب لیتوانی(73درصد)، بلژیک(57درصد)، بلغارستان و اسلواکی(47درصد) و سوئد (8/46درصد) می باشند. آمریکا نیز حدود 20 درصد از تولید برق خود را به برق هسته ای اختصاص داده است.
گرچه ساخت نیروگاههای هسته ای و تولید برق هسته ای در جهان از رشد انفجاری اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نیست اما کشورهای مختلف همچنان درصدد تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی هسته ای می باشند. طبق پیش بینی های به عمل آمده روند استفاده از برق هسته ای تا دهه های آینده همچنان روند صعودی خواهد داشت. در این زمینه، منطقه آسیا و اروپای شرقی به ترتیب مناطق اصلی جهان در ساخت نیروگاه هسته ای خواهند بود. در این راستا، ژاپن با ساخت نیروگاههای اتمی با ظرفیت بیش از 25000 مگا وات درصدر کشورها قرار دارد. پس از آن چین، کره جنوبی، قزاقستان، رومانی، هند و روسیه جای دارند. استفاده از انرژی هسته ای در کشورهای کاندا، آرژانتین، فرانسه، آلمان، آفریقای جنوبی، سوئیس و آمریکا تقریبا روند ثابتی را طی دو دهه آینده طی خواهد کرد.
غنی سازی اورانیم
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ ۲۳۵ به مقدار ۷/۰ درصد و اورانیوم ۲۳۸ به مقدار ۳/۹۹ درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و بعد از تخلیص فلز، اورانیوم را به صورت ترکیب با اتم فلئور (F) و به صورت مولکول اورانیوم هکزا فلوراید UF6 تبدیل می کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط مولکول های گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد این پدیده را گراهان در سال ۱۸۶۴ کشف کرد. از این پدیده که به نام دیفوزیون گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می کنند.در عمل اورانیوم هکزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستون هایی که جدار آنها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده است عبور می دهند. منافذ موجود در جسم متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود ۵/۲ انگشترم (۰۰۰۰۰۰۰۲۵/۰ سانتیمتر) باشد. ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکول ها است.روش غنی سازی اورانیوم تقریباً مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این می توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین مرحله غنی سازی ایزوتوپ ها است زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ۱۴۰ کیلوگرم اورانیوم طبیعی به دست می آید که فقط یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ خالص در آن وجود دارد. برای تهیه و تغلیظ اورانیوم تا حد ۵ درصد حداقل ۲۰۰۰ برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پی درپی لازم است تا نسبت ایزوتوپ ها تا از برخی به برج دیگر به مقدار ۰۱/۰ درصد تغییر پیدا کند. در نهایت موقعی که نسبت اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ به ۵ درصد رسید باید برای تخلیص کامل از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده نمود. برای ساختن نیروگاه اتمی، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین ۱ تا ۵ درصد کافی است. ولی برای تهیه بمب اتمی حداقل ۵ تا ۶ کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ صددرصد خالص نیاز است.
عملا در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی شود و بمب های اتمی را از پلوتونیوم ۲۳۹ که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده تر است تهیه می کنند. عنصر اخیر را در نیروگاه های بسیار قوی می سازند که تعداد نوترون های موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز می کند. عملاً کلیه بمب های اتمی موجود در زراد خانه های جهان از این عنصر درست می شود.روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاه های اتمی به صورت زیر است: ایزوتوپ های اورانیوم ۲۳۸ شکست پذیر نیستند ولی جاذب نوترون کم انرژی (نوترون حرارتی هستند. تعدادی از نوترون های حاصل از شکست اورانیوم ۲۳۵ را جذب می کنند و تبدیل به اورانیوم ۲۳۹ می شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ناپایدار است
بعد از قسمت 1 و 2 این مقاله قسمت 3 را که در بردارنده مطالبی چون کلید های محدود کننده(لیمیت سوئیچ ها) ،کلید های تابع فشار(گازی) ، کلید های شناور ، چشم های الکتریکی (سنسورها) ، انواع رله زمانی (موتوری،الکترونیکی،نیوماتیکی،حرارتی،هیدرو لیکی) ،و کلیدهای تابع دور می باشد.متذکر می شوم بیشتر این مطالب از کتاب فرمان های الکتریکی و برق صنعتی می باشد.از دوستانی که برای اولین بار است که این مقاله رو مطالعه می کنند خواهش میکنم قبل از مطالعه قسمت های 1 و 2 این مقاله رو در تالار گفت و گو بخش سیم کشی صنعتی مطالعه نمایند.
