معرفی تکنولوژی موبایل ماهواره ای

1-1-مقدمه :                

ماهواره THURAYA-1 در 21 اكتبر سال 2000 با موفقیت توسط راكتZenit- 3SL و از عرشه ی شناور Sea lunch از خط استوا در محدوده اقیانوس آرام به مدار پرتاب شده است. این پرتاب یك ركورد موفق محسوب می شود، زایر این ماهواره به عنوان اولین ابتكار خاورمیانه، سنگین ترین ماهواره ای بود كه تا به حال پرتاب شده است.

دومین ماهواره ثریا Thuraya-2 در تاریخ 10 ژوئن 2003 توسط Sea launch كه پرتاب كننده ماهواره اول هم بود، در مدار انتقالی همزمان زمینی (GSO) قرار گرفت. طول عمر پیش بینی شده برای این ماهواره 12 الی 15 سال می باشد. این ماهواره در ارتفاع 35786 كیلومتری (22236 مایلی) زمین با طول جغرافیایی 44 درجه شرقی و با زاویه انحراف 3/6 درجه قرار دارد.

ماهواره سوم نیز كه توسط تولید كنندگان سیستم ماهواره ای بوئینگ طراحی شده در 15 ژانویه سال 2008 توسط راكتZenit- 3SL و از عرشه ی شناور Sea lunch از خط استوا در محدوده اقیانوس آرام به مدار پرتاب شد. این ماهواره به منظور افزایش ظرفیت و گسترش محدوده تحت پوشش ثریا را طراحی شده است. مدخل زمینی اصلی شركت ثریا در شارجه - امارات متحده عربی واقع شده است كه وظیفه خدمات رسانی به محدوده تحت پوشش ثریا بر عهده دارد. طبق طرحهای جدید، مراكز خدمات رسانی منطقه ای دیگری نیز در دست احداث است تا مكانهای بیشتری را كه به خدمات نیاز دارند، تحت پوشش قرار دهند.                                                                                                                                        

1-2-گسترش و توسعه ثریا :

ثریا ارائه خدمات ماهواره ای مخابرات سیار خود را در 21 اكتبر سال 2000 آغاز كرد و هم اكنون بیش از 110 كشور اروپایی، آفریقای شمالی و مركزی، بخش وسیعی از آفریقای جنوبی، خاورمیانه و آسیای مركزی و جنوبی را با جمعیتی حدود 3/2 میلیارد نفر به طور همه جانبه تحت پوشش خود دارد.

2

ثریا امكان مكالمات تلفنی، دیتا، فكس، پیام كوتاه و خدمات موقعیت یابی و مكان یابی (GPS) را فراهم كرده و پایانه های دستی و متحرك ثریا بطور دو جانبه تركیبی از خدمات GSM و ماهواره ای را ارائه می دهد.

1-3-ویژگیهای سیستم:

ثریا یك سیستم ماهواره ای سیار در مدار همزمان زمینی است كه از یك ماهواره عملیاتی و یك ماهواره جهت افزایش ظرفیت ها و پشتیبانی تشكیل شده است. این سیستم در مقایسه با سایر خدمات ماهواره ای مخابراتی سیار در دنیا (GMPCS) كه شامل مجموعه ای از ماهواره ها در مدار پائین تر می باشند متفاوت است. ماهواره THURAYA-2 در مدار همزمان زمینی در ارتفاع 35786 كیلومتری (22236 مایلی) زمین با طول جغرافیایی 44 درجه شرقی و با زاویه انحراف 3/6 درجه قرار گرفته است. این ماهواره به منظور افزایش كارآیی سیستم به گونه ای طراحی شده است كه از طریق تجهیزات PAYLOAD، تغییراتی را در ترافیك ارتباطات ثریا اعمال می كند. تجهیزات قابل برنامه ریزی PAYLOAD، بعد از پرتاب ماهواره، هرگونه تغییر در محدوده تحت پوشش ثریا را پشتیبانی كرده و كاركرد سیستم را در مناطق پر ترافیك بهینه سازی می كند.

1-4-عمر طولانی تر :

سیستم ماهواره ای همزمان زمینی در مقایسه با سیستم های ماهواره ای سیاری كه در مدارهای پایینی قرارداشته و پایداری كمتری دارند، طول عمری در حدود 12 تا 15 سال دارد و این عمر طولانی هزینه ای را برای ثریا پس انداز می كند كه مزیت آشكار ثریا به حساب می رود. این مسئله شركت ثریا را قادر می سازد كه با شركای خود مشاركتی طولانی تر داشته و زمان بیشتری را به سرمایه گذاری های خود اختصاص می دهد. در نتیجه مشتركین ثریا از مزایای هزینه های منطقی خدمات و محصولات ثریا بهرمند خواهند شد.

 

3

1-5-سيم کارتهای ثريا
 :Postpaid (پرداخت پستی)
اين سيم کارت همانند سيم كارتهای فعلی شبكه موبايل مخابرات ايران دارای آبونمان ماهيانه و قبوض مصرفی می‌باشد كه از طريق پست به دست مشترك ميرسد.
آبونمان ماهيانه اين سيم كارت ۱۱۲۰۰۰ ريال می‌باشد .
قيمت اين سيم‌كارت برای مشترك مبلغ ۴۲۴۰۰۰۰ ريال می‌باشد كه از اين مبلغ ، مقدار ۴۰۰۰۰۰۰ ريال وديعه‌ی سيم‌كارت در شركت مخابرات ايران می‌باشد و باقی مانده ، هزينه‌ی سيمكارت و فعال سازی آن در شبكه می‌باشد . يعنی هر زمان كه مشترك قصد بر بازگرداندن سيم‌كارت به شركت مخابرات داشته باشد ، پس از كسر هزينه های آبونمان و مكالمه باقی مبلغ ۴۰۰۰۰۰۰ ريال به مشترك عودت می‌شود .
 :Prepaid (پيش پرداختی)
سيم کارت پيش‌پرداختی به اين معناست که اين حساب ابتدا بايد پر شود و هزينه مکالمات از آن کسر شده و تا زمانی می‌توان با اين سيم‌کارت تماس گرفت که اعتبار مالی آن صفر نشده باشد.

1-6-پوشش شبكه ی ماهواره ای ثريا :
هم اكنون شبكه ی ماهواره‌ای ثريا با استفاده از يك ماهواره بخشی از كره زمين را كه شامل مناطقی در آفريقای مركزی و شمالی ، اروپا ، آسيای ميانه و خاورميانه به همراه آسيای جنوبی می‌شود را تحت پوشش خود قرار دارد . دومين ماهواره‌ی ثريا در ۱۰ ژوئن سال ۲۰۰۳ ميلادی بطور موفقيت آميز پرتاب شد و در مدار قرار گرفت . با شروع به كار اين ماهواره در ماه ژوئن سال ۲۰۰۴ همه‌ی قاره پهناور آسيا از شمالی ترين نقطه‌ی سيبری و ژاپن تا شمال استراليا را در پوشش يكپارچه‌ی خود قرار خواهد داد.

4

1-7-كوچكترین و هوشمند ترین تلفن های ماهواره ای جهان:

گوشی های تلفن ثریا سه تكنولوژی قدرتمند ماهواره،GSM و GPSرا تركیب كرده و امكان اتصال بی سیم خارج از محدوده شبكه زمینی و بهره مندی از موقعیت یابی جهانی را برای مشتركین فراهم كرده است. نسل دوم گوشی های ثریا پیشرفت غیر منتظره ای در تكنولوژی محسوب می شود. این گوشی ها به عنوان كوچك ترین و سبك ترین گوشی های ماهواره ای دنیا با 130 گرم وزن، برای استفاده در مناطقی با امكانات مخابراتی محدود كه نیاز به خدمات ماهواره ای دارند، طراحی شده است.

گوشی مدل SG-2520 به عنوان تنها تلفن هوشمند ماهواره ای موجود در بازار، دارای ویژگیهای پیشرفته ای است كه خدمات ماهواره ای را به طور وسیعی ارائه می دهد.

1-8-مودم ماهواره ای ثریا(DSL):

مودم ماهواره ای ثریا امكان اتصال به اینترنت و تبادل اطلاعات را با سرعتی بالا معادل 144 كیلو بایت در ثانیه از طریق پایانه ی سیار و كوچكی در اندازه نوت بوك های معمولی، در هر زمان و مكانی در مناطق تحت پوشش ثریا فراهم می كند. این مودم راه حلی اقتصادی و مقرون به صرفه جهت اتصال به اینترنت با سرعت بالا برای مصارف شركت های حقیقی و حقوقی، مراكز دولتی و گروههای خبری است.

1-9-تجهیزات ارتباطات روستایی(PCO) و تلفن عمومی(Payphone) ثریا:

این تجهیزات امكان برقراری ارتباطات مخابراتی و زمینی قدرتمند و مقرون به صرفه ای را برای ساكنین مناطق روستایی و نقاط دوردستی كه امكانات ارتباطی و یا شبكه های محدودی دارند، فراهم كرده است.

1-10-تجهیزات دریایی ثریا(Marine):

تجهیزات دریایی ثریا با كارآیی بسیار بالا، امكان ارتباطات دریایی را برای همه نوع كشتی در مناطق تحت پوشش ثریا فراهم می كند.

5

1-11-ماژول ثریا:

ماژول ثریا مودم ویژه ای است كه مدارهای تبدیل خدماتی چون مكالمه، دیتا، فكس، پیام كوتاه، GPS، GmPRSرا با حداكثر سرعت 15/60 كیلو بایت در ثانیه پشتیبانی می كند. طراحی منحصر به فرد و اندازه كوچك ماژول، پلاتفرم كامل و آزادی را برای مشتركین جهت توسعه و افزایش كارآیی محصولات ثریا بوجود آورده است كه به نوعی در شبكه ماهواره ای ثریا عمل می كنند.

1-12-خدمات ثریا:

خدمات ماهواره ای ثریا، امكان اتصال و تبادل اطلاعات بی سیم را در سطح عالی فراهم كرده است.

مشتركین ثریا در هر مكانی اعم از نقاط مرزی و دریایی، نقاط صنعتی و دوردست و یا حتی در نقاطی با خدمات مخابراتی و شبكه محدود، می توانند از خدمات ماهواره ای غیر قابل تصور ثریا استفاده كنند.

خدمات اصلی ثریا عبارتند از:

1-خدمات سیار ماهواره ای( تبادل اطلاعات با سرعت بالا )2-خدمات مخابراتی روستایی3-خدمات دریایی

4-اجاره پهنای باند ماهواره ای 5-تجهیزات هوانوردی6-خدمات جانبی

خدمات ماهواره ای و سیار ثریا به منظور تكمیل شبكه های GSM موجود، افزایش كارآیی و توسعه مناطق تحت پوشش شبكه های قبلی و ارائه خدماتی چون مكالمات تلفنی، دیتا، فكس، پیام كوتاه و GPS از طریق گوشی های دو منظوره طراحی شده است.

مشتركین ثریا در هر زمان و مكان می توانند بوسیله مودم ماهواره ای ثریا، از طریق كانالی اشتراكی با حداكثر سرعت 144 كیلو بیت در ثانیه به تبادل اطلاعات در اینترنت بپردازند. تجهیزات دریایی ثریا، خدمات متنوعی را از قبیل مكالمات تلفنی، فكس و دیتا با حداكثر سرعت 6/9 كیلو بیت در ثانیه به منظور تامین نیاز مشتركین دریانورد خود فراهم كرده است.

تجهیزات ارتباطات روستایی ثریا دسترسی مطمئن، سریع و مقرون به صرفه به امكانات مخابراتی را در نقاط روستایی و

6

دوردست با جمعیت اندك و نیز برای ساكنین مناطق محروم فراهم كرده است. تلفن عمومی ثریا نیز مهم ترین وسیله ارتباطی نقاط دوردست و مراكز صنعتی در منطقه تحت پوشش ثریا است. علاوه بر این، ثریا دارای محصولات و خدمات بسیار متنوعی است كه نیازهای كاربران زیادی را تامین می كند. این محصولات و خدمات عبارتند از: سیستم های ردیابی و تجهیزات هوانوردی.

1-13-خدمات و لوازم جانبی ثریا:

خدمات متنوع و لوازم جانبی ثریا مكمل محصولات و خدمات تلفنی و مخابراتی این شركت است. این لوازم و محصولات با كیفیتی بسیار عالی به منظور تسهیل و ایجاد تحرك و آزادی در جابجایی به هنگام استفاده از محصولات ثریا طراحی و تولید شده اند.

تجهیزات ثابت:

این تجهیزات شامل واحد های ثابت FDU و واحدهای سیار است. واحدهای ثابت FDUوسیله ای مناسب برای مصارف خانگی و محیط اداری و كار می باشد و استفاده از تلفن های ماهواره ای ثریا را در فضاهای بسته امكان پذیر ساخته است. واحد های سیار این تجهیزات نیز جهت شارژ تلفن ماهواره ای ثریا و استفاده در وسایل نقلیه طراحی شده است.

لوازم جانبی تلفن های ثریا عبارتند از:

1-شارژر اتومبیل 2- شارژر مسافرتی 3- شارژر خورشیدی 4- لوازم یدكی 5- باتری 6- هندزفری 7- بسته نرم افزاری

1-14-تجهیزات دریایی، تجهیزات روستایی و مودم ماهواره ای ثریا:

آنتن دریایی استفاده از خدمات ثریا را در دریا آسان می كند. سولار خورشیدی ثریا نیز تجهیزات ارتباطات روستایی را كامل می كند. لوازم جانبی مودم ماهواره ای ثریا شامل قطعه نگهدارنده سیم كارت مودم، باتری مودم و شارژ مسافرتی ثریا است.

 

7

(1-1)

نمونه ای از موبایل ماهواره ای

ساختهشدهبرايسختترينشرايطآبوهواييومقاومدربرابرنفوذآبوگردوغباربادوامترينگوشيماهواره

-تکنولوژيصرفهجوييدرمصرفباتري- صفحهنمايشدواينچيرنگيباکنتراستبالا-وزن 193 گرم-جيپياسداخلي-منوي  12زبانه-ظرفيتبالايباتري   - 6 ساعتمکالمهو  80  ساعتاستندباي

(1-2)ارتباط ماهواره ای

 

 

 

 

8

 

 

 

نتیجه گیری :

شركتثریاخدماتتلفنماهوارهایسیاروكمهزینهایرابرایحدودیكسومجهانفراهمكردهاستوازطریقمحصولاتوگوشیهایدستیماهوارهایپویایدوطرفه،آزادیدرجابجاییوارتباطراارائهمیدهد.

ارتباطاتسیارناحیهاییكمیلیوندلاریثریاازطریقسیستمماهوارهای GMPCS نیازبهخدماتسیارتلفنیباكیفیتبالارادرمناطقدوردستومراكزشهریتامینكردهاست..

مشتركین ثریا می توانند از طریق نمایندگی های رسمی كه هم جزو شركت های ملی شبكه GSM بوده و هم از اپراتورهای مخابراتی محلی محسوب می شوند، به سیستم ماهواره ای و سیار ثریا دسترسی یابند. در واقع سیستم ثریا با فراهم كردن امكان اتصال مشترك به شبكه ملی سیار، زمانی كه شبكه ملی GSMدر دسترس نیست، خدمات این شبكه را كامل می كند. گوشی های دو گانه و منحصر به فرد ثریا، گوشی های سبك و زیبا با قابلیت استفاده آسان است كه خدمات ماهواره ای سلولی (GSM) و سیستم مكان یابی (GPS) را با هم ارائه می دهد. این گوشی های دینامیك، امكان مكالمات تلفنی، دیتا، فكس و پیام كوتاه را نیز فراهم می كند.

ادامه مطلب

تست فیبر نوری

/**/

 

به نام خدا

 

 

 

تست فیبـــــر نوری

(OTDR)

 

زمان دامنه بازتاب نوری (OTDR) ابزار اپتو الکترونیکی مورد استفاده برای توصیف یک فیبر نوری است. OTDR تزریق یک سری از پالس های نوری را به الیاف تحت تست. همچنین عصاره آن، از همان پایان از فیبر، نور پراکنده شده است که (backscatter ریلی) و یا منعکس شده از نقطه در طول فیبر است. (این معادل به راه است که اقدامات الکترونیکی در حوزه زمان بازتاب بازتاب تغییرات در امپدانس کابل تحت تست ایجاد می شود.) قدرت پالس بازگشت اندازه گیری می شود و یکپارچه به عنوان تابعی از زمان، و به عنوان یک رسم تابعی از طول فیبر.

 OTDR ممکن است برای محاسبه طول فیبر و میرایی به طور کلی، از جمله باهم و زیان جفت اتصال استفاده می شود. همچنین ممکن است مورد استفاده قرار گیرد به قرار گسلها، از قبیل معافیت، و از دست دادن بازگشت نوری برای اندازه گیری است. برای اندازه گیری میرایی از الیاف های مختلف، آن را بهتر است که از انتهای هر آزمون به طور متوسط ​​و پس از آن نتایج به دست آمده، با این حال این کار فوق العاده قابل توجه است، بر خلاف ادعای رایج است که آزمایش را می توان از تنها یک سر فیبر انجام است.

OTDRs معمولا استفاده می شود به توصیف از دست دادن و طول الیاف آنها را از ساخت اولیه، از طریق کابل کشی، انبارداری در حالی که زخم بر روی درام (drum) نصب و سپس اسپلایسینگ. نرم افزار تست نصب است، بیشتر به چالش کشیدن، از آنجایی که این می تواند بسیار طولانی فاصله ها، یا splices چند فاصله در فواصل کوتاه، و یا فیبرهای عضلانی همراه با ویژگی های مختلف نوری متصل به هم است. نتایج تست OTDR اغلب به دقت در مورد شکست بعد از فیبر یا ادعای گارانتی ذخیره می شود. شکست فیبر می تواند بسیار گران، هر دو از نظر هزینه های مستقیم از تعمیر، و از دست دادن مهم از خدمات است.         
OTDRs نیز معمولا برای پیدا کردن خطا در سیستم های نصب شده استفاده می شود. در این مورد، مرجع به ردیابی OTDR نصب است بسیار مفید می باشد، برای تعیین جایی که تغییرات رخ داده است. استفاده از OTDR برای پیدا کردن خطا ممکن است نیاز به یک اپراتور با تجربه که قادر است به درستی قضاوت تنظیمات ابزار مناسب مشکل به دقت کردهاید. این امر به ویژه در پرونده های مربوط به راه دور، از نزدیک فاصله splices یا اتصال دهنده ها، و یا پونز.

OTDRs با انواع مختلفی از انواع فیبر و طول موج، برای مطابقت با برنامه های کاربردی مشترک در دسترس هستند. به طور کلی، تست OTDR در طول موج های طولانی تر، مانند طول موج 1550 nm و 1625 نانومتر، می توان تضعیف فیبر ناشی از مشکلاتی فیبر، به عنوان مخالف باهم بیشتر رایج است و یا ضرر و زیان های اتصال مورد استفاده برای شناسایی.

دامنه پویا نوری OTDR ترکیبی از قدرت خروجی پالس نوری، پهنای پالس های نوری، حساسیت ورودی، سیگنال و زمان ادغام محدود شده است. نوری بالاتر، نبض قدرت خروجی، ورودی و حساسیت بهتر، ترکیب به طور مستقیم به بهبود دامنه اندازه گیری و معمولا ثابت نیست و از ویژگی های یک ساز خاص. با این حال نوری عرض پالس و سیگنال زمان ادغام کاربر قابل تنظیم هستند، و نیاز به بده بستان است که آنها را به نرم افزار خاص است.

پالس لیزر دیگر، محدوده دینامیکی و میرایی وضوح اندازه گیری در هزینه قطعنامه از راه دور را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، با استفاده از یک طول پالس طولانی، ممکن است ممکن است برای اندازه گیری میرایی در فاصله بیش از 100 کیلومتر، با این حال در این مورد یک رویداد نوری ممکن است به نظر می رسد بیش از 1 کیلومتر طول دارد. این سناریو برای خواص به طور کلی از یک لینک بسیار مفید است، اما استفاده بسیار کمتر خواهد بود زمانی که تلاش برای قرار دادن گسل.طول پالس کوتاه وضوح فاصله از وقایع نوری، بهبود، بلکه کاهش محدوده اندازه گیری و اندازه گیری میرایی قطعنامه. "طول اندازه گیری ظاهری" یک رویداد های نوری است که به عنوان "منطقه مرده" نامیده می شود.تداخل تئوری که عرض پالس و منطقه مرده را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:

 

 

Pulse length	Event dead zone
1 nsec	0.15 m (theoretically)
10 nsec	1.5 m (theoretically)
100 nsec	15 m
1 µsec	150 m
10 µsec	1.5 km
100 µsec	15 km

 

OTDR "منطقه مرده" یک موضوع مورد علاقه را برای کاربران است. منطقه مرده است به دو روش طبقه بندی می شود. در مرحله اول، "منطقه مرده رویداد" مربوط به یک رویداد بازتاب نوری گسسته است. در این وضعیت، منطقه مرده اندازهگیری شده را در ترکیبی از طول پالس (نگاه کنید به جدول) و اندازه بازتاب بستگی دارد. در مرحله دوم، میرایی "منطقه مرده" می شود مربوط به یک رویداد غیر بازتابنده است. در این وضعیت، منطقه مرده اندازهگیری شده را در ترکیبی از طول پالس (نگاه کنید به جدول) بستگی دارد.

سیگنال طولانی هم ادغام به طور موثر، حساسیت OTDR را افزایش می دهد به طور متوسط ​​خروجی گیرنده. این حساسیت را افزایش می دهد با ریشه دوم هم ادغام می باشد. بنابراین اگر هم ادغام شده است به 16 برابر افزایش یافته است، حساسیت را افزایش می دهد توسط یک عامل از 4. این تحمیل حد حساسیت عملی، با ادغام ثانیه تا چند دقیقه است.

طیف پویا از OTDR معمولا به عنوان سطح میرایی که در آن سیگنال اندازه گیری می شود در سطح تشخیص صدا، از دست رفته برای یک ترکیب خاص از طول پالس و سیگنال زمان ادغام مشخص شده است. این شماره آسان به توسط بازرسی اثری خروجی استنباط، و برای مقایسه مفید است، اما در عمل بسیار مفید نیست، زیرا در این مرحله مقادیر اندازه گیری تصادفی. محدوده اندازه گیری عملی کوچکتر است، با توجه به قطعنامه میرایی اندازه گیری مورد نیاز است.

هنگامی که OTDR مورد استفاده برای اندازه گیری میرایی چند طول فیبر پیوست، ردیابی خروجی نادرست می تواند یک مشترک به عنوان داشتن سود، به جای از دست دادن را نشان می دهد. دلیل این کار این است که الیاف مجاور ممکن است backscatter ضرایب مختلف داشته باشند، بنابراین فیبر دوم بازتاب نور از فیبر، برای اولین بار با همان مقدار نور را از طریق آن است. اگر OTDR در انتهای دیگر این جفت فیبر قرار می گیرد، آن را به از دست رفتن غیر طبیعی بالا که در آن مفصل را اندازه گیری کند. با این حال اگر دو سیگنال ها و سپس ترکیب شود، از دست دادن درست خواهد شد به دست آمده است. به همین دلیل، آن است که عمل OTDR معمول برای اندازه گیری و ترکیب دست دادن از هر دو به پایان می رسد از یک لینک، به طوری که از دست دادن از مفاصل کابل، و پایان برای پایان دادن به از دست دادن، می تواند به دقت اندازه گیری است.

فاصله نظری اندازه گیری دقت OTDR بسیار خوب است، از آن است که در نرم افزار و یک ساعت کریستالی با دقت ذاتی بهتر از 0.01٪ است. این جنبه از نیاز به کالیبراسیون بعدی از دقت اندازه گیری طول کابل عملی است که به طور معمول محدود به حدود 1 درصد آنها به علت طول کابل است که همان طول فیبر، سرعت نور در فیبر با دقت محدود (انکساری شناخته شده شاخص فقط تا 3، از چهره های مهم از جمله به عنوان مثال 1.45 و غیره) مشخص شده و نشانگر طول کابل دارای دقت محدود (0.5٪ - 1٪).

برتری OTDR در شناسایی وجود از دست دادن نقطه غیر قابل قبول یا از دست دادن بازگشت در کابل. توانایی خود را به دقت اندازه گیری مطلق انتها به انتها از دست دادن کابل و یا از دست دادن بازگشت می تواند کاملا فقیر، پس از پذیرش کابل معمولا شامل آزمون نهایی به پایان متر با یک منبع نور و قدرت، و بازگشت نوری متر از دست دادن. توانایی آن دقیقا کردهاید گسل کابل پنهان نیز محدود است، بنابراین برای گسل یافتن آن ممکن است با ابزارهای دیگر محلی از جمله لیزر قرمز گسل یاب افزوده، کلیپ شناسه، و یا "سرد گیره" نشانگر راه کابل نوری.

 

قابلیت اطمینان و کیفیت تجهیزات OTDR

 

قابلیت اطمینان و کیفیت OTDR باید بر اساس دقت و صحت آن، محدوده اندازه گیری، توانایی حل و فصل و اندازه گیری وقایع نزدیک فاصله، سرعت آن را می سازد که در آن میکند، اندازه گیری، و توانایی خود را به انجام رضایت بخش تحت افراط و محیطی مختلف و پس از مختلف تعیین می نوع سوء استفاده فیزیکی. علاوه بر هزینه های آن، این ابزار همچنین باید بر روی ویژگی های ارائه شده، اندازه آن، وزن آن، و چه ساده است به کار دادهاند.

دقت صحت اندازه گیری (به عنوان مثال، تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده و ارزش واقعی این رویداد در حال اندازه گیری) تعریف شده است.

دامنه اندازه گیری OTDR بیشترین میرایی است که می تواند بین دستگاه و این رویداد در حال اندازه گیری، که دستگاه قادر به اندازه گیری این رویداد در محدوده دقت قابل قبول خواهد بود قرار داده شده است که به عنوان تعریف شده است.

وضوح ابزار اندازه گیری فاصله دو رویداد می تواند فاصله و هنوز هم به عنوان دو رویداد جداگانه به رسمیت شناخته شده است.مدت پالس اندازه گیری و داده های نمونه برداری فاصله ایجاد محدودیت وضوح برای OTDRs: باعث کم تر شدن مدت زمان پالس و داده های کوتاه تر فاصله نمونه گیری، بهتر است با وضوح دستگاه است، اما محدوده اندازه گیری کوتاه تر است. قطعنامه نیز اغلب محدود است که بازتاب های قدرتمند بازگشت به OTDR و به طور موقت بیش از حد مدار آشکارساز است. وقتی این اتفاق می افتد، بعضی از زمان مورد نیاز است قبل از این ساز می تواند یک رویداد فیبر دوم را حل و فصل است. برخی از تولید کنندگان OTDR استفاده از روش "پوشش" به منظور بهبود وضوح.روش سپر یا "ماسک" آشکارساز از بازتاب فیبر با قدرت بالا، جلوگیری از اضافه بار آشکارساز و از بین بردن نیاز برای بازیابی آشکارساز است.

الزامات خاص صنعت خودرو برای قابلیت اطمینان و کیفیت OTDRs در GR-196، الزامات عمومی برای بازتاب نوری زمان دامنه تجهیزات نوع (OTDR).

انواع تجهیزات تست OTDR مانند

انواع شایع دستگاه تست OTDR مانند:

Full-feature OTDR

Hand-held OTDR

Fiber Break Locator

RTU in RFTSs

تجهیزات در زیر خلاصه شده است، و در GR-196، الزامات عمومی برای بازتاب حوزه زمان نوری (OTDR) تجهیزات نوع جزئیات.

کامل از ویژگی های OTDR

ویژگی OTDRs کامل هستند سنتی، reflectometers های نوری دامنه. آنها از ویژگی های غنی و معمولا بزرگتر و سنگین تر، و کمتر از دو OTDR دستی یا فیبر شکسته یاب قابل حمل است. به رغم به عنوان بزرگ مشخص، اندازه و وزن آنها تنها کسری از OTDRs نسل اولیه است. اغلب OTDR تمام ویژگی های یک قاب اصلی است که می تواند با چند عمل پلاگین واحد برای انجام بسیاری از وظایف فیبر های مختلف اندازه گیری نصب شده است. بزرگتر، برای نمایشگرهای رنگ های معمول هستند. ، OTDR کامل از ویژگی های اغلب اندازه گیری طیف بیشتری نسبت به انواع دیگر تجهیزات مانند OTDR. اغلب آن را در آزمایشگاه ها و در این زمینه برای اندازه گیری فیبر سخت استفاده می شود. بیشترین تمام ویژگی OTDRs از یک منبع AC و یا باتری منبع پیگیری شده است.

OTDR دستی و فیبر استراحت یاب

دست برگزار (سابقا مینی) OTDRs ها و فیبر locators استراحت هستند طراحی شده است برای عیب یابی شبکه های فیبر در یک محیط از نوع فیلد اغلب با استفاده از قدرت باتری است. دو نوع از ابزار پوشش طیفی از روش های به کارخانه فیبر نوری گرفته شده توسط ارائه دهندگان های ارتباطی است. دستی، ارزان (در مقایسه با تمام ویژگی) OTDRs در نظر گرفته شده باشد آسان برای استفاده، سبک وزن، از پیچیده OTDRs برای جمع آوری اطلاعات موجود و انجام تجزیه و تحلیل ابتدایی داده ها بر. آنها ممکن است کمتر از ویژگی های غنی از تمام ویژگی های OTDRs. اغلب آنها را می توان در رابطه با نرم افزار مبتنی بر کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرد برای انجام مجموعه آسان اطلاعات با OTDR دستی و پیچیده تجزیه و تحلیل داده ها با نرم افزار مبتنی بر کامپیوتر است. دستی OTDRs ها معمولا مورد استفاده برای اندازه گیری فیبر و محل استراحت فیبر، امتیاز از دست دادن بالا، نقاط بازتابش بالا، لینک نهایی به پایان از دست دادن، و از دست دادن بازگشت نوری (ORL) برای لینک.

فیبر locators استراحت در نظر گرفته شده برای ابزار کم هزینه به طور خاص طراحی شده برای قرار دادن موقعیت فیبر رویداد فاجعه بار، به عنوان مثال، شکستن فیبر، نقطه بازتابش بالا، و یا از دست دادن بالا. فیبر شکسته یاب، opto الکترونیکی اندازه گیری نوار طراحی شده است که برای اندازه گیری فاصله تنها به حوادث فیبر فاجعه بار است.

به طور کلی، دستی OTDRs و فیبر locators شکسته سبکتر و کوچکتر، ساده تر به کار، و به احتمال زیاد به کار با استفاده از قدرت باتری از تمام ویژگی های OTDRs است. هدف از دستی OTDRs locators شکستن فیبر و ارزان به اندازه کافی برای تکنسین های نوری با یکی به عنوان بخشی از جعبه ابزار خود را به استاندارد مجهز باشد.

واحد آزمون از راه دور (RTU)

RTU ماژول تست RFTS شرح داده شده در GR-1295، الزامات عمومی برای سیستم های فیبر نوری تست از راه دور (RFTSS) را می باشد. RFTS را قادر می سازد فیبر گیاهی فیزیکی به به صورت خودکار از یک محل مرکزی تست شده است. یک کامپیوتر مرکزی جهت کنترل بهره برداری از اجزای تست OTDR مانند واقع در نقاط کلیدی در شبکه فیبر است. این اجزا را تست فیبر به کردهاید مشکلات اسکن. اگر مشکل این است که، محل آن ذکر شده و سیستم عملیات مناسب (OSS) مطلع شوند برای آغاز فرایند ترمیم شده است. RFTS همچنین می توانید دسترسی مستقیم به پایگاه داده شرکت های بزرگ که شامل یک مخزن تاریخی آثار های OTDR فیبر و هرگونه سوابق فیبر دیگر برای گیاه فیبر فیزیکی را ارائه می کنند.

از آنجا که OTDRs و OTDR مانند تجهیزات دارای کاربردهای بسیاری در صنعت ارتباطات، محیط عملیاتی آنها ممکن است متفاوت، اعم از داخل خانه به خارج از منزل است. در اغلب موارد، با این حال، این مجموعه آزمون در محیط های کنترل شده عمل، دسترسی به الیاف در نقطه ختم خود را بر روی فریم های توزیع فیبر است. محیط شامل محیط های کنترل شده از جمله در دفاتر مرکزی (COS)، کلبه تجهیزات، یا Vaults محیط کنترل شده (CEVs) می باشد. استفاده در محیط های خارجی است نادر، اما ممکن است شامل استفاده در کوره، پلت فرم های هوایی، ترانشه باز، یا یک ون اسپلایسینگ.

Normal 0 false false false false EN-US X-NONE FA /**/

مطالب کلیدی و اساسی برق قدرت

کلید قدرت و انواع آن

 

.

منظور از یک کلید قدرت، وسیله ای است که بتواند مدار الکتریکی فشار قوی را در شرائط عادی و شرایط خطا (با زمان تعریف شده محدود)قطع و وصل نماید و در این حالت طوری عمل کند که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحو مطلوبی کنترل شود.کلیدهای قدرت برای قطع جریانهای عادی و اتصال کوتاه طراحی می شوند .آنها مانند کلیدهای بزرگی رفتار میکنند که توسط شصتی های محلی و یا سیگنالهای مخابراتی توسط سیستم حفاظت از دور می توانند باز ویا بسته شوند . بنابر این ، کلیدهای خودکار در صورتی که جریان و ولتاز خط فرکانس و غیره از حد معینی که از پیش تنظیم شده است تنظیم شود ، قطع می گردند

.

كليدهاي قدرت به دو دسته تقسيم ميشوند :
1- كليد بدون قابليت قطع زير بار (سكسيونر)
2-كليد با قابليت قطع زير بار ( دژنكتور )

.

سكسيونر :
سکسیونر باید در حالت بسته یک ارتباط گالوانیکی محکم و مطمئن در کنتاکت هر قطب برقرار می سازد و مانع افت ولتاز می شود.لذا باید مقاومت عبور جریان در محدوده سکسیونر کوچک باشد تا حرارتی که در اثر کار مداوم در کلید ایجاد میشود از حد مجاز تجاوز نکند .این حرارت توسط ضخیم کردن تیغه و بزرگ کردن سطح تماس در کنتاکت و فشار تیغه در کنتاکت دهنده کوچک نگهداشته می شود .در ضمن موقع بسته بودن کلید نیروی دینامیکی شدیدی که در اثر عبور جریان اتصال کوتاه بوجود می آید .باعث لرزش تیغه یا احتمالاباز شدن آن نگردد.از این جهت در موقع شین کشی و نصب سکسیونر دقت باید کرد تا تیغه سکسیونر در امتداد شین قرار گیرد .بدین وسیله از ایجاد نیروی دینامیکی حوزه الکترومغناطیسی جریان اتصال کوتاه جلوگیری بعمل آید.

.

