دانلود گزارش کارآموزی تنظیم کننده های ولتاژ ، ژنراتور ، ماشین AC

ماشین های AC

ماشینها لوازمی هستند که می توانند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و یا بالعکس تبدیل کنند ، از اینرو بدانها مبدلهای ( Converters ) انرژی الکترو دینامیکی گفته می شود . برخی از مبدلها مانند موتورها و ژنراتورها حرکت دورانی دارند و برخی از آنها همچون رله ها ، عمل کننده ها ( Actuator ) ، محرک ها ، حرکت انتقالی یا خطی دارند . یک موتور( Motor ) الکتریکی وسیله ای است که بتواند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند و یک ژنراتور ( Generator ) وسیله ای است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می سازد . ترانسفورماتور ( Transformer ) نیز وسیله ای است که انرژی متناوب در یک میزان ولتاژ را به انرژی الکتریکی در میزان ولتاژ دیگر تبدیل می کند .

در حالت ژنراتوری رتور ( قسمت محرک ماشین ) توسط محرک اولیه بچرخش در می آید . با چرخش در آمدن هادیهای رتور در آنها بخاطر وجود میدان مغناطیسی ، ولتاژ الغا می گردد . اگر بارالکتریکی به سیم پیچ حاصله توسط این هادی ها وصل گردد جریان جاری می شود و توان الکتریکی به مصرف کننده تزریق خواهد شد.

ژنراتورها به دسته های گوناگونی تقسیم می شوند ، از جمله

(1) ژنراتورهای Dc که خود آن به دسته های زیر تقسیم می شود :

1- ژنراتور با تحریک جداگانه ( Seperatly Excited )

2- ژنراتور شنت ( Shunt )

3- ژنراتور سری

4- ژنراتور کمپوند ( Compound ) اضافی

5- ژنراتور کمپوند نقصانی

در ماشینهای Dc سیم پیچ تحریک ( Field Winding )( سیم پیچ میدان ) بر روی استاتور ( Stator ) قرار دارد و رتور ( Rotor ) حاوی سیم پیچ آرمیچر است . ولتاژ القا شده در سیم پیچی آرمیچر یک ولتاژ متناوب ( Ac ) است از اینرو برای یکسو کردن ولتاژ متناور در ترمینال رتور از کموتاتور ( Commutator ) و جاروبک ها ( Brush ) و یا یکسو سازها ( Rectifier ) استفاده می شود . از اینرو انواع مختلف ژنراتور های Dc از نظر مشخصه های ترمینالشان ( ولتاژ- جریان ) با یکدیگر فرق دارند و بسته به مورد استفاده ژنراتور مناسب را انتخاب می کنند .

ماشینهای Ac ، ژنراتورهایی هستند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی Ac تبدیل می کنند . و موتورهایی هستند که انرژی الکتریکی Ac را به انرژی مکانیکی تبدیل می سازد . ماشینهای Ac بیشتر به دو دسته ماشینهای سنکرون و ماشینهای القایی ( آسنکرون ) تقسیم می شوند .

نقش AC در سنکرون ها

ماشینهای سنکرون موتورها و یا ژنراتورهایی هستند که جریان قدرت آنها توسط منبع قدرت Dc تامین می شود در صورتیکه ماشینهای القایی ، موتورها و یا ژنراتورهایی هستند که جریان میدان آنها توسط عمل ترانسفورماتوری ( القای مغناطیسی ) در سیمپیچهای میدان برقرار می شود .

2) ژنراتورهای سنکرون ( Synchronous Generator ) :

ژنراتورهای سنکرون یا مولدهای متناوب ، قدرت مکانیکی را به قدرت الکتریکی Ac تبدیل می کنند . در یک ژنراتور سنکرون ، جریان Dc به سیم پیچ روتور ، که میدان مغناطیسی روتور را تولید می کند اعمال می شود . ( روش تغذیه قدرت می تواند یا از یک منبع Dc خارجی توسط حلقه های لغزان و جاروبک ها ( Brush ) و یا مستقیماً روی محور ژنراتور سنکرون و از یک منبع قدرت Dc خاص باشد ) سپس روتور ژنراتور توسط یک محرک اولیه چرخانده شده و یک میدان مغناطیسی چرخان در ماشین تولید می کند . این میدان مغناطیسی چرخان سیستم ولتاژ سه فاز در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القا می نماید . جریان آرمیچر در این ماشینها شارگردانی در شکاف هوایی پدید می آورد که سرعت دوران این شار با سرعت چرخش روتور برابر است و لذا به این ماشینها لفظ سنکرون ( همزمان ) اطلاق می گردد .قطب های مغناطیسی روی روتور می تواند برجسته ( Salient Pole ) که ( برای روتورهای با چهار قطب یا بیشتر ) و یا صاف ( برای روتورهای دو و یا چهار قطبه ) باشند

3) ژنراتورهای آسنکرون ( القایی ) ( Induction Generator ) :

ماشینهای القایی ( Induction Motors ) ماشینهایی هستند که ولتاژ روتور ( که جریان روتور و میدان مغناطیسی روتور را تولید می کند ) از طریق القا در سیم پیچ روتور ظاهر می شود نه اینکه توسط سیمهایی بدان متصل شود . ماشینهای القایی تقریباً در تمامی موارد در حالت موتوری مورد استفاده قرار می گیرند و حالت ژنراتوری آن به دلیل معایب بسیار بندرت بکار برده می شود .