کلید های محدود کننده
کلید محدود کننده(LIMIT SWITCH) که گاهی میکرو سویچ نیز نامیده می شوند،کلیدی است که برای قطع و وصل یک حرکت خطی یا دورانی و یا تعویض جهت دوران یک متحرک به کار می رود.
این کلید اهرمی دارد که وقتی دسته متحرک به آن برخورد می کند کنتاکتی را قطع می نماید. کنتاکت مذبور خود عامل فرمانی است برای ماشینی که هدف کنترل آنست.چنانچه از اسم این کلید بر می اید کلید یاد شده برای محدود کردن حرکت متحرک ها به کار می رود.مثلا در یک چرثقیل سقفی که در چند جهت حرکت می کند وقتی متحرک به انتهای هر قسمت از مسیر خود میرسد،یک کلید محدود کننده مدار رفت را از کار انداخته و مدار برگشت را مهیا میسازد.
مطلب مهمی که باید در کاربرد این کلید ها در نظر گرفت وضعیت کنتاکت ها در موقع وارد آمدن نیرو به اهرم آنها است.کارخانه های سازنده این وضعیت را بر حسب تعغیر طولی یا زاویه ای اهرمشخص می نمایند.
انواع لیمیت سویچ ساده
1-کلید محدود کننده فشار انتهایی
2-کلید محدود کننده ای قرقرهای
3-کلی محدود کننده قرقره اییک طرفه از چپ
4-کلید محدود کننده قرقرهای یک طرفه از راست
5-کلید محدود کننده قرقر ه ای دو طرفه
6-کلید محدود کننده آنتنی دو طرفه
کلید تابع فشار(کلید های گازی)
این کلید ها برای کنترل سطح گاز داخل مخازن و کمپرسورها،تنظیم فشار آب داخل لوله ها و روشن و خاموش کردن اتوماتیک این دستگاه ها مورد استفاده قرار م گیرد.عامل فرمان این کلید ،فشار گاز یا مایع داخل مخزن است.
عامل قطع و وصل این کلید گاز می باشد اصول کار آن بدین صورت است که که فشار گاز موثر بر هر صفحه نیرویی معادل F=P.A ایجاد می نماید(P فشار و A سطح مقطع صفحه است).در رله ها F باعث جابه جایی صفحه می شود.این جابه جایی از طریق یک اهرم منتقل شده و کنتاکتی را قطع و وصل می نماید.نیروی برگردان را فنر زیر صفحه ایجاد می کند.پس با انتخاب فنر های مختلف می توان فشار های کم یا زیاد را بر روی صفحه اثر داده و قطع و وصل کنتاکت را بطور دلخواه تنظیم نمود.
کلید های شناور
کلید های شناور برای کنترل سطح آب یا مایهات داخل منبع ها،استخر ها و مخازن مورد استفاده قرار می گیرد.ساختمان این کلید از وزنه تعادل ،یک قسمت شناور و یک میکرو سویچ تشکیل شده است.هنگامی که قسمت شناور را تنظیم می کنند با تغیر سطح مایع داخل مخزن شناور تغیر مکان داده به میکرو سویچ داخل کلید فرمان می دهد و باعث قطع و وصل مدار می شود.
چشم های الکتریکی(سنسورها)
این کلید نوعی کلید فرمان دهنده است که بدون برخورد فیزیکی با دست یا هر وسیله دیگری توسط سیستم چشم الکتریکی از فاصله حداقل یک میلی متر و حداکثر8متر واکنش نشان میدهد و فرمان صادر می کند همچنین به وسیله رله ای که در داخل آن به کار رفته ،کنتاکت های را باز می کند یا می بندد و در نتیجه به دستگا ه های مورد نظر فرمان میدهد.از این کلید در دستگاه های صنعتی و خطوط تولید استفاده فراوان می شود.
