کتاب های اموزشی برق

کتاب های ای سی . دی سی . مدار های الکترونیکی

    

برای دانلود به ادامه مطالب بروید

ای سی 555

یکی از آی سی های نسبتا مشهور که مولد موج مربعی است و در صنعت الکترونیک کاربد زیادی دارد , آی سی 555 است از این آی سی میتوان در مدار نوسان ساز های مربعی ,در تایمر ها , در مدار های آژیر و غیره استفاده نمود, آی سی 555 به دو صورت SO8 و DIP8 ساخته میشود در شکل زیر نوع شکل آی سی 555 نشان داده شده است.

مدار داخلی آی سی از نظر بلوکی به صورت شکل زیر است .








شماره و نام پایه های آی سی 555 در زیر آمده است:

شماره پایه	نام پایه	معادل انگلیسی پایه	عملکرد پایه
1	مشترک یا زمین	GND	پایه یا پایه مشترک آی سی
2	راه انداز	TRIGGER	ولتاژ این پایه سطح خروجی آیسی را در پایین یا بالا تعیین میکند.
3	خروجی	OUT PUT	از این پایه سیگنال خروجی آی سی در یافت میشود
4	تنظیم دوباره	RESET	از طریق اینپایه میتوان اثر فرمان داده شده از پایه 2 را خنثی نمود . اگر از این پایه استفاده نشود باید به پایه 8 وصل شود
5	ولتاژکنترل	CONTROL VOLTAGE	از این پایه می توان سطح ولتاژ راه نداز و آستانه را تغییر داد.
6	آستانه	THRESHOLD	از طریق این پایه می توان میزان شارژ خازن C را کنترول نمود
7	تخلیه	DISCHARGE	تخلیه خازن C از طریق این پایه انجام میگیرد.
8	تغذیه مثبت یا vcc	VCC	محل اتصال تغذیه , که بین 5 تا 15 ولت است.

حسگر ها

زوج حسگر مافوق صوت

حسگر یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی می باشند. انتخاب درست حسگرها تأثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ربات دارد. بسته به نوع اطلاعاتی که ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود:  

–        فاصله

–         رنگ

–         نور

–         صدا

–        حرکت و لرزش

–         دما

–         دود

–         و...

 

اما چرا از حسگرها استفاده می کنیم ؟ همانطور که در ابتدای این گفتار اشاره شد حسگرها اطلاعات مورد نیاز ربات را در اختیار آن قرار می دهند و کمیتهای فیزیکی یا شیمیایی موردنظر را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کنند.مزایای سیگنالهای الکتریکی را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:

            –       پردازش راحتتر و ارزانتر

            –         انتقال آسان

            –         دقت بالا

            –         سرعت بالا

            –         و...

حسگرهای مورد استفاده در رباتیک: 

در یک دسته بندی کلی حسگرهای مورد استفاده در رباتها را می توان در یک دسته خلاصه کرد: 

  –     حسگرهای تماسی ( Contact ) 
مهمترین کاربردهای این حسگرها به این شرح می باشد: 

 –      آشکارسازی تماس دو جسم

 –      اندازه گیری نیروها و گشتاورهایی که حین حرکت ربات بین اجزای مختلف آن ایجاد می شود .

در شکل یک میکرو سوئیچ یا حسگر تماسی نشان داده شده است. در صورت برخورد تیغه فلزی به مانع و فشرده شدن کلید زیر تیغه همانند قطع و وصل شدن یک کلید ولتاŽ خروجی سوئیچ تغییر می کند.

  –  حسگرهای هم جواری (Proximity  )

آشکارسازی اشیا نزدیک به روبات مهمترین کاربرد این حسگرها می باشد.
انواع مختلفی از حسگرهای هم جواری در بازار موجود است از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

–        القایی

–         اثرهال

–        خازنی

–        اولتراسونیک

–        نوری

–    حسگرهای دوربرد ( Far away)

کاربرد اصلی این حسگرها به شرح زیر می باشد:

              –       فاصله سنج (لیزو و اولتراسونیک)
              –        بینایی (دوربینCCD)

در شکل یک زوج گیرنده و فرستنده اولتراسونیک (ماورا صوت) نشان داده شده است. اساس کار این حسگرها بر مبنای پدیده داپلر می باشد.

-  حسگر نوری (گیرنده-فرستنده)
 یکی از پرکاربردترین حسگرهای مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهای نوری هستند. حسگر نوری گیرنده- فرستنده از یک دیود نورانی (فرستنده) و یک ترانزیستور نوری (گیرنده) تشکیل شده است.
خروجی این حسگر در صورتیکه مقابل سطح سفید قرار بگیرد 5 ولت و در صورتی که در مقابل یک سطح تیره قرار گیرد صفر ولت می باشد. البته این وضعیت می تواند در مدلهای مختلف حسگر برعکس باشد. در هر حال این حسگر در مواجهه با دو سطح نوری مختلف ولتاژ متفاوتی تولید می کند.