درایو های Vacon AC برای OEMها

OEM به شرکتی اطلاق می گردد که از مبدل فرکانس بعنوان بخشی از تجهیزاتی که تولید می کند استفاده می نماید.

و کن برای OEM هایی که به بهبود عملکرد تجهیزات تولیدی خود می اندیشند ، یک سری راه حل های درایو AC ولتاژ پایین سازگار با محصول ارائه می دهد تا نیازهای آنها را بصورت قابل قبولی بر طرف سازد.

یک مشتری VACON  ، در واقع تولید کننده ای را انتخاب می کند که متمرکز اصلی آن برروی درایو همراه با

-          تیمی مشتری مدار

-          عملکرد مشتری مدار

-          کوشش در جهت توسعه محصول

-          شبکه ای جهانی جهت پشتیبانی مشتریان OEM می باشد.

به چند نمونه از دستاوردهای ما در صنایع مختلف نظری بیافکنید:

- درایو های وکن تولید محصولات با کیفیت در کارخانه لبنیات Valio کمک می کند .

درایوهای وکن ماشین آلات انتقال و کانوایر ها را در کارخانه لبنیات Valio  در شهر Riihimaki در فنلاند کنترل می کنند .

Valio بیشترین حجم معاملات را در صنعت لبنیات در فنلاند دارا می باشد . Valio پیشگام تولید لبنیات در سطح جهان می باشد.

 - درایو های AC مدیریت پروسه را بهبود بخشیده اند :

در کارخانه لبنیات Riihimaki حدود 100 دستگاه درایو Vacon NXL در رنج توانی 0.75 – 15 KW بکار رفته است درایو های وکن سرعت ماشین آلات انتقال و کانوایر ها را کنترل می کنند. کنترل سرعت متناسب با نیاز ، موجب بهبود کنترل پروسه می گردد . آقای Juha Lahtinen از واحد طراحی اتوماسیون شرکت Pesmel که تامین کننده کانوایرها و ماشین های انتقال در Valio  می باشد ، می گویند : کانوایرها چنان یکنواخت استارت کرده و حرکت می کنند که بسته ها در طول کانوایر سقوط نمی کنند . ما به دلیل کیفیت و قیمت مناسب ، وکن را انتخاب کردیم و از خدمات رسانی وکن بسیار راضی هستیم.

شرکت Pesmel از درایو های Vacon NXL در کاربردهایی نظیر Hoisting  (بالابر) و Motion Control (کنترل حرکت) نیز استفاده کرده است. درایو های وکن از طریق پروفی باس کنترل شده و کنترل و نظرات بر پروسه را امکان پذیر ساخته اند . انرژی بازگشتی از موتور کانوایرها در هنگام ترمز به مقاومتهای ترمز هدایت می شوند.

آقای Heikki Sirkesalo مسئول ماشین آلات موجود در انبار Valio می گوید : انبار و کارخانه لبنیات مانند یک یخچال غول پیکر است ، با این وجود دمای پایین ثابت +4C هیچ مشکلی در ماشین آلات الکتریکی ایجاد نمی کند .

کنترل خط جدید توسط درایو وکن

Mirka  تصمیم دارد در خط تولید جدید خود از درایو های NXP برای کنترل باز کردن و پیچیدن رولها و از درایوهای NXL برای کنترل فنها و دستگاه های تنظیم برش استفاده نمایند .

مولدهای AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای dc بر اساس القاء الکترومغناطیسی کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر ویک میدان مغناطیسی هستند. اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد : درحالی که در ژنراتورهای dc آرمیچر چرخیده می شود وسیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.

یک موتور سنکرون از نظر الکتریکی مشابه یک آلترناتور یا ژنراتور ac می باشد در حقیقت از نظر تئوری یک ماشین سنکرون می تواند به عنوان آلترناتور استفاده گردد که به طور مکانیکی راه اندازی شده و یا به عنوان موتوری استفاده گردد که به صورت الکتریکی راه اندازی شده باشد.بیشتر موتورهای سنکرون دارای مقدار نامی 150 کیلو وات تا 15 مگاوات بوده ودارای محدوده سرعتی rpm150 تا rpm1800 کار میکنند .بعضی از خواص مشخصه ی یک موتور سنکرون که جالب توجه است عبارتند از :

1- هم در سرعت سنکرون کار می کند وهم کار نمی کند یعنی در حال کار سرعترا ثابت نگه می دارد . تنها روش برای تغییر سرعت آن تغییر دادن در فرکانس تغذیه می باشد.

2- ذاتا خود راه انداز نبوده و مجبور استتا سرعت سنکرون با استفاده از وسیله خاص تا رسیدن به حالت سنکرون به حرکت در آید.