رله زمانی (تایمر)و انواع آن
یکی از وسایل فرمان دهنده مدار های کنترل اتوماتیک ،تایمر ها یا رله های زمانی هستنند که وظیفه کنترل مدار را برای مدت زمان معینی بر عهده دارند.
اصول کار رله ها همانند کنتاکتور ها است با این تفاوت که در رله ها:
1-تمام کنتاکت ها از لحاظ فرم ظاهری شبیه هم هستنند و در مدار های فرمان شرکت می کنند .
2-کنتاکت ها بنا به مقتضیات کار ممکن است به طور لحظه ای یا با تاخیر زمانی قطع و وصل شوند . در این صورت نام رله ،رله لحظه ای یا رله با تاخیر زمانی خواهد بود.
3-رله ها همچنین ممکن است دارای کنتاکت های لحظه ای یا با تاخیر زمانی باشند.البته منظور از تاخیر زمانی فاصله زمانی است که بین عمل کنتاکت (اعم از باز شدن یا بسته شدن) از لحظه اتصال سیم پیچ رله به ولتاژ به وجود می آید.
تا کنون در صنعت برق رله های زیادی ساخته شده اند که مشخصات مختلفی داشته و هر یک برای کار بخصوصی مورد استفاده قرار می گیرند.برای مثال در انتقال انرژی و حفاظت خطوط ،از یک رله خاص استفاده می کنند.یک جور رله دیگر که مشخصات بخصوص دیگری دارد در صنعت نساجی و رله دیگر در جای دیگر....
من چند رله را برای دوستان معرفی می کنم که از مشهورترین و پر کاربد ترین رله ها هستنند البته اگر دوستان می توانند رله های دیگری را معرفی کنند خیلی خوب میشه
1-رله زمانی موتوری یا الکترو مکانیکی
این رله بر اساس ساعتی کار میکند که محرک چرخ دنده های آن موتور آسنکرو سنکرو و بیشتر موتور با قطب چاکدار است می باشد.اصول کار آن به این صورت است که دور موتور توسط یک سیستم چرخ دنده کاهش می یابد بطوری که در نهایت ،آخرین چرخ دنده کنتاکت را خیلی به آرامی با یا بسته می کند. زمان شروع رله از لحظه راه اندازی موتور محسوب می شود.
توسط این رله می توان زمان هایی از حدود ثانیه تا حدود ساعت ،و حتی روز و هفته تنظیم نمود.
محل دیسک در لحظه شروع به کار ،قابل تنظیم است و پس از تنظیم زمان آن (توسط زایده خارجی) و تغذیه تایمر ،موتور با دور ثابت به حرکت در می آید و با گردش موتور ،زمان تایمر شروع می شود. پس از گردش ،به علت برخورد با زایده دیسک ،متوقف می شود و به میکرو سویچ داخلی فرمان می دهد و کنتاکت های تایمر عمل می کنند و به طور اتوماتیک قطع می شوند و موتور یا هر وسیلهء دیگر از کار می افتد.البته رله های جدیدی است که هنگام عمل کنتاکت بازی را بسته و کنتاکت بسته ای را باز می کند و می توان موتوری را خاموش یا روشن کرد یا نیرو را از مو توری به موتور دیگر انتقال داد .
2-رله زمانی الکترونیکی
از تایمر های الکترونیکی برای تنظیم زمان های کمتر از ثانیه تا چندین ثانیه استفاده می شود. در ساختمان این تایمر ها ،از مدار ها و اجزای الکترونیکی استفاده می شود.
در در نوعی از این تایمر ها با شارژ و دشارژ شدن یک خازن بوبین یک رله کوچک تحریک می شود. اصول ساختمان رله الکترونیکی بر مبنای مدار RC (خازن و مقاومت)و بر حسب تاخیر زمانی استوار است .تنظیم این نوع تایمر ها بستگی به مقاومت سر راه خازن دارد.
در ساده ترین نوع تایمر الکترونیکی در تایمر نوع خازنی ،رله هنگامی وصل می شود که خازن شارژ بشود و ولتاژ دوسر آن برابر ولتاژ وصل رله گردد.پس از وصل رله ،با ذخیره شدن در خازن روی مقاومتی که توسط کنتاکت باز رله به دو سر خازن وصل می شود تخلیه می گردد.در این نوع با تعغیر ظرفیت خازن می توان زمان تایمر را تنظیم کرد.