موارد استعمال سکسیونر:
همانطور که گفته شد اصولا سکسیونر ها وسائل ارتباط دهنده مکانیکی وگالوانیکی قطعات وسیستمهای مختلف می باشندودر درجه اول بمنظظور حفاظت اشخاص و متصدیان مربوطه در مقابل برق زدگی کار برده میشوند.بدین جهت طوری ساخته میشوند که در حالت قطع یا وصل محل قطع شدگي یا چسبندگی بطور واضح واشکار قابل رویت باشد .
از انجاییکه سکسیونر باعث بستن یا باز کردن مدارالکتریکی نمیشود برای باز کردن یا بستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به یک کلید دیگری بنام کلید قدرت خواهیم داشت كه قادر است مدار را تحت هر شرایطی باز کند و سکسیونر وسیله ای برای ارتباط کلید قدرت ویا هر قسمت دیگری از شبکه که دارای پتانسیل است به شین میباشد .طبق قوانین متداول الکتریکی جلوی هر کلید قدرتی از 1کیلوولت به بالا و يا هر دو طرف در صورتیکه ان خط از هر دو طرف پتانسیل می گیردسکسیونر نصب می گردد. برای جلوگیری از قطع ویا وصل بی موقع ودر زیر بار سکسیونر معمولا بین سکسیونر وکلید قدرت چفت وبست(مکانیکی یا الکتریکی)بنحوی برقرار می شود که با وصل بودن کلید قدرت نتوان سکسیونر را قطع ویا وصل کرد. بر خلاف کلید های هوایی ،سکسیونرها قادر به قطع هیچ جریانی نیستند .آنها فقط در جریان صفر باز و بسته می شوند . این کلیدها اصولا جدا کننده هستند که ما را به جدا کردن کلیدهای قدرت روغنی ، ترانسفورماتوها، خطوط انتقال و امثال آنها از شبکه زنده قادر می سازند .سکسیونرها از لوازمات تعمیراتی وتغيير مسير جریان میباشند.

.

انواع سکسیونر :
1- سکسیونر تیغه ای یا اره ای
2- سکسیونر کشویی
3- سکسیونر دورانی
4- سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف
سکسیونر تیغه ای یا اره ای: برای قطع و وصل ولتاز و حفاظت مطمئن در زمان عملکرد استفاده می شود و بیشتر برای فشار متوسط کاربرد دارد . بر حسب میزان جریانی که از آن عبور می کند تیغه های آن می تواند از ساده به دوبل و از نوع تسمه ای به پروفیلی و میله ای و لوله ای تغییر یابد . نوع اهرمی آن در فشار قوی وفوق فشار قوی کاربرد دارد . این سکسیونر ها به دلیل وجود شرایط جوی و وجود تنش های مختلف بایستی طوری نسب شود که در اثر نیروی برف یا باد به راحتی وصل نگردد.

.
سکسیونر کشویی:
برای عملکرد ،سکسیونر در جایی استفاده می شود که عمق تابلو کم باشد . این سکسیونرها بیشتر به صورت میله ای در جهت عمودی قطع و وصل می شود و بیشتر در فشار متوسط کار برد دارد .

.
سکسیونر دورانی:
بیشتر در شبکه های 63Kv به بالا استفاده می شود و عملکرد این سکسیونر به صورت دو بازو در یک پل که جهت چرخش آنها 90 درجه معکوس همدیگر می باشند این نوع کلید در شرایط جوی نا مناسب مقاومت خوبی از خود نشان میدهد.

سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف:
این نوع سکسیونرها بیشتر در شبکه فوق فشار قوی کاربرد دارند و به لحاظ آنکه هر قطب روی یک پایه سوار است لذا از نظر جایگیری در پست حجم کمتری اشغال می کند و بیشتر زیر خط فشار قوی نصب می گردد.

.
سکسیونر با قطع زیر بار :
این سکسیونرها بدلیل جلوگیری از حجم زیاد پست و جلوگیری از مانور اپراتور و همچنین برای جلوگیری از اینترلاک (تنش) بین سکسیونر و دژنكتور طوری طراحی می شوند که برای قطع و وصل خطی کوچک و یا فیدرهای تغذیه و یا راه اندازی موتورهای فشار قوی و همچنین وصل آنها حدود 5/2 تا10 برابر قدرت قطع آنهاست و جریان قطع این کلیدها 2تا 5/2 برابر جریان نامی است . این نوع سکسیونرها دارای محفظه قطع ضعیفی می باشند که از نوع هوایی می باشند.

.
دژنكتور:
کلیدهای قدرت برای قطع جریانهای عادی و اتصال کوتاه طراحی می شوند .آنها مانند کلیدهای بزرگی رفتار میکنند که توسط شصتی های محلی و یا سیگنالهای مخابراتی توسط سیستم حفاظت از دور می توانند باز ویا بسته شوند . بنابر این ، کلیدهای خودکار در صورتی که جریان و ولتاز خط از مقدار تنظيم شده كمتر و يا بيشتر شوند , دستور قطع را از طريق رله دريافت مي كند.

.
مهمترین کلید های قدرت به شرح زیر می باشند :
کلید قدرت روغنی (OCBS)
کلید قدرت هوایی
کلید قدرت SF6
کلید قدرت خلا
.
کلید قدرت روغنی (OCBS):
این کلید از بک تانک فولادی پر از روغن عایقی تشکیل شده است.اگر اضافه باری به وجود آید ،پیچک قطع یک فنر قوی را آزاد می کند که سبب کشیده شدن میله عایق وباز شدن کنتاکت ها میگردد . به محض جدا شدن کنتاکت ها جرقه شدیدی ایجاد می شود که سبب تبخیر روغن در اطراف جرقه می گردد . فشار گاز های داغ ایجاد اغتشاشی در اطراف کنتاکت ها میکند که سبب چرخش روغن خنک در اطراف قوس شده ،آن را خا موش می کند . در کلیدهای پر قدرت مدرن قوس در مجاورت یک محفظه انفجار قرار میگیرد، به طوری که گازهای داغ سبب جریان شدید روغن می گردند . این جریان شدید در اطراف قوس برای خاموش کردن آن جاری می شود . سایر انواع کلیدهای قدرت به صورتی طراحی شده اند که قوس الکتریکی در آن توسط یک میدان مغناطیسی خودایجاد شده منحنی وار و طولانی می شود و به قوس در برابر یک سری بشقاب های عایقی دمیده می شود ، به طوری که قوس تکه تکه شده خنک می شود .

.
کلید قدرت هوایی:
این کلید ها مدار با دمیدن هوای فشرده با سرعت ما فوق صوت به کنتاکت های باز شده قطع می کنند . هوای فشرده در یک مخزن با فشار حدود MPa3 ذخیره شده و توسط یک کمپرسور در پست پر می شود . پر قدرتترین کلید قدرت می تواند جریانهای اتصال کوتاه 40 کیلو آمپر را در ولتاز خط 765 کیلو ولت را در مدت زمان 3 تا 6 سیکل در یک خط hz60 قطع کند . صدایی که از دمیدن هوا ایجاد می شود آن قدر بلند است که از صدا خفه کن در صورت نزدیکی کلید قدرت به مناطق مسکونی باید استفاده می شود .

.
کلید قدرت SF6:
این کلید کاملا بسته و با گاز عایق شده در هر کجا که فضا کم با شد مانند پست های اول شهر به کار می رود . این کلید ها از انواع دیگر با قدرت های مشابه خیلی کوچکتر و از کلید های هوایی نیز کم صداتر است.

.
کلید قدرت خلا:
این کلید ها با اصول متفاوتلی از دیگر کلید ها کار می کنند ، زیرا هیچ گازی برای یونیزه شدن در موقع باز شدن کنتاکت ها وجود ندارد . این کلیدها کاملا آب بندی می باشند ودر نتیجه ساکت بوده وهیچ گاه در معرض آلودگی هوا قرار نمی گیرند . ظرفیت قطع انها به حدود kv 30 محدود می شود و برای ولتازهای بالاتر از اتصال سری چند کلی استفاده می شود . از این کلیدها اغلب در سیستم های مترو استفاده می شود.

معرفی انواع سرکابل

نویسنده : مهدی بقالها - ساعت ٧:٢٩ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ۱٦ تیر ۱۳٩٠

سر کابل، سرکابل، معرفی

 

دسته بندی سر کابل ها به شرح زیر است:

1-  سرکابل های حرارتی Heat shrink

2- سرکابل های سرد Cold Shrink

3- سرکابل های فشاری Slip on

4- سرکابل های Plug-in

 

سرکابل ها حرارتی   :    ( HEAT SHRINKABLE TERMINATIONS  )

      سرکابل های حرارتی جهت اتصال کابل های فشار قوی و متوسط به تجهیزات برقی استفاده می شود.

سرکابل ها به دو نوع تقسیم می شود:

سرکابل فشار ضعیف( تا ولتاژ 1kV)

سرکابل فشار قوی ( تا ولتاژ 63kV)

در این نوع سر کابل ها از روکش Heat shrink که اساسا از پلی اتیلن کراس لینک تهیه می شود, استفاده شده و تا ولتاژ 63kVمی توان از این سرکابل ها استفاده کرد.

 

مزایا:

 به آسانی نصب می شود.

 از یک نوع سر کابل برای چند سایز نزدیک به هم می توان استفاده کرد.

 تاریخ مصرف محدود ندارد .

 از پلیمر مقاوم به اشعه UV و آنتی تراک تهیه شده است که در اثر تماس مستقیم با اشعه خورشید آسیب ندیده و مقاومت بسیار خوبی دارد

 

سرکابل های سرد :    (    (  Cold Shrink Terminations

در این سیستم روکش ها از پلیمر سیلیکون تهیه شده اند و بعد از تولید و کراس لینک شدن, اکسپند شده روی یک فنر پلیمر قرار داده می شوند که در موقع نصب روی کابل قراگرفته و در اثر کشیدن فنر, روکش روی کابل جمع شده و آب بندی می گردد.

 

مزایا:

 چندین سایز کابل با یک نوع سرکابل پوشیده می شود.

تاریخ مصرف محدود ندارد.

به سرعت نصب شده و به بهره برداری می رسد.

احتیاج به شعله تورچ و ابزار خاصی جهت نصب ندارد.

 

سرکابل های فشاری ولتاژ بالا :

( HIGH VOLTAGE SLIP ON TERMINATIONS   )

     در ولتاژ های بسیار بالا هیچگونه عایق حرارتی قدرت عایقی کافی برای کنترل میدان های الکتریکی را ندارد. در تکنولوژی Slip on تمام قسمت ها از لاستیک سیلیکون با گرید بالا ساخته شده اند و هسته های کنترل کننده میدانهای الکتریکی که مخروطی شکل هستند, در داخل این روکش ها جاسازی شده اند.این هسته ها از لحاظ شکل فضایی و ضخامت به دقت محاسبه شده اند تا اطمینان حاصل گردد که هر گونه میدان الکتریکی در ولتاژهای بالا می تواند مهار شود.

 استفاده از سیلیکون نه تنها به علت قدرت عایقی کافی, بلکه به دلیل محافظت مکانیکی و حرارتی بسیار خوب آن است. در اثر تغییرات حرارتی و انبساط و انقباض کابل, چسبندگی سیلیکون تغییر نی کند و در همه جهات یکنواخت است.

خاصیت نرمی سیلیکون باعث می شود که این ماده بهتر از هر ماده سخت دیگری به سطوح ناصاف کابل بچسبد و در نتیجه از ایجاد حباب هوا (Gap) و به وجود آمدن تخلیه الکتریکی جلوگیری شود. این سرکابل ها احتیاج به نگه داری خاصی ندارد و در مقابل شرایط محیطی و آلودگی ها مقاوم است.

 سرکابل ها تولید شده به طور صد در صد مورد آزمایش قرار میگیرند.

 

سرکابل های فشاری : SLIP ON TERMINATIONS )  )

       سرکابل ESF برای نصب هوایی

این نوع سر کابل برای ولتاژهای 60kV تا 145kV کاربرد دارد. لایه استرس کنترل و پوشش نهایی آن یک پارچه و آماده نصب می باشد. استفاده از بشقابک های سیلیکونی آن را برای نصب هوایی مناسب ساخته است.

       

 سرکابل ESS نگهدارنده (خودنگهدار)

این نوع سر کابل برای ولتاژ 60kV  تا 300kV با فواصل خزشی متفاوت ساخته می شود. استوانه ای ازرزین فایبر گلاس مجهز به بشقابک های سیلیکونی سبب ایجاد مقاومت مکانیکی بسیار بالای این سرکابل کی گردد. سرکابل ESS می تواند نیروهای دینامیکی و استاتیکی را بدون اشکال تحمل کند (برای مثال نیروهای اتصال کوتاه)  قدرت عایقی این سرکابل با پرکننده کامپاند در فضای داخل استوانه فایبر گلاس تکمیل می شود. این سر کابل نیاز به هیچ گونه نگهدارنده ندارد.

          

 سرکابل ESP با بدنه ای از جنس چینی

این نوع سرکابل برای ولتاژهای ۶۰ تا 300kV کاربرد دارد.بخش مربوط به استرس کنترل سرکابل های ESP با نوع ESS آن کاملا مشابه است. این سرکابل با بدنه چینی طبق استاندارد DIN و با تعداد مورد نیاز از بشقابک هایی که به طور متناسب قرار می گیرند, ساخته می شود.

 سرکابل EST مناسب برای نصب داخلی و هوایی

طراحی سرکابل EST بصورتی است که هم برای مصارف داخلی و هم هوایی و بین ولتاژ 60kV تا 145kV قابل استفاده است. این سرکابل در واقع یک نوع سرکابل ESF است که بوسیله سه عددInsulator و یک پایه براکت محافظت شده و به طریق خودنگه دار عمل می کند. نیازی به روغن عایق کننده نداشته و در هر موقعیتی قابل نصب است.

       

 سرکابل ESG برای کلید های با عایق گازی

این نوع سرکابل برای ولتاژ 60kV تا 170kV طراحی شده است و برای اتصال مستقیم انواع کابل های پلیمری به کلیدهای با عایق گازی GIS به کار می رود. سرکابل ESG بر طبق استاندارد IEC 60859-1 طراحی و به سه صورت عمودی, افقی و وارونه قابل نصب است.

    

 سرکابل ESU قابل استفاده برای ترانسفورمرها

این سرکابل برای انواع ترانسفورمرها قابل استفاده بوده و برای ولتاژهای حداکثر تا 170kV مناسب می باشد. طرح و ساختار آن کاملا مشابه با سرکابل ESG می باشد و برای اتصال هر نوع کابل پلیمری به ترانسفورمرهای با عایق روغنی و نیز کلید های عایق گازی به کار می رود.

 

سرکابلPLUG-IN TERMINATIONS )    : PLUG-IN  )

      سرکابل  HV-Connex :

این سرکابل PLUG-IN چهت اتصال کابل های پلیمری به تجهیزات الکتریکالی مانند کلیدهای گازی و ترانسفورمرها تا ولتاژ 245kV استفاده می شود.

 

مزایای این سرکابل در مقایسه با سایر سرکابل ها عبارتست از:

 طول کوتاهتر در مقایسه با سرکابل های طراحی شده مطابق استاندارد IEC 60859

 قابلیت نصب به صورت افقی, عمودی و وارونه

 قابل استفاده بصورت خشک و بدون نیاز به روغن عایق کننده

 نصب و جدا سازی سریع و آسان

 آماده بودن قطعات و سهولت کاربری

 قابلیت قطع سریع اتصال از سیستم در موقع بروز مشکل

 

  سرکابل زانویی :    ( ( LOADBREAK ELBOWS

این سرکابل ها بیشتر در تابلوهای برق که اتصال دو کابل در آنها در یک راستا نبوده و به طور عمودی قرار دارند, استفاده می گردد. در این مورد, اگر از سرکابل های معمولی استفاده شود چون دو کابل در یک راستا قرار ندارند, امکان دارد سرکابل ترک برداشته یا بشکند. سرکابل های زانویی به طور کامل عایق بوده و جهت اتصال کابل های زیر زمینی به ترانسفورمرها, کلید خانه ها و اتصالات مجهز به بوشینگ های قطع بار استفاده می شوند. از آنجا که کلیه اجزاء به صورت یکپارچه در یک قطعه قرار دارند, زانویی بوشینگ این سرکابل, تمامی پارامتر های ضروری جهت اتصالات را شامل می شود. این سرکابل برای کابل های مختلف در ولتاژهای متفاوت قابل استفاده بوده و به گونه ای طراحی شده است که گستره وسیعی از سایز های کابل را پوشش می دهد. عایق بندی نهایی, توسط تیوبهای کلد شرینگ که بدین منظور طراحی شده انجام می شود. این تیوبها از ابتدای زانویی تا روی کابل را پوشش می دهند. زانویی با استفاده از عایق مخصوص از نوع Proxide-Cured EPDM به صورت یک پارچه قالب بندی شده است.

رانسفورماتور  

مقدمه

قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان ، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری ، آبی و هسته‌ای تولید می‌شود. این مراکز دارای توربینها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که بوسیله ژنراتورها تولید می‌شود، باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهی چندین مرکز تولید بوسیله شبکه‌ای به هم مرتبط می‌شوند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز را بطور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند.

در محلهای توزیع برای اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می‌شود. بدیهی است توزیع انرژی بین تمام مصرف کننده‌های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکانپذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود. لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر (پستهای داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر (پست منطقه‌ای) تقسیم می‌شود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانسهای توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می‌کنند.

بطور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری روبرو هستند. مسلما‌ این به آن معنی نیست که می‌توان از توجه به حفاظتها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد. در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می‌شود، سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می‌شود.

تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله‌ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه‌هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می‌گیرند. مقره‌ها یا بوشینگها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.

کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ و جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می‌کند.

 

 

انواع ترانسفورماتور و اجزاء آن

سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند.  برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی ( ترانس جریان و ولتاژ( ، ترانس قدرت می ‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می ‌دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می‌ شود.

این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می ‌گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرارمی ‌گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه ( حد متوسط ) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند. ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می‌ شوند.  در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند.

در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می ‌شود. در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می ‌روند ( بصورت سه فاز یا یک فاز).

ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فازاستفاده کنند.  ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می ‌رود. ترانسهای مخصوص آزمایش اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.

شرکت ABB نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای تقویت جریان موسوم به بوسترفورمر عرضه کرده است که در سیستم تغذیه راه آهن استفاده می گردد. در این نوع تراسفورماتورها از روغن استفاده نشده و سیستم عایقی ساده‌ای به کار رفته است. استفاده از بوسترفورمر از لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و برای محیط زیست نیز مضرات کمتری دارد. تکنولوژی به کار رفته در بوسترفورمر، همانند Powerformer ها و Dryformer ها ( ترانسفورماتورهای خشک ) مبتنی بر استفاده از کابلها می باشد. این ترانسفورماتورها از یک کابل فشار قوی تشکیل شده که به صورت یک سیم پیچ به دور یک هسته آهنی پیچانده شده است. در بوسترفورمر از روغن استفاده نشده است.

به این ترتیب نیاز به بازرسی مداوم روغن ( دمای روغن، اندازه‌گیری و تجزیه گاز متصاعد شده از روغن و ... ) از بین رفته و هزینه‌های سرویس ونگهداری پایین آمده است. به علت زمین شدنِ کل ترانسفورماتور، ضریب ایمنی این نوع ترانسفورماتور بسیار بالاست.  بوسترفورمر به علت استفاده از تجهیزات اتصال دهنده استاندارد، از ضریب اطمینان بالایی نیز برخوردار است ترانسفورماتورهای تقویت جریان با فواصل 5 کیلومتر از یکدیگر، در مسیر خطوط راه آهن و بر روی فیدر نصب می ‌گردند. این نوع ترانسفورماتورها را می‌ توان هم بر روی تیر و هم بر روی زمین نصب کرد.  از بوستر فورمر ممکن است در کشورهای زیادی برای منابع تغذیه مختلف استفاده گردد.  اکنون تعدادی از این نوع تراسفورماتورها برای منابع تغذیه راه آهن کشورهای اروپای شمالی در حال ساختند.

 

ساختمان ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها به سه دسته کوچک متوسط و بزرگ دسته بندی کرد. ساختن ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط به دلیل مسایل حفاظتی و عایق بندی و امکانات موجود ، کار ساده ای نیست ولی ترانسفورماتورهای کوچک را می توان بررسی و یا ساخت.. برای ساختن ترانسفورماتورهای کوچک ، اجزای آن مانند ورقه آهن ، سیم و قرقره را به سادگی می توان تهیه نمود.

اجزای تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور به شرح زیر است :

هسته ترانسفورماتور

هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه می شود.  برای کم کردن تلفات آهنی هسته ترانسفورماتور را نمی توان به طور یکپارچه ساخت.  بلکه معمولا آنها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق‌اند، می سازند.  این ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر 4.5 درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند. در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه‌های دینام شکننده می شود.  برای عایق کردن ورقهای ترانسفورماتور ، قبلا از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده می شود، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد این ورقه ها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون به عنوان عایق در روی آنها می مالند و با آنها روی ورقه ها را می پوشانند. علاوه بر این ، از لاک مخصوص نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه ها استفاده می شود. ورقه های ترانسفورماتور دارای یک لایه عایق هستند. بنابراین ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد0 ورقه‌های ترانسفورماتورها را به ضخامت های 0.35 و 0.5 میلی متر و در اندازه های استاندارد می سازند.

باید دقت کرد که سطح عایق شده ى ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند ( مثلا همه به طرف بالا ) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند.  لازم به ذکر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.

سیم پیچ ترانسفورماتور

معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور ازهادی های مسی با عایق ( روپوش ) لاکی استفاده می‌ کنند. اینها با سطح مقطع گرد و اندازه‌های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می ‌شوند.  در ترانسفورماتورهای پرقدرت از هادیهای مسی که به صورت تسمه هستند استفاده می ‌شوند و ابعاد این گونه هادی‌ها نیز استاندارد است. توضیح سیم پیچی ترانسفورماتور به این ترتیب است که سر سیم پیچ‌ها را به وسیله روکش عایقها از سوراخهای قرقره خارج کرد، تا بدین ترتیب سیم ها قطع ( خصوصا در سیمهای نازک و لایه‌های اول ) یا زخمی نشوند. علاوه بر این بهتر است رنگ روکش‌ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ ، را به راحتی بتوان سر هر سیم پیچ را مشخص کرد.  بعد از اتمام سیم پیچی یا تعمیر سیم پیچهای ترانسفورماتور باید آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بدنه و سیم پیچ اولیه ، بدنه و سیم پیچ ثانویه و سیم پیچ اولیه آزمایش کرد.

 

 

 قرقره ترانسفورماتور

برای حفاظ و نگهداری از سیم پیچ‌های ترانسفورماتور خصوصا در ترانسفورماتورهای کوچک باید از قرقره استفاده نمود.  جنس قرقره باید از مواد عایق باشد قرقره معمولا از کاغذ عایق سخت ، فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک می سازند.  قرقره هایی که از جنس ترموپلاستیک هستند معمولا یک تکه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های دیگر آنها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روی همدگر سوار کرد.  بر روی دیواره های قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم پیچ از آنها خارج شوند. اندازه قرقره باید با اندازه ى ورقه‌های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم پیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود.  که از لبه های قرقره مقداری پایین تر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقه‌های ترانسفورماتور ، لایه ى رویی سیم پیچ صدمه نبیند. اندازه قرقره های ترانسفورماتورها نیز استاندارد شده است اما در تمام موارد ، با توجه به نیاز قرقره مناسب را می توان طراحی کرد.

ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک

هارمونیک های تولید شده توسط بارهای غیر خطی می توانند مشکلات حرارتی و گرمائی خطرناکی را در ترانسفورماتورهای توزیع استاندارد ایجاد نمایند0 حتی اگر توان بار خیلی کمتر از مقدار نامی آن باشد ، هارمونیک ها می توانند باعث گرمای بیش از حد و صدمه دیدن ترانسفورماتورها شوند.

جریان های هارمونیکی تلفات فوکو را بشدت افزایش می دهند.  بهمین دلیل سازنده ها ، ترانسفورماتور های تنومندی  را ساخته اند تا اینکه بتوانند تلفات اضافی ناشی از هارمونیک ها را تحمل کنند.  سازنده ها برای رعایت استاندارد یک روش سنجش ظرفیت، بنام عامل  Kرا ابداع کرده اند.  در اساس عامل  K نشان دهنده مقدار افزایش در تلفات فوکو است.  بنابراین ترانسفورماتور عامل  K می تواند باری به اندازه ظرفیت نامی ترانسفورماتور را تغذیه نماید مشروط براینکه عاملK بار غیر خطی تغذیه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد. مقادیر استاندارد عامل K برابر با 4 ، 9 ، 13 ، 20 ، 30 ، 40 ، 50 می باشند این نوع ترانسفورماتورها عملا" هارمونیک را از بین نبرده تنها نسبت به آن مقاوم می باشند.

ترانسفورماتور HMT ( Harmonic Mitigating Transformer ) 

نوع دیگر از ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک ترانسفورماتورهای HMT هستند که ازصاف شدن بالای موج ولتاژ بواسطه بریده شدن آن جلوگیری می کند HMT طوری ساخته شده است که اعوجاج ولتاژ سیستم واثرات حرارتی ناشی از جریان های هارمونیک را کاهش می دهد. HMT این کار را از طریق حذف فلوها و جریان های هارمونیکی ایجاد شده توسط بار در سیم پیچی های ترانسفورماتور انجام می دهد.

 چنانچه شبکه های توزیع نیروی برق مجهز به ترانسفورماتورهایHMT  گردند می توانند همه نوع بارهای غیر خطی   ( با هر درجه از غیر خطی بودن ) را بدون اینکه پیامدهای منفی داشته باشند، تغذیه نمایند. بهمین دلیل در اماکنی که بارهای غیر خطی زیاد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT بصورت گسترده استفاده می شود.

 مزایای ترانسفورماتورHMT  :

•1. می توان از عبور جریان مؤلفه صفر هارمونیک ها ( شامل هارمونیک های سوم ، نهم و پانزدهم ) در سیم پیچی اولیه ، از طریق حذف فلوی آنها در سیم پیچی های ثانویه جلوگیری کرد.

•2. ترانسفورماتورهای HMT با یک خروجی در دو مدل با شیفت فازی متفاوت ساخته می شوند. وقتی که هر دو مدل با هم بکار می روند می توانند جریان های هارمونیک پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را درقسمت جلوئی شبکه حذف کنند.

•3. ترانسفورماتورهای HMT با دو خروجی می توانند مولفه متعادل جریان های هارمونیک پنجم، هفتم ، هفدهم و نوزدهم را در داخل سیم پیچی های ثانویه حذف کنند.

•4. ترانسفورماتورهای HMT با سه خروجی می توانند مولفه متعادل جریانهای هارمونیک پنجم، هفتم ، یازدهم و سیزدهم را در داخل سیم پیچی ثانویه حذف کنند.

•5. کاهش جریان های هارمونیکی در سیم پیچی های اولیه HMT باعث کاهش افت ولتاژهای هارمونیکی و اعوجاج مربوطه می شود .

•6. کاهش تلفات توان بعلت کاهش جریان های هارمونیکی

بعبارت دیگر ترانسفورماتورHMT باعث ایجاد اعوجاج ولتاژ خیلی کمتری در مقایسه با ترانسفورماتورهای معمولی یا ترانسفورماتور عامل K می شود.

ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتور وسيله اي است كه انرژي الكتريكي را در يك سيستم جريان متناوب از يك مدار به مدار ديگر انتقال مي دهد و مي تواند ولتاژ كم را به ولتاژ زياد وبالعكس تبديل نمايد .

برخلاف ماشينهاي الكتريكي كه انرژي الكتريكي و مكانيكي را به يكديگر تبديل مي كنند ، در ترانسفور ماتور انرژي به همان شكل الكتريكي باقيمانده و فركانس آن نيز تغيير نميكند و فقط مقادير ولتاژ و جريان در اوليه و ثانويه متفاوت خواهد بود . ترانسفورماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلي سيستم هاي انتقال و پخش انرژي مطرح هستند بلكه در تغذيه مدارهاي الكترونيك و كنترل ، يكسوسازي ، اندازه گيري و كوره هاي الكتريكي نيز نقش مهمي بر عهده دارند .

انواع ترانسفورماتورها را ميتوان برحسب وظايف آنها بصورت ذيل بسته بندي كرد :

1- ترانسفورماتورهاي قدرت در نيروگاهها و پستهاي فشار قوي

2- ترانسهاي توزيع در پستهاي توزيع زميني و هوايي ، براي پخش انرژي در سطح شهرها و كارخانه ها

3- ترانسهاي قدرت براي مقاصد خاص مانند كوره هاي ذوب آلومينيم ، يكسوسازها و واحدهاي جوشكاري

4- اتوترانسها جهت تبديل ولتاژ با نسبت كم و راه اندازي موتورهاي القايي

5- ترانسهاي الترونيك

6- ترانسهاي ولتاژ و جريان جهت مقاصد اندازه گيري و حفاظت

7- ترانسهاي زمين براي ايجاد نقطه صفر و زمين كردن نقطه صفر

8- ترانسهاي آزمايشگاه فشار قوي و ...

و از نظر ماده عايقي و ماده خنك كننده نيز ترانسفورماترها را مي توان بصورت ذيل بسته بندي كرد :

1- ترانسفورماتورهاي روغني Oil immersed power Transformer

2- ترانسفورماتورهاي خشك Dry type transformer 3-ترانسفورماتورهاي با عايق گازي (sf6) Gas insulated transformer

ساير ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهاي كوره ، ترانسفورماتورهاي تغيير دهنده فاز و.. بعنوان ترانسفورماتورهاي خاص قلمداد مي گردند .

ساختمان ترانسهاي قدرت روغني

قسمتهاي اصلي در ساختمان ترانسفورماتورهاي قدرت روغني عبارتند از:

1- هسته يك مدار مغناطيسي

2- سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه

3- تانك اصلي روغن

به جز موارد فوق اجزا ديگري نيز به منظور اندازه گيري وحفاظت به شرح زير وجوددارند :

1- كنسرواتوريا منبع انبساط روغن

2- تب چنجر

3- ترمومترها

4- نشان دهنده هاي سطح روغن

5- رله بوخ هلتز

6- سوپاپ اطمينان يا لوله انفجاري / شير فشار شكن )

7- رادياتور يا مبدلهاي حرارتي

8- پمپ و فن ها

10 – شيرهاي نمونه برداري از روغن پايين و بالاي تانك

11- شيرهاي مربوط به پركردن و تخليه روغن ترانس

12- مجراي تنفسي و سيليكاژل مربوط به تانك اصلي و تب چنجر

13- تابلوي كنترل

14- تابلوي مكانيزم تب چنجر

15- چرخ ها

16- پلاك مشخصات نامي

1- هسته :

هسته ترانس يك مدار مغناطيسي خوب با حداقل فاصله هوايي و حداقل مقاومت مغناطيسي است تا فورانهاي مغناطيسي براحتي از آن عبور كنند . هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود0.3 ميليمتر و حتي كمتر است . براي كاهش تلفات فوكو ورقه ها تا حد امكان نازك ساخته مي شوند و لي ضخامت آنها نبايد بحدي برسد كه از نظر مكانيكي ضعيف شده و تاب بردارد .

در ترانسهاي قدرت ضخامت ورقه ها معمولاً 0.3 يا 0.33 ميليمترانتخاب مي شود كه اين ورقه ها توسط لايه نازكي از وارنيش عايقي با يك سيم نازك عايقي ، نسبت به هم عايق مي شوند .

2- سيم پيچي هاي ترانس

در ساختمان سيم پيچ هاي ترانس بايد موارد متعددي در نظر گرفته شوند كه در ذيل به مهمترين آنها اشاره مي نمائيم :

1- در سيم پيچ هابايد جنبه هاي اقتصادي كه همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس مي باشد ، مراعات شود .

2- ساختمان سيم پيچ ها براي رژيم حرارتي كه بايد در آن كار كند محاسبه شود ، زيرا در غير اين صورت عمر ترانس كاسته خواهد شد .

3- سيم پيچ ها در مقابل تنش ها و كشش هاي حاصل از اتصال كوتاه هاي ناگهاني مقاوم شوند .

4- سيم پيچ ها بايد در مقابل اضافه ولتاژهاي ناگهاني از نقطه نظر عايقي ، مقاومت لازم را داشته باشند .

سيم پيچ ترانس ها نسبت به هم در نوع سيم پيچ ، تعداد حلقه ها درجه و اندازه سيمها و ضخامت عايق بين حلقه ها متفوت خواهند بود . هر چه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعداد حلقه هاي سيم پيچ بيشتر مي شود و هر چه ظرفيت ترانس بيشتر شود ، اندازه سيم ها بزرگتر مي گردد .

در ترانس با هسته ستوني ، سيم پيچها اعم از فشار قوي ، متوسط و فشار ضعيف و سيم پيچ تنظيم – بصورت استوانه متحدالمركز روي ستونهاي هسته قرار مي گيرند . معمولاً سيم پيچ فشار ضعيف در داخل و فشار قوي در خارج واقع مي شوند و ترتيب فوق به اين دليل رعايت مي شود كه عايق كاري فشار ضعيف نسبت به هسته راحت تر است .

 

3- تانك اصلي روغن

تانك ترانس يك ظرف مكعب يا بيضوي شكل است كه هسته و سيم پيچ هاي ترانس در آن قرار مي گيرند و نقش يك پوشش حفاظتي را براي آنها ايفا مي كند داخل اين ظرف از روغن پر مي شود بطوريكه هسته و سيم پيچ كاملاً در روغن فرو مي روند . سطح خارجي تانك تلفات گرمايي داخل ترانس را به بيرون منتقل مي كند از هر مترمربع سطح تانك حدوداً 400 الي 450 وات توان گرمايي به خارج منتقل مي شود ، بطوريكه در ترانسهاي كوچك ، همين سطح براي خنك كاري كافي است و به تمهيدات ديگري نظير رادياتور وفن نياز نمي باشد . در ترانسهاي تا KVA 50 بدنه تانك از ورق ساده فولادي به ضخامت حدوداً MM3 ميليمتر ساخته مي شود ، سطح آن صاف بوده و نيازي به ميله هاي تقويتي يا لوله هاي خنك كن ندارد . هر 4 وجه ترانس از يك ورق يك پارچه درست مي شود و فقط در يك گوشه جوشكاري مي گردد.

تانك ترانس بايستي موجب شود كه موارد مشروحه ذيل تأمين گردند :

- حفاظتي براي هسته ، سيم پيچ ، روغن و ساير متعلقات داخلي باشد .

- داراي استقامت كافي باشد كه در حين حمل و نقل و نيز در زمان اتصال كوتاه داخلي بتواند تنش هاي مكانيكي ايجاد شده را تحمل نمايد .

- ارتعاشات و صدا در آن به حداقل برسد .

- ساختمان آن در برابر نشت روغن و يا نفوذ هوا كاملاً آب بندي باشد .

- سطوح كافي براي دفع گرماي ناشي از تلفات ترانس را تأمين كند .

- محلي براي نصب بوشينگها ، تب چنجر ، مخزن ذخيره روغن و ساير متعلقات باشد.

- از نظر ابعاد در حدي باشد كه براحتي قابل تحمل و حمل و نقل از طريق جاده يا راه آهن باشد .

- حداقل تلفات فوكو در آن ايجاد شود .

- حداقل ميدان مغناطيسي در خارج از آن وجود داشته باشد .

به اين ترتيب طراحي تانك ترانس به روش پيش بيني شده براي حمل و نفل آن نيز بستگي دارد .