3- توانایی عمل کردن در محدوده ی وسیعی از ضریب قدرت های پس فاز و پیش فاز رادارد . لذا می تواند برای مقاصد تصحیح توان و به علاوه برا تغذیه گشتاور وراه اندازی بارها استفاده گردد.

مزایای استفاده از خطوط مستقیم در مقابل متناوب

بزرگ‌ترین مزیت سیستم جریان مستقیم, امکان انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد است و با تلفات کمتر (در مقیسه با روش انتقال DC) است. بدین ترتیب امکان استفاده از منابع و نیروگاه‌های دور افتاده مخصوصا در سرزمین‌های پهناور به وجود می‌آید.

برخی از شرایطی که استفاده از سیستم HVDC به‌صرفه‌تر از انتقال AC است عبارت‌اند از:

کابل‌های زیرآبی, به ویژه زمانی که به علت بالا بودن میزان توان خازنی(capacitance), تلفات در سیستم AC بیش از حد زیاد می‌شود.(برای مثال شبکه کابلی دریای بالتیک به طول ۲۵۰ کیلومتر بین آلمان و سوئد)

انتقال در مسافت‌های طولانی و در مکان‌های بن‌بست به طوری که در یک مسیر طولانی شبکه فاقد هیچگونه اتصال به مصرف کننده‌ها یا دیگر تولید کننده‌ها باشد.

افزایش ظرفیت شبکه‌ای که به علت برخی ملاحظات امکان افزایش سیم در آن پر هزینه یا غیر ممکن است.

اتصال دو شبکه AC ناهماهنگ که در حالت AC امکان برقراری اتصال در آنها وجود ندارد.

کاهش دادن سطح مقطع سیم مصرفی و همچنین دیگر تجهیزات لازم برای برپاکردن یک شبکه انتقال در یک توان مشخص.

اتصال نیروگاه‌های دور افتاره مانند سدها به شبکه الکتریکی.

خطوط طولانی زیرآبی دارای ظزفیت خازنی زیادی هستند. در سیستم DC این ظرفیت خازنی تأثیر کمی بر روی عملکرد شبکه دارد اما از انجایی که در مدارهای AC, خازن در مدار تقریباً به صورت یک مقاومت عمل می‌کند ظرفیت خازنی در خطوط زیرآبی موجب ایجادشدن تلفات اضافی در مدار می‌شود و این استفاده از جریان DC را رد خطوط زیر آبی به صرفه می‌کند.

خطوط طولانی زیرآبی دارای ظزفیت خازنی زیادی هستند. در سیستم DC این ظرفیت خازنی تأثیر کمی بر روی عملکرد شبکه دارد اما از انجایی که در مدارهای AC, خازن در مدار تقریباً به صورت یک مقاومت عمل می‌کند ظرفیت خازنی در خطوط زیرآبی موجب ایجادشدن تلفات اضافی در مدار می‌شود و این استفاده از جریان DC را رد خطوط زیر آبی به صرفه می‌کند.

در حالت کلی نیز جریان DC قادر به جابجایی توان بیشتری نسبت به جریان AC است چراکه ولتاژ ثابت در DC از ولتاژ پیک در AC کمتر است و بدین ترتیب نیاز به استفاده از عایق‌بندی کمتر و همچنین فاصله کمتر در بین هادی‌ها است که این عمر موجب سبک شدن هادی و کابل و همچنین امکان استفاده از هادی‌های بیشتر در یک محیط مشخص می‌شود و همچنین هزینه انتقال به صورت DC کاهش می‌یابد.

افزایش ثبات یک شبکه

از آنجایی که سیستم HVDC به دو شبکه ناهماهنگ AC امکان می‌دهد تا بهم اتصال یابند, این سیستم می‌تواند موجب افزایش ثبات در شبکه شود و از ایجاد پدیده‌ای به نام «آبشار خطاها» (Cascading failure) جلوگیری کند. این پدیده زمانی به وجود می‌آید که به علت بروز خطا در قسمتی از شبکه کل یا قسمتی از بار این بخش به بخش دیگری انتقال داده می‌شود و این بار اضافه موجب ایجاد خطا در قسمت دیگر شده و یا این بخش را در خطر قرار می‌دهد که به این ترتیب بار این بخش هم به قسمت دیگری انتقال داده می‌شود و این حالت ادامه پیدا می‌کند. مزیت شبکه HVDC دراین است که تغییرات در بار که موجب ناهماهنگی در شبکه‌های AC می‌شود تأثیرات مشابهی را بروی شبکه HVDC نمی‌گذارد, چراکه توان و مسیر جاری شدن آن در سیستم HVDC قابل کنترل است و در صورت نیاز قابلیت کنترل اضافه بار در شبکه AC را دارد. این یکی از دلایل مهم تمایل برای ساخت این گونه شبکه‌هاست.