3-رله زمانی نیو ماتیکی
در این رله ا خاصیت ذخیره سازی و فشردگی هوا استفاده می شود .به این ترتیب که رله هنگام رها شدن،خیلی راحت رها می شود.
وقتی که بوبین تحریک قسمت متحرک را جذب می کند ،اهرم،قطعه ای را که به شکل دم آهنگری است فشار خواهد داد .هوای دم از طیق سوپاپ یک طرفه خارج می شود. وقتی که بوبین از تحریک خارج می شود ،فنر دم را منبسط می کند .دم از طریق سوپاپ تنظیم ،از هوا پر می شود.سرعت انبساط دم در رابطه با پیچ تنظیم تفاوت می کند وقتی که دم به حالت عادی برگشت ،کنتاکت ها عمل می کنند.بنابراین به وسیله تنظیم کردن پیچ تنظیم ،عمل کردن کنتاکت ها را می توان تعقیر داد.کار این زمان سنج شبیه تایمر موتوری است ؛با این تفاوت که زمان سنج موتوری پس از تنظیم و وصل بوبین آن به ولتاژ شروع به کار می کند،ولی زمان سنج نیو ماتیکی پس از قطع بوبین آن از ولتاژ شروع به کار می کند.
4-رله زمانی بی متال یا حرارتی (تایمر حرارتی)
این نوع تایمر با استفاده از خاصیت بی متال کار می کند و در انواع رله ذوب شونده ،رله حرارتی بی متال و رله حرارتی منعکس کننده میله ای ساخته می شوند.زمانی که جریان از بی متال عبور می کند گرم میشود و پس از مدتی در اثر تعقیر شکل عمل کرد مدار را قطع یا وصل میکند.دقت این نوع تایمر زیاد نیست و آب و هوای محیط بر روی آن اثر می گذارد به طور کلی می توان رله های زمانی را به دو دسته تقسیم کرد:
الف-رله های تاخیر در وصل(ON-DELAY) :به رله ای گفته می شود که باید به رله انرژی داده شود و سپس رله عمل کرده کنتاکتی را باز یا بسته کند؛مثل رله زمانی موتوری.
ب-رله تاخیر در قطع(OFF-DELAY) :به رله ای گفته می شود که بعد از قطع شدن انرژی عمل کرده کنتاکتی را باز یا بسته کند؛مثل رله نیو ماتیکی.
5-رله زمانی هیدرو لیکی
در این رله ها از سیستم هیدرو لیکی جهت تاخیر در مدار استفاده می شود. طرز کار آن طوری است که وقتی جریان برق به رله وصل می شود ،مقداری روغن در داخل آن جابهجا می شود.
برای بازگشت روغن به مکان اولیه زمانی لازم است که این زمان را به عنوان زمان تایمر در نظر میگیرند.این رله ها را در مدارهای مختلف به کار می برند.اگر کسی از دوستان توضیح بیشتری در ارتباط با این رله دارد لطفا ارائه بده تا مطالب کامل تر شود.
ترموستات
ترموستات نوعی رله حرارتی است که در مقابل حرارت محیط حساس بوده و عمل میکند.این وسیله در دستگاه های مختلف صنعتی کاربرد فراوان دارد و وظیفه تعادل حرارتی دستگاه را بر عهده دارد.در صورتی که درجه حرارت از حد تنظیمی فراتر رود ،کلید عمل کرده یک کنتاکت باز را می بندد و یا کنتاکت بسته ای را باز می کند.از ترموستات بیشتر در وسایل حرارتی و برودتی مانند شوفاژ،یخچال،و چیلر استفاده می شود.
کلیدهای تابع دور(گریز از مرکز)
کلید های تابع دور در بعضی الکترو موتورهای یک فاز جهت خارج کردن سیم پیچ کمکی از مدار و در موارد دیگر مانند ترمز جریان مخالف به کار می رود.ساختمان آنها از یک محور و دو وزنه تشکیل شده که به وسیله یک طوق و یک فنر حول محور حرکت می کند و با زیاد و کم شدن سرعت موتور یا وسیله چرخنده ،وزنه های دو طرف به محور نزدیک یا دور می شود ؛به این ترتیب طوق روی محور حرکت می کند و باعث قطع و وصل کلید می شود.