4- مقره ها ( بوشينگ ها )

سرهاي خروجي سيم پيچ هاي فشار قوي و فشار ضعيف بايد نسبت به بدنه فلزي تانك ، عايقكاري شوند . براي اين منظور از مقره ها استفاده مي شود . مقره يا بوشينگ تشكيل شده است از يك هادي مركزي كه توسط عايق هاي مناسبي در ميان گرفته شده است .

بوشينگها روي در پوش فوقاني ترانس نصب مي شوند و در موارد نادري بوشينگها را روي ديوارة جانبي تانك هم نصب مي كنند . انتهاي پاييني مقره در داخل تانك جاي مي گيرد ، در حاليكه سر ديگر آن در بالاي درپوش و در هواي خارج واقع مي شود .

ترمينالهاي هر دو سر داراي بستهاي مناسبي براي اتصال به سر هادي هاي داخل ترانس و نيز هادي هاي شبكه مي باشند . شكل و اندازه بوشينگها به كلاس ولتاژ ، نوع محل ( داخل ساختمان يا در هواي آزاد ) و جريان نامي آن بستگي دارد . بوشينگهاي داخل ساختماني نسبتاً كوچك بوده و سطح آن صاف است ، اما بوشينگهاي هواي آزاد كاملاً در معرض شرايط مختلف جوي نظير برف و باران و آلودگي و ... قرار مي گيرند ، بنابراين از نظر شكل كاملاً متفاوتند و از سپرهايي به شكل چتر تشكيل مي شوند ، تا سطح زيرين آنها در مقابل باران خشك نگه داشته شوند . دراين صورت سطح خارجي آنها زياد شده و فاصله خزش جرقه روي سطح چيني عايق زيادتر مي گردد و در نتيجه استقامت الكتريكي بوشينگ افزايش مي يابد .

در حال حاضر تمام ترانسهاي با قدرت زياد ، براي كار در هواي آزاد ساخته مي شوند و مقره هاي عايقي ، براي ولتاژهاي مختلف زير موجود مي باشند :

0.5و1و3 و6 تا 10 و20 و 35 و110 و220 و320 و500 و750 كيلووات

در ترانسهاي قدرت از 3 تا 10 كيلووالت ، همان بوشينگ kv10 بكار مي رود . براي ترانسهاي kv 1 و كمتر از مقره چيني ساده يا مقره اپوكسي زرين ساخته مي شود .

سيستم هاي اندازه گيري و حفاظت ترانس

1- كنسر واتور يا منبع انبساط روغن

منبع ذخيره روغن كه به اسامي منبع انبساط و كنسرواتور نيز ناميده مي شود ، تانكي است كه در بالاترين قسمت ترانس نصب مي شود در حين تغييرات بار روزانه ، روغن ترانس انبساط وانقباض مي يابد و در حين انبساط وارد منبع ذخيره مي شود . اندازه و حجم منبع ذخيره به اندازه ترانس و تغييرات دمايي آن در هنگام بهره برداري بستگي دارد . در ترانسهايي كه داراي تب چنجر قابل قطع زير بار هستند ، منبع انبساط به دو بخش تقسيم مي گردد كه قسمت كوچكتر براي تب چنجر و قسمت بزرگتر براي تانك اصلي در نظر گرفته مي شود . از بالاي هر قسمت منبع ذخيره ، لوله اي به فضاي آزاد آورده مي شود ، كه به آن مجراي تنفسي مي گويند (Breather) در ورودي اين مجرا ظرف شيشه اي قرار دارد ، كه داخل آن از ماده اي رطوبت گير به نام سيليكاژل پر مي شود . به اين ترتيب هواي ورودي به ترانس رطوبت خود را از دست داده و كاملاً خشك خواهد بود .

در هر قسمت منبع ذخيره ، يك نشان دهندة سطح روغن نصب مي شود تا سطح روغن را در حين كار ترانس بتوان نظارت كرد و همچنين دو سطح منبع ديگر كه مجهز به كنتاكت آلارم مي باشند نيز بر روي آنها نصب مي گردند سطح خارجي منبع ذخيره نيز با رنگ مناسب پوشيده مي شود تا از خوردگي و زنگ زدن محافظت گردد .

2- تپ چنجر

در بارهاي مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نيز تغيير مي كند و سبب تغيير ولتاژ شبكه مي شود . كنترل ولتاژ شبكه هاي توزيع و انتقال عمدتاً توسط تب چنجر ايجاد مي شود . اساس كار تب چنجر بر تغيير نسبت تبديل ترانس استوار است . بدين ترتيب كه با انشعاباتي كه در سيم پيچ فشار قوي تعبيه مي گردد تعداد دور سيم پيچ را تغيير داده و سبب تغيير ولتاژ خروجي ترانس مي گردد

تپ چنجرها بطور گسترده اي براي كنترل ولتاژ شبكه در سطوح مختلف ولتاژي بكار گرفته مي شوند . معمولاً كنترل ولتاژ در محدودة %15 +_ مقدور است . ولتاژ هر پله تب چنجر عموماً بين 1 تا 5/2 درصد تغيير مي كند انتخاب مقدار كم براي پله ها سبب افزايش تعداد تپ ها مي گردد و انتخاب مقدار بالا براي هر پله باعث عدم امكان تنظيم دقيق ولتاژ مورد نظر مي گردد .

محل تپ چنجر : (( تپ چنجر ))

در داخل تانك اصلي ، قسمتي را براي بخش اصلي تب چنجر ( دايورترسوئيچ ) در نظر گرفته اند اين قسمت كاملاً آب بندي شده است داخل آن نيز با روغن ترانس پر شده است . اين روغن كاملاً از روغن تانك اصلي جداست و باهم مخلوط نمي شود . تپ چنجر را در سمت فشار قوي نصب كرده اند كه داراي مزيت هاي زيرمي باشند :

الف) در طرف فشار قوي جريان كمتر است لذا براي تپ چنجرهايي كه زير بار عمل مي كنند حذف جرقه ساده تر است .

ب) چون تعداد دور سيم پيچها ي فشار قوي بيشتر است ، لذا امكان تغييرات يكنواخت تروپه هاي كوچكتر به راحتي ميسر است . در اتصال ستاره انشعابات تب چنجر را در سمت نقطه صفر قرار مي دهند تا عايق كاري آن نسبت به زمين ساده تر باشد .

بهره برداري از ترانسفورماتورهاي با تنظيم كننده ولتاژ زير بار :

اكثر ترانسفورماتورها داراي دستگاهي بنام تب چنجر بوده كه كار آنها عملاً در مدار گذاشتن و خارج كردن تعدادي از حلقه هاي سيم پيچي ترانسفورماتور به منظور تغيير دادن در نسبت تبديل ترانس مي باشد . عموماً اين دستگاه در قسمت فشار قوي قرار مي گيرد .

تب چنجر ترانسفورماتورها عموماً بر 2 نوع مي باشند :

1- On load tap changer : ترانسفورماتورهايي كه تب آنها زماني كه تپ ترانسفورماتور زيربار است ، قابل تغيير مي باشد .

2- Off load tap changer : ترانسفورماتورهايي كه تب آنها فقط زماني كه در مدار نباشند ، قابل تغيير مي باشند .

اين تغيير تپ در محل روي بدنة ترانس صورت مي گيرد . به اين ترتيب با توجه به تعداد تپ و اينكه هر تپ چه مقدار تغيير ولتاژ بوجود مي آورد و نياز به چه مقدار تغيير در ولتاژ مي باشد ، تب آنها را بر حسب نياز سيستم تغيير مي دهيم . مكانيزم عمل تپ به طور كلي به اين صورت است كه اهرمي قادر است در جهت گردش عقربه هاي ساعت تعداد حلقه هاي سيم پيچ را كم و در خلاف آن زياد نمايد .

ترانسفورماتورهايي كه مجهز به سيستم اتوماتيك ولتاژ ( Avr = Automatic voltage regulation) مي باشند به طريق زير تغيير تب صورت مي گيرد :

الف) اتوماتيك ب) دستي و الكتريكي از اطاق فرمان

ج) دستي الكتريكي از محل د) دستي مكانيكي توسط اهرم مخصوص

هر تغيير Tab در اوليه ترانس قدرت به اندازه kv5 در ولتاژ ورودي ترانس تغيير ايجاد مي كند .

3- ترمومترها :ا

اين نشان دهنده ها ، از نوع عقربه اي بوده و براي تشخيص درجه حرارت گرمترين نقطه سيم پيچي ترانس بكار ميرود . معمولاً به ازاء هر گروه سيم يك نشان دهنده بكار گرفته شده كه روي يك از فازها نصب مي شود . اين روش اندازه گيري بصورت غيرمستقيم است به اين معني كه غلاف ترمومتر داخل روغن بوده و دماي روغن را حس مي كند، سپس توسط يك زف جرياني متناوب با جريان عبوري از سيم پيچ از كويل حرارتي عبور ميكند ، لذا گرمايي متناسب با سيم پيچ ها در ترمومتر ايجاد مي شود .

نشان دهنده حرارت ورغن :

اين نشان دهنده نيز از نوع عقربه اي بوده و عنصر حساس آن در بالاي ترانس و در حول و حوش گرمترين محل روغن نصب مي شود و خود آن روي بدنه ترانس و در مجاورت ترمومترهاي سيم پيچ ها نصب مي گردد . نوع عنصر حساس ، اغلب مقاومت حساس به دما است .

 

 

4- نشان دهندة سطح روغن :

اگر چه رله بوخهولتز مي تواند كاهش سطح روغن را نشان دهد ولي ، براي داشتن ضريب اطمينان بالاتر ، نشان دهندة سطح روغن نيز بروي منبع ذخيره ( كنسرواتور) پيش بيني مي شود . ممكن است نشان دهنده بصورت دريچه شيشه اي براي ديدن سطح روغن باشد . علاوه برآن ، نشان دهنده نوع عقربه اي كه از طريق مغناطيس ، با شناور داخل منبع كنسرواتور در ارتباط است . نيز تعبيه مي گردد و بايد طوري نصب شود كه از سطح زمين قابل رؤيت باشد . عقربه نشان دهنده بايد نمايانگر سطوح حداكثر ، حداقل و نرمال بوده و كنتاكتهايي براي آلارم نيز بايد پيش بيني شده باشد

5- رله بوخهولتز :

تجهيزات الكتريكي كه داخل آنها پر از روغن است نظير ترانسفورماتورها ، بوشينگهاي آنها و ترمينال باكس مربوط به كابلها را مي توان جهت محافظت از عيوب داخلي و از دست رفتن روغن آنها ، با رله بوخهولتز حفاظت كرد .

اين رله كه در لوله رابط بين تانك ومنبع ذخيره نصب مي شود از دو گوي شناور كه در داخل محفظه رله نصب شده اند و مي توانند همراه با سطح روغن جابجا شوند ، تشكيل شده است . دو عدد كليد جيوه اي نيز با شناور همراه هستند و مي توانند كنتاكتهايي را قطع يا وصل كنند رله بوخهلتز بسيار دقيق است و از آنجا كه در مراحل اوليه آغاز شدن بسياري از مشكلات ، آلارم مي دهد . اين شانس را به پرسنل بهره برداري مي دهد كه شرايط خطرناك را خيلي زود شناسايي كنند . و از آسيب هاي جدي به تجهيزات جلوگيري نمايند .

تنظيم درجه حساسيت رله بوخهولتز كاملاً تجربي است و بستگي به ترانس و رله دارد . در هر حال بايد دقت داشت كه رله خيلي حساس نباشد ، زيرا اضافه بار كم و جريانهاي اتصال كوتاه شديد خارجي و حتي تغييرات درجه حرارت موسمي ، سبب جريان پيدا كردن روغن مي شود كه نبايد رله بوخهولتز را بكار اندازد . پس از هر تريپ ترانس ، در اثر رله بوخهولتز بايد گازهايي كه در محفظه رله جمع شده است را خارج نمود تا شناور آن به حالت اوليه خود بازگردد.

در ضمن بايد گازهايي را كه به محفظه گاز رله خارج مي كنيم ، از نظر قابليت اشتعال مورد آزمايش قرار دهيم ، زيرا در صورتيكه ترانسفورماتور خوب تحت خلاء قرار نگرفته باشد ، هواي موجود در داخل روغن ، كم كم خارج شده و در رله جمع مي گردد و مي تواند سبب ظاهر شدن آلارم گردد .

همچنين ممكن است به طريقي هوا به داخل ترانسفورماتور نفوذ كرده باشد . اين عمل در ترانسهايي كه روغن آنرا جديداً عوض كرده اند بيشتر پيش مي آيد . با وجود اينكه رله بوخهولتز يك رله بسيار خوبي است و مي تواند از آغاز پيدايش نقص آن را تشخيص دهد ، و ليكن داراي محدويت هايي نيز هست كه در ادامه ذكر مي گردد .

محدوديت هاي رله بوخهولتز :

۱-فقط خطاهايي را تشخيص مي دهد كه در سطح روغن پايين تر از رله اتفاق افتاده باشد .

2- تنظيم كليد جيوه اي را نمي توان زياد حساس گرفت ، زيرا در اين صورت لرزشهاي ناشي از بهره برداري ، زلزله ، شوكهاي مكانيكي در خط و حتي نشستن پرنده ها ، ممكن است اشتباهاً آنرا به كار اندازند.

3- مي نيمم زمان عمل كردن آن 0.1 ثانيه است و متوسط آن 0.2 ثانيه . چنين رله اي خيلي كند به حساب مي آيد ، و ليكن با وجود آن ارزش اين رله بسيار بالاست .

4- از نظر اقتصادي رله بوخهولتز براي ترانسهاي كمتر از kva 500 بكار برده نمي شود .

6- سوپاپ اطمينان يا لوله انفجاري ( شير فشار شكن )

در اثر اتصال كوتاه ناگهاني و يا هر حادثة ديگر در هسته و سيم پيچها كه منجر به ايجاد گاز شديد شود ، فشار داخل تانك مي تواند به ميزان خطرناكي افزايش يابد . براي جلوگيري از خطر انفجار تانك ، در بالاي درپوش آن شير فشار شكن نصب مي گردد .

اين شيزر در عرض چند ميلي ثانيه عمل خواهد كرد و سبب تخليه فشار خواهد شد . در همين موقع ، ميكرو سويچي كه همراه آن است ، سبب بسته شدن مدار تريپ مي گردد . پس از كاهش فشار در اثر نيروي فنر ، شير خود به خود بسته خواهد شد .

7- رادياتور يا مبدل حرارتي

نظر به اينكه روغن داراي خاصيت عايقي خوب و همچنين تبادل حرارتي زياد مي باشد . در ترانسفورماتورها بعنوان خنك كننده مورد استفاده قرار مي گيرد . جهت تبادل حرارتي بهتر با محيط اطراف ، اصولاً روغن از طريق رادياتور و پمپ هاي روغن يك سيكل بسته را طي مي نمايد و حين عبور از رادياتورها توسط فن ها با محيط اطراف تبادل حرارتي انجام مي دهد . لازم به توضيح است در بعضي از ترانسفورماتورهاي واحدهاي آبي روغن توسط كولرهاي آبي ( Heat exchanger ) خنك مي شود .

8- پمپ و فن ها

جهت تبادل حرارتي بهتر با محيط اطراف ، اصولاً روغن از طريق رادياتور و پمپ هاي روغن يك سيكل بسته را طي مي نمايد و حين عبور از رادياتورها توسط فن ها با محيط اطراف تبادل حرارتي انجام مي دهد.

معمولاً در ترانس هاي قدرت كه مجهز به پمپ روغن مي باشند ، يك نشان دهندة فولي روغن در مسير باي پاس و به موازات مسير پمپ هاي روغن نصب مي شود كه در شرايط روشن بودن پمپ ها و جاري بودن روغن ، صفحه معلق آن به صورت مايل قرار مي گيرد . اما به خاموش شدن پمپ و يا قطع جريان روغن – به هر دليل ديگر – صفحه بر اثر نيروي وزن پايين آمده و بصورت قائم واقع مي شود . در اين حالت ، اغلب سبب بسته شدن كنتاكتي خواهد شد كه موقعيت اين صفحه را در اتاق فرمان گزارش مي نمايد . همچنين از طريق دريچه شيشه اي ، موقعيت آن قابل رؤيت است .

10 – شيرهاي نمونه برداري از روغن پايين و بالاي تانك

11- شيرهاي مربوط به پركردن و تخليه روغن ترانس

12- مجراي تنفسي و سيليكاژل مربوط به تانك اصلي و تب چنجر

منبع ذخيره روغن توسط يك يا دو مجراي تنفسي به هواي آزاد مربوط مي گردد و در ورودي آن يك ظرف شيشه اي كار گذاشته مي شود كه بسته به بزرگي منبع مي تواند از يك يا چند قسمت تشكيل شده باشد . درون اين ظرفها را با سيليكاژل پر مي كنند .

هنگاميكه بار ترانس زياد باشد و روغن گرم شود بر اثر انبساط روغن مقداري از هواي داخل منبع ذخيره از طريق مجراي تنفسي خارج مي شود . در انتهاي ظرف سيليكاژل يك مجرا وجود دارد كه در بالاي آن يك پياله زنگي شكل بصورت معكوس قرار دارد و در ته ظرف مقداري روغن ترانس ريخته مي شود . به اين مجموعه تله هوا (air trap) ميگويند .

هوا براي خارج شدن ا زمنبع ذخيره بايد از اين تله بگذرد هنگاميكه روغن منقبض مي شود فشار داخل منبع ذخيره كاهش مي يابد . و فشار هواي بيرون بر سطح روغن داخل تله ، سبب مي گردد كه سطح روغن داخل زنگ تا آنجا پائين بيايد كه هوا بتواند از آن عبور كند و پس از گذشتن از سيليكاژل به منبع ذخيره برسد . به اين ترتيب روغن، ذرات معلق در هوا را مي گيرد و سيليكاژل كه يك ماده رطوبت گير است باعث جذب رطوبت هوا خواهد شد .

سيليكاژل به صورت دانه هاي گرد كوچكي است كه در شرايط خشك ، رنگ آن آبي است و با جذب رطوبت به رنگ صورتي در خواهدآمد . وقتي حدود 75% درصد از سيليكاژل داخل ظرف تغيير رنگ داد بايد آن را تعويض نمود . سيليكاژل صورتي شده را براي بازيافت به آزمايشگاه مي فرستند سليكاژل از پايين ظرف شروع به تغيير رنگ مي كند . اگر در مواردي مشاهده شود اين تغيير رنگ از بالاي ظرف شروع شده است به اين معني است كه نشتي هوا وجود دارد و بايد آن را برطرف نمود .

13- تابلوي كنترل

14- تابلوي مكانيزم تب چنجر

15- چرخ ها

16- پلاك مشخصات نامي 

ترانسهاي قدرت T1 ,T2 (400/33KV) پست اتصالشان بصورت ستاره مثلث مي باشد اين بدان علت است كه اتصال شماره – مثلث در پست هاي فرعي و در پايان خط انتقال بكار مي رود و توسط آن ولتاژ فشار قوي به متوسط يا فشار ضعيف تبديل مي شود تا به ترانس توزيع متصل گردد .

از زيان ديگر اين روش اين است كه چون هارموني سوم جريان در مثلث بسته مي تواند جريان يابد ، لذا جريان آن سينوسي بوده و در نتيجه ولتاژهاي ثانويه سينوسي مي باشند ( يعني داراي هارموني سوم ولتاژ نمي باشند ) .

كاربرد اين اتصال :

1- پست هاي فرعي انتهاي خط انتقال انرژي

2- تبديل فشار قوي به فشار ضعيف

3- در مواردي كه همه مصرف كننده ها سه فاز داشته باشند .

اتصال زيگزاگ :

همانگونه كه از اسمش پيداست اين اتصال در ترانس زيگزاگ استفاده شده است :

مزاياي اين اتصال : 1- از ثانويه ترانس قدرت در مقابل اتصال زمين حفاظت مي كند .

2- نامتعادلي بار را شديداً كاهش مي دهد .

3- مانند اتصال مثلث هارموني سوم ولتاژ را حذف مي كند .

اتصال ترانس مصرف داخلي پست بصورت مثلث – ستاره مي باشد : 33KV/380Vاين اتصال در سيستمهاي توزيعي ( چهار سمبه ) بكار مي رود كه همزمان مي تواند هم مصرف كننده هاي سه فاز را تغذيه نمايد و هم بصورت تكفاز در مصارف خانگي و روشنايي استفاده شود .

قطع و وصل ترانسفورماتورهاي قدرت :

جهت قطع ترانسفورماتور بايستي ابتدا بار ترانسفورماتوري كه قرار است از مدار خارج گروه محاسبه شود . اگر امكان مانور دادن بار بر روي ترانسفورماتورهاي پرالل وجود داشته باشد ، مي توان پس از انجام مانور اقدام به قطع دژنكتور طرف ثانويه ترانسفورماتور نمود . بعد از آن پك ترانسفورماتور را در صورتيكه از نوع O.L.T.C باشد ، روي حالت زمان گذاشته و سپس دژكتور طرف اوليه قطع گردد .

در صورتيكه امكان مانور بار وجود نداشته باشد و يا خروج ترانسفورماتور اضطراري نباشد ، خاموشي به يكي از روزهاي تعطيل يا در ساعاتي از شبانه روز كه بار خروجي حداقل داشته باشد ، موكول مي گردد . عمل وصل ترانسفورماتورها عيناً عكس عملياتي است كه در حالت قطع صورت مي گيرد .

تجهيزات اندازه گيري و حفاظت ترانسفور ماتور 165MVA يا 62.5MVA پست 400KV

1- ترانسفورماتورهاي جريان

2- نشان دهنده درجه حرارت سيم پيچ

3- نشان دهنده درجه حرارت روغن

4- Pressure relief valve

5- سيليكاژل Dehy drating breather ( محفظه سيليكاژل )

6- رله بوخهولتز Buchholz relay

7- Gas collector

8- كيج مغناطيسي سطح روغن

 

 

سیستم های خنک کنندگی در ترانسفورماتور

-      سیستمONAN   (روغن طبیعی – هوا طبیعی) :

در این سیستم ، هوا به طور طبیعی با سطح خارجی رادیاتورهای در تماس است و رادیاتورها به طور طبیعی با هوا خنک می شوند . همچنین گردش روغن در ترانسفورماتور نیز به طور طبیعی صورت می گیرد ؛ یعنی روغن گرم بالا می رود و روغن سرد ، جای آن را می گیرد .این نوع سیستم خنک کنندگی مختص ترانسفورماتورهای با قدرت کم است ؛ زیرا با افزایش قدرت ترانسفورماتور ، حرارت سیم پیچ ها زیاد می شود و روغن باید با سرعت بیشتری در تماس با هوای بیرون قرار گیرد و عمل خنک کنندگی با سرعت بیشتری انجام شود . از این نوع سیستم برای ترانسفورماتورهای قدرت تا MVA 30  مورد استفاده قرار می گیرد .

-      سیستم ONAF (روغن طبیعی – هوا اجباری) :

در این سیتم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به طور طبیعی صورت می گیرد ؛ ولی فن های نصب شده روی بدنه رادیاتورها ، سرعت تماس هوای خارج با بدنه رادیاتور را افزایش می دهد . لذا روغن سریعتر خنک می شود و طبعاً می توان توان ترانسفورماتور را بالا برد .

دمیدن هوا توسط فن ها می تواند به طور مداوم یا با فاصله تناوبی انجام شود ؛ بدین صورت که عملکرد فن می تواند تابعی از درجه حرارت روغن داخل ترانسفورماتور باشد و هنگامی که دمای روغن از حد معینی افزایش یافت ، فن ها به طور خودکار وارد مدار می شوند . البته هنگامی که درجه حرارت محیط خیلی بالا باشد ، ترانسفورماتور می تواند بدون سیستم فن و با خنک شدن طبیعی ، تقریباً تا دو سوم  توان نامی خود کار کند و در صورتی که بخواهیم با توان نامی کار کند ، باید فن ها شروع به کار کنند .

این نوع سیستم خنک کنندگی به طور وسیعی در ترانسفورماتورهای قدرت با توان بین 30 تا 60 مگا ولت آمپر مورد استفاده قرار می گیرد .

-      سیستم OFAF (روغن اجباری – هوا اجباری) :

در این سیستم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به کمک فن ، سرعت داده می شود تا انتقال حرارت با سرعت بیشتری انجام گیرد . فن های هوا نیز بدنه رادیاتورها را در تماس بیشتری با هوا قرار می دهند تا روغن را سریعتر خنک کنند . در این سیستم با توجه به سرعت بسیار بالای خنک کنندگی سیم پیچ ها ، می توان قدرت نامی ترانسفورماتور را به مقدار قابل توجهی افزایش داد . لازم به ذکر است که عموماً از این نوع سیستم خنک کنندگی در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA 60 استفاده می شود

-      سیستم OFWF  (روغن اجباری – آب اجباری) :

در این سیستم ، ابتدا روغن توسط پمپ از بالای ترانسفورماتور وارد رادیاتور می شود تا پس از عبور از آن ، از پایین رادیاتور وارد ترانسفورماتور گردد . در رادیاتور ، آب خنک کنندگی هم در توسط پمپ در خلاف مسیر روغن در رادیاتور عبور می کند که باعث کاهش دمای روغن می شود . از این نوع سیستم در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA 60 مورد استفاده قرار می گیرد .

-      سیستم ODWF (روغن اجباری در سیم پیچ و هسته – آب اجباری) :

در ترانسفورماتورهای با قدرت های بسیار بالا ، به منظور کاهش هرچه بیشتر دمای سیم   پیچ ها و هسته باید روغن را توسط پمپ ها ، با فشار و جهت مناسب از قسمت تحتانی تانک ترانسفورماتور به داخل سیم پیچ ها و هسته هدایت نمود . همچنین مشابه روش قبل ، با استفاده از رادیاتور و چرخش روغن در داخل آن و به واسطه تماس غیر مستقیم با آب خنک کنندگی ، دمای روغن به مقدار مورد نظر کاهش می یابد .

اصول خشك كردن ترانسفورماتورهاي قدرت

روغن ترانسفورماتورهاي قدرت نقش بسيار مهمي در عملكرد ترانسفورماتورها دارند. نقش عايق كنندگي، خنك كنندگي و تشخيص عيب از جمله مهمترين وظايف روغن مي باشند. با پيرشدن ترانسفورماتور ، روغن اين دستگاه بعضي از خصوصيات شيميايي و الكتريكي خود را از دست مي دهد. از جمله مهمترين اين خصوصيات مي توان به خصوصيات الكتريكي كه حائز اهميت مي باشند، اشاره نمود.

 

دلایل اصلی كه روغن ترانسفورماتورهاي قدرت را دچار مشكل مي نمايند عبارتند از:

- افزايش ذرات معلق در روغن

- وجود آب به مقدار زياد در روغن

- وجود آلودگي هاي شيميايي مانند اسيديته و...

مسائل فوق باعث تغيير پارامترهاي متعدد مي شوند. به عنوان مثال افزايش ذرات معلق و وجود آن باعث كاستن قدرت دي الكتريك روغن و افزايش اسيديته، باعث خوردگي كاغذ و اجزاي داخلي ترانسفورماتور مي شود. براي بهبود روغن ترانسفورماتوري كه دچار ضعف هاي متعدد شده است مي توان از فيلتراسيون استفاده نمود. با فيلتر نمودن روغن مي توان ذرات معلق آن را جدا نمود و در نتيجه ولتاژ شكست را بالا برد. مي توان با خلاء نمودن روغن ، آب را بصورت بخار از روغن جدا نمود. حذف آلودگي هاي شيميايي فقط با كمك فيلترهاي شيميايي ممكن است.

از جمله مهمترين آلودگي كه روغن ترانسفورماتور را تحت تأثير قرار مي دهد وجود آب به مقدار كم در داخل روغن است. جدا نمودن آن در داخل ترانسفورماتور به راحتي امكان پذير نمي باشد. علت اين مسأله وجود مقادير بسيار زياد آب داخل كاغذ ترانسفورماتور مي باشد كه با جدا نمودن آب روغن دوباره جايگزين آن مي شود.

- روشهای فیلتر نمودن

الف - روشهای Off-line

از زمانهای دور برای بهبود کیفیت عایقی روغن ترانسفورماتورهای قدرت از روشهای فیلتراسیون هنگامی که ترانسفورماتور خاموش بوده است استفاده می کردند. در این روش هنگامی که ترانسفورماتور خاموش می باشد به مدت چند شبانه روز به صورت پیوسته روغن را داخل ترانسفورماتور چرخانده و آنرا در بیرون تحت فیلتراسیون و خلاء به منظور جدا نمودن ذرات معلق و آب محلول قرار می دادند.

این روش دارای معایب فراوانی است از جمله لزوم داغ نمودن روغن ترانسفورماتور و همچنین لزوم خاموش نمودن ترانسفورماتور را می توان نام برد.

ب- روشهای نوین – روشهای در حین کار

براي جدا نمودن آب به صورت بهينه، لازم است كه از فيلترهاي در حين كار استفاده نمود. مهمترين مزاياي فيلترهاي (خشك كن) هاي در حين كار خشك نمودن بهينه ترانسفورماتور در طول زمان و همچنين عدم لزوم خاموشي ترانسفورماتور را مي توان عنوان نمود. اصول عملکرد این فیلترها مانند شکل زیر است که در آن روغن از مخزن تحت فشار خارج شده و در مسیر آن یک فیلتر فیزیکی قرار می گیرد. در اینجا ذرات معلق فیلتر شده و تحت تاثیر خلاء آب محلول در آن گرفته می شود. روغن فیلتر شده به وسیله پمپ به ترانسفورماتور برگردانده می شود. این چرخه با دبی پایین در حدود 250 لیتر در ساعت به صورت پیوسته از چند ماه تا چند سال با توجه به وضعیت ترانسفورماتور صورت می گیرد.

مزاياي خشك كردن On-Line روغن و كاغذ عايقي ترانسفورماتورهاي قدرت با استفاده ازدستگاه V30

• رطوبت زدائي از روغن ترانسفورماتور بصورت On-Line

• افزايش ولتاژ شکست روغن عايقي

• رطوبت زدائي از کاغذ عايقي ترانسفورماتور

• کاهش ميزان ذرات معلق داخل روغن ترانس

• کاهش ميزان ضريب تلفات عايقي روغن

• کاهش ميزان اسيديته روغن

• افزايش قابليت بارگيري ترانسفورماتور

• افزايش عمر باقيمانده ترانسفورماتور

• عملکرد مطمئن و عدم تأثير سو بر بهره برداری عادي از ترانسفورماتور

• گاززدائي از روغن ترانسفورماتور با استفاده از روش De-Gassing

• اعلام آلارم و خروج ترانسفورماتور از مدار در صورت تشکيل مقدار زياد گاز

- مقدمه :
ترانسفورماتورهاي قدرت بعنوان يكي از با ارزشترين تجهيزات شبكه الكتريكي و همچنين سيستم هاي تبديل انرژي مطرح هستند. خرابي يك ترانسفورماتور داراي معايب مهمي است كه هزينه زياد زماني و مالي تعمير، كاهش قابليت اطمينان شبكه، اختلال در برقرساني و از دست رفتن سود فروش برق در شبكه قدرت و يا تحمل ضرر تاخير در توليد محصولات از آن جمله هستند. گر چه معمولاً در طراحي تجهيزات الكتريكي بخصوص ترانسفورماتور عمر مفيدي حدود 30 تا 40 سال در نظر گرفته مي‌شود اما عمر عملكرد اين تجهيزات بيش از 50 سال مي‌باشد كه در اين خصوص، نحوة حفاظت و مراقبت از ترانسفورماتور جهت افزايش عمر (يا جلوگيري از كاهش عمر طبيعي) نقش اساسي دارد.
- چکیده :
ابتدا ترانسفورماتورهای قدرت را تعریف نموده و سپس در توضیح قسمتهای مختلف ترانسفورماتور قدرت به خاصیت عایقی آن قسمت پرداخته و توضیحات مختصری داده شده و در ادامه به سیستم خنک کنندگی و حفاظتی ترانس پرداخته و انواع اتصالات ترانس می پردازیم ،نکات مورد توجه قبل از حمل ترانس نیز مهم هستند تا ترانس صدمه نبیند.
به روشهای تشخیص خطا می پردازیم زیرا خطاها به خاطر عملکرد نادرست قسمتی از ترانس به وجود آمده و اگر خطا دیر تشخیص داده شود خاموشی در پی دارد و در اخر نمونه ای از اشکالات به وجود امده در ترانسهای قدرت در ایران را بیان می کنیم.