معایب

مهم‌ترین عیب این سیستم گران بودن مبدل‌ها و همچنین محدودیت آنها در مقابل اضافه بارها است همچنین در خطوط کوتاه تلفات به وجود آمده در مبدل‌ها از یک شبکه AC با همان طول بیشتر است, بنابر این این سیستم در مسافت‌های کوتاه کاربردی ندارد و یا ممکن است صرفه جویی به وجود آمده در تلفات نتواند هزینه بالای نصب مبدل‌ها را جبران کند. در مقایسه با سیستم‌های AC, کنترل این سیستم در قسمت‌هایی که شبکه دارای اتصالات زیادی است خیلی پیچیده‌است. کنترل توان جاری در یک شبکه پر اتصال DC نیازمند ارتباط قوی بین تمامی اتصال‌هاست چراکه هنواره باید توان جاری در شبکه کنترل شود.

هزینه‌های مربوط به انتقال DC

شرکت‌های بزرگ ایجاد کننده این گونه خطوط مانند ABB یا Siemens هزینه مشخصی از اجرای طرح‌های مشابه در مناطق مختلف اعلام نکرده‌اند چراکه این هزینه بیشتر یک توافق بین طرفین است. از طرف دیگر هزینه اجرای این گونه طرح‌ها به طور گسترده‌ای به خصوصیات پروژه مانند: میزان توان شبکه, طول خطوط, نوع شبکه(هوایی یا زیر زمینی), قیمت زمین در منطقه مورد بحث و... بستگی دارد.

با این حال برخی از شاغلین در این زمینه در این زمینه اطلاعاتی را بروز داده‌اند که می‌تواند قابل اعتماد باشد. برای خط انتقال ۸ مگاواتی کانال انگلستان(English Channel) با طول تقریبی ۴۰ کیلومتر, هزینه مربوط به قرار داد اولیه به تقریباُ به صورت زیر است: (جدای از هزینه‌های مربوط به عملیات آماده سازی ساحل, هزینه‌های مربوط به مالکیت زمین‌ها, هزینه بیمه مهندسین و...)

پست‌های مبدل, باهزینه تقریبی ۱۱۰ میلیون پند

کابل زیرآبی+ نصب, با هزینه تقریبی ۱ میلیون پند به ازای هر کیلومتر

بنابراین برای احداث شبکه انتقال ۸ گیگاواتی در چهار خط, هزینه‌ای تقریبی برابر ۷۵۰ میلیون پند نیاز است که باید دیگر هزینه‌های مرتبط با ساخت و بهره‌برداری خط به ارزش ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلیون پند را هم به آن اضافه کرد.

اتصالات در سیستم AC

خطوط انتقال AC تنها می‌توانند به خطوط AC که دارای فرکانس برابر و تطابق زمانی یا فازی هستند متصل شوند. خیلی از شبکه‌هایی که به ایجاد اتصال تمایل دارند (مخصوصا شبکه‌های متعلق به دو کشور متفاوت) دارای شبکه‌های ناهماهنگ هستند. شبکه سراسری انگلستان و دیگر کشورهای اروپایی با فرکانس ۵۰ هرتز کار می‌کنند اما هماهنگ نیستند یا برای مثال در کشوری مثل ژاپن شبکه‌ها ۵۰ یا ۶۰ هرتز هستند. در سراسر جهان مثال‌های زیادی از این دست وجود دارد. در این حالت اتصال شبکه‌ها به صورت AC غیرممکن یا پرهزینه است, اما در سیستم HVDC امکان ایجاد اتصال بین شبکه‌های این چنینی وجود دارد.

این امکان وجود دارد که ژنراتورهای وصل شده به یک شبکه انتقال بلند AC دچار بی‌ثباتی شده و موجب اختلال در هماهنگی شبکه شوند. سیستم HVDC استفاده از ژنراتورهای نصب شده در مناطق دورافتاده را عملی می‌کند. ژنراتورهای بادی مستقر در مناطق دور افتاده با استفاده از این سیستم می‌توانند بدون اینکه خطر ایجاد ناهماهنگی در شبکه به وجود آورند به شبکه اتصال یابند.

به طورکلی گرچه HVDC امکان اتصال دو شبکه متفاوت AC را فراهم می‌کند اما هزینه ماشین‌آلات و تجهیزات مبدل از AC به DC و برعکس واقعاً قابل توجه است, بنابراین استفاده از این سیستم بیشتر در شبکه‌هایی که توجیه اقتصادی داشته باشد انجام می‌گیرد(مسافت دارای توجیه پذیری اقتصادی در سیستم HVDC برای خطوط زیر آبی در حدود ۵۰ کیلومتر و برای شبکه‌های هوایی بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است).

مبدل‌های AC

اجزای مبدل‌ها

در گذشته مبدل‌های HVDC از یکسوکننده‌های قوس جیوه که غیر قابل اطمینان بودند, برای انجام یکسوسازی استفاده می‌کردند و هنوز هم استفاده از این یکسوسازها در برخی مبدل‌های قدیمی ادامه دارد. از درگاه‌های تیریستوری اولین بار در دهه ۱۹۶۰ برای یکسو سازی استفاده شد. تریستور نوعی قطعه نیمه‌هادی شبیه دیود است, با این تفاوت که دارای یک پایه اضافی برای کنترل جریان عبوری است. امروزه از IGBT که نوعی تریستور است نیز برای یکسو سازی استفاده می‌شود. این قطعه دارای قابلیت‌های بهتری از تریستورهای عادی است و کنترل آن اسانتر است که قابلیت‌ها موجب کاهش یافت قیمت تمام شده یک درگاه می‌شود.