در زیر یک نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادیر مقاوتهای نشان داده شده در مدلهای متفاوت متغییر است و با مطالعه دیتا شیت آنها می توان مقدار بهینه مقاومت را بدست آورد.

سنسورها

سنسور چیست ؟

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها

1- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

2- کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی

3- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

4- تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری

5- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

6- کنترل تردد: سنسور نوری

7- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

8- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس

سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz کار می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.



عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم Bouncing Noiseایجاد نمی شود.

سنسور چیست ؟

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها

1- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

2- کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی

3- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

4- تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری

5- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

6- کنترل تردد: سنسور نوری

7- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

8- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس

سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz کار می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.



عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم Bouncing Noiseایجاد نمی شود.

کنترل کننده های از راه دور حرارتی مبتنی بر سنسورهای PIR

طراحان از خاصیت اندازه گیری از راه دور سنسورهای PIR استفاده کرده و با استفاده از خروجی "غیر تفاضلی" سنسور برای کنترل حرارت استفاده می کنند. سیگنال خروجی با سیگنال کالیبره شده بر اساس جنس و حرارت دیده شده توسط سنسور، مقایسه می شود. بدون کالیبراسیون PIR فقط می تواند تغییرات دمائی را به ما نشان دهد و نمی تواند دمای حقیقی آن را به ما بدهد.

سنسورهای بیوالکتریکی Biosensors

بیوسنسورها طی سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. بیوسنسورها یا سنسورهای بر پایه مواد بیولوژیکی اکنون گستره ی وسیعی از کاربردها نظیر صنایع دارویی، صنایع خوراکی، علوم محیطی، صنایع نظامی بخصوص شاخه Biowar و ... را شامل میشود.

توسعه بیوسنسورها از 1950 با ساخت الکترود اکسیژن توسط لی لند کلارک در سین سیناتی آمریکا برای اندازه گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این سنسور همچنین بنام سازنده ی آن گاهی الکترود کلارک نیز خوانده میشود. بعداً با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که به اکسیده شدن گلوکز کمک میکرد از این سنسور برای اندازه گیری قند خون استفاده شد. بطور مشابه با پوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست در کنار الکترودی از جنس یون NH4++ بیو سنسوری ساخته شده که میتوانست میزان اوره در خون یا ادرار را اندازه گیری کند. هر کدام از این دو بیوسنسور اولیه از ترنسدیوسر متفاوتی در بخش تبدیل سیگنال خویش استفاده میکردند. در نوع اول میزان قند خون با اندازه گیری جریان الکتریکی تولید شده اندازه گیری میشد (آمپرومتریک) در حالیکه در سنسور اوره اندازه گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی ایجاد شده در الکترودهای سنسور صورت می پذیرفت)پتنشیومتریک Potentiometric(.

ممکن است روزی فرا رسد که بیمار بدون نیاز به مراجعه به پزشک و تنها بر مبنای اطلاعاتی که توسط یک COBD یا Chip-on-Board-Doctor فراهم میشود نوع بیماری تشخیص داده شده و سپس داروهای مورد نیاز مستقیماً درون خون تزریق شود. این مسئله باعث خواهد شد که دوز مصرفی دارو بسیار پایین آمده و ضمناً از میزان اثرات جانبی دارو Side-Effect بطرز فاحشی کاسته شود، چرا که دارو مستقیماً به محل مورد نیاز در بدن ارسال میشود.

کاری که یک بیوسنسور انجام میدهد تبدیل پاسخ بیولوژیکی به یک سیگنال الکتریکی است و شامل دو جزء اصلی: پذیرنده Receptor و آشکارکننده Detector است. قابلیت انتخابگری یک بیوسنسور توسط بخش پذیرنده تعیین میشود. آنزیمها، آنتی بادی ها، و لایه های لیپید (چربی) مثالهای خوبی برای Receptor هستند.