- تعریف ترانسفورماتورهای قدرت:
ترانسفور ماتور وسیله ای است كه انرژی الكتریكی را در یك سیستم جریان متناوب از یك مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ كم را به ولتاژ زیاد وبالعكس تبدیل نماید .
برخلاف ماشینهای الكتریكی كه انرژی الكتریكی و مكانیكی را به یكدیگر تبدیل می كند ، در ترانسفور ماتور انرژی به همان شكل الكتریكی باقیمانده و فركانس آن نیز تغییر نمیكند و فقط مقادیر ولتاژ و جریان در اولیه و ثانویه متفاوت خواهد بود. ترانسفورماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلی سیستم های انتقال و پخش انرژی مطرح هستند بلكه در تغذیه مدارهای الكترونیك و كنترل ، یكسوسازی ، اندازه گیری و كوره های الكتریكی نیز نقش مهمی بر عهده دارند .
- انواع ترانسفورماتور:
انواع ترانسفورماتورها را میتوان برحسب وظایف آنها بصورت ذیل بسته بندی كرد :
1- ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاهها و پستهای فشار قوی
2- ترانسهای توزیع در پستهای توزیع زمینی و هوایی ، برای پخش انرژی در سطح شهرها و كارخانه ها
3- ترانسهای قدرت برای مقاصد خاص مانند كوره های ذوب آلومینیم ، یكسوسازها و واحدهای جوشكاری
4- اتوترانسها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت كم و راه اندازی موتورهای القایی
5- ترانسهای الترونیك
6- ترانسهای ولتاژ و جریان جهت مقاصد اندازه گیری و حفاظت
7- ترانسهای زمین برای ایجاد نقطه صفر و زمین كردن نقطه صفر
8- ترانسهای آزمایشگاه فشار قوی و ...
و از نظر ماده عایقی و ماده خنك كننده نیز ترانسفورماتورها را می توان بصورت ذیل بسته بندی كرد :
1- ترانسفورماتورهای روغنی Oil immersed power Transformer
2- ترانسفورماتورهای خشك
3- Dry type transformer ترانسفورماتورهای با عایق گازی (sf6) Gas insulated transformer
سایر ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهای كوره ، ترانسفورماتورهای تغییر دهنده فاز و … بعنوان ترانسفورماتورهای خاص قلمداد می گردند .
- ساختمان ترانسهای قدرت روغنی:
قسمتهای اصلی در ساختمان ترانسفورماتورهای قدرت روغنی عبارتند از:
1- هسته یك مدار مغناطیسی
2- سیم پیچ های اولیه و ثانویه
3- تانك اصلی روغن
به جز موارد فوق اجزا دیگری نیز به منظور اندازه گیری وحفاظت به شرح زیر وجوددارند :
1- كنسرواتوریا منبع انبساط روغن
2- تب چنجر
3- ترمومترها
4- نشان دهنده های سطح روغن
5- رله بوخ هلتز
6- سوپاپ اطمینان یا لوله انفجاری / شیر فشار شكن
7- رادیاتور یا مبدلهای حرارتی
8- پمپ و فن ها
9- شیرهای نمونه برداری از روغن پایین و بالای تانك
10- شیرهای مربوط به پركردن و تخلیه روغن ترانس
11- مجرای تنفسی و سیلیكاژل مربوط به تانك اصلی و تب چنجر
12- تابلوی كنترل
13- تابلوی مكانیزم تب چنجر
14- چرخ ها
15- پلاك مشخصات نامی
- هسته:
هسته ترانس یك مدار مغناطیسی خوب با حداقل فاصله هوایی و حداقل مقاومت مغناطیسی است تا فورانهای مغناطیسی براحتی از آن عبور كنند . براي كم كردن تلفات آهني هسته ترانسفورماتور را نمي توان به طور يكپارچه ساخت بلکه هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود0.3 میلیمتر و حتی كمتر است و همچنین از آهن بدون پسماند با آلياژي از سيليسيم (حداكثر 4.5 درصد) كه داراي قابليت هدايت الكتريكي و قابليت هدايت مغناطيسي زياد است ساخته مي شون .برای كاهش تلفات فوكو ورقه ها تا حد امكان نازك ساخته می شوند و لی ضخامت آنها نباید بحدی برسد كه از نظر مكانیكی ضعیف شده و تاب بردارد و
در اثر زياد شدن مقدار سيليسيم ، ورقه‌هاي دينام شكننده مي شود .
براي عايق كردن ورقهاي ترانسفورماتور ، قبلا از يك كاغذ نازك مخصوص كه در يك سمت اين ورقه چسبانده مي شود، استفاده مي كردند اما امروزه بدين منظور در هنگام ساختن و نورد اين ورقه ها يك لايه نازك اكسيد فسفات يا سيليكات به ضخامت 2 تا 20 ميكرون به عنوان عايق در روي آنها مي مالند و با آنها روي ورقه ها را مي پوشانند. علاوه بر اين ، از لاك مخصوص نيز براي عايق كردن يك طرف ورقه ها استفاده مي شود. ورقه هاي ترانسفورماتور داراي يك لايه عايق هستند.
اگر هسته را آهنی انتخاب کنیم :
- مزایا هسته ترانس آهن :
1- فراوانی
2- پایین بودن قیمت
3- عمر زیاد
4- فرم دهی آسان
- معایب هسته ترانس آهن:
1- خاصیت القایی کم
2- ضدآب نبودن
3- وزن زیاد
4- تولید نویز بالا

- هسته فریت:
با رشد تکنولوﮊی و استفاده از دستگاهها با عملکرد بسیار حساس به تغذیه خود مخترعان را بر این داشت که منابع تغذیه ای باخروجی بسیار صاف وایزوله شده و نویز خروجی بسیارکم برای استفاده در مدارات طراحی کنند.این کار مستلزم استفاده از آلیاژ و قطعاتی با خاصیت القایی بالا بود که براساس محاسبات و تحقیقات گسترده و تجربیات مخترعان و آلیژهای کشف شده و با توجه به قیمت و قابل دسترس بودن آنها و انعطاف آنها در مقابل اشکال درخواستی صنعتی وبه آلیاژی به نام فریت رسیدند که این آلیژ میتوانست خیلی از نیازها و درخواست مخترعان از یک آلیاژ ایده ال برای این کار را فراهم کند که به عنوان مثال از فاصله هوایی بین هسته های فریت استفاده های گوناگونی در منابع تغذیه سوئیچینگ می شود.
خصوصیت منحصر به فرد فریت‌ها ، نسبت به آهن و دیگر مواد فرومغناطیس ، عایق آنها است. . مقاومت ویژه نوعی فریت‌ها 1 تا 104 اهم است ، در حالیکه برای آهن بین 7 تا 10 اهم است. به خاطر این مقاومت ویژه بالا ، فریت‌ها در معرض جریانهای گردابی قرار ندارند و می‌توان از آنها در فرکانسهای بالا بعنوان هسته پیچک rf استفاده کرد مثلا در پیچکهای ترانسفورماتور تلویزیون و حافظه مغناطیسی کامپیوترها.
مزایای هسته فریت :
1- خاصیت القایی خوب
2- ضدآب بودن
3- تولید نویز کم
4- سبک بودن

معایب:
1- شکننده بودن
2- قابل انعطاف نبودن
- انواع هسته فریت:
این آلیاژ به دلیل استفاده در دستگاههای حساس با فرمهای غیر متعارف لازم است دارای اندازه و تپ های مختلف باشد که انواع آن عبارت است از:
1- EE
2- EC
3- RM
4- ET,FT,PM
5- UF,UI,UU
6- PQ
7- EI
8- UYF
9- EFD,EP
10- I
11- POT
12- TOROID
13- EMI SUPPRESSOR
14- DOUBLE-APERTURE & MULTI-APERTURE


- سیم پیچی های ترانس:
معمولا براي سيم پيچ اوليه و ثانويه ترانسفورماتور از هادي هاي مسي با عايق (روپوش) لاكي استفاده مي‌كنند. اينها با سطح مقطع گرد و اندازه‌هاي استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص مي‌شوند. در ترانسفورماتورهاي پرقدرت از هاديهاي مسي كه به صورت تسمه هستند استفاده مي‌شوند و ابعاد اين گونه هادي‌ها نيز استاندارد است.
توضيح سيم پيچي ترانسفورماتور به اين ترتيب است كه می توان سر سيم پيچ‌ها را به وسيله روكش عايقها از سوراخهاي قرقره خارج كرد، تا بدين ترتيب سيم ها قطع (خصوصا در سيمهاي نازك و لايه‌هاي اول) يا زخمي نشوند. علاوه بر اين بهتر است رنگ روكش‌ها نيز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهاي داراي چندين سيم پيچ ، به راحتي بتوان سر هر سيم پيچ را مشخص كرد. بعد از اتمام سيم پيچي يا تعمير سيم پيچهاي ترانسفورماتور بايد آنها را با ولتاژهاي نامي خودشان براي كنترل و كسب اطمينان از سالم بودن عايق بدنه و سيم پيچ اوليه ، بدنه و سيم پيچ ثانويه آزمايش كرد.
در ساختمان سیم پیچ های ترانس باید موارد متعددی در نظر گرفته شوند كه در ذیل به مهمترین آنها اشاره می نمائیم :
1- در سیم پیچ هاباید جنبه های اقتصادی كه همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس می باشد ، مراعات شود .
2- ساختمان سیم پیچ ها برای رژیم حرارتی كه باید در آن كار كند محاسبه شود ، زیرا در غیر این صورت عمر ترانس كاسته خواهد شد .
3- سیم پیچ ها در مقابل تنش ها و كشش های حاصل از اتصال كوتاه های ناگهانی مقاوم شوند .
4- سیم پیچ ها باید در مقابل اضافه ولتاژهای ناگهانی از نقطه نظر عایقی ، مقاومت لازم را داشته باشند .
سیم پیچ ترانس ها نسبت به هم در نوع سیم پیچ ، تعداد حلقه ها ،درجه و اندازه سیمها و ضخامت عایق بین حلقه ها متفاوت خواهند بود . هر چه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعداد حلقه های سیم پیچ بیشتر می شود و هر چه ظرفیت ترانس بیشتر شود ، اندازه سیم ها بزرگتر می گردد .
کلیه ترانسفورماتور های مصرف داخلی دارای دو سیم پیچ (فشار قوی و فشار ضعیف )می باشند که در ابعاد مختلفی پیچیده میشوند.
در ترانس با هسته ستونی ، سیم پیچهای اعم از فشار قوی ، متوسط و فشار ضعیف و سیم پیچ تنظیم بصورت استوانه متحدالمركز روی ستونهای هسته قرار می گیرند . سیم پیچ های فشار ضعیف از سیم تخت با عایق کاغذی یا فویل مسی بصورت سیم پیچ استوانه ای تولید می گردد و سیم پیچ های فشار قوی از سیم گرد و یا تخت با عایق لاکی بصورت سیم پیچی لایه ای و برای قدرت بالاتر بصورت کلافی و مرکب از قرار گیری کلاف ها بروی هم تشکیل میشود که معمولاً سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و فشار قوی در خارج واقع می شوند و ترتیب فوق به این دلیل رعایت می شود كه عایق كاری فشار ضعیف نسبت به هسته راحت تر است .
جهت هدایت دمای حاصله(ناشی از تلفات مس ) به خارج و جلوگیری از تمرکز و ازدیاد دما در داخل سیم پیچ ها بر حسب مدل، کانال هایی موازی با محور یا عمود بر محور پیش بینی میشود.
سیم پیچ ترانسها اغلب از جنس مس یا آلومینیم انتخاب می شود. برای حفظ و نگهداری از سیم پیچ های ترانسفورماتور خصوصا در ترانسفورماتورهای کوچک باید از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره باید از مواد عایق باشد. قرقره معمولا از کاغذ عایق سخت, فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک می سازند. قرقره هایی که از جنس ترموپلاستیک هستند معمولا یک تکه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های دیگر آنها را در چند قطعه ساخت و سپس برروی همدیگر سوار کرد. برروی دیواره های قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم پیچ از آنها خارج شوند.
اندازه قرقره باید با اندازه ی ورقه های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم پیچ نیز طوری برروی آن پیچیده شود که از لبه های قرقره مقداری پایین تر قرار گیرد تا هنگام جازدن ورقه های ترانسفورماتور لایه ی رویی سیم پیچ صدمه نبیند. اندازه قرقره های ترانسفورماتورها نیز استاندارد شده است اما در تمام مواد با توجه به نیاز، قرقره متناسب را می توان طراحی کرد.
در اصل بیشترین درصد اشكالات ترانسها در این قسمت نقش اصلی را ایفا می كند . سیم پیچها در كل به دو صورت هستند : نواری ، كه غیر قابل تعمیر می باشند یا به صورت طبقه طبقه می باشند كه به آنها دیسكی هم گفته می شود و قابل تعمیر هستند . سیم های به كار برده شده در ترانسها ، بسته به قدرت آنها تغییر می كنند مثلاً در قدرتهای پایین و متوسط از سیم های با سطح مقطع كوچك و گرد استفاده می شود . در ترانس هایی با قدرت بالا از شمشهایی با سطح مقطع مربعی و یا نواری استفاده می شود . نحوه ی قرار گرفتن سیم پیچ ها معمولاً در ترانسهای قدرت ، ابتدا سیم پیچ ثانویه یا فشار ضعیف پیچیده می شود و سپس سیم پیچ اولیه یا فشار قوی پیچیده می شود . این كار به خاطر این است كه در صورت اتصالی ، سیم پیچ فشار قوی از هسته و اتصال به بدنه دور بماند و همچنین از بالا رفتن شدت میدان میان سیم پیچ اولیه و هسته جلوگیری شود . نحوه ی اتصال سیم پیچ ها در ترانسهای سه فاز بسته به شرایط بارگیری ترانس به صورت ذیل است .
انواع اتصالات به شرح زیر می باشند :
1- اتصال ستاره – ستاره (Y-y)
2- اتصال ستاره – مثلث(Y-d)
3- اتصال مثلث – ستاره (D-y)
4- اتصال مثلث – مثلث (D-d)
5- ستاره – زیكزاك (Y-z)
درمیان اتصالات بالا فقط از یكی از آنها نمی توان در سیستم توزیع استفاده كرد و آن هم اتصال ستاره – ستاره می باشد.

ادامه مطلب

انواع کارت حافظه SD و کاربرد آنها

کلیاتیدربارهکارتهایحافظه

کارت حافظه یا کارت فلش (به انگلیسی: Memory card) یک حافظه فلش الکترونیکی دستگاه ذخیره‌سازی اطلاعات است که برای ذخیره و انبارکردن اطّلاعات دیجیتالی به کار می رود. این‌ها معمولا در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی از جمله دوربین‌های دیجیتالی، تلفن همراه، لپ‌تاپ‌ها، دستگاه پخش صوتی دیجیتال و کنسول بازی استفاده می‌شوند. کارت‌های حافظه کوچک اند و امکان نوشتن و پاک کردن چندبارهٔ اطلاعات در آن وجود دارد و بدون نیاز به برق اطلاعات را حفظ می‌کنند.

 

به نام خدا

 

عنوان:فیلترهای الکترونیکی ودیجیتالی

رشته :مخابرات

درس:مباحث(فیلتر وسنتز)

فیلترهای الکترونیکی

مدارهاي الكترونيكي هستند كه اعمال پردازش سيگنال را انجام مي دهند، بويژه هنگامي كه مي خواهيم سيگنال هاي ناخواسته

عناصر را از بين ببريم  ومدارهای الکترونیکی که انجام پردازش سیگنال توابع ،یا به طور خاص برای حذف مولفه

فرکانسی ناخواسته از سیگنال ها  به کار می رود تا کیفیت سیگنالهایی که می خواستیم بالا برود

انواع فیلترهای الکترونیکی را میتوان به صورت زیر تقسیم کرد:

1)غیر فعال یا فعال

2)آنالوگ یا دیجیتال

3)بالا گذر یا پایین گذر

4)پاسخ ضربه نامحدود یا محدود

5)خطی یا غیر خطی

مورد استفاده ترین انواع فیلتر های الکترونیکی فیلترهای خطی هستند صرف نظر ازجنبه های دیگر آن طراحی

وتجزیه تحلیل آن آسان تر است.

 

تاریخچه :

قديمي ترين فورم فيلتر هاي الكترونيكي فيلترهاي خطي آنالوگ غير فعال هستند، كه فقط استفاده از مقاومت ها و خازن ها يا

 مقاومت ها و سلف ها را ايجاد مي كند. كه آنها به ترتيب به نام فيلترهاي تك قطبي  RC و RL  معروف هستند. بيشتر فيلتر هاي

 LC چند قطبي پيچيده سال هاي زيادي وجود داشتند، عملكرد چنين فيلترهايي به خوبي از كتاب هاي زيادي كه در اين مورد

نوشته شده قابل درك است.

هم چنين فيلترهاي هيبريد ساخته شده(تقويت كننده ها)ي با تشديد كننده هاي مكانيكي يا تاخير خطي هستند. قطعات ديگر مثل

خطوط تاخير CCD هم‌چنين به عنوان فيلترهاي با گسستگي زماني به كار مي‌روند. با دسترسي پردازش ديجيتالي سيگنال،

فيلترهاي ديجيتالي فعال عمومي شدند.

همچنین فیلترهای  هیبرید نیز ممکن است ، به طور معمول شامل ترکیبی از تقویت کننده آنالوگ با مقاومت مکانیکی

برای به تاخیر انداختن سیگنال در خطوط مورد استفاده قرار گیرد  

دستگاههای دیگری مانند سی سی دی برای به تاخیر انداختن سیگنال به عنوان فیلتر مورد استفاده قرار می گیرند.

فیلترهای غیر فعال:

اجراي غيرفعال فيلترهاي خطي مبني بر تركيب مقاومت ها R))، سلف ها (L) و خازن ها (C) است. اين فيلترها را به طور كلي

فيلترهاي غيرفعال مي دانيم، به اين دليل كه آنها  روي منبع تغذيه بيروني بستگي ندارند.

سلف ها از مسير سيگنال هاي با فركانس هاي بالا جلوگيري مي كنند و سيگنال هاي فركانس پايين را عبور مي دهند، در حالي

كه خازن ها عكس سلف عمل مي كنند. فيلتري كه سيگنال در آن از طريق يك سلف عبور مي‌كند، يا آن‌كه در آن يك خازن

 مسيري به زمين فراهم مي كند، سيگنال هاي فركانس پايين را نسبت به فركانس هاي بالا كمتر تضعيف مي كند كه به آن فيلتر

پايين گذر مي گوييم. اگر سيگنالي از طريق يك خازن عبور كند، يا اين‌كه از طريق سلف زمين شود،‌ آن وقت فيلتر سيگنال هاي

فركانس بالا را نسبت به  سيگنال هاي فركانس پايين كمتر تضعيف مي كند كه به آن فيلتر بالا گذر مي گوييم. مقاومت ها به

 خودي خود مشخصات فركانسي قابل انتخاب ندارند، اما به سلف ها و خازن ها به منظور تعيين ثابت زماني مدار و به تبع پاسخ

فركانسي، اضافه مي‌شوند.

در فركانس هاي خيلي بالا (در حدود 100MH)، )گاهي اوقات سلف ها از سيم‌پيچ‌هاي تك‌حلقه‌اي يا نوارهاي ورق فلزي تشكيل

مي‌شوند ، و خازن ها از ورقه‌هاي فلزي نزديك به هم تشكيل مي‌شوند. به اين قطعات فلزي سلفي يا خازني تحليل

بردن  مي‌گويند. 

سلف ها و خازن ها عنصرهاي واكنش پذير فيلتر هستند. شماري از عناصر فيلتر قديمي را تعيين مي كند. در اين زمينه، مدار

ميزان شده LC‌ در فيلتر ميان گذر يا ميان نگذر به عنوان استفاده تك عنصر حتي اگر از دو جزء تشكيل شده باشد مطرح شده

 است.

انواع عنصر یگانه:

ساده ترين فيلترهاي غير فعال از يك عنصر يگانه راكتيو تشكيل شده اند. اين فيلترها توسط عناصر RC, RL يا RLC ساخته شده اند.

ضريب كيفيت Q‌ اندازه اي است كه براي توصيف ساده فيلترهاي ميان گذر يا ميان نگذر استفاده مي شود. وقتي گفته مي شود

فيلتري ضريب كيفيت بالايي دارد به اين معني است كه دامنه فركانسهاي با پهناي باندكم برابر با فركانس مياني است.

فیلترL

از دو عنصر، يكي به طور سري و ديگري به طور موازي تشكيل شده است.

فیلتر T

پيكربندي سه عنصره در فيلترهاي نوع T مي تواند فيلترهاي پايين گذر، بالا گذر، ميان گذر يا ميان نگذر را بسازد.

فيلتر π

پيكربندي سه عنصره در فيلترهاي نوع T مي تواند فيلترهاي پايين گذر، بالا گذر، ميان گذر يا ميان نگذر را بسازد.

انواع عنصر چند گانه:

فيلترهاي عنصر چندگانه معمولا به صورت شبكه پله اي ساخته مي شوند. اين فيلترها مي‌تواند به صورت ساختارهاي L ، T و

 π مشاهده شود. وقتي كه مي‌خواهيم برخي پارامترهاي فيلتر مانند سرعت انتقال از باند ميان‌گذر به ميان‌نگذر را بهبود ببخشيم به

عناصر بيشتر نياز است.

فيلترهاي فعال:

فيلترهاي فعال با استفاده از تركيبي از اجزا غير فعال و فعال (تقويت كردن)، اجرا مي شوند و به يك منبع تغذيه بيروني نياز

 دارند. تقويت كننده ها مكررا در طراحي هاي فيلتر فعال استفاده مي شوند. آنها مي توانند ضريب كيفيت بالايي داشته باشند و

 مي‌توانند بدون استفاده از سلف هم به رزونانس برسند. هر چند، حد بالايي فركانس هاي آنها به وسيله ي پهناي باند تقويت كننده

هايي كه  استفاده مي شوند،‌ محدود است

فيلترهاي ديجيتال:

به كمك پردازش ديجيتالي سيگنال مي‌توانيم در محدوده‌ي وسيعي فيلترهاي متنوع باصرفه اي

 

بسازيم. سيگنال نمونه مي گيرد و مبدل آنالوگ به ديجيتال، سيگنال را به سيلي (تعداد زيادي.

 

مترجم) از شماره‌ها تغيير مي‌دهد. يك برنامه رايانه مداوم روي يك CPU يا يك DSP مخصوص (يا

 

مدامت كمتر روي سخت افزار انجام الگوريتم) بازده شمارش جريان را محاسبه مي كند. اين

 

جريان مي تواند تبديل شود به يك سيگنال زودگذر ميان مبدل ديجيتال به آنالوگ. مسائلي وجود

 

 دارند با نويز را با تغيير نشان مي دهد، اما اين مي تواند كنترل كند براي فيلترهاي خيلي مفيد.

 

به علت نمونه برداري مورد بحث، سيگنال ورودي بايد مقدار فركانس محدود باشد يا نا همواري

 

رخ دهد. فيلتر ديجيتال را مشاهده كنيد.

فیلتر دیجیتال با انجام عملیات ریاضی بر سیگنال گسسته، خواص معینی از آن را بهبود

 

می‌بخشد، بطور مثال نویزرا از سیگنال می‌زداید و یا به بازه فرکانسی مشخصی از سیگنال

 

اجازه عبور داده و بقیه را حذف می‌نماید.

ساير تكنولوژي هاي فيلتر

 
فيلترهاي كوارتز و فيزوالكتريك ها

اواخر دهه‌ي 1930، مهندسان دريافتند سيستم هاي كوچك مكانيكي كه از مواد غير قابل

 

انعطاف ساخته شده‌اند، همچون كوارتز در فركانس‌هاي راديويي به طور صوتي تشديد

 

مي‌شوند. مثلا از فركانس‌هاي قابل شنيدن (صوت) تا حد چندين هزار مگا هرتز. بعضي از

 

 نخستين تشديدكننده‌ها از استيل ساخته شده‌بودند، اما كوارتز به سرعت مورد توجه واقع

 

شد. بزرگترين برتري كوارتز،‌ خاصيت فيزوالكتريكي آن است. يعني تشديد كننده هاي كوارتز مي

توانند مستقيماً حركت مكانيكي خود را به سيگنال‌هاي الكتريكي تبديل كنند. هم چنين كوارتز

 

ضريب انبساط حرارتي خيلي پاييني دارد به اين مفهوم كه تشديد كننده هاي كوارتزي مي

 

توانند فركانس‌هاي با ثبات در يك رنج حرارتي بالا توليد كنند. ضريب كيفيت فيلترهاي بلور كوارتز

 

خيلي بالاتر از فيلترهاي LCR است. هنگامي كه پايداري‌هاي بالاتر مورد نياز است، كريستال‌ها

 

و مدارهاي راه‌انداز آن‌ها مي‌تواند به منظور كنترل درجه حرارت روي يك كوره كريستال سوار

 

شوند. براي فيلترهاي با باند خيلي كم،  بعضي اوقات چند كريستال به طور سري به كار گرفته مي‌شوند.
مهندسان دريافتند كه تعداد زيادي از كريستال‌ها مي توانستند در يك عنصر واحد به وسيله

 

 نصب بخارهايي از فلز به شكل شيارهاي كم‌عمق روي كريستال كوارتز جمع شوند. در اين

 

طرح، "خط تاخيري ضربه" فركانس هاي مطلوب را به عنوان امواج صوتي‌اي كه در طول سطح

 

كريستال كوارتز جريان مي‌يابد، تقويت مي‌كند. خط تاخيري ضربه برنامه كلي ساخت فيلترهاي

 

 Q‌بالا به شيوه‌هاي مختلف زياد است.

فيلترهاي SAW

SAW موج صوتي سطحي و ظاهري) فيلترهايي هستند كه به طور معمول در دستگاه هاي

 

 الكترومكانيكي كه در فركانس راديويي به كاربرد برده مي شود استفاده مي شوند. سيگنال

 

هاي الكتريكي در يك كريستال فيزوالكتريك تبديل به موج مكانيكي مي شوند، اين موج به تاخير

 

افتاده ، قبل از آنكه به وسيله الكترودهاي بيشتر تبديل به سيگنال الكتريكي شود سرتاسر

 

كريستال پخش/منتشر مي شود. انرژي هاي خروجي موج به تاخير افتاده كه تركيب نشده

 

هستند اجرا مستقيم آنالوگ واكنش ضربه متناهي فيلتر را توليد مي كند. اين شيوه

 

پالايش/فيلترينگ هيبريد در يك نمونه آنالوگ فيلتر پيدا شد. فركانس هاي فيلترهاي SAW  تا حد 3GHz محدود هستند. 

فيلترهاي BAW

فيلترهاي BAW موج صوتي پر حجم فيلترهاي الكترومكانيكي هستند. اين فيلترها در وضعيت

 

 گشتاور چرخشي هستند. فيلترهاي BAW مي توانند در فيلترهاي شبكه اي يا پله اي به كار

 

روند. فيلترهاي BAW كوچكتر از فيلترهاي SAW به نظر مي آيند، و در فركانس هاي بالاي

 

16GHz مي توانند عمل كنند.

فيلترهايGarnet

روش ديگر فيلترينگ، در فركانس هاي ميكرو ويو (موج خيلى کوچک الکترومغناطيسى) از

 

800MHz تا حدود 5GHz، از تركيب يك حوزه Garnet

 آهن ايتريم استفاده مي شود كه توسط تركيب شيميايي ايتريم و آهن ساخته مي شود

 

(YIGF يا فيلتر Garnet  آهن ايتريم). Garnet روي يك باريكه اي از فلز رانده شده به وسيله يك

 

ترانزيستور ، و  يك  آنتن  حلقوي كوچك در تماس با بالاي كره عمل مي كند. فركانسي كه

 

 GARNETعبور مي دهد را يك آهنرباي الكتريكي تغيير مي دهد. مزيت اين روش اين است كه

 

 garnet مي تواند گذشته از پهناي فركانسي زياد به وسيله شدت حوزه مغناطيسي مختلف

 

تنظيم شود.

فيلترهاي اتمي:

براي فركانس هاي بالاتر و دقت بيشتر، از ارتعاش هاي اتمي بيشتر استفاده مي شود. ساعت

 

هاي اتمي در ميزرهاي (تقويت امواج ميكروويو -مترجم) سزيم براي بالا بردن ضريب كيفيت

 

استفاده مي شود تا ورودي اسيلاتورهايشان را به حالت موازنه درآورند. روش ديگري كه در بالا

 

آشنا شديد، فركانس هاي خيلي ضعيف سيگنال هاي راديويي را ثابت مي كند، كه مورد

 

استفاده يك ميزر( تقويت امواج ميکروويو) ruby اتصال وسط خط تاخير است.

تابع انتقال:

تابع انتقال H(s)يك فيلتر نسبت سيگنال خروجي Y(s) به سيگنال ورودي X(s) است به اندازه

 

تابع مختلط فركانسي s است.

تابع انتقال همه فيلترهاي ثابت زماني خطي عموما از ويژگي هاي معيني تشكيل مي شوند:

   از آنجايي كه فيلتر ها از اجزا جدا از هم ايجاد مي شوند، تابع انتقال آنها از نسبت دو چند

 

جمله اي /چند فورمولي S,I.E در يك تابع منطقي S درست مي شود. ترتيب انجام كار تابع

 

 انتقال بالاترين توان S برخورد صورت كسر يا مخرج هر يك از آنها خواهد بود.

   همه ي چند جمله اي هاي تابع انتقال ضرايب واقعي دارند. بنابراين، هر يك از قطب ها و

 

صفرهاي تابع انتقال واقعي يا اتفاقي باشند جفت آنها به طور مختلط باهم در مي آميزند.

   از آنجايي كه پايداري فيلترها فرضي است، عضو حقيقي قطب ها (i.e. صفرهاي مخرج)

 

منفي/معكوس خواهد شد، i.e. آنها نصف سطح چپ در فضاي فركانسي مختلط تمام           

 

می شود.

چنانكه ساختمان يك تابع انتقال شامل تبديل لاپلاس شود، و بنابراين به در دست گرفتن شرايط

 

 خروجي صفر/اوليه خنثي احتياج دارد، به دليل اين كه:

و وقتي f(0)=0 مقادير ثابت را پاك كنيم و از عبارت معمول استفاده كنيم

پيچيدگي رفتار فيلتر در توابع انتقالي متناوب شرح داده مي شود. اين نظريه پيچيده، تبديل

 

 لاپلاس ، ضامن تعادل تابع انتقال است.

طبقه بندي به وسيله تابع انتقال:

فيلترها مي توانند به وسيله خانواده و گذر باند تعيين شوند. خانواده‌ي فيلتر به وسيله طراحي

 

برخي معيارها معين مي شود كه به صورت متداول براي معلوم كردن تابع انتقال فيلتر انجام مي

 شود. برخي از خانواده هاي رايج فيلترها و معيارهاي طراحي ويژه آنها به شكل زير هستند:

   فيلتر Butterworth – بدون حركت موجي در عبور باند و قطع باند، قطع جريان آهسته

   فيلتر CHEBYSHEV(نوع يك)- بدون حركت موجي در قطع باند، قطع جريان تاخير دهنده

   فيلتر CHEBYSHEV (نوع دو)- بدون حركت موجي در عبور باند، قطع جريان تاخير دهنده

   فيلتر Bessel - تاخير گروهي موج دار شدن، بدون حركت موجي در هر دو باند، بهره قطع

 

جريان آهسته

   فيلتر Elliptic (بيضي) - تقويت حركت موجي در عبور و قطع باند، قطع جريان سريع

   فيلتر حد مطلوب “L”

   فيلتر  Gaussian

   فيلتر كسينوسي

به طور كلي، هر خانواده از فيلترها مي تواند با يك شيوه مشخص تعيين شود. بهترين شيوه،

 

بيشتر فيلترها به حالت ايده آل فيلتر خواهند رسيد. حالت ايده آل فيلتر انتقال كامل عبور باند، و

 

تضعيف كامل درمتوقف كردن باند را دارد ، و انتقال بين دو باند ناگهاني است (اغلب به آن

 

 brick-wall مي گويند.

(اينجا يك عكس براي مقايسه‌ي بين فيلترهاي Butterworth، CHEBYSHEV و elliptic (بيضي)

 

است. اين فيلترها در اين تصوير همه، پنجمين مرتبه در فيلترهاي پايين گذر هستند. به كار

 

گرفتن ويژه آنها – آنالوگ يا ديجيتال، فعال ياغير فعال بودن –  تفاوتي را ايجاد نمي كند: خروجي

 

همه ي انها مثل هم است.

 

به طوري كه با شفاف كردن تصوير، فيلترهاي بيضي نسبت به بقيه آنها تيز تر هستند، اما آنها

 

 حركات موجي در حيطه‌ي پهناي باند را نشان مي دهند.

هر خانواده مي تواند براي معلوم كردن يك گذر باند ويژه كه براي انتقال فركانس ها، هنگامي

 

كه در توقف باند (i.e. خروجي گذر باند) كمابيش تضعيف مي شوند، استفاده شود.

   فيلتر پايين گذر- فركانس هاي پايين را عبور مي دهد، فركانس هاي بالا تضعيف شده اند.

   فيلتر بالا گذر – فركانس هاي بالا را عبور مي دهد، فركانس هاي پايين تضعيف شده اند.

   فيلتر ميان گذر – فقط فركانس هايي كه در يك باند فركانسي هستند را عبور مي دهد

.
   فيلتر ميان نگذر – فقط فركانس هايي كه در يك باند فركانسي تضعيف شده اند.

   فيلتر همه گذر – همه فركانس هايي كه عبور مي كنند، اما فاز خروجي اصلاح شده است.

خانواده و گذر باند يك فيلتر به طور كامل تابع انتقال يك فيلتر را معلوم مي كند. تابع انتقال به

 

طور كامل رفتار فيلتر خطي را تعيين مي كند، اما تكنولوژي مخصوصي را كه براي اجرا آن

 

 استفاده مي شود معلوم نمي كند. به عبارت ديگر، راه هاي مختلفي براي دستيابي يك تابع

 

انتقال ويژه وقتي يك مدار طراحي مي كنيم وجود دارد. فيلتر گذر باند مخصوص مي تواند به

 

وسيله انتقال يك دسته نمونه اوليه فيلتر فراهم شود.

طبقه بندي به وسيله توپولوژي (وضعيت(

فيلترهاي الكترونيكي مي توانند به وسيله تكنولوژي مورد استفاده كه در انها به كار مي رود طبقه

 

بندي شوند. فيلترهاي استفاده كننده تكنولوژي فيلتر فعال و فيلتر غيرفعال است بيشتر طبقه بندي به

 

وسيله وضعيت ويژه فيلتر الكترونيكي است كه آنها به كار مي برند.

هر داده تابع انتقال فيلتر شايد در هر وضعيت فيلتر الكترونيكي به كار برده شود.

برخي وضعيت‌هاي رايج مدار عبارتند از:

             وضعيتCAUER– غير فعال

             وضعيت SALLEN Key – فعال

             وضعيت چند گانه فيدبك– فعال

             وضعيت ناپايدار – فعال

             وضعيت دو مجذوري فيلتر  BIQUAD– فعال

طبقه بندي به وسيله روش شناسي طرح:

از نظر تاريخي، طراحي فيلتر آنالوگ خطي (با گذر) از طريق سه رويكرد عمده تحول يافته‌است.

 

قديمي‌ترين طراحي‌ها از مدارهاي ساده‌اي بودند كه مهم ترين معيار طراحي شان، ضريب كيفيت در

 

 مدار بود. كاربرد گيرنده‌هاي راديويي فيلترينگ را به عنوان اندازه فركانسي انتخابي مدار متغير عمل

 

مي كرد. تقريبا از دهه‌ي 1920 طراحي فيلترها از ديدگاه تصوير و راه اندازي آن بر تكيه بر نياز‌هاي

 

 برقراري ارتباط از راه دور آغاز شد. بعد از جنگ جهاني دوم روش شناسي تركيب شبكه غالب شد.

 

رياضيدانان بزرگ براي بدست آوردن مقادير ضريب چند جمله اي به جدول نياز داشتند اما امروزه با

 

وجود رايانه اين عمل غيرضروري است.

 

آناليز هدايت مدار :

فيلترهاي كم رتبه (با انرژي ضعيف- مترجم) مي توانند مستقيما به وسيله اتصال مدار ساده از قانون

 

هايي مثل قانون هاي كيرشهف براي بدست آوردن تابع انتقال طراحي شوند. اين حد آناليز معمولا

 

 فقط براي فيلترهاي ساده رتبه 1ST يا 2ND (نئوديميم) انجام مي شود.

تصوير آناليز امپدانس :

اين رويكرد بخش هاي فيلتر را از ديدگاه تسلسل بخش‌هاي يگانه بررسي مي كند. كه از امتيازات

 

 سادگي اين ديدگاه توانايي آسان سازي آن گسترش دستورات بالاتر است.

 

تركيب شبكه‌اي:

تركيب شبكه كه ابتدا با تابع انتقال شروع شد و سپس به عنوان معادله چند جمله اي امپدانس

 

داخلي فيلتر بيان شد. ارزش عنصر واقعي فيلتر اين است كه با تداوم كسر كل يا بخشي از آن كه با

 

 توسعه چندجمله اي همراه است. اگر چه روش تصوير، نيازمند تطبيق شبكه اي در پايانه ها نمي

 

باشد اما تاثيرات پايانه اي مقاومت شامل تحليل آن همراه شروع شدن آن است.

 فیلتر میان گذر:

در پردازش سیگنال یک فیلتر میان نگذر، فیلتری است که اغلب فرکانسها را بدون تضعیف عبور می دهد، اما محدوده

 

مشخصی را تضعیف می کند.