لامپ های سیگنال
لامپ های علامت دهنده یا لامپ های سیگنال در کلیه دستگاه های صنعتی و تابلو های توزیع و تابلو فرمان به کار میروند. نوع استفاده از این لامپ متفاوت است .این لامپ به عنوان لامپ خبر استفاده می شود و میتوان روشن بودن،خاموش بودن و یا عیب دستگاه و...را نشان دهد.
چراغ های مورد استفاده در مدار فرمان ،یک چراغ کم قدرت (2/1تا5وات)است که با ولتاژهای مختلف از 24تا 220ولت کار میکند.این چراغ ها معمولا در سه رنگ استاندارد قرمز،سبزو نارنجی ساخته می شوند.
برای مثال در کارخانه ای که تعداد زیادی موتور در آن واحد مشغول به کار بوده و فواصل آنها تا تابلوی کنترل نسبتا زیاد باشد،از چراغ قرمزی که توسط کنتاکت بازی از کنتاکتور اصلی موتور روشن می شود استفاده می کنند.با استفاده از کنتاکتهای باز کنتاکتور می توان چراغ سبزی را که نمایشگر حالت خاموشی مدار است روشن نمود.در نقشه ها برای نمایش چراغ سیگنال از حرف h استفاده می شود.
[align=center]تصویر چند لامپ سگنال از جلو و ساختمان آن
[img]http://www.oillampman.com/railroad/red412a.jpg[/img]
[img]http://www.oillampman.com/railroad/green412a.jpg[/img]
[img]http://img.alibaba.com/photo/50155089/Signal_Lamp.jpg[/img]
فیوزها
در کلیه تاسیسات الکتریکی برای جلوگیری از صدمه دیدن و معیوب شدن وسایل و نیز برای قطع کردن دستگاه های معیوب از شبکه که بر اثر عئامل مختلف از قبیل نقصان عایق بندی،ضعف استقامت الکتریکی یا مکانیکی و ازدیاد بیش از حد جریان مجاز(اتصال کوتاه)وسایل حفاظتی مختلف به کار می رود.این وسایل باید طوری انتخاب شوند که در اثر اضافه بار یا اتصال کوتاه در کوتاهترین زمان ممکن و قبل از اینکه صدمه ای به سیم ها و شبکه الکتریکی شبکه برسد،مدار قسمت معیوب را قطع کنند.یکی از این وسایل حفاظتی فیوز است فیوزها از نظر زمان قطع بر حسب منحنی ذوب سیم حرارتی داخل انها به دو نوع کند کار و تند کار تقسیم میشوند.
فیوز های تند کار زمان قطع کمتری نسبت به فیوزهای کند کار دارندو به همین دلیل در مصارف روشنایی استفاده می شوند.فیوز های کند کار دارای زمان قطع طولانی تری هستنند و در نتیجه برای راه اندازی موتورهای الکتریکی به کار میروند.تحمل جریان راه اندازی موتور در حدود 3تا 7 برابر جریان نامی است که بر روی کلیه فیوزها جریان نامی انها نوشته شده میشود.این جریان کمتر از جریان ماکزیمیم تحمل فیوز است.
فیوز در انواع فشنگی ،اتوماتیک(آلفا)،مینیاتوری،بکٌس،کاردی (تیغه ای)،شیشه ای یا کارتریج و فیوز های فشار قوی ساخته می شوند.
معمولا فیوزهای که در مدار قدرت به کار میروند،مدار کنتاکتور را در مقابل اتصال کوتاه محافظت میکند؛یعنی در واقع حفاظت سیم های رابط مدار را نیز بر عهده دارد.بنابراین در مدارهایی که مثلا فیوز 25 آمپری به کار می رود،ممکن است در مدار فرمان آنها از سیم یک یا یکو نیم استفاده شود.پس لازم است مدار فرمان با فیوز جداگانه ای حفاظت شود.
فیوزهای اتوماتیک یا آلفا نوعی فیوز خودکار است که عبور جریان بیش از حد مجاز از آن باعث قطع مدار می شود؛اما دوباره می توان شستی آن را به داخل فشار داد تا ارتباط برقرار شود.بعضی از فیوزهای خودکار دو عمل جریان زیاد و بار زیاد در مدار کنترل می کنند؛اما پس از قطع شدن ،باید پس از مدت کمی دباره شستی مربوطه را فشار داد تا مدار وصل شود.