وظیفه دتکتور تبدیل تغییرات فیزیکی یا شیمیایی با تشخیص ماده مورد تجزیه )Analyte( به یک سیگنال الکتریکی است. کاملاً واضح است که دتکتورها قابلیت انتخاب در نوع واکنش صورت گرفته را ندارند. انواع دتکتورهای (یا ترانسدیوسرها یا مبدلها یا آشکارسازها) مورد استفاده در بیوسنسورها شامل: الکتروشیمیایی، نوری، پیزوالکتریک و حرارتی میباشند. در نوع الکتروشیمیای عمل تبدیل به یکی از صورتهای: آمپرومتریک، پتانشیومتریک، و امپدانسی صورت میپذیرد. متداولترین الکترودهای مورد استفاده در نوع پتانشیومتریک شامل: الکترود شیشه ای Glass Electrode، الکترود انتخابگر یونی Ion-Selective، و ترانزیستور اثرمیدان حساس یونی Ion-sensitive FET یا ISFET هستند.

بطورکلی یک بیوسنسور شامل یک سیستم بیولوژیکی ایستا Immobilized نظیر یک دسته سلول، یک آنزیم، و یا یک آنتی بادی و یک وسیله اندازه گیری است. در حضور مولکول معینی سیستم بیولوژیکی باعث تغییر خواص محیط اطراف میشود. وسیله اندازه گیری که به این تغییرات حساس است، سیگنالی متناسب با میزان و یا نوع تغییرات تولید میکند. این سیگنال را سپس میتوان به سیگنالی قابل فهم برای دستگاههای الکترونیکی تبدیل کرد.

مزایای بیوسنسورها بر سایر دستگاههای اندازه گیری موجود را میتوان بطور خلاصه بصورت زیر بیان کرد:

مولکولهای غیرقطبی زیادی در ارگانهای زنده شکل میگیرند که به بیشتر سیستمهای موجود اندازه گیری پاسخ نمی دهند. بیوسنسورها میتوانند این پاسخ را دریافت کنند.

مبنای کار آنها بر اساس سیستم بیولوژیکی ایستا Immobilized تعبیه شده در خود آنهاست، در نتیجه اثرات جانبی بر سایر بافتها ندارند.

کنترل پیوسته و بسیار سریع فعالیتهای متابولیسمی توسط این سنسورهای امکان پذیر است.سنسور تشخیص حرکت بدن انسان PIR

همانطور که میدانید امروزه استفاده از سنسور های تشخیص حرکت رونق بسیار بالایی پیدا کرده ، هم در زمینه های امنیتی و حفاظتی و هم در مسائل صرفه جویی و بهینه سازی ، سنسور های PIR یا PASSIVE INFRA RED سنسورهایی هستند که طول موج Infrared محیط اطراف را دریافت میکنند. در همین زمینه مطالبی به درد بخور و مدارات آماده برای شما دوستان آماده کردم ، همچنین مقاله ای کامل برای ارایه به اساتید موجود میباشد . همچنین به علت کار این سنسور در موج مادون قرمز مقاله ای نیز در زمینه موجهای مادون قرمز در همین مطلب موجود است که اگر از حق نگذریم مقاله ای کامل و بدون عیب و نقصی میباشد .

هر جسمی که دمایش بالاتر از صفر درجه مطلق باشد دارای تشعشعات Infrared یا مادون قرمز میباشد . اما این موج دارای طول موج های مختلف برای درجه حرارتهای متفاوت است . کاری که این سنسور انجام میدهد در واقع دریافت این امواج در رنج بدن انسان و تشخیص آن میباشد . از این سنسور در دستگاه هایی که برای تشخیص حرکت بدن انسان حتی به صورت جزئی استفاده میشود و از نظر دقت و قابلیت اعتماد در سطح بالایی میباشد بدین وسیله شما یک آشکار ساز حرکت دارید که فقط به حرکات بدن انسان حساس است ،

در مسائل امنیتی ، مثل دزدگیرها مفید میباشد و در مسائل مربوط به بهینه سازی مصرف انرژی میتواند بسیار مفید واقع شود . در روبات زیر که تصویر آنرا مشاهده میکنید برای پیدا کردن انسان در محیط های تاریک و فاقد نور کاربرد دارد .

تعریف ترانسدیوسر

یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور فشار پارمتر را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع سنسورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد .

برای درک این مطلب به تفاوتهای میان دو سنسور انداره گیر دما می پردازیم : ترموکوپل و درجه حرارت جیوه ای ، دو نوع سنسور دما هستند که هر دو یک عمل را انجام می دهند ، اما ترموکوپل در سمت خروجی سیگنال الکتریکی ارائه می دهد ، در حالی که درجه حرارت جیوه ای خروجی خود را به شکل تغییرات ارتفاع در جیوه داخلش نشان می دهد .