 

فیلتر میان نگذر برگردان کلمه لاتین Band-stop FILTER است که بعضی مواقع ترجمه

 

Band-rejection filter نیز به حساب می آید که  اغلب فرکانسها را بدون تضعیف عبور می دهد،

 

اما محدوده مشخصی را به شدت تضعیف می کند. این فیلتر در مقابل فیلتر میان گذر

 

Band-pass filteR)) است. فیلتر شكافي (Notch filter) یک فیلتر میان نگذر با باند تضعیف

 

بسیار نازک (Q بالا) است. فیلترهای شکافی در سیستمهای PA - مخفف

 

public-address system به معنی مکانیزمی جهت تقویت صوت برای عموم یا ناحیه ای بزرگ

 

است - و همچنین در وسایل تقویت کننده (مخصوصاً آمپلی فایرها و پیش آمپلی فایرهای

 

تجهیزات صوتی نظیر گیتارهای صوتی، ماندولین، تقویت کننده های صدای بم و غیره) استفاده

 

می شوند تا فیدبک هائی که در اثر طیف فرکانسی ایجاد می شوند را کاهش دهد یا حذف

 

کند. سایر اسامی این فیلتر Band-limit filter و T-notch filter و Band-elimination filter و

 

Band-rejection filter است.

یک فیلتر ایده آل عمومی
با نمایش قسمت مثبت و منفی محور فرکانس

 

معمولاً پهنای باند تضعیف کمتر از یک تا دو دهه (Decade) است به این معنی که بالاترین

 

فرکانس (FH) حدود 10 تا 100 برابر فرکانس پائین (F_L) است. در باند صدا، فیلتر شكافي از

 

فرکانس بالا و پائین که یک نیم گام (Semitone) را جدا می کند، استفاده می کند.

 

مثال

فیلتر ضد پارازیت

Low Frequency  :  59 Hz
High Frequency : 61 Hz

به این معنی که همه فرکانسها بجز محدوده Hz 59-61 عبور می کنند و برای فیلتر کردن نویز از

 

خطهای قدرت 60Hz استفاده می شود. گرچه هارمونیک های بالاتر هنوز باقی می مانند ولی

 

دامنه آنها بسیار کمتر است.

 

  فیلتر ضد شنود یا حذف صدا

در این فیلتر باند 1KHz تا 4KHz حذف می شود که قسمت اصلی طیف صدا در آن قرار دارد.

 

      بررسی فیلتر میان نگذر به طور مداری و تابع تبدیل

       

اگر شما یک فیلتر پائین گذر طراحی کرده باشید، تابع تبدیلی نظیر (H_LP(s را به شکل زیر

 

 خواهید داشت:

 

 

 

که n درجه فیلتر است. برای تبدیل این فیلتر به یک فیلتر میان نگذر باید سلف و خازنها را به شکل زیر تغییر دهید:

 

که ω₀ فرکانس مرکزی دلخواه بر حسب RAD/sec است و B نیز پهنای باند مورد نیاز بر حسب

 

 RAD/sec است. تغییرات فوق با تبدیل زیر در تابع تبدیل برابر است:

 

و این به این معنی است که شما حداقل دو صفر مزدوج مختلط و یک قطب در مبداء خواهید

 

داشت و بسته به افزایش درجه فیلتر تعداد آنها افزایش خواهد یافت. فقط توجه به این نکته

 

الزامی است که درجه صورت و  مخرج تابع تبدیل میان نگذر با هم برابر است و در اغلب اوقات

 

جواب آن به ازای s=0 با جواب آن به ازای s به سمت بی نهایت برابر است.

 

 

فیلتر کوارتز و piezoelectrics

در اواخر 1930 ، مهندسان متوجه شدند که سیستم های مکانیکی به عنوان سفت و سخت ساخته شده از موادی همچون

کوارتز هستند به همین خاطر از این ماده برای درست کردن فیلتر هایی که حرکت های مکانیکی را به سیگنالهای

الکتریکی تبیل می کرد  استفاده کردند.ال سی آر ها نمونه ای از این فیلترها هستند.

 

 فیلتر BAW :

 

BAW فیلتری است که در فرکانسهای 2تا16 مگا هرتز مورد استفاده قرار می گیرد

 

 فیلتر گارنت :

یکی دیگر از روش فیلتر کردن  در ماکروویو، درفرکانسهای 800 مگاهرتز تا حدود 5 گیگاهرتز ، این است که ازفیلتر

 گارنت ایتریم وآهن استفاده کنیم

 

 

 

منابع تغذیه سوئیچینگ

 

دنیای منابع تغذیه سوئیچینگ در طی سالها حرکت آرام و کندی داشته است . استفاده از منابع تغذیه خطی گرفته تا منابع تغذیه سوئیچینگ کاربردی تر . منبع تغذیه خطی شامل یک ترانسفورمر و یک رگولاتور مصرف کننده سری است . این بدین معنی است که منبع دارای یک ترانس بسیار بزرگ وسنگین 60‍‍‍~50 هرتز و همچنین بازده تبدیل توان بسیار ضعیف است که هر دو از مشکلات بسیار جدی به حساب می آیند . بازده در حدود ٪30 برای منابع خطی ، بازدهی مناسب و استاندارد است . این بازده با بازده بین 10 تا 80 درصد برای منابع تغذیه سوئیچینگ مقایسه می شود .

بعلاوه با به کار گرفتن سوئیچ های فرکانس بالا ، سایز ترانس توان و قطعات فیلترهای به هم پیوسته در مقایسه با منابع خطی ، به صورت چشم گیری کاهش می یابد . به عنوان مثال زمانیکه فرکانس منابع تغذیه سوئیچینگ 20 k Hz است قطعات چهار برابر کوچک تر می شوند این کاهش به هشت برابر می رسد زمانی که فرکانس کار تا 100 k Hz و بیشتر افزایش پیدا می کند . این بدین معنی است که با طراحی مناسب می توانیم منابع بسیار جمع و جور و همچنین سبکی داشته باشیم . ( که امروزه این امر نیازهای اساسی اکثر سیستم های الکترونیکی به حساب می آید . ) تغذیه باید به صورت فشرده و جمع و جور طراحی شو د ( تاکید )

طرح کلی

از اصلی ترین بخش های یک مبدل بخش اینورتر فرکانس بالاست . جایی که ورودی در فرکانس های بسیار بالا ( 200~20 kHz و با استفاده از تکنولوژی های روز دنیا ) برای تولید خروجی DC جدا ، فیلتر و سپس صاف می شود . پیکربندی مدار تعیین می کند چگونه توان منتقل شود را توپولوِژی منابع تغذیه سوئیچینگ می نامند که یک بخش بسیار مهم در فرآیند طراحی به حساب می آید . توپولوژی بیانگر ترتیب چیدمان ترانس ، سلف ها ، خازن ها و نیمه هادی های توان ( ترانزیستورها ، ماسفت ها و یکسوسازهای توان ) می باشد .

امروزه توپولوژی های بسیار زیادی وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند . این مزایا و معایب است که باعث استفاده و یا عدم استفاده در عمومی ترین توپواوژی ها در بخش های بعدی مورد بحث قرار گرفته است .

1 – مدار اصلی منابع تغذیه سوئیچینگ

همان طور که در شکل ( 1 ) دیده می شود یک منبع تغذیه سوئیچینگ می تواند بسیار پیچیده باشد . ( در این مدار ورودی 50~60 Hz در نظر گرفته شده است ) . ولتاژ ac ورودی در مرحله اول یکسو شده و سپس به وسیله خازن ورودی فیلتر می شود تا در خروجی یک سیگنال DC‌ با اعوجاج زیاد داشته باشیم . این سطح از ولتاژ DC که در خروجی بخش یکسوساز و فیلترینگ به وجود می آید با توجه به تغییرات ولتاژ ac ورودی محدوده نوسانات گسترده ای خواهد داشت . به علاوه خازن ورودی برای حفظ کردن ولتاژ خروجی منبع در مواقعی که ورودی به شدت افت می کند ، به اجبار باید بزرگ انتخاب شود . ( همچنین منابع تغذیه سوئیچینگ می توانند به گونه ای طراحی شوند که در ورودی به جای ولتاژ ac ، از ولتاژ DC استفاده کنند که به این نوع منابع ،‌مبدل های DC به DC می گویند . )

{ صفحه 108 } ولتاژ DC رگوله نشده مستقیما به بلوک مرکزی منبع ، یعنی بلوک سوئیچینگ توان فرکانس بالا ( high frequency power switching داده می شود. نیمه هادی های سوئیچینگ سریع با توان بالا ، مانند Mosfet ها و ترانزیستور ها قطع و وصل شده و ولتاژ ورودی اولیه ترانس را با ایجاد سوئیچ پالس ( کنترل ) می کنند . این پالس های راه انداز معمولا از نظر فرکانسی ثابت ( 20~200 k Hz ) اما چرخه کار ( Duty Cycle ) آن ها متغیر است . از این رو ، یک قطار پالس با اندازه و دامنه مناسب و Duty Cycle خاص در ثانویه ترانس ظاهر می شود . این قطار پالس یکسوشده و سپس به وسیله فیلتر خروجی که می تواند یک خازن یا ترکیبی از خازن و سلف باشد ( بسته به توپولوژی استفاده شده ) ، صاف می شود . این انتقال توان باید با کم ترین تلفات ممکنه صورت بگیرد تا راندمان حفظ شود . از این رو ، در نظر گرفتن مقدار بهینه ( مطلوب ) قطعات پسیو و مغناطیسی و همچنین انتخاب صحیح نیمه هادی های قدرت بسیار مهم است .

رگولاسیون و تنظیم خروجی برای ایجاد ولتاژ DC‌ژایدار توسط بلوک کنترل در مسیر فیدبک ( control / feedback ) صورت می گیرد . به طور کلی اغلب منابع تغذیه سوئیچینگ بر اساس PWM در یک فرکانس ثابت کار می کنند . به طوری که مدت زمان روشن بودن ( on بودن ) پالس راه انداز با پالس اصلی متفاوت است . با این کار می توان تغییرات در ورودی بار را جبران کرد . ولتاژ خروجی با یک ولتاژ مرجع دقیق محاسبه می شود و اختلاف ولتاژ تولیدشده توسط مقایسه کننده به بخش کنترل ( Dedicated control logic  ) داده می شود تا در مواقعی که خروجی صحیح و بدون خطایی داریم پالس های راه انداز سوئیچ یا سوئیچ ها محدود شوند . یک طراحی صحیح خروجی کاملا پایدار و بدون خطایی را ایجاد خواهد کرد .

این بسیار مهم است که تاخیرها در حلقه کنترل به حداقل برسد وگرنه مشکلاتی در پایداری مدار به وجود خواهد آمد . از این رو باید قطعات با سرعت بسیار بالا در این حلقه استفاده شود . در منابع با کوپلاژ ترانسفورمری برای تغییر نکردن و دست نخورده ماندن ایزولاسیون ، یک سری ایزولاسیون های الکترونیکی در مسیر فیدبک مورد نیاز است . ( انجام می شود ) مانند استفاده کردن از ترانس های پالس  کوچک و اوپتو-ایزولاتور ( اپتو کوپلر )

در بیشتر مواردی که منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود ، توپولوژی آن ها دربردارنده یک ترانس قدرت است . این ترانس باعث ایجاد ایزولاسیون و تغییر ولتاژ با تغییر نسبت دور می شود . همچنین به کمک این ترانیس می توان چندین خروجی با ولتاژهای مختلف ایجاد نمود . البته توپولوژی های ایزوله نشده ( بدون ترانس ) نیز وجود دارد مانند مبدل های  Buck و Boost که در آن ها فرآیند توان تنها با انتقال انرژی القایی حاصل می شود . تمام مدارات دیگر نیز از این مدارات ایزوله نشده نشات می گیرند .

2 – مبدل های ایزوله نشده

تمام توپولوژی هایی که امروزه برای مبدل های مختلف استفاده می شود از سه مدار  ایزوله نشده Buck و Boost و Buck-Boost منشعب می شوند . این ها ساده ترین مدارهای ممکنه هستند و کم ترین قطعات را دارند . این مدارها با استفاده از تنها یک سلف ، یک خازن ، یک ترانزیستور و یک دیود سیگنال خروجی شان را تولید می کنند . اگر ایزولاسیون مابین ورودی و خروجی احتیاج باشد ، باید یک ترانس قبل از مبدل قرار گیرد .

الف : مبدل های Buck

خانواده مبدل های مستقیم و انواع پل که در بر دارنده پوش- پول هستند ، همه بر اساس این نوع مبدل ( Buck ) طراحی شده اند ( شکل  2 ) . نحوه کار این مدار آسان است . زمانی که TR₁روشن می شود ولتاژ ورودی سلف L₁ اعمال شده توان به خروجی می رسد . همچنین جریان سلف نیز بر اساس قانون فاراد که در زیر نمایش داده شده افزایش می یابد :

زمانیکه سوئیچ TR₁ قطع می شود ، ولتاژ سلف معکوس شده و باعث می شود دیود D₁ در بایاس مستقیم قرار بگیرد ( روشن شود ) . این امر باعث می شود تا انرژی ذخیره شده در سلف به خروجی برسد . خازن خروجی ( C_O ) نیز این جریان ژیوسته را صاف می کند .

فیلتر LC تاثیری بر پالس هایی که به این مجموعه وارد می شود ، دارد ، یعنی باعث به وجود آمدن ولتاژ و جریان صاف پیوسته مولفه ریپل بسیار کوچک می شود .

متوسط در سلف در حالت ماندگار در یک سیکل کامل سوئیچینگ باید برابر صفر باشد .

( صفحه 109 ) با در نظر نگرفتن تلفات مدار ، متوسط ولتاژ در سر ورودی سلف برابر V_in . Dاست درحالی که در خروجی سلف V_O را داریم . بدین ترتیب در حالت ماندگار برای صفر بودن متوسط ولتاژ در سلف ، معادله بدین صورت است :

D ، چرخه کار ( Duty Cycle ) ترانزیستور سوئیچ است که برابر است با زمان هدایت TR تقسیم بر یک سیکل کامل سوئیچینگ . که معمولا بدین صورت نشان داده می شود : T=t_on+t_off

بدین ترتیب ، Buck از نوع مبدل های step-down  است ؛ یعنی ولتاژ خروجی همیشه از ولتاژ ورودی کم تر است . ( D هیچ گاه یک نمی شود ). رگوله کردن ولتاژ خروجی با تغییر Duty Cycle ترانزیستور سوئیچ انجام می پذیرد . ترکیب L و C ، فیلترینگ بسیار موثری را برای جریان سلف ایجاد می کند . از این رو ، Buck و مشتقات آن همه مشخصه های ریپل بسیار کمی در خروجی دارند . Buck معمولا همیشه در حالت پیوسته کار می کند ( جریان سلف هیچ گاه صفر نمی شود ) بنابراین جریان پیک کم تر و خازن صافی مورد نیاز کوچک تر است . در صورتی که این مدار زمانی که در یک پیوسته کار کند با شکل کنترلی بزرگی روبه رو نمی شود .

ب – مبدل Boost

نحوه عملکرد رگولاتور Boost که در شکل ( 3 ) نشان داده شده است کمی پیچیده تر از رگولاتور Buck است . زمانی که سوئیچ روشن می شود ، دیود D₁ به صورت معکوس بایاس شده و V_in به سلف L₁ اعمال می گردد . جریان سلف نیز شروع به افزایش می کند تا به پیک خود برسد . حال اگر مدار در مد گسسته کار کن جریان از صفر شروع به افزایش می کند و اگر در مد پیوسته باشد این جریان از یک مقدار اولیه به پیک خود می رسد زمانی که سوئیچ خاموش می شود ؛ ولتاژ اما معکوس شده و باعث می شود ولتاژ دیود از ولتاژ ورودی بیشتر شود . سپس دیود انرژی ذخیره شده در سلف بعلاوه انرژی که به طور مستقیم از منبع ورودی دریافت می کند را به سمت خازن صافی و بار هدایت می کند . از این رو ، همیشه V_O از V_i بزرگ تر است که به همین دلیل Boost یک مبدل step up است . برای زمانی که این مبدل در مد پیوسته کار می کند ، معادله DC آن با فرآیندی شبیه مبدل Buckبدین صورت محاسبه می شود :

در این جا نیز خروجی به ورودی و Duty Cycle بستگی دارد . بنابراین می توان با کنترل Duty Cycle ، ولتاِ خروجی را تنظیم کرد . از شکل موج این مبدل که در شکل 3 نشان داده شده است می توان فهمید جریانی که به خازن صافی خروجی مبدل اعمال می شود ، همان جریان دیود است که همیشه به صورت گسسته می باشد . این بدین معنی است که خازن خروجی باید بزرگ و با مقاومت معادل سری ( e.s.r ) کوچک باشد تا در خروجی نسبت قابل قبولی از ریپل را داشته باشیم که این کاملا بر خلاف ( عکس ) توضیحاتی است که در مورد خازن مورد نیاز برای Buck داریم . از سوی دیگر ، جریان ورودی Boost همان جریان پیوسته سلف است که مشخصه ریپل بسیار کوچکی دارد . Boost برای مداراتی که در آن ها از بارهای خازنی استفاده شده ، مانند فلاش دوربین و همین طور شارژر باتری بسیار مناسب است . بعلاوه ، به دلیل پیوسته بودن جریان ورودی Boost ، می توان از ایت مدار به عنوان رگولاتور اولیه که قبل از مبدل اصلی قرار می گیرد استفاده کرد . وظایف اصلی این مدار تنظیم کردن و رگوله کردن ولتاژ ورودی و افزایش چشم گیر راندمان می باشد . این افزایش ضریب توان اخیرا بسیار مورد توجه قرار می گیرد .

حال اگر Boost در مد گسسته کار کند ، جریان پیک ترانزیستور و دیود افزایش پیدا می کند و همچنین خازن خروجی باید دو برابر بزرگ تر انتخاب شود تا ریپلی معادل ریپل مد پیوسته به وجود آید . بعلاوه ، در مد گسسته ، ولتاژ خروجی به بار وابسته است که باعث می شود تنظیم بار نامناسب تری داشته باشیم .

متاسفانه زمانی که مدار Boost در مد پیوسته کار می کند با مشکلات جدی در تنظیم و کنترل مواجه می شود . فیلتر LC مجازی در پاسخ سیگنال کوچک یک مشخصه موجود خواهد شد . درمد گسسته ، انرژی در هر سیکل از صفر شروع می شود . این امر باعث از بین رفتن اندوکتانس در پاسخ سیگنال کوچک شده و فقط در خروجی اثر خازنی باقی خواهد ماند . پاسخ ایجاد شده در مد گسسته بسیار ساده تر و جبران سازی و کنترل آن بسیار راحت تر است .

( صفحه 110 )

پ – رگولاتور Buck-Boost ( fly backایزوله نشده )

این مبدل تنها با Boost راه اندازی نمی شود . اگر چه fly back هم مانند Boost انرژی سلف را در زمانی که سوئیچ خاموش است منتقل می کند اما طراحی آن بر اساس هر دو مبدل پیشین بوده و به همین خاطر به آن Buck-Boost یا رگولاتور ایزوله نشده fly back می گویند . توپولوژی این مدار در شکل ( 4‌ ) آمده است .

زمانی که سوئیچ روشن است ، دیود به صورت معکوس بایاس شده ورودی به سلف اعمال می شود و انرژی در آن ذخیره می گردد ( همان طور که در مدارات قبلی توضیح داده شد ) زمانی که سوئیچ خاموش می شود ، ولتاژ سلف معکوس شده انرژی ذخیره شده در آن از طریق یکسوسازی که به صورت مستقیم بایاس شده است به سمت خازن و بار می رود .

شکل موج های این مدار شبیه شکل موج های مدار Boost است با این تفاوت که ترانزیستور سوئیچ باید در دو سر خود ولتاژ V_i + V_O را تحمل کند . کاملا واضح است که هر دو جریان ورودی و خروجی باید گسسته باشند . همچنین در این مدار یک تعویض جهت پلاریته جود دارد . جهت ولتاژ خروجی در مقایسه با ولتاژ ورودی برعکس می باشد با کمی بررسی معدله انتقال DCدر این مدار در مد پیوسته بدین صورت به دست می آید :

با تاملدر این معدله می توان دریافت که می توان با انتخاب مناسب D ( نسبت کار سوئیچ ) ، ولتاژ خروجی می تواند از ولتاژ ورودی کم تر  یا بیشتر باشد . یعنی این مدار این قابلیت را دارد که هم به صورت step-down کار کند هم  step up  . البته این مدار نیز به مشکلات مدار Boost  در مد پیوسته دچار است ع به همین خاطر کار با آن در مد گسسته بیشتر مورد توجه قرار می گیرد . از آن جا که جریان ورودی و خروجی این مدار هردو به صورت پالس است ، گرفتن خروجی با سطح ریپل کم بسیار مشکل به نظر می آید . چون خازن صافی خروجی بسیار بزرگ حدوداً تا 8 برابر بزرگ تر از خازن رگولاتورBuck  مورد نیاز است . ترانزیستور سوئیچ نیز باید قادر باشد همزمان و به همان خوبی که مجموع ولتاژ V_i و V_O را تحمل می کند ، جریان پیک را نیز هدایت کند . در رگولاتور fly back بیشتر فشار بر روی ترانزیستور است . همچنین دیود یکسوساز نیز باید جریان پیک را عبور دهد که این باعث بالا رفتن مقدار موثر تلفات در زمان هدایت در مقایسه با این مقدار در مدار Buck می شود .

صفحه 111

3 – ترانسفورمرها در منابع تغذیه سوئیچینگ

مبدل های ایزوله نشده کاربردهای بسیار محدودی دارند ، مانند رگولاتورهای DC به DC با توانایی تولید تنها یک خروجی . همچنین محدوده خروجی نیز به وسیله ورودی و Duty Cycle محدود می شود . با افزودن یک ترانسفورمر اکثر این محدودیت ها از بین رفته و قابلیت های زیادی در مدار به وجود می آید از جمله :

1)     ایزولاسیون خروجی نسبت به ورودی ایجاد خواهد شد . معمولا زمانی که از ورودی 110v/220v استفاده می شود ، این ایزولاسیون بسیار ضروری است تا سطحی از امنیت برای خروجی حاصل آید .

2)     با استفاده از نسبت دور ترانس می توان محدوده وسیعی از خروجی های متفاوت با ورودی را ایجاد نمود که محدوده در نمونه های ایزوله نشده تا تقریبا 5 برابر خروجی بیشتر افزایش نخواهد یافت . همچنین با انتخاب صحیح نسبت دور در ترانس ، Duty Cycle در مبدل به وضعیت بهینه خود و جریان های پیک نیز به کم ترین مقدار خود خواهند رسید . پلاریته هر خروجی نیز با توجه به پلاریته ثانویه قابل انتخاب است .

3)     به راحتی میتوان با اضافه کردن چند دور سیم ثانویه به یک ترانس چند خروجی مختلف داشت .

البته معایبی هم در استفاده از ترانس وجود دارد مانند افزایش سایز ، وزن و تلفات توان در مدار . همچنین به وجود آمدن ولتاژ های ضربه به علت جریان ( اندوکتانس ) نشتی نیز می تواند یکی از مشکلات استفاده از ترانس باشد .

مبدل های ایزوله شده به دو دسته اصلی متقارن و نامتقارن تقسیم می شود که این تقسیم بندی کاملا به نحوه عملکرد این مبدل ها بستگی دارد . در مبدل های نامتقارن محدوده عملکرد مغناطیس در ترانس همیشه در یک ربع از شار است و میدان مغناطیسی هیچ گاه تغییر علامت نمی دهد . هسته باید در هر سیکل Reset شود تا به اشباع نرود . این بدین معنی است که تنها نصف شار قابل بهره برداری ، مورد استفاده قرار می گیرد . شکل ( 5 ) نحوه عملکرد هر مبدل را نشان می دهد . مبدل های fly back و مستقیم هر دو از نوع نامتقارن هستند همچنین شکل 5 نشان می دهد که مبدل fly back  در مقایسه با بقیه مبدل ها در نفوذپذیری های مغناطیسی کم تر و اندوکتانس های کوچک تر کار می کند . این بدین خاطر است که ترانس fly back تمام انرژی را قبل از تحویل به بار ، در خود ذخیره می کند . از این رو ، برای ذخیره این انرژی و جلوگیری از به اشباع رفتن هسته یک فاصله هوایی در هسته به وجود می آورند . این فاصله هوایی باعث کاهش نفوذپذیری مغناطیسی هسته می شود یعنی انرژی را در خود ذخیره کرده و اجازه نمی دهد هسته یه اشباع برود . بقیه مبدل ها در ترانس خود چنین مشکلی را ندارند و در حالت ایده آل هیچ انرژی را در خود ذخیره نمی کنند ، پس به فاصله هوایی نیز احتیاجی ندارند . در مبدل های متقارن که همیشه از یک زوج ترانزیستور برای سوئیچ استفاده می شود ، تمام شار موجود در هر دو ربع نمودار نفوذپذیری مغناطیسی ( B/H ) مورد استفاده قرار می گیرد از این رو کاربرد هسته بسیار موثر است . بنابراین مبدل های متقارن می توانند توان بیشتری را نسبت به نمونه های نامتقارن تولید کنند . 3 توپولوژی اصلی که در عمل استفاده می شوند ، پوش-پول ، نیم پل و تمام پل نام دارند . جدول 1 درباره حداکثر توان خروجی هر توپولوژی که در حال حاضر در تکنولوژی روز دنیا در حال استفاده است ، توضیح مختصری بیان می کند .

صفحه 112

4 – انتخاب نیمه هادی های قدرت

ترانزیستور قدرت : دو نیمه هادی قدرتی که بیشترین کاربرد و استفاده را در منابع تغذیه سوئیچینگ دارند ، ترانزیستور های دو قطبی و Mosfet ها قدرت هستند . معمولا ترانزیستورها به خاطر تلفات سوئیچینگ در فرکانس های بالا تا 30K Hz ، محدودیت کاربرد دارند . اما به خاطر تلفات کم ( در حالت روشن ) و قیمت ارزان تر ، بسیار برای فرکانس های پایین مناسب اند . Mosfet ها به خاطر سرعت سوئیچینگ بالا برای کار در فرکانس های بالا بسیار مناسب اند ، اما همین سرعت بالا باعث به وجود آمدن تلفات در فرکانس های پایین می شود .

همچنین راه اندازی Mosfet بسیار راحت تر و ارزان تر اما تلفات حالت رون آن بسیار بیشتر از ترانزیستور است پس برای انتخاب یک قطعه خاص باید تعادلی بین قیمت قطعه و کیفیت عملکرد آن وجود داشته باشد .

1)     محدود ولتاژ : بعئ از تصمیم گیری در مورد استفاده از ترانزیستور یا Mosfet ، نوبت به انتخاب ولتاژ مناسب برای قطعه انتخاب شده می رسد . در توپولوژی هایی که از ترانس استفاده شده است بیشترین ولتاژ در زمانی که سوئیچ خاموش است به آن تحمیل می شود . این ولتاژ بسته به نوع توپولوژی می تواند نصف ، برابر و یا حتی دو برابر ولتاژ منبع تغذیه باشد . همچنین این ولتاژ ممکن است به دلیل اندوکتانس نشتی ترانس با یک ولتاژ لحظه ای نیز جمع شود . سوئیچ انتخاب شده باید بتواند بدون اینکه آسیب ببیند ( ویا این که بسوزد ) این حجم عظیم ولتاژ را در دو سر خود تحمل کند . از این رو باید ولتاژ V_CES(max) برای ترانزیستورها و ولتاژ V_BR(DSS) برای Mosfet ها به درستی انتخاب شود . در حال حاضر بیشترین ولتاژ قابل تحمل در بین ترانزیستورهای موجود 1750v و برای Mosfet1000v است .

در راهنماهای انتخاب قطعه این گونه فرض شده است که از ولتاژ 220v و یا 110v به عنوان ورودی استفاده شده است . بیشترین ولتاژهای خط DC که برای این شرایط در نظر گرفته شده اند به ترتیب 385v و 190v هستند . این مقادیر ولتاژ ورودی برای دسته بندی صحیح ولتاژ قطعات استفده می شود .

2)     محدود جریان : ترانزیستورها در زمان هدایت ، افت ولتاژ بسیار کمی دارند که این افت ولتاژ در محدوده جریان های مختلف نسبتاً ثابت است . از این رو برای این که از یک ترانزیستور بیشترین استفاده را بکنیم ، باید با آن در مدوده جریان اشباع ( I_Csat )کار کنیم . با این کار می توانیم تعادل خوبی بین هزینه ، تجهیزات راه اندازی و سوئیچینگ برقرار کنیم . حداکثر جریان برای حصول یک توان کاری خاص در هر توپولوژی ، توسط یک سری معادلات ساده حساب می شود . هر کدام از این معادلات در بخش مربوط به خود آمده اند و سطوح حاصله از آن ها برای انتخاب قطعه دو قطبی ( ترانزیستور ) مناسب ، به کار خواهند رفت .

نحوه عملکرد Mosfet ها با ترانزیستورها از نظر تلفات متفاوت است . ولتاژی که درون Mosfet ها به وجود می آید بر جریان آن ها و مقاومتی که در زمان روشن بودن از خود نشان می دهند ( که با تغییرات دما متناسب است ) بستگی دارد . بنابراین Mosfet مناسب برای یک مبدل خاص ، Mosfet ای است که توان تلفاتی اش از یک درصد مشخص از توان خروجی تجاوز نکند . ( در این جا توان ٪5 برای Mosfet در نظر گرفته شده است ) . برای تخمین زدن R_DS(on) که در هر توپولوژی در Mosfet ها به وجود می آید ، از مجموعه ای از معادلات استفاده می شود ( ضمیمه A ) این مقدار بدست آمده برای انتخاب Mosfet مناسب مورد استفاده قرار می گیرد .

توجه : در این روش تلفات سوئیچینگ بسیار ناچیز فرض شده است ، اما باید توجه داشت که این تلفات در فرکانس های بالای 50K Hz بصورت چشم گیری افزایش می یابد .

یکسوساز ها : در این جا دو نوع یکسوساز خروجی مورد بررسی قرار گرفته است .

1-برای ولتاژهای بسیار کم ( زیر 10 ولت ) ، یکسوساز می بایست افت ولتاژ ( در بایاس مستقیم ) بسیار کمی داشته باشد تا مبدل با کاهش راندمان مواجه نشود . از آن جایی که دیودهای شاتکی افت ولتاژ مستقیم ( V_F )‌ بسیار کوچکی دارند ( حدوداً 0.5 ولت ) در این جا از این دیودها استفاده می شود . همچنین شاتکی تلفات سوئیچینگ بسیار ناچیزی دارد و می توان از آن در فرکانس های بالا بهره برد . متاسفانه این V_F کم در ولتاژهای معکوس زیاد ( معمولا بالاتر از 100 ولت ) از بین می رود . این بدین معنی است که از این دیود در ولتاژهای معکوس بیشتر از 20 ولت نمی توان استفاده کرد .

توجه : قطعه مورد استفاده با توجه به توپولوژی و توان قابل تحملش باید بتواند 4 تا 6 برابر ولتاژ خروجی ای را که تولید می کند به صورت معکوس تحمل کند .

2-برای ولتاژهای بالاتر مناسب ترین یکسوساز ها دیودهای Fast Recovery ( FRED ) هستند . این دیودها برای استفاده در یکسوسازی های فرکانس بالا طراحی شده است . V_F این دیود بسیار پایین بوده ( تقریباً 1 ولت ) و دارای سرعت سوئیچینگ بسیار بالا و موثری می باشد . FRED ها ولتاژ معکوس تا 800 ولت را تحمل می کنند از این رو برای خروجی های 10 تا 200 ولت بسیار مناسب اند . یکسوسازهای مورد بحث قرار گرفته در کتب راهنما ، با توجه به محدوده ولتاژ و ظرفیت جریانی که می توان از خود عبور دهند برای یک توان خروجی خاص مورد استفاده واقع می شود ( برای مدارات تک خروجی )

صفحه 113

5 – توپولوژی های ایزوله شده استاندارد

الف – مبدل fly back

نحوه عملکرد : شکل 6 ساده ترین مبدل در میان مبدل های ایزوله شده و یا همان مبدل تک خروجی fly back را نشان می دهد . استفاده از تک ترانزیستور سوئیچ بدین معنی است که ترانس فقط بصورت تک قطبی ( نامتقارن ) راه اندازی می شود که باعث افزایش سایز هسته ترانس می شود . fly back که نمونه ایزوله شده Buck-Boost است در حقیقت ترانس ندارد اما از ترانس برای کوپلینگ آن استفاده می شود . زمانی که ترانزیستور روشن است جریان اولیه ترانس افزایش یافته انرژی در هسته ذخیره می شود و وقتی سوئیچ خاموش می گردد این انرژی از طریق ثانویه به خروجی مدار منتقل می شود ( یک ترانس معمولی مانند توانی که برای انتقال انرژی در Buck استفاده شد ، در حالت ایده آل تمام انرژی را در زمانی که TR روشن است منتقل میکند و در خود انرژی ذخیره نمی کند ) . پلاریته سیم پیچ ها مانند پلاریته دیود خروجی در زمان روشن بودن ترانزیستور است . در زمانی که ترانزیستور خاموش است ولتاژ ثانویه معکوس شده یک شار ثابت را در هسته حفظ می کند و باعث عبور جریان ثانویه از طریق دیود به خروجی می شود . اندازه دامنه پیک جریان ثانویه همان پیک جریان اولیه حاصله از زمان خاموش بودن ترانزیستور است که با توجه به نسبت دور بازتابیده می شود و تعادل آمپر – دور را حفظ می کند . ( توان اولیه برابر توان ثانویه است ) در حقیقت تمام توان خروجی در fly back با نسبت LI²⅟₂باید در هسته ذخیره شود که موجب افزایش سایز و هزینه این توپولوژی نسبت به بقیه توپولوژی هایی می شود که در آن ها فقط انرژی مغناطیسی کردن ( تحریک کردن ) ( احتمالاً سیم پیچ ) در هسته ذخیره می شود که آن هم بسیار کوچک است . این بعلاوه بکارگیری هسته تک قطبی بسیار ضعیف بیان گر این نکته است که حجم ترانس از ایرادات اصلی مبدل fly back به حساب می آید .

اندوکتانس سیم پیچ اولیه ترانس fly back برای ذخیره سازی حداکثر انرژی باید بسیار کم تر از پیک جریان مورد نیاز باشد که این معمولا با ایجاد یک فاصله در هسته حاصل می شود . این فاصله اندوکتانس را کاهش می دهد و بخش اعظمی از انرژی را در خود ذخیره می کند که مانع به اشباع رفتن ترانس می شود .

در زمانی که ترانزیستور خاموش است ، ولتاژ خروجی که در خیلی مواقع به بزرگی ولتاژ منبع تغذیه است . از طریق ترانس به اولیه بازتابیده می شود . همچنین در این زمان یک ولتاژ ضربه ای به خاطر انرژی ذخیره شده در اندوکتانس نشتی ترانس نیز وجود دارد . این بدین معنی است که ترانزیستور باید توان تحمل ولتاژی معادل تقریباً 2 برابر ولتاژ منبع بعلاوه ولتاژ نشتی لحظه ای نشتی را داشته باشد . از این رو در مواردی که از ولتاژ AC220v ( DC تا 385ولت ) استفاده می شود ، محدوده ولتاژ ترانزیستور باید بین 800 تا 1000 ولت باشد . استفاده از یک ترانزیستور 1000v مانند BUT11A و یا BUW13A ، سوئیچینگ تا فرکانس 30K Hz را باتوان خروجی تا 200 w ممکن می سازد همچنین از Mosfet های 800 و 1000 ولتی مانند BUK 456-800A می توان در فرکانس های سوئیچینگ بالا( تا 300K Hz ) و با توان خروجی بالا ( 100 w ) بهره برد . اگر چه Mosfet ها می توانند بسیار سریع تر سوئیچ کنند و تلفات سوئیچینگ آن بسیار کم است اما درمقایسه با ترانزیستور در زمانی که روشن است تلفات زیادی دارد مخصوصادر مدارات ولتاژ بالا . خلاصه ای از ترانزیستورهای مناسب و یکسوسازهای خروجی برای ورودی های مختلف و سطح توان مورد استفاده در fly back ‌ در جدول 3 آمده است یک راه برای حذف ولتاژ لحظه ای نشتی ترانس ، استفاده ازسیم پیچ clamp است ( شکل 8 ) . این سیم پیچ به انرژی نشتی این امکان را می دهد که به جای فشار بر ترانزیستور به ورودی برگردد . دیود قرار داده شده در سر بالای این سیم پیچ باعث می شود که ظرفیت خازنی جریان لحظه ای ترانزیستور ( در زمانی که روشن می شود ) متصل نگردد اگر دیود به زمین وصل می شد این اتصال رخ می داد . استفاده از این سیم پیچ اختیاری است به احتیاجات خاص طراح بستگی دارد .