در فیوز های اتوماتیک دو عنصر مغناطیسی و حرارتی وجود دارد که قسمت مغناطیسی آن اتصال کوتاه یا جریان زیاد و قسمت حرارتی آن (بیمتال) بار زیاد (افزایش جریان تدریجی) را قطع می کند.
کلید مینیاتوری نوعی فیوز اوتوماتیک است که از نظر ساختمان داخلی با فیوز آلفا شباهت دارد و از سه قسمت رله مغناطیسی (رله جریان زیاد زمان سریع)،رله حرارتی یا رله بیمتال (رله جریان زیاد تاخیری)و کلید تشکیل شده است.این مجموعه را نیز کلید موتور مینامند.این کلیدها در دو نوع L و G ساخته شده است.نوع Lدر مصارف روشنایی به کار می رود و تند کار است(LIGHT) و نوع G در راه اندازی وسایل موتوری مورد استفاده قرار می گیرد و کند کار است. این کلید ها در انواع تک فاز دو فاز و سه فاز ساخته می شوند.
منتظر قسمت های بعدی مقاله باشید. بابا دیگه چند بار بگیم نظر خودتونو بدین من در مباحث بعدی به طراحی مدار فرمان می پردازم که کاملا مورد بحث قرار میگیره خواهش میکنم تو مباحث شرکت کنید.
بهره برداری مطمئن و بی وقفه از تاسیسات الکتریکی و مراکز تولید نیرو و تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات برقی کارخانه جات صنعتی و مراکز اقتصادی تا حدود زیادی به خصوصیات و ویژگی ها و طرز عمل کلیدها و وسایل کنترل مدارها بستگی دارد.
در مدارهای الکتریکی وسایل مختلفی به کار میرود که از مهمترین انها کنتاکتور یا کلید مغناطیسی است .استفاده از این کنتاکتور در مدارهای کنترل تنوع طراحی های مختلف را به وجود می آورد.
برای طراحی مدارهای کنترل و کار با آنها باید وسایل تشکیل دهنده آن را به طور کامل شناخت و به اصول ساختمان و مورد استفاده این وسایل آشنا شد.
وسایلی که در مدارهای فرمان به کار میروند به این قرار است:
1_کنتاکتور(کلید مغناطیسی)2_شستی استاپ استارت3_رله الکتریکی4_رله مغناطیسی5_لامپ های سیگنال 6-فیوزها 7_لیمیت سویچ8_کلیدهای تابع فشار 9_کلیدهای شناور10_چشم های الکتریکی(سنسورها)11_تایمر و انواع آن12_ترموستات13_کلیدهای تابع دور
در مورد کنتاکتور میتوان گفت که یک کلید مغناطیس است که وقتی ولتاژ مورد نظر به آن اعمال میشود یک سری کنتاکت(یا کلید)باز را بسته و یک سری کنتاکت بسته را باز میکند.که با استفاده از این خاصیت مدارهای مختلفی میتوان مدارهای زیادی رو طراحی کرد.
ساختمان کنتاکتور:
این کلید از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است و در میان هسته ثابت یک بوبین یا سیم پیچ قرار دارد،تشکیل شده است. وقتی بوبین به برق وصل میشود با استفاده از خاصیت مغناطیسی ،نیروی کششی فنر را خنثی میکند و هسته فوقانی را به هسته تحتانی متصل کرده باعث میشود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال های ورودی و خروجی کلید متصل میشود و یا باعث باز شدن کنتاکت های بسته کنتاکتور بسته کنتاکتور گردد.
در صورتی که مدار تغذیه بوبین کنتاکتور قطع شود ،در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد هسته متحرک دباره به حالت اول باز میگردد.
مزایای استفاده از کنتاکتورکنتاکتورها نسبت به کلیدهای دستی صنعتی مزایایی به شرح زیر دارند:
1_مصرف کننده می تواند از راه دور کنترل می شود.
2_مصرف کننده میتواند از چند محل کنترل شود.
3_امکان طراحی مدار فرمان اتوماتیک برای مراحل مختلف کار مصرف کننده وجود دارد.