از انجایی که ولتاژ استفاده شده در سیستم HVDC در بسیاری موارد از ولتاژ شکست انواع نیمه‌هادی‌ها بیشتر است, برای ساخت مبدل‌های HVDC از تعداد زیادی قطعات نیمه هادی به صورت سری استفاده می‌کنند.

سیستم کنترل ولتاژ که با ولتاژ نسبتاً پایینی کار می‌کند و وظیفه انتقال دستورات قطع یا وصل را به دیگر اجزا دارد باید به طور کامل از قسمت ولتاژ بالا جدا شود. این کار عموماً با استفاده از سیستم‌های نوری انجام می‌پزیرد. در یک سیستم کنترل مرکب, قسمت کنترل برای انتقال دستورات از پالس‌های نوری استفاده می‌کند. عمل حمل این پالس‌ها به وسیله فیبرهای نوری انجام می‌گیرد.

عنصر کاملاً کنترل شده را بدون توجه به اجزای تشکیل دهنده, «درگاه» (valve) می‌ناند.

مدار یکسوسازی سه فاز توسط شش تریستور

سیستم تبدیل از AC به DC و بر عکس

در سیستم HVDC تیدیل از AC به DC و بر عکس تقریباً با تجهیزات مشابهی انجام می‌شود و در بسیاری پست‌های تبدیل, تجهیزات طوری نصب می‌شوند که بتوانند هر دو نقش را داشته باشند. قبل از وصل جریان AC به تجهیزات یکسوسازی ورودی مبدل از تعدادی ترانسفورماتور (ترانسفورماتور سربه‌سر)عبور می‌کند و سپس خروجی آنها به درگاه‌های یکسوسازی وارد می‌شود. دلیل استفاده از این ترانسفورماتورها ایزوله کردن پست تبدیل از شبکه AC و به وجود آوردن زمین (Earthing) داخلی است. در پست تبدیل وظیفه اصلی بر عهده درگاه‌هاست. در ساده‌ترین حالت یک یکسوساز از شش درگاه تشکیل شده است که دو به دو به فازهای AC متصل شده‌اند. ساختمان یکسو ساز به صورتی است که هر درگاه در هر سیکل تنها در طول 60 درجه هادی است و به این صورت وظیفه انتقال توان در هر سیکل 360 درجه‌ای به طور مساوی بین شش درگاه‌ تقسیم می‌شود. با افزایش درگاه‌ها تا 12 عدد می‌توان یکسوساز را طوری طراحی کرد که هر 30 درجه درگاه‌ها عوض شوند و بدین ترتیب ظرفیت یکسوسازی هر درگاه افزایش می‌یابد و هارمونیک‌های تولیدی یکسوساز به شدت کاهش می‌یابند.

سروموتورهاي AC همانطـور که قبلا ذکر شد انتخاب مناسبي براي کاربـــردهاي با توان پايين هستند و به همين دليل است که موتورهاي AC هميشه به  موتورهاي DC ترجيح داده ميشوند. مزاياي  سروموتورهاي  AC به سروموتورهاي DC شامل موارد زير است :

روتورهاي قفس سنجابي ساده هستند و در مقايسه با سيم پيچي آرميچر ماشينهاي DC از نظر ساختاري ،  محکمتر هستند.

سروموتورهاي AC داراي جاروبک براي کموتاسيـون نيستنـد و نياز به تعمير ونگهداري دائم ندارند.

هيچ عايقي در اطراف هادي آرميچر آنچنان که در موتور DC وجود دارد نيست پـس آرميـچر مي تواند بسيار بهتر گرما را پخش کند.

بدليل اينکه آرميـچر،  سيـم پيچي هاي عايـق دار پيچـيده اي ندارد ،  قطر آن مي توانـد براي کاهش اينرسي روتور بسيار کاهش يابد . اين امر به جلوگيري از  Over Shoot  در مکـانيسم سـرو کمک مي کند .

سروموتورهاي AC همانطـور که قبلا ذکر شد انتخاب مناسبي براي کاربـــردهاي با توان پايين هستند و به همين دليل است که موتورهاي AC هميشه به  موتورهاي DC ترجيح داده ميشوند. مزاياي  سروموتورهاي  AC به سروموتورهايDC شامل موارد زير است :

روتورهاي قفس سنجابي ساده هستند و در مقايسه با سيم پيچي آرميچر ماشينهاي DC از نظر ساختاري ،  محکمتر هستند.

سروموتورهاي AC داراي جاروبک براي کموتاسيـون نيستنـد و نياز به تعمير ونگهداري دائم ندارند.