صفحه 114

مزایا : نحوه عملکرد fly back بدین صورت است که اندوکتانس ثانویه با دیود خروجی ( در زمانی که جریان منبع به خروجی منتقل می گردد ) سری است . این بدین معنی است که هیچ فیلتر القایی ( سلفی ) در مدار خروجی نیاز نیست . از این رو هر خروجی فقط به یک دیود و یک فیلتر خروجی خازنی احتیاج دارد . بنابراین fly back  برای منابع چند خروجی با هزینه پایین انتخاب ایده آلی است . همچنین مجموعه تنظیمات حاصله در زمانی که چند خروجی داریم نیز بسیار مناسب است ( تغییرات بار در یک خروجی تاثیرات بسیار کمی در دیگر خروجی ها می گذارد ) بدلیل نبود چک خروجی که این عملکرد قوی را کاهش می دهد .

همچنین fly back برای تولید خروجی های ولتاِ بالا انتخاب بسیار خوبی است . اگر از یک فیلتر LC از نوع فیلتر Buck برای تولید ولتاژ بالا استفاده می شد ، اندوکتانس بسیار بزرگی نیاز بود تا سطح ریپل جریان خروجی به اندازه کافی کاهش پیدا می کرد و مدار در حالت پیوسته مورد نیاز قرار می گرفت . از آن جایی که fly back به اندوکتانس خروجی برای اصلاح خروجی احتیاج ندارد پس با این مشکل مواجه نیست .

معایب : با توجه به شکل موج fly back در شکل 6 کاملاً این نکته واضح است که خازن خروجی فقط در زمانی که TR خاموش است تغذیه می شود . پس خازن خروجی باید جریان پالس مانندی را صاف کند که پیک آن از پیک جریان خروجی تولید شده در یک مبدل مستقیم که در مد پیوسته کار می کند نیز بیشتر است . بنابراین برای بدست آورن خروجی با ریپل کم ، خازن هایی با ظرفیت بسیار کم و مقاومت معادل سری بسیار کم احتیاج است . از این جا می توان فهمید که در یک فرکانس خاص برای کاهش ریپل ، یک فیلتر LC نسبت به یک خازن تنها می تواند 8 برابر موثرتر باشد . از این رو fly back ذاتاً نسبت به دیگر توپولوژی ها ریپل خروجی بیشتری دارد این ریپل زیاد بعلاوه جریان پیک بیشتر و خازن و ترانس بزرگ ، کاربرد fly back را بر کار در توان های پایین ( 200w~20w ) محدود می کند ( این موضوع باید مورد توجه قرار بگیرد که دامنه ریپل خروجی در ولتاژ های بالا خیلی زیاد نمی شود بنابراین مقاومت معادل سری و در پی آن اندازه خازن نیز به آن بزرگی ای که انتظار می رود نیست . )

Fly back با دو ترانزیستور : یک راه ممکن برای حل مشکل استفاده از ترانزیستور 1000v استفاده از fly back  با دو ترانزیستور است ( شکل 6 ) . هر دو ترانزیستور دقیقاً همزمان سوئیچ می کنند و تمام شکل موج ها کاملاً یکی است تنها تفاوت این است که ولتاژ هر کدام هیچ گاه از ولتاژورودی تجاوز نمی کتد . در این جا چون دو دیود clamp انرژی نشتی را به ورودی برمی گردانند ، دیگر از سیم پیچ clamp استفاده نمی شود . حالا می توان از دو قطعه 400 یا 500 ولت که سرعت سوئیچینگ بیشتر و تلفات هدایت کم تری دارند استفاده کرد . بنابراین توان خروجی فرکانس سوئیچینگ می توانن افزایش مناسبی داشته باشند . ایراد این مدار وارد آمدن هزینه اضافه و همچنین راه اندازی مجموعه ای برای ایزولاسیون بیس ترانزیستور بالایی است .

عملکرد پیوسته و گسسته : fly back نیز مانند Buck-Boost می تواند در هر دو مد پیوسته و گسسته کار کند . شکل موج های شکل 6 برای مد گسسته هستند . در مد گسسته جریان ثانویه در هر دوره تناوب سوئیچینگ به صفر می رسد و تمام انرژی درون ترانس از بین می رود . در مد پیوسته همیشه یک جریان در سلف متصل به مدار جاری است که باعث می شود که شکل موج جریان به صورن ذوزنقه ای درآید امتیاز اصلی مد پیوسته این است که پیک جریان در این مد نصف پیک جریان در مد گسسته ( در یک توان ثابت ) است که باعث کاهش ریپل خروجی می شود . هر چند سایز هسته در مد پیوسته بای افزایش اندوکتانس و در پی آن کاهش پیک جریان ( برای ایجاد خروجی پیوسته ) ، 2 تا 4 برابر بزرگ تر است .

یکی دیگر از معایب fly back در مد پیوسته این است که کنترل آن در حالت حلقه بسته بسیار مشکل است . ( مد پیوسته شامل یک صفر سمت راست در پایسخ فرکانسی حلقه بازش است که مد گسسته آن را ندارد ) این بدین معنی است که زمان و تلاش بسیاری برای طراحی تجهیزات بسیار پیچیده جبران ساز لازم است تا مدار به پایداری برسد .

تلفات ترانزیستور در مد گسسته بسیار ناچیز است در حالی که این تلفات در مد پیوسته بسیار زیاد است ، بخصوص زمانی که تاثیر جریان معکوس بازسازس دیود خروجی ( که فقط در مد پیوسته رخ می دهد ) جمع شود . این بدین معنی است که باید از یک اسنابر استفاده شود تا از TR‌ در زمانی که روشن می شود محافظت کند .

یکی از مزایای پیوسته این است که بهره حلقه باز آن از بار خروجی مستقل است و به Duty Cycle و V_in بستگی دارد ( همان طور که در معادله DC آن در انتهای این بخش آمده است ) . مد پیوسته قابلیت تنظیم بار حلقه باز بسیار عالی دارد یعنی تغییرات بار بر V_O تاثیر نمی گذارد اما از سوی دیگر مد گسسته کاملاً خروجی اش به بار وابسته است . بنابراین مد گسسته از این نظر کمی ضعیف تر است . یعنی با تغییر بار خروجی اش تغییر می کند که اگر از مسیر کنترلی حلقه بسته استفاده شود این مشکل نیز از بین خواهد رفت . استفاده از  کنترل مد جریان در fly back گسسته ( که در آن جریان اولیه و ولتاژ خروجی برای کنترل Duty Cycle اندازه گیری و ترکیب می شوند ) باعث به وجود آمدن یک حلقه تنظیم شده و بهبود یافته می شود که گین حلقه بسته کم تری نیز احتیاج دارد . اگر چه مد گسسته دارای معایبی چون جریان پیک خروجی بالاو خازن خروجی بزرگ است اما بسیار راحت تر راه اندازی شده و بیشترین استفاده را در طراحی های روز دارد .

صفحه 116

ب – مبدل مستقیم ( Forward )

نحوه عملکرد : مبدل Forward نیز یک مبدل ایزوله شده تک سوئیچ است ( شکل 8 ) . اساس طراحی این مبدل بر پایه مبدل Buck است با این تفاوت که یک ترانس و یک دیود در مدار خروجی دارد . مشخصه فیلتر خروجی LC کاملا واضح است بر خلاف fly back ، عملکرد ترانس در مبدل Forward کاملا بدون ایراد است ، به نحوی که انرژی مستقیماً از طریق سلف و در زمانی که TR روشن است به خروجی منتقل می شود . پس می توان دید پلاریته ثانویه Forward برعکس پلاریته ثانویه fly back  است که اجازه می دهد جریان مستقیم از طریق D₁ جاری شود . در زمانی که TR روشن است ، جریان موجود در مدار باعث افزایش انرژی در سلف خروجی L₁ می شود . زمانی که TR خاموش می شود ، ولتاژ ثانویه معکوس گردیده دیود D₁ از حالت هدایت به حالت انسداد ( از بایاس مستقیم به معکوس ) می رود سپس D₂ به صورت مستقیم بایاس شده و مسیری را برای جاری شدن جریان سلف ایجاد می کند . این امر باعث می شود که انرژی ذخیره شده در L₁در زمانی که TR خاموش است به بار منتقل شود .

مبدل Forward همیشه به صورت پیوسته کار می کند ( جریان خروجی سلف ) . از این رو جریان پیک ورودی و خروجی و مولفه ریپل بسیار کوچکی دارد با رفتن به مد گسسته این مقادیر بعلاوه نویز ایجاد شده در هنگام سوئیچینگ به شدت افزایش پیدا می کند . هیچ صفر سمت راستی که باعث ناپایداری مدار شود در مد پیوسته مبدل Forward رخ نمی دهد ( مانند Buck ) این به این معنی است که مشکل کنترلی که در مد پیوسته fly back وجود داشت در اینجا وجود ندارد . بنابراین هیچ دلیل خاصی وجود ندارد که از مبدل Forward در مد گسسته استفاده کنیم .

مزایا : همان طور که در شکل موج های شکل 8 مشهود است ، جریان سلف I_L که همان جریان خروجی است ، همیشه پیوسته است . دامنه ریپل و در پی آن پیک جریان ثانویه ، به اندازه سلف خروجی بستگی دارد . بنابراین ریپل در مقایسه با جریان خروجی ( با حداقل پیک جریان ) می تواند کوچک باشد . این جریان پیوسته و کم ریپل  به راحتی صاف می شود . بنابراین در مقایسه با fly back به یک خازن کوچک تر با مقاومت سری معادل کوچک تر احتیاج است و همین طور جریان پیک نیز کم تر از fly back می باشد .

از آن جایی که در این توپولوژی ترانس را مستقیماً انتقال می دهد ، انرژی بسیار ناچیزی در هسته ذخیره می شود . با این که این انرژی مغناطیسی کم باعث تحریک هسته برای انتقال انرزژی متوسط شود این انرژی بسیار کم است و فقط جریان مغناطیسی بسیار کمی از اولیه را احتیاج دارد . بنابراین جریان بالای اولیه بسیار مناسب بوده ما را از ایجاد فاصله هوایی در هسته بی نیاز می کند . هسته های فریت استاندارد بدون فاصله هوایی با قابلیت نفوذپذیری بالا ( 2000~3000 ) بسیار برای ایجاد اندوکتانس مورد نیاز مناسب هستند . انرژی ذخیره شده بسیار کم در هسته ترانس بدین معناست که ترانس مبدل Forward از ترانس مبدل fly back کوچک تر است و تلفات توان هسته Forward نیز در یک توان خروجی ثابت از مقدار این تلفات در fly back کمتر است . البته ترانس کماکان به صورت نامتقارن کار می کند یعنی توان فقط در زمانی که سوئیچ روشن است به خروجی متصل می شود و این بدین معنی است که اندازه ترانس هسته از نوع متقارنش بسیار بزرگ تر است .

ولتاژ TR در Forward مانند ولتاژ TR در fly back گسسته است اما در این جا پیک جریان مورد نیاز در یک توان ثابت نصف شده است و این کاملاً در معادلات مبدل Forward مشهود است . این بعلاوه ترانس در فیلتر خروجی خازنی کوچک تر باعث می شود که Forward بتواند به توان خروجی بیشتری نسبت به fly back‌ دست پیدا کند ( 100w~400w ) . ترانزیستورها و Mosfet های مناسب برای استفاده در مبدل Forward در جدول 3 آمده اند .

معایب : با توجه به سوئیچینگ تک قطبی در این مبدل ، مشکلی جدی در خصوص پاک کردن و تخلیه کردن هسته در انتهای هر سیکل سوئیچینگ وجود دارد . اگر این عمل پاک سازی انجام نگیرد ممکن است شار DC خط افزایش یابد و هسته را به اشباع برد و باعث سوختن TR شود . این انرژی مغناطیسی در مدار پوش-پول نوع متقارن به صورت خودکار از بین می رود در fly back این انرژی در زمانی که TR خاموش است به بار منتقل می شود . اگر چه چنین امکانی در مبدل Forward وجود ندارد .

این امکان با اضافه کردن یک سیم پیچ Reset با پلاریته عکس به اولیه به وجود می آید . دیود اضافه شده انرژی مغناطیسی را در زمانی که سوئیچ خاموش است به ورودی برمی گرداند . سیم پیچ Reset به منظور حصول اطمینان از اتصال و کوپلینگ خود به سیم پیچ اولیه پیچانده شده است و معمولا تعداد دور آن نیز با تعداد دور اولیه یکی است . ( قطر این سیم پیچ می تواند بسیار کم باشد ، چون یک جریان بسیار کوچک مغناطیسی را هدایت می کند ) زمان افت انرژی مغناطیسی به صفر دقیقا با زمان روشن شذن TR یکی است . این بدین معنی است که ماکزیمم نسبت کار مبدل Forward از لحاظ نظری 0.5 است و با محاسبه تاخیر سوئیچینگ به 0.45 نیز کاهش پیدا می کند . این بازه کنترلی محدود شده یکی از مشکلات استفاده ار این مبدل است شکل موج جریان مغناطیسی نیز در شکل 8 نشان داده شده است . استفاده از سیم پیچ clamp در fly back اختیاری است اما در Forward برای عملکرد صحیح اجباری است .

به دلیل وجود سیم پیچ Reset ، به منظور متعادل نگه داشتن ولتاژ حذف ریپل ثانویه در ترانس ، ولتاژ ورودی توسط سیم پیچ clamp در زمانی که TR خاموش است برای زمانی که جریان مغناطیسی Reset در D₃ جاری است ، به اولیه بازتابیده می شود ( همچنین یک برگشن ولتاژ به ثانویه نیز وجود دارد . برای همین از دیود D₁ برای جلوگیری از انتقال این ولتاژ به مدار خروجی استفاده شده است ) پس TR باید دو برابر V_in را در زمانی که خاموش است تحمل کند . ولتاژ بعد از اینکه Reset تمام شد به V_in باز می گردد که باعث می شود تلفات TR_onکاهش یابد . در این جانیز TR باید توانایی تحمل ولتاژ را در همان رنج fly back داشته باشد یعنی 400 برای 110 ورودی و 800 برای 220 ولت ورودی .

انتخاب دیود خروجی : هر دیود خروجی باید تمام دامنه جریان خروجی را هدایت کنند ، آن ها همچنین باعث تغییرات سریع در جریان و در پی آن باریابی معکوس لحظه ای ، بخصوص در دیود هرزگرد D₂ می شوند . این اتفاق ممکن است باعث افزایش تلفات سوئیچینگ در TR و یا سوختن آن در مواردی که اسنابر در مدار وجود ندارد ، شود . بنابراین دیودهای سریع با بازده بالا برای به حداقل رساندن تلفات هدایت و کاهش بازیابی معکوس دامنه ولتاژ لحظه ای مورد نیاز است . برای این کار می توان از دیودهای شاتکی برای خروجی های تا 20 ولت و برای خروجی های بالاتر از دیودهای Fast Recovery استفاده کرد . معمولا برای خروجی های بالای 100 ولت از مبدل Forward استفاده نمی شود چون به چوک خروجی بسیار بزرگی احتیاج دارد . به جای آن از fly back استفاده می شود . معمولا هر دو یکسوساز در یک پکیج موجود است .

مبدل Forward با دو ترانزیستور : بجای استفاده از یک ترانزیستور ولتاژ بالا در مبدل Forward ، می توان از دو ترانزیستور استفاده کرد . ( شکل 9 ) این مدار شبیه fly back دو ترانزیستوره است و مزایای یکسانی با آن دارد . در این جا نیز ولتاژ ترانزیستور به V_in برگردانده می شود و این اجازه را می دهد که از TR های با ولتاژ پایین تر و بهره بالاتر استفاده شود ، ریست مغناطیسی ترانس نیز توسط دو دیود clamp ( که به سیم پیچ clamp فرمان می دهند ) صورت می گیرد .

مدار دوترانزیستوره برای کاربردهای مبدل DC به DC بسیار مناسب است . این مدار توان خروجی بیشتر و فرکانس سوئیچینگ بالاتری دارد . عیب این مدار نیز هزینه بالاتر آن و همچنین ایزوله کردن بیس ترانزیستور بالایی دارد .

اگر چه این مبدل یک سری مشکلات همراه با عملکرد ضعیف ترانس را در بر دارد اما برای استفاده در محدوده توان خروجی ای که در بالا ذکر شد بسیار مناسب است و به مبدل تک ترنزیستوری ارزان ترجیح داده می شود . نوع چند خروجی این مدار بسیار رایج است . در این مدار سلف های خروجی بر روی یک هسته پیچیده می شوند که باعث تاثیر بر بهبود تنظیم رگولاتور می شود و حتی اگر به درستی طراحی شده باشد می تواند دامنه ریپل خروجی را نیز کاهش دهد . مزیت اصلی مبدل Forward ریپل خروجی بسیار کم آن است که به خاطر اندازه نسبتاً کوچک LC آن می باشد . بنابراین باید دانست که مبدل Forward برای تولید ولتاژهای کم ( 5 ، 12 ، 15 ، 28 ولت )با جریان زیاد برای راه اندازی مبدل های DC به DC چند خروجی که مشخصات ریپل برای خروجی تعیین شده است ، مورد استفاده قرار می گیرد . جریان های پیک که ممکن بود در fly back رخ دهند ممکن است به عنوان یک بار نامناسب برای خازن صافی ظاهر شوند .

صفحه 119

(c)مبدل های پوش-پول

نحوه عملکرد : برای بهره گیری از ترانسی که به صورت تمام موج شار داشتهباشد ، لازم است که هسته به صورت متقارن کار کند . این امر باعث کاهش حجم ترانس و افزایش توان خروجی ( بیشتر از حد ممکن ) نسبت به نمونه های تک خروجی می شود . مدل های متقارن همیشه یک زوج ترانزیستور سوئیچینگ لازم دارند . یکی از بهترین نمونه های مبدل متقارن ، مبدل پوش-پول بوده که در شکل آمده است . اولیه این ترانس به صورت سه سر است و هر ترانزیستور در یک نیم سیکل کار کرده ترانس را در هر دو جهت راه اندازی می کنند . ترانس پوش-پول از نظر سایز نصف ترانس مدارهای تک خروجی است و باعث کوچک تر شدن حجم طراحی می شود . این نحوه عملکرد پوش-پول باعث به وجود آمدن یک هسته کاملا خنثی و ریست شدن آن در هر نیم سیکل می شود از این رو دیگر احتیاجی به سیم پیچ clamp نیست . توان در هر دوره تناوبی که یکی از TR ها روشن است به مدار خروجی ( که به مدار خروجی buck می ماند ) منتقل می شود . نسبت کار هر سوئیچ معمولا از 0.45 کمتر است . این امر باعث به وجود آمدن زمان مرده کافی برای جلوگیری از هدایت همزمان TR ها می شود . حال توان می تواند در 90٪ دوره سوئیچینگ به خروجی منتقل شود . از این رو توان خروجی بیشتری نسبت به نمونه های تک خروجی خواهیم داشت . معمولا از مدار پوش-پول برای کار در محدود توان خروجی 100 تا 500 وات استفاده می شود .

همان طور که در شکل 11 مشخص است فرکانس خروجی دو برابر فرکانس سوئیچینگ هر TR است . از این رو سلف و خازن خروجی می توانند کوچک تر انتخاب شوند . همچنین این مدار برای چگالی توان بالا با ریپل خروجی کم بسیار مناسب است .

مزایا : در حالت کلی ، طراحی ترانس و فیلتر خروجی پوش-پول بسیار فشرده است در حالی که ولتاژ خروجی آن ریپل بسیار کمی دارد . بنابراین در مواردی که فضا اهمیت زیادی دارد ، پوش-پول می تواند پیشنهاد خوبی باشد . کنترل پوش-پول نیز مانند Forward بر پایه buck طراحی شده است . با بسته بودن حلقه فیدبک ، جبران سازی نسبتاً آسان است این پیشنهاد برای مبدل Forward با چند خروجی نیز ارایه می شود .

دیودهای clamp ، همان طور که در شکل نشان داده شده است ، به دو سر TR ها متصل شده اند . استفاده از این دیودها باعث انتقال انرژی مغناطیسی و نشتی به منبع شده و تا حدی بازده را بهبود می بخشد . همچنین باعث کاهش فشار بر TRها می گردد .

در مدار پوش-پول امیتر و یا سورس قطعات قدرت در یک پتانسیل ثابت قرار دارند و معمولا به زمین متصل اند . بنابراین به راحتی می توان بیس و یا گیت هر دو را درایو کرد و هیچ هزینه ای برای ایزولاسیون آن ها به مدار تحمیل نمی شود .

معایب : یکی از معایب پوش-پول این است که با اینکه در این مدار از دو ترانزیستور استفاده شده است ، باز هم هر کدام آن ها به خاطر تاثیر سر وسط ترانس باید دو برابر ولتاژ ورودی را تحمل کنند . این اتفاق زمانی رخ می دهد یک TR قطع و دیگری در حال هدایت باشد زمانی که هر دو ترانزیستور خاموش اند ، ولتاژ هر کدام برابر ولتاژ منبع است ( شکل موج 11 ) این بدین معنی است که ترانزیستورهای گران تر و با بازده کمتر ، 800 تا 1000 ولت برای کاربرد های مبدل DC به DC با ولتاژ 220 ولت مورد نیاز است .

از دیگر ایرادات اصلی مدار پوش-پول آن است که این مدار تمایل دارد بصورت نامتوازن شار کند . اگر جریان در هر نیم سیکل از سوئینگ شار دقیقا هم اندازه و متقارن نباشد ، باعث عدم تعادل در ولت-ثانیه شده و در نتیجه ترانس به اشباع می رود ؛ به خصوص در مواقعی که ولتاژ ورودی بالایی داریم . این عدم تقارن در دو نیم سیکل ممکن است در اثر تفاوت مشخصه های دو TR رخ دهد ؛ مانند تفاوت در زمان انبارسازی ( STORAGE TIME ) و یا تفاوت تلفات زمان روشن بودن .

همچنین ترکیب سر وسط ترانس بدین مفهوم است که مس بیشتری در اولیه به کار رفته و برای به حداقل رساندن نشتی لحظه ای باید کوپلینگ بسیار خوبی بین دو نیمه سیم پیچ وجود داشته باشد . باید به این نکته توجه داشت که اگر از اسنابر برای محافظت از TR ها استفاده می شود باید طراحی بسیار دقیق باشد تا هر کدام از دیگری محافظت کنند و باعث خرابی یکدیگر نشود . این موضوع برای تمام مبدل های راه اندازی شده با ترانس متقارن صادق است .

این معایب بیانگر آنند که مبدل پوش-پول برای کار در ولتاژهای پایین ( 12،28،48 ولت ) مناسب است . مبدل های DC به DC ای که در خودروها و یا صنایع ارتباطات راه دور ( مخابرات ) استفاده می شوند ، معمولا از توپولوژی پوش-پول بهره برده اند . جلوگیری از به اشباع رفتن ترانس در این سطوح ولتاژ بسیار راحت تر است .

کنترل مد جریان : ابداع این شیوه منافع زیادی برای توپولوژی پوش-پول داشته است . در این شیوه کنترل جریان اولیه رصد ( مونیتور)شده و هر عدم تقارنی که رخ دهد بلافاصله توسط تغییرات که در Duty Cycle صورت می گیرد ، اصلاح می شود . کنترل مد جریان ، مشکل عدم توازن را کاملا رفع کرده و امکان به اشباع رفتن ترانس را به حداقل رسانده است . به همین دلیل امروزه طراحان از پوش-پول بیشتر استفاده می کنند .

صفحه 122

(d)نیم پل : شکل 12 نشان دهنده مبدل نیم پل است که بیشترین توان را در بین مبدل های متقارن دارد . این مدار منتسب است به مدار پوش-پول تک خروجی اما در کل نمونه بالانس شده مبدل Forward است . این مدار نیز از مدار buck منشعب شده است . نیم پل مزایای کلیدی زیادی نسبت به پوش-پول دارد که آن را در کاربردهای توان بالا ( 500w~1000w ) مورد توجه طراحان قرار می دهد .

نحوه عملکرد : دو خازن بزرگ C₁ و C₂ به صورت سری متصل شده اند و ولتاژ ورودی میانی ( سر وسط ) مجازی را به وجود آورده اند ( نقطه A ) . TRهای سوئیچ به صورت متناوب راه اندازی می شوند و این امر باعث وصل شدن هر خازن به یک سیم پیچ از سیم پیچ هی اولیه در هر نیم سیکل می شود در روش پوش-پول به اندازه در دو سر ترانس افت می کند .

توان در زمان هدایت هر TR مستقیماً به خروجی منتقل می شود و حداکثر Duty Cycle 90٪ در این مدار موجود است ( زمان مرده زیادی احتیاج است تا جلوگیری کند از همزمانی روشن شدن TRها) . از آنجایی که اولیه هر دو جهت راه اندازی می شود ( کار می کند ) ( ریست طبیعی ) یک فیلتر تمام موج خروجی ( که با دو برابر فرکانس سوئیچینگ کار می کند ) کار آمد تر از یک فیلتر نیم موج است . این نیز باعث بهبود کارایی هسته می شود ( همان طور که در شکل 13 مشخص است ، شکل موج ها عیناً شبیه شکل موج های پوش-پول اند . بجز این که ولتاژ TRها نصف شده است ( جریان قطعه در توان های مساوی بیشتر است ).

مزایا : از آن جایی که TR ها به صورت سری قرار گرفته اند ، هرگز ولتاژی بیشتر از ولتاژ ورودی ( V_in ) را نمی بینید . زمانی که هر دو TR خاموش اند ولتاژ آن ها به مقدار ثابت می رسد که نصف ولتاژ پوش-پول در این حالت است ( البته با جریان دو برابر ) . از این رو نیم پل برای مواردی که ولتاژ ورودی بالایی داریم بسیار مناسب است . به عنوان مثال برای یک ورودی 220 ولت دو ترانزیستور سریع تر و بازده بیشتر 450 ولت استفاده کرد که به جای این که از دو TR 800 ولت ( مانند پوش-پول ) بهره برد .این کار باعث افزایش فرکانس کار نیز می شود .

مزیت دیگر نیم پل نسب به پوش-پول حل شدن مشکل اشباع ترانس به خاطر شار نامتقارن است . با استفاده از یک خازن کوچک ( کمتر از 10u F ) از افزایش هرگونه شارDC در ترانس جلوگیری شده و فقط AC متقارن از ورودی کشیده می شود .

همان طور که در شکل 12 مشخص است در توپولوژی نیم پل می توان از دو دیود clamp ، D₃ ,D₄ در دو سر TRها استفاده کرد . انوکتانس نشتی و انرژی مغناطیسی به خازن ورودی منتقل شده و از ترانزیستور دو برابر خطرناک محافظت کرده و بازده را بهبود می بخشد .

مزیت دیگری که مختص نیم پل بوده و کمتر دیده می شود ، همان خازن های بزرگ است که یک مدار دو برابر کننده ولتاژ را تشکیل می دهد . این خازن ها به مدار این اجازه را می دهند که بتوانند از ولتاژ 220 ولت و یا 110 ولت به عنوان ورودی منبع استفاده کنند .

همچنین مدار نیم پل دربردارنده تمام مزیت هایی که مدار پوش-پول نسبت به مدار تک خروجی داشته است ؛ از جمله بهره گیری از ترانس بسیار عالی ، ریپل خروجی بسیار کم و ظرفیت توان خروجی بسیار بالا. فاکتور محدود کننده حداکثر توان خروجی جریان پیک است که باتوجه به ظرفیت TRها تعیین می شود . حداکثر محدوده توان 1000 وات است . برای توان های بالاتر از مدار تمام پل استفاده می شود .

معایب : استفاده کردن از دو خازن 50~60 Hz به علت سایز بزرگشان یک ایراد برای این مدار به حساب می آیند . همچنین TR بالایی به علت پتانسیل شناور بیسش ، باید به صورت ایزوله شده درایو شود . افزون بر این ، اگر از اسنابر در دو سر ترانزیستورهای قدرت استفاده شود باید در طراحی آن دقت بسیار زیادی صورت گیرد ، چون در مدارات متقارن ترانزیستورها و اسنابر تاثیرات متقابلی بر یکدیگر می گذارند و هزینه و پیچیدگی مدار به وضوح افزایش می یابد . این معایب باعث می شود که از این توپولوژی در مواردی که توان خروجی کمتر از 500w است استفاده نشود .

صفحه 125

تمام پل

طرح کلی : مبدل تمام پل که در شکل 14 نشان داده شده است نمونه پرقدرت تر نیم پل است و نسبت به تمام مبدل هایی که تا به حال مورد بحث قرار گرفته اند توان خروجی بیشتری دارد . حداکثر جریان خروجی ترانزیستورهای قدرت ، تعیین کننده ماکزیمم توان خروجی تمام پل است که با اضافه کردن دو ترانزیستورو دیود clamp دیگر به نیم پل بدست آید . ترانزیستورها دو به دو به صوررت متناوب درایو می شوند ؛ T₁ با T₃ و T₂با T₄ . حال اولیه ترانس برخلاف مدار قبل به تمام ولتاژ ورودی متصل شده است . سطح جریان نیز در این مبدل نسبت به نیم پل در یک توان خاص نصف شده است . از این رو تمام پل ( با استفاده از ترانزیستورهای مشابه ) نسبت به مبدل نیم پل می تواند خروجی دو برابر تولید کند . ثانیه تمام پل کاملا شبیه ثانویه نیم پل و پوش-پول عمل می کند و ریپل خروجی بسیار کمی را در سطوح جریان بالا تولید می کند . بنابراین شکل موج های تمام پل که در شکل 13 آمده است مانند نیم پل است با این تفاوت که ولتاژ اولیه دوبرابر شده و جریان سوئیچ نصف شده است . این افزایش با توجه به معادله گین DC و همین طور جریان پیک برای تمام پل در مقایسه با نیم پل کاملا مشهود است .

مزایا : در کل تمام پل بای تولید توان خروجی بسیار بالا مناسب است . پیچیدگی مدار این مبدل بیانگر این است که کاربرد این توپولوژی در توان های 1KW و بالاتر است . برای چنین توان های بالایی ، طراحان از دارلینگتون های قدرت استفاده می کنند تا همراه با افزایش جریان ، بهبود خوبی در مشخصه سوئیچینگ داشته باشند .

مزیت دیگر تمام پل نسبت به نیم پل استفاده از یک خازن برای صافی است که باعث حفظ فضا نسبت به نیم پل می شود . مزایای دیگر این مبدل کاملاً شبیه مزایای نیم پل است .

معایب : در مقایسه با انواع دیگر مبدل های متقارن ، تمام پل به چهار TR و دیود clamp احتیاج دارد . تمام پل پیچیده ترین و گران ترین مبدلی است که تا به حال مورد بررسی قرار گرفته و فقط در مواردی که دیگر مبدل ها نمی توانند پاسخ گوی نیازهای طراح باشند می تواند مورد استفاده قرار گیرد . همچنین در صورت نیاز به اسنابر ( آن هم 4 عدد ) باید در طراحی آن بسیار دقت نمود .

کلام آخر

پنج نمونه از رایج ترین توپولوژی های مورد استفاده در مبدل های منابع تغذیه سوئیچینگ ، fly back ، Forward ، پوش-پول ، نیم پل و تمام پل بطور خلاصه مورد بررسی قرار گرفت . هر کدام از این توپولژی ها مشخصه ها و همچنین مزایای خاص خود را دارند که آن ها را مناسب استفاده برای یک کاربرد خاص می سازد .

همچنین بای توپولوژی های ولتاژ و جریان TRهای توان تعریف شد . همین طور معادلات و محاسبات ساده ای به طور خلاصه برای هر توپولوژی آورده شده است . مجموعه ای از TRها و یکسوسازهای فیلیپس نیز در انتهای هر بخش برای استفاده در منابع تغذیه سوئیچینگ ارایه گردیده است .