4_سرعت قطع و وصل کلید زیاد و استهلاک آن کم است.
5_از نظر حفاظتی مطمئن ترند و حفاظت مطمئن تر و کامل تری دارند.
6_عمر موثرشان بیشتر است.
7_هنگام قطع برق،مدار مصرف کننده نیز قطع می شود و به استارت مجدد پیدا میکند؛در نتیجه از خطرات وصل ناگهانی دستگاه جلو گیری می کند.
کنتاکتور برای جریان های AC وDC ساخته میشود.تفاوت این دو کنتاکتور در این است که در کنتاکتور های AC از یک حلقه اتصال کوتاه برای جلوگیری از لرزش حاصل از فرکانس برق استفاده می شود. نیروی کششی یک مغناطیس الکتریکی جریان متناوب،متناسب با مجذور جریان عبوری از آن و در نتیجه متناسب با مجذور اندکسیون مغناطیسی است.چون مقدار جریان لحظه ای با توجه به رابطه i=ImaxSIN wt تعقیر میکند،نیروی کششی مغناطیسی نیز برابر با
F=Fmax sin wt (سینوس توان 2 دارد که نمیشد تایپ کنی)
خواهد شد و تعداد دفعاتی که این نیرو ماکزیمم و صفر می شود، به اندازه دو برابر فرکانس شبکه خواهد گردید.در نتیجه ،در لحظاتی که مقدار نیروی کششی بیشتر از نیروی مقاوم فنر های کنتاکتور باشد ،هسته کنتاکتور جذب می شود و در لحظاتی که مقدار نیروی کششی کمتر از مقدار نیروی فنر ها شود،هسته متحرک هسته نیز آزاد شده و به محل اول خود باز می گردد.بدین ترتیب در هسته متحرک لرزش و صدا ایجاد خواهد شد این نوسانات را می توان به وسیله یک حلقه بسته در سطح قطب ها جا سازی شده و حدود نصف تا 3/2 سطح هر قطب را پوشانده است از بین برد و لرزش آن را برطرف کرد. عمل این حلقه آن است که مانند سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتوری که در حالت اتصال کوتاه قرار گرفته است،از آن جریان القایی عبور میکند و باعث ایجاد فوران مغناطیسی فرعی در مدار هسته می شود. این فوران فرعی با فوران اطلی اختلاف فاز دارد و در زمانی که نیروی کششی حاطل از فوران اطلی صفر باشد ،نیروی کششی حاصل از فوران اطلی ماکزیمم خواهد بود و در حالتی که نیروی حاصل از فوران ماکزییم باشد ،این نیرو صفر خواهد بود و چون جمع این دو نیرو به هسته متحرک اثر میکند،نیروی کششی در هر لحظه از نیروی مقاومت فنر بیشتر خواهد بود.
ولتاژ تغذیه بوبین متفاوت است و از 24 تا 380ولت ساخته می شود. در اکثر کشورهای صنعتی برای حفاظت بیشتر ،تغذیه بوبین کنتاکتور را زیر ولتاژ حفاظت شده (65ولت)انتخاب میکنند. و یا برای تغذیه مدار فرمان ،ترانسفورماتور مجزا کننده به کار می برند.
شناخت مشخصات کنتاکتور
نوع کنتاکتور
با توجه به نوع مصرف کننده و شرایط کار ،کنتاکتورها دارای قدرت و جریان عبوری مشخصی برای ولتاژهای مختلف هستنند. بنابراین باید به جدول و مشخصات کنتاکتور توجه کافی مبذول کرد و انخاب کنتاکتو.را منطبق بر مشخصات مورد نیاز قرار داد.
برای اتصال مصرف کننده به شبکه باید از کلید یا کنتاکتوری با مشخصات مناسب استفاده کرد که کنتاکت های آن تحمل جریان راه اندازی و جریان دائمی را داشته باشد و همچنین در صورت اتصال کوتاه،جریان لحظه ای زیادی که از مدار عبور می کند. و یا جرقه ای که هنگام اتصال مدار ایجاد می شود ،صدمه ای به کلید نزند.
بدین منظور و برای این که بتوانیم پس از طراحی مدار ،کنتاکتور مناسب را برای اتصال مصرف کننده به شبکه انتخاب کنیم،باید با مقادیر نامی مربوط به کنتاکتور آشنا شویم.