هيچ عايقي در اطراف هادي آرميچر آنچنان که در موتور DC وجود دارد نيست پـس آرميـچر مي تواند بسيار بهتر گرما را پخش کند.

بدليل اينکه آرميـچر،  سيـم پيچي هاي عايـق دار پيچـيده اي ندارد ،  قطر آن مي توانـد براي کاهش اينرسي روتور بسيار کاهش يابد . اين امر به جلوگيري از  Over Shoot  در مکـانيسم سـرو کمک مي کند .

يک سروموتور AC  اصولا يک موتور دوفاز القايي است به جز در مورد جنبه‌هاي خـاص طراحي آن.

توان مکانيکي خروجي يک سروموتور DC از 2 وات تا چند صد وات تغيير مي کند . مــوتورهاي بزرگتر از اين توان بسيار کم بازده اند واگربامشـخصات گشتـاور سرعت مطلوب ساخته شده باشند براي استفاده در کاربردهاي سرو بسيار مشکل ساز خواهند شد . سرو موتورهاي دقيق در کامپيوترها ابزارهاي سرو و شماري ازکاربردها که به دقت بالايي نياز است بکار مي روند.

تنظيم كننده هاي ولتاژ

در اكثر آزمايشگاههاي برق از منابع تغذيه براي تغذيه مدارهاي مختلف الكترونيكي آنالوگ و ديجيتال استفاده مي شود . تنظيم كننده هاي ولتاژ در اين سيستم ها نقش مهمي را برعهده دارند زيرا مقدار ولتاژ مورد نياز براي مدارها را بدون افت و خيز و تقريباً صاف فراهم مي كنند .

منابع تغذيه DC ، ولتاژ AC را ابتدا يكسو و سپس آن را از صافي مي گذرانند و از طرفي دامنه ولتاژ سينوسي برق شهر نيز كاملاً صاف نبوده و با افت و خيزهايي در حدود 10 تا 20 درصد باعث تغيير ولتاژ خروجي صافي مي شود.

از قطعات مورد استفاده براي رگولاتورهاي ولتاژ مي توان قطعاتي از قبيل ، ترانسفورماتور ، ترانزيستور ، ديود ، ديودهاي زنر ، تريستور ، يا ترياك و يا آپ امپ (op Amp) و سلف (L) و خازن (C) و يا مقاومت (R) و يا ICهاي خاص را نام برد .

عوامل موثر بر تنظيم ولتاژ :

عوامل مختلفي وجود دارند كه در تنظيم ولتاژ در يك تنظيم كننده موثرند از جمله اين عوامل را مي توان ، تغييرات سطح ولتاژ برق ، ريپل خروجي صافيها، تغييرات دما و نيز تغييرات جريان بار را نام برد .

الف) تغييرات ولتاژ ورودي :

در تمامي وسايل الكترونيكي و يا سيستم هاي الكترونيكي و مكانيكي و غيره و در تمامي شاخه هاي علمي طراحان براي اينكه يك وسيله يا سيستم را با سيستم هاي مشابه مقايسه كنند معياري را در نظر مي گيرند كه اين معيار در همه جا ثابت است .

در يك تنظيم كننده معياري به نام تنظيم خط وجود دارد كه ميزان موفقيت يك تنظيم كننده ولتاژ در كاهش تغييرات ولتاژ ورودي را با اين معيار مي سنجند و به صورت زير تعريف مي كنيم :

فرمول (1ـ2)

كه در آن ، تغييرات ولتاژ ورودي ، تغييرات ولتاژ خروجي ، ولتاژ خروجي متوسط (DC) مي باشد .

ب)تغييرات ناشي از تغيير دما :

يكي ديگر از عاملهاي تعيين كننده در يك تنظيم كننده ولتاژ خوب تغييرات ناشي از دماست .

معياري كه تغييرات نسبي ولتاژ را برحسب دما بيان مي كند ضريب دماي تنظيم كننده نام دارد كه آن را با T.C نشان مي دهيم و بصورت زير تعريف مي شود :

(فرمول 2-2)

T.C = Temperature coefficient

در رابطه فوق ، تغييرات ولتاژ خروجي در اثر تغييرات دماي و مقدار متوسط (DC) ولتاژ خروجي است .

معمولاً TC برحسب (Parts - per - million) بيان مي شود و به صورت زير تعريف مي شود .

(فرمول 3-2)

در زير چند نمونه از مقادير ، ، و ... براي بعضي از سري IC هاي رگولاتور ولتاژ آورده شده است .

Linear integrated circuits voltage regulators

ج)تغييرات ناشي از تغيير بار :

اكثر دانشجويان در آزمايشگاه با اين مسئله روبرو شده اند كه وقتي ما ولتاژي را از يك منبع مي گيريم و با مالتي متر اندازه گيري مي كنيم ( چه در حالت DC و چه در حالت ac ) وقتيكه به مدار وصل مي كنيم مقدار آن با حالت بدون بار كمي اختلاف دارد ، دليل آن تغيير بار است ، چون وقتي به مدار وصل نيست (بار) و وقتي به مدار وصل مي شود بار تا مقدار خيلي زيادي كم مي شود در حقيقت مقاومت بار تنظيم كننده ولتاژ ، مقاومت ورودي مداري است كه از بيرون به آن متصل مي شود و بنابراين مي تواند تغييرات نسبتاً وسيعي داشته باشد .