 

    

 

 

 

 

فن آوری adsl

 

 

در اختيار داشتن سرعت همان چيزي است که هميشه در پي آن هستيم. فن‌آوري ADSL پاسخي است به آنها که به سرعت احتياج دارند تا با استفاده از آن زودتر به هدف برسند، و از ديگر روشهاي دسترسي با استفاده از مودم‌ها و خط‌هاي تلفن به ستوه آمده‌اند و در پي آن هستند تا با استفاده از اين راهکار و با سرعت مطلوب به پاسخ خود برسند. ADSL تکنولوژي جديدي است که بر بستر کابل تلفن قديمي و آشناي خودمان عمل مي‌کند. نصب يک سيستم ويژه در داخل پست مخابراتي هر منطقه، مشترکين تلفن آن منطقه را به سادگي و بدون نياز به هر نوع دخل و تصرف سخت‌افزاري و يا نرم‌افزاري، از اين سرويس بهره‌مند مي‌نمايد.
از اين ساده‌تر ممکن نيست
اين تکنولوژي بهترين و بيشترين سرعت را بدون نياز به تدارک زيرساختهاي جديد ممکن ساخته است. استفاده از سيم‌کشي‌هاي موجود تلفن بدون نياز به اتصال به دستگاه‌هاي حجيم و پيچيده، کار مصرف‌کننده را بسيار راحت مي‌نمايد. براي داشتن يک اتصال ADSL در محل مصرف‌کننده تنها نياز به يک مودم ويژه است. پس از برقراري ارتباط، تنها هزينه ثابت خط ADSL به شکل ماهانه و با توجه به پهناي باند دريافتي به عنوان هزينه دريافت مي‌شود. در حاليکه از ارتباط ADSL استفاده مي‌کنيد ارتباط تلفني شما هميشه آزاد و در دسترس است. هزينه تلفن تنها در صورت استفاده از تلفن محاسبه مي‌شود و ربطي به استفاده از خط ADSL ندارد.
DSL چيست
محبوب‌ترين تکنولوژي باند پهن در جهان يعني DSL بيش از ۳۰ ميليون مشترک تا پايان بهار ۲۰۰۴ به کاربران اينترنت افزوده و تعداد بهره‌مندان جهاني را به ۷۸ ميليون در کل رسانده که اين رشد بيش از دو برابر ديگر روش‌هاي متکي بر پهناي باند بوده است. تکنولوژي DSL يکي از انواع انتقال پرسرعت بوده است که با تلفن معمولي شما را قادر مي‌سازد تا ضمن دسترسي به اينترنت پرسرعت از امکان دريافت صدا و تصوير با کيفيت بالا استفاده کنيد. نوع ديگر همين تکنولوژي ADSL است که يکي از انواع فن آوري DSL است، که در اين روش سيستمهاي سخت‌افزاري ويژه (DSLAM) بايد در پستهاي مراکز مخابراتي نصب گردند. پس از نصب اين سيستمها و با استفاده از کابل‌هاي تلفن، سرويس قابل راه‌اندازي مي‌شود، بدين لحاظ از نظر هزينه براي دولت و مصرف‌کننده بسيار قابل قبول است. زيرا هزينه کابل‌کشي مجدد به هيچيک از طرفين تحميل نمي‌شود. مصرف‌‌کننده اين سرويس تنها به يک مودم ADSL احتياج دارد.
DSL چگونه کار مي‌کند
با استفاده از زوج سيمهاي مخابرات براي تلفن خانگي ما تنها از يک پانصدم امکانات بالقوه اين سيمها استفاده مي‌کنيم و مابقي بلااستفاده مي‌ماند. ADSL پهناي باند ۱.۱ مگاهرتزي خطوط مسي را به کانال هاي ۴ کيلوهرتزي تقسيم مي کند و آخرين کانال را جهت ارسال صدا و فاکس معمولي تخصيص مي دهد و ۲۵۶ کانال ديگر را براي انتقال دو طرفه اطلاعات استفاده مي کند; به اين ترتيب که ۶۴ کانال را براي خط ارسال اطلاعات و ۱۲۸ کانال ديگر را جهت دريافت اطلاعات استفاده مي کند. در بهترين حالت اگر ۱۹۲ کانال ۴ کيلو هرتزي موجود را استفاده کند، در تئوري سرعت بايد به حدود ۹ مگابيت در ثانيه برسد.در حال حاضر سرعت خطوط ADSL در بهترين حالت ۲ مگابيت در ثانيه مي باشد.در عمل، اين خطوط اطلاعات زنجيره وار ديجيتال را به اطلاعات پارالل در دو سر انتقال اطلاع تبديل مي کنند. دقيقا مشابه کاري که در مودم هاي خطوط عادي انجام مي شود.
سرعت انتقال اطلاعات در محدوده ذکر شده به عواملي از جمله فاصله ارتباطي و نوع سيم استفاده شده بستگي دارد.حال با استفاده از سخت‌افزارهايي که بتوانند داده‌ها را فشرده‌سازي، ارسال و دريافت نمايند مي‌توانيم اين قابليت بلااستفاده را هم به کار بگيريم. يکي از اين سخت‌افزارها در پست مخابرات نصب و ديگري در محل استفاده‌کننده نصب مي‌شود. ارتباط از طريق سيم تلفن قبلي شما برقرار مي‌شود بدون اينکه اختلالي در ارتباطات تلفني بوجود آيد. حالا به شرط اينکه مودم هميشه به خط وصل و روشن باشد ارتباط شما با اينترنت هميشه برقرار خواهد بود در عين حال اينکار براي مکالمات تلفني مشکلي پيش نمي‌آورد.
برتري‌هاي فني DSL
اتصال دائم و بي‌وقفه و مطمئن به شبکه مخابرات و شبکه جهاني اينترنت برقرار است – هزينه ثابت ماهانه بدون هزينه نصب (کمتر از ۴۰۰۰۰۰ ريال براي ۲۵۶Kbps )[ حجم ارسال و دريافت محدوده و هزينه اي ندارد ] – تجهيزات تحويلي به مشتري رايگان است – فاصله زمان درخواست تا تحويل سيستم کوتاه مي‌شود – از حداقل تجهيزات در محل کار يا خانه استفاده مي‌شود – سرعت سيستم به قدري بالا خواهد بود که سرويس‌هاي ديگر اينترنت نيز مانند صوت و تصوير متحرک، براي استفاده در دسترس خواهند بود – نياز به کابل‌کشي مجدد نيست – مي توان بيش از يک نفر از هر اتصال استفاده نمود- در شرايط ايده‌آل (نبود نويز بر روي سيمها، فاصله کم تا مرکز مخابراتي) حداکثر سرعت دريافت ۸Mbps و سرعت ارسال ۱Mbps خواهد بود – اداره و کنترل کارهاي چنين اتصالي نيز به سادگي همان کاري است که با تلفن منزل انجام مي‌دهيم _ به علت سرعت بالا (دريافت و ارسال) امکان برقراري جلسات و سمينارهاي مجازي با سهولت ميسر است – بازشدن راه براي انجام پروژه‌هايي مانند دولت الکترونيک، پزشکي الکترونيک، آموزش سمعي بصري الکترونيک، شبکه اختصاصي الکترونيک و مجموعه وسيعي از ديگر کاربردهاي الکترونيک – مسافت ۸/۱ کيلومتري تحت پوشش شبکه براي تامين سرعت ۸ Mbps – ارائه انواع سرويس‌هاي مختلف براساس بستر شبکه DSL مانند VODSL، Video on demand، VOIP.

 

 

آنتن های هوشمند

 

آنتن های هوشمند

امروزه كوشش های پیگیرانه ای در جهت استفاده هرچه بیشتر از امواج به جای سیم ها در دنیای كامپیوتر در حال انجام است كه برخی از آنها به نتیجه مطلوب رسیده ولی برخی هنوز در مراحل آزمایشی و تحقیقاتی قرار دارند. ارتباطات ماهواره ای از طریق آنتن های عادی دریافت و ارسال (send&receive) یكی از نمونه های برجسته و بسیار كارا در این زمینه است كه استفاده موفقیت آمیز از آن اكنون معمول گشته است. با این حال تكنیك های پیشرفته تری نیز در راه هستند كه از آن جمله است به كارگیری آنتن های هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتی و به خصوص انتقال داده ها. اما آنتن هوشمند چیست و چه كاربردی دارد و گذشته از آن، آیا به راستی «آنتن» می تواند «هوشمند»باشد؟

 

برای اینكه نسبت به سیستم آنتن هوشمند یك دید اولیه پیدا كنید، چشمانتان را ببندید و سعی كنید در حالی كه یكی از دوستانتان در اطراف اتاق حركت می كند با او صحبت كنید. درمی یابید كه می توانید محل وی را (یا چند نفر را) بدون دیدنشان در اتاق تشخیص دهید. مهمترین علت آن عبارت است از آنكه: صدای شخصی را كه صحبت می كند از طریق دو گوشتان، كه سنسورهای صدای شما محسوب می شوند، می شنوید. صدا در دو زمان مختلف به گوش شما می رسد. مغز شما كه یك پردازشگر سیگنال حرفه ای است، محاسبات زیادی را انجام می دهد تا همبستگی اطلاعات را با هم پیدا كرده و محل شخص صحبت كننده را پیدا نماید. مغز شما همچنین توان سیگنال صدای دریافتی از دو گوش را با هم جمع می كند. بنابراین صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهای دیگر دریافت خواهید كرد. سیستم های آنتن تطبیقی هم همین كار را انجام می دهند، كه در آن به جای گوش از آنتن استفاده شده است. ولی فرق این دو در آن است كه آنتن ها، دستگاه هایی دوطرفه هستند و می توانند سیگنالی را در همان جهت كه سیگنال اول دریافت كرده اند بفرستند. بنابراین با استفاده از «چند» آنتن می توان سیگنال را «چند» بار قوی تر دریافت و ارسال كرد.
نكته بعدی اینكه اگر چند نفر با هم صحبت كنند، مغز شما می تواند تداخل را حذف كرده و در یك زمان خاص روی یك مكالمه خاص تمركز كند. سیستم های ارائه تطبیقی پیشرفته هم می توانند بین سیگنال مورد نظر و سیگنال های ناخواسته تفاوت قائل شوند.
اكنون به تعریف آنتن هوشمند نزدیك می شویم: یك سیستم آنتن هوشمند از چند المان با قابلیت پردازش سیگنال استفاده می كند تا تشعشع و یا دریافت را در پاسخ به محیطی كه سیگنال در آن وجود دارد بهینه نماید.

� نقش آنتن در یك سیستم مخابراتی
آنتن در سیستم های مخابراتی بیشتر از تمام بخش های دیگر از معرض دید دور مانده است. آنتن دریچه ای است كه انرژی فركانسی رادیویی را از فرستنده به دنیای خارج و از دنیای خارج به گیرنده كوپل می كند. روشی كه طی آن انرژی به فضای اطراف توزیع و از آن دریافت می شود اثری بسیار جدی روی استفاده موثر از طیف، برقراری شبكه های جدید و كیفیت سرویس ایجاد شده از این شبكه ها دارد. به طور كلی دو نوع آنتن داریم: آنتن همه جهتی و آنتن یك جهتی.

� آنتن های همه جهتی
از روزهای اولی كه ارتباط بدون سیم شروع شد، از آنتن همه جهتی استفاده می شد كه این آنتن در همه جهات سیگنال را به خوبی دریافت و منتشر می كند. الگوی این آنتن همه جهتی شبیه به قطرات آب است كه پس از برخورد یك جسم به آب، از سطح آب خارج می شوند. در این نوع آنتن به علت این كه اطلاعاتی از محل قرار گرفتن كاربرها در دست نیست، سیگنال پراكنده می شود و تنها درصد كوچكی از سیگنال به هر كاربر می رسد.
با وجود این محدودیت روش های همه جهتی سعی می كنند این مشكل را با زیاد كردن توان تشعشعی سیگنال های ارسال شده رفع نمایند. در صورت وجود چند كاربر (یا چند منبع تداخل) مشكلات زیادی ایجاد می شود زیرا سیگنال هایی كه به كاربر مورد نظر نرسند برای كاربران دیگر كه به عنوان مثال در سیستم سلولی در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ایجاد می كنند. روش های همه جهتی راندمان طیف را كم كرده و استفاده مجدد از فركانس را محدود می كنند. این محدودیت ها باعث می شود كه طراحان شبكه دائماً مجبور به اصلاح شبكه با هزینه های گران باشند. در سال های اخیر محدودیت های تكنولوژی در مورد كیفیت، ظرفیت و پوشش سیستم های بی سیم باعث ایجاد تغییرات در طراحی و قوانین آنتن در سیستم های بی سیم شده است.

� آنتن های یك جهتی
یك تك آنتن نیز می تواند طوری ساخته شود كه در جهات مورد نظر دریافت و ارسال مشخصی داشته باشد. با رشد روزافزون سایت های فرستنده، امروزه بسیاری از سایت ها بخش های مشخصی را به عنوان سلول برای خود انتخاب می كنند. یك ناحیه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زیر ناحیه ۱۲۰ درجه تقسیم و هر یك توسط یك روش انتشاری پوشش داده می شود.
آنتن های هر بخش در یك محدوده مشخص «گین» بیشتری را نسبت به یك آنتن همه جهتی ایجاد می كنند. منظور از گین بهره خود آنتن است و این به بهره های پردازشی كه در سیستم های آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمی شود. با اینكه آنتن های قرار داده شده در هر بخش استفاده از كانال را چند برابر می كنند، ولی كماكان مشكل تداخل بین كانال ها را همانند آنتن های همه جهتی دارند.

� سیستم آنتن هوشمند
در حقیقت، آنتن ها هوشمند نیستند بلكه سیستم آنتن ها هوشمند هستند. عموماً هنگامی كه این سیستم ها در كنار یك ایستگاه پایه قرار می گیرند، آنتن هوشمند از یك ارائه آنتنی با قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال برای ارسال و دریافت سیگنال به صورت حساس و تطبیقی استفاده می كند. به عبارت دیگر، چنین سیستمی می تواند به صورت اتوماتیك جهت الگو تشعشعی را در پاسخ به محیط سیگنال تغییر دهد. این مسئله به طرز شگفت انگیزی مشخصه سیستم بی سیم را بهبود می بخشد.

� علت هوشمندی این نوع آنتن ها
در مكان هایی كه تعداد كاربر، تداخل و پیچیدگی انتشار زیاد می شود، به سیستم های آنتن هوشمند نیاز خواهد بود. هوشمندی سیستم ها به امكانات آنها برای پردازش سیگنال دیجیتال برمی گردد. مانند اكثر پیشرفت های مدرنی كه در صنایع الكترونیك امروزی صورت گرفته است، فرمت دیجیتال از جهت دقت و انعطاف پذیری كاركرد چند مزیت دارد. سیستم های آنتن هوشمند سیگنال های آنالوگ (نظیر صوت) را گرفته و به سیگنال های دیجیتال تبدیل و برای ارسال مدوله می كنند و در سمت دیگر دوباره آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل می نمایند. در سیستم های آنتن هوشمند این قابلیت پردازش سیگنال با تكنیك های پیشرفته (الگوریتم ها) تركیب شده و برای اداره وضعیت های پیچیده استفاده می شوند.

� اهداف و مزایای یك سیستم آنتن هوشمند
دو هدف سیستم آنتن هوشمند، افزایش كیفیت سیگنال سیستم های رادیویی و افزایش ظرفیت از طریق افزایش استفاده مجدد از فركانس صورت می گیرد. گین سیگنال، ورودی چند آنتن با هم تركیب می شود تا توان موجود برای برقراری سطح پوشش مورد نظر بهینه شود.
متمركز كردن انرژی فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرویس دهی و پوشش ایستگاه پایه را افزایش می دهد. مصرف توان كمتر عمر باتری را بیشتر كرده و تلفن همراه را كوچك تر و سبك تر می كنند. مقاومت در برابر تداخل و نسبت سیگنال به تداخل را افزایش می دهند. هزینه كمتر برای تقویت كننده، مصرف توان و قابلیت اطمینان بیشتری را ایجاد خواهد كرد.

� كاربرد تكنولوژی آنتن هوشمند
تكنولوژی آنتن هوشمند می تواند به نحو موثری عملكرد سیستم بی سیم را بهبود بخشد و از نظر اقتصادی نیز بسیار به صرفه است. این تكنولوژی كاربران كامپیوترها، سیستم های سلولی و شبكه های حلقه محلی بی سیم را قادر می سازد كه كیفیت سیگنال، ظرفیت سیستم و پوشش را بسیار بالا ببرند. كاربران معمولاً در زمان های مختلف، به درصدهای مختلفی از كیفیت، ظرفیت و پوشش نیاز دارند. در اصل سیستم هایی كه از نظر ساختار به راحتی قابل تغییر باشند، در دراز مدت بهترین و به صرفه ترین راه حل ها محسوب می شوند.
سیستم های آنتن هوشمند با اندكی تغییر، در تمام استانداردها و پروتكل های بی سیم قابل اعمال هستند.
قابلیت انعطاف آنتن هوشمند تطبیقی اجازه خلق محصولات و خدمات بسیار سطح بالایی را می دهد. آنتن های تطبیقی هوشمند به هیچ نوع مدولاسیون یا پروتكل برقراری ارتباط هوایی محدود نیستند. این سیستم ها با تمام روش های مدولاسیون فعلی سازگار هستند. احتمالاً طیف بسیار وسیعی از سیستم های ارتباطی بدون سیم از مزایای پردازش مكانی برخوردار می شوند، مثلاً سیستم های سلولی با قابلیت تحرك بالا، سیستم های سلولی با قابلیت تحرك كم، كاربردهای حلقه محلی بدون سیم، مخابرات ماهوراه ای و Lan های بدون سیم و به ویژه اینترنت بی سیم برای كامپیوترهای قابل حمل. باور بسیاری براین است كه پردازش مكانی، جای تمام روش های موجود برای سیستم های بی سیم را خواهد گرفت.

 

 

 

 

 

معرفي تكنولوژي آنتن‌هاي هوشمند در شبكه‌هاي بدون سيم (استفادة بهينه از باند فركانسي)

در سال‌هاي اخير، تقاضا براي استفاده از شبكه‌هاي مخابراتي بدون سيم رشد فزاينده‌اي داشته است. اين افزايش تقاضا، در نسل دوم و سوم شبكه‌هاي بدون سيم بيشتر مشاهده مي‌شود و ممكن است در آيندة نزديك به يك مشكل جدي منجر شود؛ اين مشكل جدي چيزي نيست جز پر شدن باند فركانسي. تكنولوژي آنتن‌هاي هوشمند، مرحلة جديدي از نبرد همه‌جانبه با اين مشكل جدي و استفادة بهينه از باند فركانسي و افزايش ظرفيت در شبكه‌هاي مخابراتي است. در نوشتار حاضر، به معرفي اين تكنولوژي خواهيم پرداخت:

آنتن‌هاي هوشمند از گذشته‌هاي دور

به طور معمول، كلمة آنتن به يك وسيلة مكانيكي اطلاق مي‌شود كه امواج الكترومغناطيسي را به جريان الكتريكي و بالعكس تبديل مي‌كند و ما آن را بيشتر به عنوان يك تشعشع‌كننده مي‌شناسيم. اما در مبحث آنتن‌هاي هوشمند، كلمة آنتن مفهوم جامع‌تري دارد و شامل يك فرستنده و گيرندة كامل است.


تئوري آنتن‌هاي هوشمند يا تطبيقي، موضوع جديدي نيست و از اين آنتن‌ها سال‌ها در جنگ‌هاي الكترونيك استفاده مي‌شده است؛ اولين استفادة عملي از آن به جنگ جهاني دوم (1940) بر مي‌گردد.

در صنايع نظامي نياز است كه يك هدف را كه با سرعت زياد حركت مي‌كند، رديابي كنند. از آنجا كه ثابت زماني گردش مكانيكي آنتن به علت اينرسي زياد آن، خيلي زياد است، نمي‌تواند با ثابت زماني مدارات الكترونيكي گيرنده و فرستندة آنتن منطبق شود و به همين دليل، سرعت رديابي به شدت كند مي‌شود. در نتيجه، اين ايده مطرح شد كه فضا را با چرخش الكترونيكي راستاي ديد آنتن جاروب كنند.

مراحل رسيدن به آنتن‌هاي هوشمند فعلي را مي‌توان به صورت زير بيان كرد:

نوع اول) adaptive null steering smart antenna

نوع دوم) phased array smart antenna

نوع سوم) switched beam smart antenna

استفاده از آنتن‌هاي هوشمند نوع اول و دوم در صنايع مخابراتي بسيار پر‌هزينه است و براي پياده‌سازي آن در شبكه‌هاي سلولي امروزي، بايد تغييرات گسترده‌اي در ساختار اين شبكه‌ها ايجاد گردد. علاوه بر اين، به علت زياد بودن تعداد كاربران و نيز اثرات تضعيف مختلف، بهرة آنها بسيار محدود است. ولي استفاده از آنتن‌هاي هوشمند نوع سوم، به تغييرات گسترده در شبكة سيار سلولي حاضر نياز ندارد. همچنين، با استفاده از الگوريتم‌هاي مناسب مي‌توان بهرة آنها را تا حد مطلوب بهبود بخشيد.

در ساده‌ترين بيان، آنتن هوشمند آنتني است كه پترن (pattern) آن ثابت نبوده و آن را با شرايط فعلي راديويي (موقعيت مشترك) تطبيق مي‌دهد.

لزوم استفاده از آنتن‌هاي هوشمند

از آنجاييكه براي طراحي شبكه‌هاي امروزي، تمام تلاش‌ها روي بهينه‌سازي روش‌هاي مدولاسيون، كدينگ و استانداردها متمركز بوده‌است، به تكنولوژي‌هاي مرتبط با آنتن توجه كمتري شده‌است؛ در حاليكه براي رفع نياز‌هاي شبكه‌هاي سلولي آينده بايد آنها را تا حد ممكن هوشمند طراحي كرد. در همين راستا، عمدة توجهات روي فيلتر كردن فضا متمركز شده است. فيلتر كردن در حوزة فضا، بين كاربرهايي كه از يك كانال راديويي مشترك استفاده مي‌كنند، تمايز ايجاد مي‌كند و در نتيجه مي‌توان از فضا به عنوان يك روش دستيابي (access) در تركيب با روش‌هاي دستيابي كنوني نظير FDMA، TDMA و CDMA استفاده كرد. ذكر اين نكته لازم است كه در اينجا منظور از كانال، فركانس كارير، شيار زماني و كد است. در واقع آنتن هوشمند مي‌تواند كاربرهايي را كه فركانس، شيار زماني و كد آنها يكي است، از هم تشخيص دهد.

آغاز تحقيقات گسترده براي استفادة تجاري از آنتن‌هاي هوشمند، به سال 1994 بر مي‌گردد. اين مساله ممكن است اين سوال را مطرح سازد كه چرا با اين همه تأخير به فكر استفاده از آنتن‌هاي هوشمند افتاده‌ايم و نه مثلاً بيست سال پيش؟ در پاسخ به اين پرسش بايد به دو نكته توجه كرد:

1– در حال حاضر نياز شديدي به افزايش ظرفيت در شبكه‌هاي مخابراتي وجود دارد؛ در حاليكه در گذشته چنين نبوده است.

2- امروزه پردازنده‌هايي با سرعت‌هاي فوق‌العاده بالا و قيمت مناسب ارائه شده‌است؛ در حاليكه در گذشته از اين امكان برخوردار نبوديم.

طبقه‌بندي آنتن هوشمند

بسته به اينكه آنتن‌هاي هوشمند بيم خود را چگونه توليد مي‌كنند، مي‌توان آنها را به سه دسته تقسيم كرد. اين تقسيم‌بندي در واقع يك سطح هوشمندي به اين آنتن‌ها تخصيص مي‌دهد:

1- switching beam or switching lobe smart antenna )SBA)

در اين روش، آنتن هوشمند تعداد محدودي بيم در اختيار دارد و بسته به موقعيت مشترك، بيمي را انتخاب مي‌كند كه بيشترين مقدار "نسبت سيگنال به نويز ( SNR )" را داشته باشد. بدين‌ترتيب، توان سيگنال دريافتي افزايش مي‌يابد. اين آنتن به سادگي قابل پياده‌سازي بوده و هم‌اكنون تلاش‌هاي زيادي جهت استفاده از آن در نسل دوم و سوم شبكه‌هاي مخابراتي در حال انجام است.

2- tracking beam or dynamically phased array smart antenna )TBA)

در اين روش كه به نوعي تعميم روش قبلي است، با در نظر گرفتن "جهت سيگنال دريافتي از مشترك (DoA) " مي‌توان مشترك را در محدودة سلول توسط يك بيم رديابي كرد. اين روش باعث بهبود توان سيگنال دريافتي مي‌شود.

در يك آنتن آرايه‌فازي، در تغذية هر آرايه از يك شيفت‌دهندة فاز استفاده مي‌شود؛ در نتيجه بين هر دو آرايه يك اختلاف فاز به وجود مي‌آيد كه ميزان چرخش بيم آنتن را تعيين مي‌كند. با در نظر گرفتن اختلاف فاز بين دو سيگنال دريافتي از دو آراية مجاور، مي‌توان جهت مشترك را تخمين زد.

3 - optimum combining or adaptive array smart antenna

در اين روش از همان الگوريتم DoA براي دريافت سيگنال‌هاي تداخلي استفاده مي‌شود. اما در گيرنده با ضرب كردن اين سيگنال‌ها در توابع وزن مناسب، مي‌توان بيم آنتن را طوري جهت داد كه حداكثر سيگنال دريافت شود. در واقع در اين روش، "نسبت سيگنال به مجموع تداخل و نويز (SINR‌) " بهينه مي‌شود.

در هركدام از روش‌هاي بالا، سيگنال دريافتي از هر المان آرايه در يك بردار وزن ضرب مي‌شود. آنچه كه اين روش‌ها را از هم متمايز مي‌كند، چگونگي محاسبة اين بردار وزن و نيز معيارهاي لازم براي محاسبة آن است.

وقتي كه آنتن هوشمند به يكي از روش‌هاي فوق به كار گرفته شد، مي‌توان يك طبقه‌بندي ديگر نيز بسته به نوع كاربرد براي آن در نظر گرفت:

1 - high sensitivity reciever )HSR)

در اين الگو، آنتن هوشمند فقط در حالت uplink به‌كار مي‌رود. بنابراين مي‌توان با افزايش بهره، حساسيت آن را افزايش داد. اين مفهوم، چيزي غير از همان مفهوم diversity كه در شبكه‌هاي مخابراتي پياده‌سازي شده‌است، نيست .

2- spatial filtering for interference reduction )SFIR)

در اين الگو، از آنتن هوشمند در هر دو جهت uplink و downlink استفاده مي‌شود. در اين حالت بهرة آنتن در هر دو جهت افزايش مي‌يابد. بدين‌ترتيب، به نوعي فضا را فيلتر مي‌كنند.

3- spatial division multiple access )SDMA)

اين روش، آخرين گام در تكامل آنتن‌هاي هوشمند است. به‌طوريكه با استفاده از آن مي‌توان با كاربرهاي زيادي كه از يك كانال مخابراتي مشترك در يك سلول استفاده مي‌كنند به طور همزمان ارتباط برقرار كرد. تنها عامل جداكنندة اين كاربرها زاوية فضايي است. اين روش باعث افزايش ظرفيت روش‌هاي دستيابي قبلي مي‌شود. استفاده از SDMA در سيستم‌هاي نسل دوم كه مبتني بر TDMA ‌ هستند تا حدي مشكل است ولي پيش‌بيني مي‌شود كه در آيندة نزديك، SDMA يك جزء اساسي در سيستم‌هاي مخابراتي نسل سوم مبتني بر CDMA باشد .

فوايد استفاده از آنتن‌هاي هوشمند

افزايش ظرفيت: در نواحي پرجمعيت، تداخل عامل مهم محدودكنندة ظرفيت است. آنتن‌هاي هوشمند به طور همزمان با افزايش سطح سيگنال مفيد دريافتي و كاهش اثر تداخل، SIR را افزايش مي‌دهند.

درسيستم‌هاي ‏CDMA ، تداخل عامل مهمي در محدودكردن ظرفيت محسوب مي‌شود. علت اين امر، عدم دقت در تعامد كدها است. بدين‌ترتيب پيش‌بيني مي‌شود كه بهبود ظرفيت در سيستم CDMA ‌ خيلي بيشتر از ساير روش‌هاي دستيابي باشد. نتايج تجربي براي سيستم CDMA‌ افزايش ظرفيتي از مرتبة 5 و براي سيستم TDMA‌ افزايش ظرفيتي از مرتبة 3 را نشان مي‌دهند.

افزيش محدوة تحت پوشش: در نواحيي كه توزيع جمعيت پراكنده باشد، با توجه به اينكه مي‌توان پ?تِرن آنتن را سمت‌گراتر كرد، با استفاده از سيستم‌هاي هوشمند مي‌توان آنتن‌ها را خيلي دورتر نسبت به هم قرار داد كه اين امر به معني افزايش محدودة تحت پوشش شبكة بدون سيم است.

افزايش عمر باتري: با توجه به اينكه در سيستم SDMA‌ پ?تِرن آنتن سمت‌گراتر مي‌شود، توان ارسالي به گوشي افزايش مي‌يابد و اين مساله باعث افزايش عمر باتري مي‌شود.

اراية سرويس‌هاي جديد: با استفاده از آنتن‌هاي هوشمند، اطلاعات مفيدي دربارة موقعيت مكاني مشتركان در اختيار خواهيم داشت. از اين اطلاعات مي توان جهت اراية سرويس‌هاي جديد به مشتركين بهره جست.

افزايش امنيت مكالمات: از آنجا كه براي استراق سمع يك ارتباط بايد مشترك مزاحم دقيقاً در همان زاوية فضايي كه آنتن BS ، مشترك مورد نظر را مي‌بيند قرار داشته باشد، استراق سمع هنگام استفاده از آنتن‌هاي هوشمند بسيار مشكل است.

كاهش انتشار multi-path : با استفاده از يك بيم باريك در BS ‌ براي ارتباط با مشترك، انتشار multi-path در BS كاهش مي‌يابد. البته اين كاهش انتشار خيلي چشمگير نيست.

هزينه‌ها و معايب استفاده از آنتن‌هاي هوشمند

پيچيدگي تجهيزات فرستنده و گيرنده: با توجه به مباحث قبلي، تجهيزات به‌كاررفته در يك آنتن هوشمند خيلي پيچيده‌تر از آنتن‌هاي فعلي است. علاوه‌بر اين، الگوريتم‌هاي تشكيل بيم نياز به محاسبات پيچيده دارند. به اين معني كه BS ‌هاي آنتن‌هاي هوشمند نياز به پردازنده‌هاي قدرتمند و سريع دارند. در نتيجه، هزينة آنها خيلي بيشتر از BS ‌هاي آنتن‌هاي امروزي است.

پيچيدگي مديريت منابع راديويي: عليرغم آنكه آنتن هوشمند يك تكنولوژي راديويي است، ولي استفاده از آن تقاضاهاي جديدي را از مديريت شبكه، مديريت حركت و مديريت منابع (عملياتي كه عمدتاً در لاية سوم و اندكي در لاية چهارم صورت مي‌گيرند) درخواست مي‌كند كه اين مساله حجم پردازشي را كه مديريت شبكه بايد انجام دهد به‌شدت افزايش مي‌دهد. در نتيجه، مديريت منابع راديويي پيچيده‌تر مي‌شود.

هنگامي كه بايد تماس جديدي برقرار شود و يا تماس فعلي از يك سلول به سلول ديگر handover شود، BS مورد نظر هيچگونه اطلاعاتي از موقعيت فضايي و زاويه‌اي موبايل مورد نظر ندارد. در اين وضع، ابزارهايي جهت يافتن موقعيت موبايل لازم است. اين عمل مي‌تواند بدين طريق صورت گيرد كه در BS ‌ يك بيم به طور دائم فضا را جاروب كند تا ببيند كه آيا مشترك ديگري براي برقراري تماس، درخواست داده است يا نه. اين بيم را اصطلاحا tracking beam مي‌نامند. روش دومي نيز با استفاده از يك سيستم موقعيت‌يابي خارجي نظير GPS وجود دارد. در حالتي‌كه عمل handover لازم باشد، علاوه‌بر روش‌هاي فوق، روش سومي نيز وجود دارد. بدين‌ترتيب كه براي حدس زدن سلولي كه موبايل قصد رفتن به آن را دارد از اطلاعات زاويه‌اي و فضايي موبايل استفاده كنيم .

همانطوريكه كه گفتيم، در سيستم SDMA ، كاربرهاي مختلف در درون يك سلول از يك كانال مخابراتي مشترك استفاده مي‌كنند و تنها زاوية فضايي‌شان باهم فرق دارد. حال اگر بين اين كاربرها تصادم زاويه‌اي رخ دهد، براي اينكه ارتباط ادامه داشته باشد يكي از آنها بايد بلافاصله به كانال ديگري فرستاده شود. اين بدين معني است كه در اين سيستم، علاوه بر آن handover ي كه در سيستم‌هاي قبلي نظير CDMA و TDMA داشتيم به يك intracell handover هم نياز داريم.

بزرگي اندازة فيزيكي: براي اينكه آنتن هوشمند بهرة مطلوب را داشته باشد، نياز به آنتن آرايه‌اي با المان‌هاي زياد داريم. طبق آزمايش‌هاي صورت گرفته، آرايه‌هايي با 6 الي 10 المان براي محيط‌هاي outdoor پيشنهاد مي‌شود. فاصلة اين المان‌ها از هم حدود 4/0 الي 6/0 طول‌موج است. با اين توصيف، يك آنتن آرايه‌اي مشتمل بر 8 المان در فركانس MHz 900 ، حدود m 2/1 و در فركانس GHz 2 ، حدود cm 60 طول دارد. با توجه به تمايل عمومي براي استفاده از BS ‌هايي با ابعاد كوچك كه غير قابل رويت باشند، اين ابعاد خيلي مناسب نمي‌باشند.

 

کنتور برقی

عنوان پروژه:بررسي انواع تجهيزات قطار برقي

فهرست مطالب

عنوان	صفحه
مقدمه	1
انواع پنتوگراف ها و مكانيزم اصلي آنها	2
مدار شكن	3
ترانسفورماتور	4
لكوموتيوهاي AC با موتورهاي كشش DC	6
نحوه عملكرد اينورتر	9
تغذيه DC	10
موتور DC	10
سيم پيچي آرميچر	13
كموتاسيون	15
راه اندازي موتورهاي DC	16
مدار قدرت DC	19
چرا مدار انتقالي لازم است؟	21
سيستم هاي خبردهنده براي ايجاد راه آهن بي خطر	22
منابع و ماخذ	26

مقدمه

استفاده از قطارها و اتوبوسهاي برقي به سبب مزاياي مختلفي از جمله صرفه‌جويي در منابع انرژي، آلوده نكردن محيط زيست و كاهش بار ترافيك مسير درون شهري و بين شهري در كشورهاي مختلف دنيا رشد چشم‌گيري داشته است.

قطارهاي برقي‌جهت تغذيه بار كشش خود از شبكه قدرت محلي استفاده مي‌كنند، چرا كه نصب يك شبكه برق مجزا براي اين منظور از لحاظ اقتصادي قابل توجيه نيست از آنجا كه اين قطارهاي AC يا DC بزرگ و به شدت متغيير با زمان هستند كه معمولا بصورت تك فاز تغذيه مي شوند، عملكرد آنها ولتاژ را دچار عدم تعادل بزرگي مي نمايد كه آن نيز به نوبه خود عملكرد سيستم قدرت را به شدت تحت تاثير قرار مي دهد، بنابراين لازم است كه اين عدم تعادل به نحوي جبران شود. براي بر طرف كردن مشكل عدم تعادل ولتاژ نياز به روشهاي جبران سازي است كه اين روشها شامل استفاده از ترانسفور مرها با اتصالات خاص، كاربرد جبران ساز ايستاي توان راكتيو(SVC) و جبران سازي ايستاي سنكرون (STAT COM) مي باشند كه اين جبران سازها هم نياز به كنترل براي اينكه ولتاژ را متعادل كنند دارند.

موضوع اصلي اين پروژه بررسي تك تك اعضاي برقي تشكيل دهنده قطارهاي برقي و شرح كار آنها مي باشند.

با توجه به شكل 1؛ مشاهده مي كنيم بلوك دياگرام يك لوكوموتيوAC را در شكل مي‌بينيم سيم مشكي كه داري برق AC تك فاز است و به وسيله دستگاهي بنام پنتوگراف اين برق AC تك فاز منتقل مي‌شود به بلوك الكتريكي واگن.

(شكل 1)

انواع پنتوگرافها و مكانيزم اصلي آنها:

3 نوع پنتوگراف وجود دارد.

1- پنتوگراف فالب الماسي: اين پنتوگراف داراي يك نوار است براي اين كه مرتبط كند سيم تغذيه بالاي سر را به پنتوگراف و اين نوار قابل تعويض است در اثر فرسودگي(به خاطر حركت سايشي) اين نوار همچنين قادر است تحمل كند جرقه اي را كه در هنگام جدا شدن نوار با سيم بالايي در طول حركت بوجود مي آيد. (شكل2)

(شكل2 )

اين نوار ثابت است توسط يك قسمتي‌كه ناميده مي‌شود كفشك كلكتوركه در داخل يك قاب قرار دارد.

2- پنتوگراف باز و مجزا: (شكل 3و4) مشكل اساسي پنتوگرافها است نحوه اتصال پيوسته آنها در سرعتهاي خيلي زياد قطار- به همين منظور اتصال پنتوگرافها كنترل مي شود به وسيله فشار هوا در سرعتهاي بالا- همه پنتوگرافها هستند متصل به يك پيستون كه قرار دارد در يك سيلندر و فشار هوا در سيلندر ايجاد مي كند شرايط اتصال مطلوب را.