برای انتخاب کنتاکتور در قدرت های مختلف می توان از جدول های استفاده کرد.(من این جدول ها رو دارم اگه روششو پیدا کنم حتما در مقاله قرار خواهم داد)
منتظر مطالب بعدی(شستی استاپ استارت، کلید محافظ ،لامپ های سیگنال،فیوزها)در مقاله بعدی باشید.
در مباحث قدرتی آنچه که میتواند ممیزی بین مهندسی برق- قدرت و دیگر شاخه ها باشد همان نگاه ویژه این شاخه به سخت افزار های مکانیکیست. آیا تا کنون به چگونگی حرکت رباط ها اندیشیده اید؟ یک رباط چیست؟
در یک تعریف کلی آنچه که توسط دست انسان ساخته شده و توانایی حرکت را داشته باشد می تواند یک رباط باشد. اما هر رباط خود اجزا و قسمتهای پیچیده و یا ساده ای دارد.
قصد داریم که در این بخش شما را با عملکرد جز کوچکی از پیکره یک رباط بپردازیم.
Servo motor
هر servo motor یک دستگاه کو چکی ست که بخش اعظم حرکت آن توسط یک shaft خروجی تعیین می شود. چگونگی حرکت و مو قعیت های زاویه ای این خروجی توسط دسته ای از سیگنال های دیکد شده که برای کابل دیتا آن تعریف می شود کنترل میشود. برای طول مدت زمانی که یک سیگنال فعال بوده و یک پالس بر روی خط ورودی آن قرار دارد این shaft خروجی در مو قعیت خاص زاویه ای که مختص آن سیگنال است قرار دارد و با تغییر این ورودی زاویه مد نظر نیز تغییر می کند.
مشاهده می کنید که در اینجا یک رابطهای بین نرم افزار و سخت افزار ایجاد شده است. این موتور ها در صنایع رباتیک و تولیدات صنعتی مانند موتور های کنترل کننده هواپیما ها و ... کاربرد وسیعی دارند.
آنچه که قدرت حرکتی این نوع موتور ها راتعیین می کند مقدار بارگیریست که از سوی سیگنال انجام می گیرد بر این اساس برای حرکت با سرعتی سریع جهت طی مسافتی متناسب با سرعت میزان بارگیری مذکور بالاست و عمو ما این میزان توسط سازنده مو تور تعیین خواهد شد.
سه کابل موجود در این موتور ها می توانند 3 ورودی این مو تور باشند.
معمولا سیم اول برای power حدود 5 ولت.
سیم دوم :GND
سیم سوم (معمو لا به رنگ سفید): جهت کنترل وضعیت های حرکتیست.
عملکرد مداری :
هر servo از چند مدار الکترونیکی کنترلی – یک مقاومت متغیر(پتانسیو متر) – تعدادی چرخدنده (برای ایجاد امکان حرکت) – یکshaft خروجی تشکیل شده است. در بخشی از این مدار که به آن pot اطلاق می شود امکان دیدن سیگنالی که مو تور تحت تاثیر آن از خود عکس العمل نشان می دهد وجود دارد.
زاویه حرکتی این خانواده از مو تور ها متفاوت است اما یک servo نرمال میتواند مسافتی بین 0 تا 180 درجه را بپیماید. سیستم کنترل کننده معممو لا وظیفه کنترل این چرخش را به عهده دارد. این زاویه حرکتی که نیاز است موتور آن را بپیماید به وسیله پالسی که توسط کابل کنترلی فرستاده می شود تعیین می گردد که به آن Pulse Code Modulation اطلاق می شود.
یک servo تمایل دارد که هر 20 میلی ثانیه با یک پالس جدیدی تحریک شود.
طول این پالس بستگی به مسافتی دارد که نیاز است توسط سرو و طی شود. برای مثال همانطور که در شکل مشاهده می کنید هر پالسی که در ضمن 1.5 میلی ثانیه اعمال می شود امکان چرخش shaft را به اندازه 90 درجه فراهم می سازد.
اگر طول پالس کمتر از مقدار مذکور باشد زاویه حرکتی shaft خروجی به 0 میل میکند و اگر بیش از 1.5 میلی ثانیه باشد به 180 درجه نزدیک می شود.