در يك تنظيم كننده ولتاژ ايده آل مقاومت داخلي صفر است تا تغيير مقاومت بار تأثيري در ولتاژ خروجي آن نداشته باشد . در عمل تنظيم كننده ها داراي مقاومت داخلي كمي هستند و به همين دليل كمي ولتاژ خروجي را تحت تأثير قرار مي دهند .

ميزان اين تأثيرپذيري را با معياري به نام تنظيم بار يا ، نشان مي دهيم كه بصورت زير تعريف مي شود .

فرمول (4-2)

: ولتاژ در بار كامل (حداكثر بار ) .

: ولتاژ در بي باري .

* قسمتهاي مختلف يك تنظيم كننده

الف)ترانسفورماتور:

جريان متناوب با دامنه و بسامد ثابت ، منبع اوليه انرژي الكتريكي است ( در بسياري از كشورها و از جمله ايران و اروپا منبع سينوسي با ولتاژ موثر 220 ولت و فركانس 50 هرتز به كار مي رود و در ايالات متحده اين منبع سينوسي با ولتاژ موثر 110 تا 220 ولت وفركانس 60 هرتز مي باشد ) تقريباً همه مدارهاي الكترونيكي براي تضمين كاركرد مناسب به ولتاژهاي ثابت نياز دارند.

براي مثال ، بيشتر ريزكامپيوترها به منبع هاي 5 ولتي قادر به تأمين جريان A 100 نياز دارند . ديگر سيستمهاي سيگنال ـ پرداز اغلب به منبع هاي 12 و 15 ولتي نياز دارند كه در آنها جريان حاصل با شرايط بار تغيير مي كند به علاوه بيشتر محركهاي موتور و سيستمهاي كنترل به منبع هاي dcيي نياز دارند كه سطوح ولتاژ آنها را مي توان براي برآوردن شرايط كار مطلوب تنظيم كرد .

وظيفه ترانسفورماتور ، تنظيم سطح ac به گونه اي است كه دامنه dc مناسب بدست آيد كه ترانسفورمر مي تواند از نوع افزاينده يا كاهنده باشد و ظرفيت تواني كه مي تواند جابجا كند بايد براي تغذيه بار كافي باشد و اتلافهاي يكسوساز ، پالايه و تنظيم كننده را تأمين كند . نسبت دورها ، از دامنه خروجي لازم نسبت به دامنه ورودي ac بدست مي آيد .

ب)يكسوسازها

بعد از ترانسفورماتور ، در يك منبع تغذيه ، يكسو كننده وجود دارد . وظيفه يكسوكننده تبديل ولتاژ سينوسي به سيگنال dc پالسي است .

يكسوساز نيم موج :

با استفاده از يكسوكننده هاي نيم موج مي توان نيم سيكلهاي مثبت يا منفي يك ولتاژ متناوب را حذف نمود . ولتاژ ورودي VI معمولاً توسط يك ترانسفورماتور ورودي تأمين مي شود . چنانچه از ولتاژ آستانه هدايت ديود صرفنظر كنيم در نيم سيكلهاي مثبت ولتاژ ورودي ، ديود هدايت نموده و مي توان آن را بصورت يك مقاومت كوچك درنظر گرفت بنابراين جريان (i) در اين نيم سيكلها از تقسيم VIبر مجموع مقاومت هاي و بدست مي آيد .

اگر ولتاژ ورودي داراي شكل موج سينوسي با دامنه باشد دامنه جريان از تقسيم بر مجموع مقاومتهاي و بدست مي آيد .

اگر در مدار يك آمپرمتر DC به صورت سري قرار گيرد اين آمپرمتر مقدار متوسط جريان را نشان خواهد داد . با توجه به تعريف مقدار متوسط يك تابع متناوب داريم :

فرمول (5-2)

در انتگرال فوق به جاي متغير (t) از متغير استفاده شده است .

ولتاژ DC دوسر مقاومت ، از ضرب مقاومت در جريان بدست مي آيد ، كه جريان نيز از تقسيم بر عدد همانطور كه در رابطه (1) بدست آمد ، بدست مي آيد . در مورد ولتاژ دوسر ديود دو حالت وجود دارد ، اولاً هنگاميكه ديود قطع است ، تمام ولتاژ ورودي در دوسر ديود ظاهر مي شود و ثانياً ، اگر ديود هدايت كند ولتاژ لحظه اي دوسر ديود ، بوده بنابراين ولتاژ دوسر ديود عبارت است از :

فرمول (6-2)

مقادير موثر جريان و ولتاژ نيز از روابط زير بدست مي آيد:

فرمول (7-2)

فرمول (8-2)

* بازده يكسوكننده نيم موج :

نسبت توان DC تحويلي به مقاومت بار به توان متوسط ورودي را مي توان به عنوان بازده يكسوكننده تعريف نمود كه برابر است با :

فرمول (9-2)

يكسوساز تمام موج :

مدار يكسوساز تمام موج در حقيقت از 2 مدار نيم موج تشكيل شده كه هركدام

در يكي از نيم سيكلهاي ولتاژ سينوسي ورودي هدايت مي كند ، در نيم سيكل مثبت ولتاژ ورودي ، فقط ديود هدايت نموده و جريان را از مقاومت بار عبور مي دهد و در نيم سيكل منفي ولتاژ ورودي ، ديود هدايت نموده و جريان به مقاومت بار مي رسد .