(شكل 3)

با توجه به شكل 4، مشاهده مي كنيد قسمتهاي مختلف يك پنتوگراف باز و مجزا را كه نوارهاي اتصال پنتوگراف حمايت مي شوند توسط شاخكها و محل قرار گرفتن اين شاخكها در انتهاي هر دو سر نوارهاي اتصال مي باشند. اين شاخكها در مواقع اضطراري همانند ترمز عمل كرد. و همچنين اين شاخكها داراي مجراي هواي فشرده اند تا در مواقعي كه كاهش فشار هواي فشرده داريم آن را جبران كند.

(شكل 4)

3- پنتوگراف بالدار يا شاخه اي: اين پنتوگراف داراي اين مزيت است كه نسبت به دو پنتوگراف قبلي داراي سروصداي كمتري است. منظور از سروصدا همان ساييده شدن سيم با نوار پنتوگراف است.

پنتوگرافها بايد داراي مشخصات زير باشند:

1- هنگامي كه قطار حركت مي كند بايد آن بطور پيوسته با سيم بالايي در حال تماس باشد.

2- آن نبايد به ميزان خيلي زيادي با سيم بالايي ساييده شود با فرسايش آن خيلي زياد شود.

3- مقاومت‌آيروديناميكي(مربوط به بحث‌گاز و‌هوا)‌كمي‌داشته‌باشد- كه‌اين‌بحث مربوط به مكانيك‌است.

    حال كه مفهوم پنتوگراف را فهميديم و انواع آن را ديديم به ادامه شكل 1 توجه كنيد.

Circuit breaker: (مدار شكن)

در اكثر قطارهاي برقي اين قسمت وجود دارد كه براي جدا كردن خط تغذيه از قطار در مواقعي كه :

1-    خط به وجود آمده باشد

2-    براي تعميرات

كه بر دو نوع است:

1-    مدار شكن هواي فشرده

2-    مدار شكن خلا يا VCB

در هر دوي اين مدار شكنها، هوا و خلا مورد استفاده قرار مي گيرند. براي خاموش كردن جرقه حاصل از باز شدن مدار شكن در دو موقعيت بالا.

با توجه به شكل 1 در ادامه سيم پس از مدار شكن به قسمتي بنام ترانسفورماتور اصلي مي رسيم.

ترانسفورماتور:

ترانسفورماتورها شامل سيم پيچ اوليه و ثانويه كه هر دو به دور هسته بسته شده اند و عمل كم و زياد كردن ولتاژ را انجام مي دهند و به همين منظور به آنها ترانسفورماتورهاي كاهنده يا افزاينده گويند. در قطارهاي برقي اين ترانسفورماتور كاهنده است. يعني ولتاژ گرفته شده از سيم بالاي سر به منظور استفاده از موتورهاي AC سه فاز كم مي كند جالب است بدانيم يكي از تفاوتهايي كه بلوك دياگرام AC با بلوك دياگرام DC دارد همين ترانسفورماتور كاهنده است.

حال كه به اين مطلب اشاره شد بهتر است هر دو نوع قطار با راه اندازي AC وdc را شناخته و با هم مقايسه كنيم با توجه به شكل 5و6 مشاهده مي شود كه:

تفاوت AC با DC اين است كه در AC ما داراي ترانسفورماتور يا يك قسمت بنام مبدل اصلي كه شامل اين ورتر و يك سو ساز است ولي در DC شامل فيلتر راكتور و يك اينورتر كه شامل يك خازن هم مي شود هستيم. در DC علاوه بر اينها يك سري خازن و مقاومت براي حفاظت هم وجود دارد. در DC:                   حاصل  است

  كه DC است.

(شكل 5)

(شكل 6)

ترانسفورمر بوست:

نوع ديگري از ترانسفورماتور كه در روي سيم بالاي سر با توجه به شكل 7 قرار گرفته است(از توضيح ادوات ديگر روي شكل به دليل مكانيكي بودن بحث صرفه نظر شده است).

اين ترانسفورماتور باعث افزايش ولتاژ و كاهش تلفات مي شود.

(شكل 7)

قبل از ادامه بحث به 2 سوال پاسخ مي دهيم.

1-  چرا بيشتر از ولتاژ AC به جاي ولتاژ DC استفاده مي شود؟

جواب: با توجه به شكل ولتاژ AC كه در زمانهاي مختلف متغيير و DC كه در زمانهاي مختلف ثابت است، يك علت اين است كه ولتاژ AC از تمام سطح مقطع سيم هادي در همه زمانها استفاده نكرده و اين منجر مي‌شود به سبك‌تر و ارزان‌تر شدن سيستم مورد استفاده از ولتاژ AC . چون سيم هادي سبكتر و ارزانتر مي شود. ولي در DC چون در همه زمانها از تمام مقطع سيم هادي استفاده مي شود، سيم هادي سنگين تر و گرانتر شده و در نتيجه سيستم سنگين تر و گرانتر مي شود.

دليل دوم: كه بدون توضيح گفته مي شود اين است كه در ولتاژ DC نياز بع ريل سوم است

دليل سوم: براي ولتاژ DC نياز به پستهاي تغذيه اي هميشگي است البته ولتاژ AC هم اين پستها را مي‌خواهد ولي براي يك راه آهن متوسط نسبت ولتاژ DC به AC براي داشتن پست 8 به 1 است. با وجود مشكلات ولتاژ DC براي مسيرهاي زياد و در خطوط اصلي از ولتاژ AC و براي مسيرهاي كوتاه و خطوط مترو از ولتاژ DC استفاده مي كنند. مزيت خطوط DC داشتن تلفات كمتر است.

ولتاژ DC مورد استفاده شده حدود 3000 هزار ولت است و ولتاژ AC مورد استفاده شده در حدود 50000 هزار تا 15000 هزار ولت مي باشد.

2-  چرا در حالتيكه موتور با ولتاژ AC قوي تر كار مي كند چرا ما نياز به تبديل AC به DC داريم ؟

جواب: به دليل مسائل اقتصادي نياز داريم برق را از شبكه قدرت محلي گرفته و به دليل حركت قطار و مشكل گرفتن برق از سه فاز، ما فقط به وسيله پنتوگرافها از يك فاز برق گرفته و اين برق AC تك فاز، براي اين كه به مصرف موتور برسد بايد به AC سه فاز تبديل شود و از عمل هيچ قدرتي وجود ندارد كه در يك مرحله AC تك فاز را به AC سه فاز تبديل كند و براي اين كار بايد AC تك فاز به DC و از DC به AC سه فاز برويم.

مي دانيم كه موتورهاي DC كنترل خيلي راحتي دارند و به همين خاطر براي قطارهاي قدرت بالاي تغذيه ACاز موتورهاي DC استفاده مي كنند.

لكوموتيوهاي AC با موتورهاي كشش DC

شكل 8 نشان مي دهد شما تيك كلي از يك لكوموتيو 25KV كيلو ولت AC كه تشكيل شده از پنتوگراف، ترانسفورماتور، مدار شكن، تپ چنجر، ركتيفاير و موتور DC با توجه به توضيحات قبل، ترانسفور مر كاهنده است و مقدار كاهش ولتاژ تا حدي مي باشد كه استفاده از اين ولتاژ و امكان مديريت براي موتورهاي كششي DC فراهم شود. تپ چنجر، روش كاري شبيه به روش كار كنترل مقاومتي مورد استفاده در تحريك DC دارد.

تپ چنجر : سطح جريان به كار برده شده براي موتورها را كنترل مي كند كه اين كار را به وسيله قطع و وصل شدن انجام مي دهد.

ركتيفاير: كه ولتاژ خروجي از تپ چنجر را به dc تبديل مي كند، 2 نمونه از ركتيفايرها پل ديودي و تريستور مي باشد.

(شكل 8)

پل ديودي: نمونه اي از پل ديودي در شكل 9 ديده مي شود در سيكل مثبت، ديودهاي1 و4 روشن و2 و3 خاموش و عسل يكسو سازي را انجام مي دهند و در سيكل منفي ديودهاي2 و3 روشن و1 و4 خاموش و مكانيزم اثر پل ديودي را با توجه به دو شكل پايين بهتر مي توان فهميد.

(شكل 9)

 

 

                   Vm

 

 

 

 

                   Vm

                   

                    +                -

 

              D₁, 4           D₂, 3

                 on                  on

 

تريستور: عملكردي شبيه به ديود دارد و مي توان گفت يك ديود توسعه يافته است و اجازه مي دهد جريان فقط در يك جهت از آن جاري شود و عمل يكسوسازي را با تغيير زاويه آتش اش انجام مي دهد.

شكل 10 نشان مي دهد مدار تحريك براي موتورهاي AC سه فاز (2 موتورAC) اين مدار تشابهات زيادي با شكل 8 دارد. چون موتورهاي AC نياز به راه اندازي ندارند از تپ چنجر استفاده نشده است. همه ادوات با شكل 8 مشابه اند بجز اينورتر كه برق DC را به AC تبديل مي كند. برق DC از ركتيفاير گرفته شده و توسط اينورتر به AC تبديل مي شود.

(شكل 10)

 

 

نحوه عملكرد اينورتر:

همانطور كه در شكل 11 نشان داده شده است، موقعي كه سوئيچ S₁ و S₄ روشن اند وS₂  و S₃ خاموش مثبت E ولت به كار برده مي شود در پيچكهاي موتور، در حالت ديگر موقعي كه S₁ و S₄ خاموش وS₂  و S₃ روشن منفي E ولت در پيچكهاي موتور جاري مي شود.

در حالتي كه ولتاژ جاري نمي شود همه كليدها خاموش اند - هر سوئيچ مي تواند خاموش و روشن شود در هر زمان- براي مثال سوئيچينگ on/off نشان داده شده در شكل 11(a)، يك ولتاژ سينوسي توليد مي كند كه ناميده مي شودAC . ولتاژ متوسط با خط چين نشان داده شده است. همچنين در شكل 11(b)، مشاهده مي كنيم كاهش ولتاژ متوسط به وسيله كنترل سوئيچي و در شكل 11(c)، مشاهده مي كنيم افزايش فركانس ولتاژ را با كنترل سوئيچي.

(شكل 11)

مطلبي كه توضيح آن كمتر از بقيه شد عمل يكسوسازي بود، به همين خاطر تعريف مي كنيم دو سيستم تغذيه اي AC و OC را.

تغذيه AC :

در اين سيستم مطلب جديدي براي توضيح دادن نيست و همان استفاده از ولتاژ AC به طور معمول و متداول است.

 

تغذيه DC :

در اين سيستم با توجه به شكل 12 مشاهده مي كنيم يك پل يكسوساز سيليكوني سه فاز را كه براي تبديل جريان متناوب به DC مورد استفاده قرار مي گيرد. قبلا اين يكسوسازهاي سه فاز داراي سيستم 6 پالس بودند كه آن كاهش مي داد هارمونيك ها را، ولي همچنين شكل موج ولتاژ را هم تغيير مي داد كه باعث كاهش توان مي شد. به منظور كاهش هارمونيكها و بر طرف كردن عيب بالا استفاده شد از ركتيفاير 12 پالس كه در اصل از دو مدار ركتيفاير 6 پالسه با اختلاف فاز ولتاژ ْ30 درجه تشكيل شده كه به صورت سري يا موازي در كنار هم قرار مي گيرند. با توجه به شكل 12 مشاهده مي كنيم قسمتي بنام پست مجزا كه اين قسمت براي از بين بردن افت ولتاژ در هنگامي كه ايستگاهها از هم خيلي دورند، تعبيه شده.

فاصله بين ايستگاه ها در خطوط ارتباطي مترو تقربياً km  5 و در ديگر خطوط تقريباًkm 10 مي باشد.

(شكل 12)

موتور DC:

در قطارهاي برقي از دو نوع موتور استفاده مي شود.

1- موتور DC

2- موتور AC

از موتور DC به خاطر داشتن كنترل دور راحت و مطمئن براي قطارهاي قدرت بالا با تغذيه AC هم استفاده مي شود. ماشينهاي DC از دو قسمت تشكيل شده اند:

1- قسمت ثابت كه استاتور نام دارد.2- قسمت متحرك كه روتور (آرميچر) ناميده مي شود.

سيم پيچ تحريك (ميدان) بر روي استاتور قرار دارد (شكل 13)

(شكل 13)

ماشينDC  از دو قسمت تشكيل شده است. قسمت ثابت كه استاتور نام دارد و قسمت متحرك كه روتور (آرميچر) ناميده مي شود. سيم پيچي تحريك (سيم پيچي ميدان) بر روي استاتور قرار دارد. بر روي آرميچر تيغه‌هاي كموتاتور قرار دارد كه انتهاي‌كلافهاي‌آرميچر بر روي اين تيغه ها لحيم‌مي‌شود. اين تيغه‌هاي كموتاتور توسط دو يا چند جاروبك اتصال كوتاه مي شوند. وقتي آرميچر در ميدان مغناطيسي ناشي از قطبهاي استاتور مي چرخد در سيم پيچي آرميچر ولتاژ متناوبي القا مي شود كه اين ولتاژ متناوب به كمك تيغه هاي كموتاتور و جاروبكها يكسو شده و يك ولتاژ DC توليد خواهد شد.

شكل (14) يك ماشين DC را نشان مي‌دهد كه در آن C_a و C_b تيغه هاي كموتاتور و B₁ و B₂ جاروبكها هستند. سرعت گردش يك ماشين D.C را يا با  نشان ميدهند كه واحد آن  است و يا با n_m نمايش مي دهند كه واحد r.p.m (دور بر دقيقه) مي باشد.

(شكل 14)

رابطه بين اين دو واحد بصورت مقابل است:

 (1)                                                                                          

ولتاژ القا شده در آرميچر برابر است با:

(2)                                                                                                       

كه در آن:

N: تعداد دور كل سيم پيچي آرميچر                               P= تعداد قطبها

a= تعداد مسيرهاي موازي                               : شار ميدان تحريك

: سرعت مكانيكي گردش آرميچر

با تعريف  خواهيم داشت:

(3)                                                                                                                    

اگر Z تعداد كل هاديهاي سيم پيچي آرميچر باشد، آنگاه :

(4)                                                                                                                  

از طرفي چون شار با جريان تحريك مرتبط است مي توان E_a را بصورت تابعي از جريان تحرك نوشت:

(5)                                                                                                 

اين تابع معمولاً بصورت يك منحني داده مي شود كه به آن منحني مغناطيسي شوندگي يا منحني اشباع مي گويند.(شكل 15)

(شكل15)

با توجه به شكل(15) مشاهده مي شود كه رابطه بين If و Ea خطي نيست و اين به دليل اشباع قسمتهاي آهني ماشين است. در بعضي از موارد به جاي منحني مغناطيس شوندگي، رابطه رياضي بين داده If و Ea مي شود. منحني مغناطيس شوندگي يا رابطه رياضي در يك سرعت خاص مي شود و در سرعتهاي ديگر بايستي با استفاده از رابطه (3) جهت يافتن منحني مغناطيس شوندگي و يا رابطه رياضي در سرعت جديد استفاده نمود (با فرض ثابت بودن شار ).

گشتاور در ماشينهاي DC عبارتست از:

(6)                                                                                                   

I_a جريان آرميچر است. گشتاور در ژنراتورهاي D.C گشتاور مخالف و در موتورهاي D.C گشتاور محرك است.

سيم پيچي آرميچر

اگر  زاويه مكانيكي و  زاويه الكتريكي باشد، آنگاه براي يك ماشين p قطب خواهيم داشت:

(7)                                                                                                   

فاصله ميان دو قطب مجاور، گام قطبي يا دهانه قطب ناميده مي شود كه مقدار آن برابر است با:

360 درجه مكانيكي	=180 درجه الكتريكي= يك گام قطبي
p

 (8)

 

فاصله ميان دو لبه هر كلاف را گام كلاف مي‌گويند. اگر گام كلاف با يك گام قطبي برابر بود، سيم پيچي را گام كامل مي گويند و اگر گام كلاف كوچكتر از يك گام قطبي بود، سيم پيچي را گام كوتاه يا گام كسري مي گويند. سيم پيچي ماشينها AC از نوع گام كسري است در حاليكه در ماشينهاي DC از سيم پيچي با گام كامل استفاده مي شود.

سيم پيچيها كلاً به دو نوع ساده و مركب تقسيم مي شوند. اين دو نوع سيم پيچي خو به انواع مختلف تقسيم مي شوند كه متداولترين آنها سيم پيچهاي حلقوي و موجي است. تعداد مسيرهاي موازي در هر يك از اين نوع سيم پيچها بصورت زير است:

سيم پيچي ساده حلقوي (رويهم):

(9)                                                                                                              a = p

سيم پيچي ساده موجي:

(10)                                                                                                  a = 2

سيم پيچي مركب حلقوي:

(11)                                                                                                 

سيم پيچي مركب موجي:

(12)                                                                                                 

كه در آنها p تعداد قطبها و k_w ضريب تركيب سيم پيچي است.

شكل (16) مدل يك موتور سري را در حالت ماندگار نشان مي دهد. روابط حالت ماندگار موتور سري بصورت زير مي باشد:

(شكل16)

(13)                                                                             

(14)                                                                                                

(15)                                                                                              

(16)                                                                                                   

با صرفنظر از اشباع و عكس العمل آرميچر مي توان نوشته:

(17)                                                                                                      

c يك ضريب ثابت است. بنابراين رابطه گشتاور بصورت زير مي‌شود:

(18)                                                                                                 

با توجه به روابط (13) ، (14) ، (17) و (18) رابطه سرعت – گشتاور بصورت زير بيان مي شود:

(19)                                                                            

بنابراين با صرفنظر از اثرات اشباع و عكس العمل آرميچر، مشخصه سرعت- گشتاور بصورت هذلولي است كه در شكل (17) با منحني پر نشان داده شده است.

با در نظر گرفتن اثرات اشباع و عكس العمل آرميچر، گشتاور بيشتري براي جريانهاي زياد مورد نياز است و اين جريانهاي زياد تمايل دارند كه شار فاصله هوايي  ثابتي ايجاد كنند كه در نتيجه گشتاور تقريباً متناسب با I_a باشد  و خواهيم داشت:

(20)                                                                              

بنابراين به ازاي مقدار مشخص گشتاور هنگامي كه شار فاصله هوايي  در اثر اشباع و عكس العمل مغناطيسي آميچر تقريباً ثابت باقي مي ماند مشخصه سرعت- گشتاور به خط صاف نزديك مي شود كه در شكل (18) با منحني خط چين نشان داده شده است.از شكل (18) ديده مي شود كه براي موتور سري كاهش سرعت در اثر افزايش گشتاور بار تقريباً ناچيز است.

(شكل17)

كموتاسيون

كموتاسيون عملي است كه در طي آن يك كلاف آرميچر هنگام عبور از ناحيه اي به ناحيه اي ديگر در روي تيغه هاي كلكتور به وسيله جاروبكها اتصال كوتاه شده و در اثر آن جريان كلاف تغيير جهت مي دهد.

عكس العمل آرميچر

زماني كه جريان در سيم پيچهاي آرميچر برقرار مي شود شاري توليد مي شود كه با شار ميدان اصلي مخالفت مي كند كه به اين پديده عكس العمل آرميچر مي گويند. عكس العمل آرميچر در دو جهت طولي و عرضي است كه عكس العمل طولي باعث كاهش يا افزايش مقدار شار ميدان اصلي(بسته به جهت چرخش جاروبكها درموتور يا ژنراتور)وعكس‌العمل عرضي باعث تغيير شكل ميدان اصلي، اشباع در هسته استاتور و روتور، درست انجام نشدن عمل كموتاسيون و ازدياد تلفات ماشين مي شود.

(شكل18)

با توجه شكل (18) بالا:

عناصر جديد مقاومتها با كنتاكتورهايي هستند (البته در اين شكل مقاومت آرميچر و مقاومت ميدان در داخل آرميچر و ميدان مفروض است)

به مدار شكل (18) بالا كنترل DC مقاومتي گويند. منظور از كنترل مقاومت DC همان راه اندازي موتور با مقاومتهاي راه انداز است.

راه اندازي موتورهاي D.C

در لحظه راه اندازي چون هنوز سرعت صفر است، ولتاژ القايي در موتورها صفر مي باشد. بنابراين:

(21)                                                                                                   

با توجه به اينكه مقدار مقاومت‌آرميچر بسيار ناچيز است، مقدار جريان آرميچر فوق العاده زياد مي شود كه اين امر علاوه بر ضربات شديد مكانيكي كه به شفت موتور وارد مي كند، باعث فرسايش عايقها و سوختن سيم پيچهاي آرميچر مي شود. بنابراين در هنگام راه اندازي بايستي مقدار جريان آرميچر را كاهش داد كه براي اين كار يا از روش كاهش ولتاژ و يا از روش افزودن مقاومت راه انداز استفاده مي شود.

راه اندازي به كمك كاهش ولتاژ وروردي

در اين روش با استفاده از يك اتوترانسفور ولتاژ اوليه اعمالي به موتور را كاهش داده و پس از آنكه موتور سرعت گرفت به آرامي تپ اتوترانسفورماتور را تغيير مي دهند تا ولتاژ نامي به موتور اعمال گردد.

راه اندازي به كمك مقاومت راه انداز

معمولترين روش راه اندازي موتورهاي D.C راه اندازي به كمك مقاومت راه انداز است. در اين روش از يك مقاومت چند پله اي استفاده مي گردد كه در لحظه راه اندازي همه مقاومت راه اندازي و مقدار مقاومت هر پله را مشخص نمود. براي اين منظور شكل 19را در نظر بگيريد كه در آن يك موتور تحريك مستقل توسط مقاومت راه انداز با n پله در حال راه اندازي مي باشد. مي خواهيم پله هاي مقاومت راه انداز را طوري انتخاب نماييم كه جريان راه اندازي بين يك جريان ماكزيمم  و يك جريان مي نيمم  باشد و در طي دوره راه اندازي از اين محدوده خارج نشود.

 

(شكل 19)

اگر كل مقاومت راه انداز R_st باشد آنگاه در لحظه راه اندازي كه همه پله هاي مقاومت راه انداز در مدار است و ولتاژ القايي برابر صفر مي باشد، جريان آرميچر از صفر به  افزايش خواهد يافت:

(22)                                                                             

با استفاده از رابطه (22) مي توان مقدار مقاومت R_st را محاسبه نمود. با افزايش سرعت موتور مقدار ولتاژ القايي به E_a1 افزايش و مقدار جريان آرميچر به  كاهش مي يابد:

(23)                                                                   

با استفاده از رابطه (23) مي توان مقدار ولتاژ القايي E_a1 را محاسبه نمود. اكنون پله اول را از مدار خارج مي كنيم تا جريان دوباره به مقدار  افزايش يابد. اگر مقدار مقاومت راه انداز باقيمانده در مدار را R_st بناميم آنگاه :

(24)                                                                   

با استفاده از رابطه (24) مي توان مقدار مقاومت R_st1 را محاسبه نمود و بدين ترتيب مقدار مقاومت پله اول  از رابطه زير بدست مي آيد:

(25)                                                                                       

با تكرار همين روند مقدار مقاومتهاي پله هاي ديگر نيز بدست مي آيد. تعداد پله هاي مقاومت راه انداز n ، از رابطه زير محاسبه مي شود:

(26)                                                                             

جالب اينجاست كه در هر مرحله كم و زياد شدن مقاومتها صدا و تكان شديدي به خوبي احساس و شنيده مي شود. موقعي كه هيچ مقاومتي در سمت چپ مدار وجود ندارد يعني هم كنتاكتها بسته اند آنگاه موتور با ولتاژ خط كامل به كار برده مي شود.

با توجه به شكل منحني W_m –T در موتور سري  و  در نتيجه جائيكه I_a زياد شود T هم زياد شده و بر عكس.

تا قبل از شروع جنگ جهاني اول تا سال 1914، سرعت قطاهرها به طور دستي تنظيم مي شد ولي پس از آن سرعت قطارها به صورت اتوماتيك به كمك يك رله بسيار سريع بنام رله شياردار تنظيم مي شد.

در شكل 19 مي بينيم يك موتوري را كه اصول كارش مثل موتور شكل 18 است با اين تفاوت كه 3 رله اضافي در آن وجود دارد كه به توضيح اين 3 رله مي پردازيم.

(شكل 18)

(شكل 19)

 

1- رله شياردار

همانطور كه در بالا اشاره شد از اين رله به منظور كنترل موتورهاي DC استفاده مي شود.2 رله ديگر، رله هاي حفاظتي هستند.

2- رله بار زياد

اين رله در بار زياد به خاطر كشيده شدن جريان زياد سوئيچ قدرت را قطع مي كنند تا به موتور صدمه وارد نشود. منظور از جريان زياد، جرياني بيشتر از ماكزيمم جريان طراحي شده موتور است. سوئيچ هاي قدرت يا و به وسيله فرمان راننده باز يا بسته مي شوند و يا به وسيله رله بار زياد باز مي شوند. در ايام قديم يعني سال 1905 به جاي رله بار زياد از فيوز استفاده مي شد.

3- رله نبود ولتاژ

اين رله تلفات قدرت را به هر دليلي در مدار مشخص مي سازد و باعث كنترل موتور به صورت مطمئن و پي‌در‌پي‌مي‌شود. نقش اين رله در لحظه اي كه سرعت قطار كم مي شود و قطار متوقف مي شود و يعني جريان صفر مي شود اين رله باز مي شود تا دوباره قطار به هر دليلي جريان دار نشود در حالتي كه قطار متوقف است.

مدار قدرت DC

شكل 20 و 21 نشان مي دهد، مدار كنترل قدرت تحريك موتور

(شكل 20)

(شكل 21)

سوال: دو موتور سري D.C دو موتور سري D.C در يك قطار برقي، وقتي كه بطور مجزا به ولتاژ V400 وصل مي شوند. جريانهاي يكسان A60 مي كشند ولي يكي با سرعت r.p.m600 و ديگري با سرعت r.p.m700 مي چرخد. مقاومت معادل هر كدام از موتورها 25/0 است. دو موتور از نظر الكتريكي بصورت سري به هم متصل شده و بطور مكانيكي كوپله مي شوند و سپس مجموعه به ولتاژ V400 متصل مي گردد. اگر جريان كشيده شده A60 باشد، سرعت موتورها چقدر خواهد بود؟

جواب: با فرض خطي بودن مدار مغناطيسي موتورها  مي شود، بنابراين:

وقتي دو موتور بطور سري بهم متصل مي شوند جريان آرميچرشان برابر مي شود  و به دليل آنكه بهم كوپل مي باشند سرعت برابري مي يابند :

با توجه به توضيح بالا مي توان گفت در حالتي كه دو موتور با هم سري شوند جريان آرميچرشان با هم برابر مي شود و به دليل اينكه دو موتور به هم كوپل مي شوند سرعت برابر دارند. در اين حالت گشتاور برابر است با مجموع گشتاور دو موتور در حالت كار مجزا كه اين گشتاور مقدار زيادي مي باشد.

با توجه به مطالب گفته شده و دانستن اين مطلب كه در لحظه اي كه قطار متوقف است براي به راه افتادن آن نياز به نيرو(گشتاور) زيادي مي‌باشد به همين دليل از حالت اتصال سري‌دو موتور استفاده مي شود و سپس مرحله به مرحله مقاومتهاي راه انداز را از مدار خارج مي كنيم تا قطار سرعت بگيرد در حالتي كه همه مقاومتهات از مدار خارج شود سرعت قطار به 30 كيلومتر در ساعت مي رسد كه به اين حالت سري كامل گويند.

هنگامي كه قطار به سرعت 30 كيلومتر در ساعت رسيد مدار به حالت مدار انتقالي مي رود و سپس به صورت موازي در مي آيد.

چرا مدار انتقالي لازم است؟

مي دانيم كه براي موتورها يك جريان ماكزيمم و مينيمم طراحي‌شده كه محدوده كار موتور را مشخص مي كند در حالت اتصال موازي مي دانيم جريان I_a برا يدو موتور نصف شده و اگر بلافاصله مدار از سري به موازي تبديل شود به موتورها آسيب وارد مي شود.

مدار انتقال باعث مي شود كه جريان آرميچر در يك زمان بيشتري كم شود و وقتي به موازي تبديل شود به موتور فشار وارد نشود.

وقتي مدار را از سري به انتقالي تبديل كرديم همه مقاومتهاي راه انداز سر جاي اول خودبرگشته و بعد به موازي تبديل مي كنيم و بعد مقاومتهاي راه انداز را از مدار خارج مي كنيم تا به سرعت طراحي شده براي قطار برسيم.

مكانيزم اثر د ر حالت موازي:

تقريباً نصف مي شود.

با توجه به شكل 21 همانطور كه گفتيم، موتور DC به سرعت مطلوب مي رسد در حالت اتصال موازي در زماني كه هيچ مقاومتي در مدار نباشد.

اين كار هم توسط ميدان شنت، شكل 22 انجام مي شود كه در اصل اين مجموعه مدار ايجاد شده در ميدان موتور براي تضعيف جريان جاري شده در ميدان است.

(شكل 22)

عمل تضعيف وقتي صورت مي پذيرد كه مقاومتها قرار بگيرند به صورت موازي با ميدان تضعيف ميدان مراحل گوناگوني دارد كه بستگي دارد به طرح موتور و اهداف خواسته  شده از آن در بعضي از قطارها براي تضعيف ميدان 6 مرحله وجود دارد.

 

در ادامه بحث به سيستمهاي خبر دهنده براي ايجاد راه آهن بي خطر مي پردازد:

قطارها نمي توانند حركت كنند به طور ايمن، بدون در نظر گرفتن دستگاهها و علائم خبر دهنده، در اينجا به توضيح يك وسيله از 4 وسيله زير كه تضمين مي كند امنيت راه آهن را مي پردازيم.

1- سيستمهاي بلوكي

2- سيستمهاي كنترل قطار

3- سيستمهاي كنترلي ترافيك قطار

4- لوازم ارتباطي بي سيم

سيستمهاي بلوكي:

فاصله ترمز كه بستگي دارد به توقف كامل قطار بعد از ترمز، اين فاصله طولاني‌تر است‌نسبت به وسايل نقليه جاده اي، بنابراين قطارها بر اساس فاصله ترمز در قسمتهاي خاص از خط آهن به كار برده مي شوند به هر يك از اين قسمتهاي خاص يك بلوك مي گويند هما طور كه در شكل23مي بينيد جريان ناشي از اتصال كوتاه، براي اين كه بدانيم قطار در آن بلوك وجود دارد استفاده مي شود در شكل 23مشاهده مي كنيم قسمتي از يك مدار الكتريكي خط آهن و نحوه كار آن را.

(شكل 23)

موقعي كه چرخهاي قطار مي گذرند از يك نقطه مشخص و تعيين شده بوسيله چرخها، عمل اتصال كوتاه صورت مي گيرد و جريان الكتريكي ناشي از اتصال كوتاه ممانعت مي كند از عبور قطار ديگر از اين محل و همچنين امكان برگشت قطار هم فراهم مي شود.

يك سيستم بلوكي اتوماتيك مورد استفاده است در :

1- مدارهاي الكتريكي راه آهن براي تعيين اتوماتيك قطارها در بلوكها

2- به منظور كنترل سيگنالها براي هر بلوك.

شكل 24 نشان مي دهد 3 سيگنال موجود را كه ؛

1- قرمز:به منظور توقف‌ناگهاني‌قبل‌ از اينكه قطار وارد بلوك ديگري‌شده و با قطار ديگري برخورد‌كند.

2- زرد: ايجاد شده براي احتياط تا قطار سرعتش از 45 كيلومتر در ساعت و در بعضي قسمتها از 55 كيلومتر در ساعت بيشتر نشود.

3- سبز: به معني اينكه بلوك بعدي راه آهن خلوت است و قطار مي تواند با ماكزيمم سرعت به داخل آن برود.

(شكل 24)

در اين قسمت به توضيح تك تك اجزاء مورد استفاده در قطار برقي به ترتيب حروف الفبا مي پردازيم.

Axle Brush      (جاروبك محوري)

محل گرفتن مجموعه جريان از سيم بالاي سر در حاليكه قطار حركت مي كند.

Battery            (باتري)

همه قطارها نياز دارند به يك باتري براي توليد جريان در لحظه استارت و براي تامين كردن برق مداران ضروري همانند روشني هاي ضروري در هنگامي كه دچار مشكل شده. باتري معمولا متصل است به مدارات كنترل DC براي تامين برق DC آنها.

Bucholz Relay      (رله بوخولس)

اين رله در مدارات خنك كننده روغن در ترانسفورماتورهاي قطار برقي جاي گرفته تا اشكار كند كمي روغن را، در هنگام كمي فشار روغن، اين رله باعث مي شود سيستم قدرت trip بخورد.

Camshaft           (ميل بادامك)

اكثر مدارات قدرت تحريك DC استفاده مي كنند از يك ميل بادامك براي باز يا بسته كردن كنتاكتورهاي كنترل كننده مقاومتي- ميل بادامك به راه مي افتد به وسيله يك موتور الكتريكي يا يك سيلندر بادي.

(DC ثابت  DC متغير : چاپر) Chopper control      

(كنتاكتور)                 Contactor

شبيه به رله است كه به صورت يك كليد راه اندازي از دور براي كنترل مدارات قدرت بالا به كار برده مي‌شود. فرق آن با رله اين‌است كه كنتاكتورها به‌طور طبيعي‌قفل مي‌شوند و با يك واكنش مجزا باز مي‌شوند.

كنتاكتورهاي روشنايي دهنده دو تا مي باشند هر دو هسته را به كار مي اندازند، با يك ولتاژ كم كه يكي كليد را مي بندد و ديگري عمل تريپ را براي نور انجام مي دهد.

Cooling Fans

براي سرد نگه داشتن تريستورها و ديگر سيستم هاي قدرت، در داخل لكوموتيوهاي مدرن قرار گرفته يك سيستم مديريت هوا به طوري كه به صورت الكترونيكي كنترل شده به منظور اينكه همه سيستم در دماي‌طراحي شده ثابت نگه داشته شوند. فن ها قدرت مي گيرند، به وسيله اينورترهاي اضافي كه توليد مي‌كنند برق 3 فاز با ولتاژي در حدود 400 ولت.

(ترمز ديناميكي)        Dynamic Braking

سيستم ترمز يك قطار، مورد استفاده است در تحريك موتورهاي وسايل نقليه به منظور اينكه عمل كنند همانند ژنراتورها براي ايجاد تاثير اثر ترمز- قدرت توليدي در خط ترمز تلف مي شود همانند گرما در روي برد مقاومتها(ترمز رئوستاتيك) يا بوسيله عوض شدن جهت تغذيه تحريك(ترمز بازتوليد) اغلب سيستمهاي باز توليد وقتي كه سيستم تغذيه مورد قبولي در دسترس نباشد همانند ترمز رئوستاتيك داراي برد مقاومت مي شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع و مآخذ:

1-    خلاصه مباحث ماشين هاي الكتريكي، متين مشكين، انشارات پردازش، سال 1383.

2-    سايت راه آهن ايران.

3-    سايت دانشكده راه آهن دانشگاه علم و صنعت.

4-    سايت راه آهن چين.

5-    سايت راه آهن ژاپن.