مقادير متوسط جريان و ولتاژ :

اگر مدار يكسوساز تمام موج را با يكسوساز نيم موج مقايسه كنيم متوجه مي شويم كه جريان در مدار تمام موج 2 برابر حالت نيم موج است .

و ولتاژ DC نيز از ضرب جريان بدست آمده بالا در مقاومت بدست مي آيد .

حداكثر ولتاژ معكوس :

در يكسوكننده نيم موج ديديم كه وقتي ديود D در حالت قطع قرار مي گرفت تمامي ولتاژ ورودي بر روي آن ظاهر مي شد و بنابراين حداكثر ولتاژ معكوس ديود برابر بود .

در يكسوكننده تمام موج وقتي ديود قطع است ديود در حالت هدايت بوده و تقريباً اتصال كوتاه است و ولتاژ دوسر ديود برابر مي باشد و براي ديود نيز وقتي كه ديود وصل است ، ديود قطع و اوج ولتاژ معكوس برابر مي‌باشد . بنابراين بايد بدانيم كه در انتخاب ديودها براي مدار يكسوكننده تمام موج ، اندازه ولتاژ شكست ديود از بيشتر باشد تا ديود وارد ناحيه شكست نشود .

صافي خازني :

در شكلهاي مدارهاي يكسوكننده كه شكل موج ولتاژ خروجي در اين مدارها با شكل موج ولتاژ ورودي تفاوتي اساسي پيدا نموده و در واقع اين مدارهاي يكسوكننده از يك ولتاژي كه شامل هيچ گونه مؤلفه DC نيست يك ولتاژ DC توأم با ريپل (ripple) يا به عبارتي ناصاف بوجود مي آورد . براي حذف ريپل موجود در خروجي يكسوكننده مي توان از صافي خازني استفاده كرد اينكار بوسيله موازي كردن يك خازن با مقاومت در مدار مثلاً يكسوكننده نيم موج بدست مي آيد . اين صافي در حقيقت مانع رسيدن فركانسهاي بالاي موجود در شكل موج ورودي ، به مقاومت بار گرديده و با اين عمل به صاف تر شدن ولتاژ خروجي كمك مي كند (صافي پايين گذر) .

مباحث كلي درباره فيلتر

يك مدار يكسوساز براي تبديل سيگنالي با مقدار متوسط صفر به مقدار متوسط غيرصفر مورد نياز است . البته ، ولتاژ dc ضربان دار بدست آمده ، كاملاً dc نيست و حتي نمونه قابل قبولي از آن نمي باشد . اگرچه در مداري نظير يك شارژ باطري ، ضربان دار بودن مشكل بزرگي نيست ، با اين وجود ، براي مدارات منبع تغذيه يك راديو ، ضبط صوت ، كامپيوتر و ديگر دستگاههاي الكترونيك ضربان با فركانس 50 سيكل روي ولتاژ dc خروجي ظاهر مي شود و در اثر آن كار كليه مدارت نادرست انجام مي گيرد . در چنين موردي و موارد گوناگون ديگر dc بدست آمده بايستي صاف تر از ولتاژي باشد كه مستقيماً از يكسوساز نيم موج يا تمام موج بدست مي آيد .

فيلتر رگولاسيون ولتاژ و ولتاژ موجك

قبل از ورود به جزئيات مدار فيلتر ، بايستي روش متداول ارزيابي مداري كه اثر آن را به عنوان يك فيلتر مورد مقايسه قرار مي دهيم بدقت ملاحظه شود . اگرچه باطري علي الاصول داراي ولتاژ خروجي dc يا پيوسته است ، ولتاژ بدست آمده از منبع ac با يكسوسازي و فيلتر كردن ، داراي مقداري ريپل يا موجك خواهد شد .هر اندازه تغييرات ac نسبت به سطح dc كمتر باشد ، عمل فيلتر بهتر صورت گرفته است .

فرض كنيد ولتاژ مدار فيلتر را با يك ولتمتر dc و يك ولتمتر ac اندازه گيري كنيم . در آن صورت ولتمتر dc تنها مقدار متوسط يا سطح dc ولتاژ خروجي را نشان خواهد داد و ولتمتر ac فقط مولفه rms ولتاژ ac را اندازه گيري خواهد كرد (با فرض اينكه سيگنال از طريق يك خازن به ولتمتر اخيرالذكر منتقل شود) .