تعریف ترانسمیتر

ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأ یک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح ماکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپرتولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل شود. ترانسمیترها عمومأ از قطعاتی مثلop-amp برای تقویت و خطی کردن این سطوح ضعیف سیگنال استفاده می کند . سنسورها و ملحقات آنها مثل ترانسدیوسرها را در گروه های بزرگی تحت عنوان ابزار دقیق قرار داده و آنها را بر اساس نوع انرژی قابل استفاده و روشهای تبدیل ، دسته بندی می کنند . سنسورهای فشار

فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه می‌گیرند، عمده‌ترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نامگذاری شده است عبارتند از:

فشارسنج لوله U شکل

فشارسنج مکلئود

فشارسنج جیوه‌ای

فشارسنج ترموکوپل

فشارسنج صوتی

فشارسنج خازنی

فشارسنج گاز ایده‌ال

فشارسنج لوله U شکل

ساده ترین و معروفترین آنها فشار سنج لوله U شکل است که در آن مقداری جیوه در لوله U شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط )هوا که برابر p0 است( و ماده داخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد می‌کند از طریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری می‌شود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را می‌توانیم بدست آوریم: )P = P0 + ρg )h - h0

در رابطه اخیر P فشار و ρ چگالی ماده و P0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه و h ارتفاع ستون مایع در فشار ماده می‌باشد.

فشارسنج جیوه‌ای(Mercury Barometer)

این فشار سنج اساساً از یک لوله خالی از هوا درست شده است که یک طرف آن مسدود و طرف دیگر آن که باز است در ظرف پر از جیوه فرو برده شده است. فشار هوای بیرون ، جیوه را از منبع به سمت داخل لوله می‌راند. جیوه تا حدی که وزن آن در داخل لوله ، دقیقاً معادل نیروی ناشی از فشار هوا گردد در لوله فشار سنج بالا می‌رود و سپس در حالت تبادل و سکون باقی می‌ماند. با تغییر فشار هوا ، سطح جیوه در داخل لوله نیز بالا و پایین خواهد رفت. در شرایط نرمال جیوه به اندازه 92/29 اینچ یا 760 میلیمتر در لوله بالا می‌آید که فشاری معادل 15/1013 میلی بار است. جیوه در داخل لوله فشارسنج به دلیل خاصیت کشش سطحی دارای یک سطح محدب است که هنگام تعیین فشار، باید بالاترین سطح محدب قرائت شود.

فشارسنج فلزی (Aneroid)

فشارسنج فلزی وسیله‌ای است مکانیکی که از یک محفظه قوطی شکل استوانه‌ای بدون هوا تشکیل شده است؛ با تغییر فشار هوا این محفظه منقبظ یا منبسط می‌شود. با یک سیستم نسبتاً پیچیده که مرکب از تعدادی اهرم و قرقره است این تغییرات بزرگ شده و به یک عقربه که بر روی صفحه مدرجی حرکت می‌کند، منتقل می‌شود. یک شاخص متحرک که می‌تواند در یک نقطه ثابت شود بر روی فشار سنج تعبیه شده است تا بتوان تغییرات فشار را نسبت به آخرین قرائت اندازه گیری کرد.

فشار نگار (Barograph)

فشار نگار مشابه فشارسنج فلزی است با این تفاوت که اثر تغییرات فشار در محفظه بدون هوا ، به یک قلم انتقال داده شده و قلم بر روی کاغذی که دور یک استوانه چرخان پیچیده شده است خط پیوسته‌ای را رسم می‌کند. محور عمودی این صفحه بر حسب واحد فشار و محور افقی آن بر حسب زمان مدرج شده است که معمولاً برای هر دو ساعت یک خط وجود دارد. فشار نگارهای دقیقی هم ساخته شده است که قادرند تغییرات فشار را تا یک دهم میلی بار اندازه گیری نمایند، این دستگاهها میکرو باروگراف نامیده شده‌اند.

سنسورها در ربات

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند،

سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

سنسورها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل می‌آید:

a.سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت می‌نمایند

b.سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می‌نمایند.

c.سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می‌شود.

d.سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می‌کنند، به‌ ‌همین دلیل ارزان‌تر، ساده‌تر و دارای کارایی کمتر هستند.

سنسورها از لحاظ فاصله‌ای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند به سه قسمت تقسیم می‌شوند:

•سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند.

i.سنسورهای تشخیص تماس

ii.سنسورهای نیرو-فشار

•سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتما با شی در تماس باشد. عموما این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می‌دهند.

دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:

i.حس کردن استاتیک: در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که صورت می‌گیرد بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد.به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.

ii.حس کردن حلقه بسته: در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا این‌گونه‌اند.

حال از لحاظ کاربردی با نمونه‌هایی از انواع سنسورها در ربات آشنا می‌شویم:

a.سنسورهای بدنه (Body Sensors)
این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار داردفراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این‌که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.

b.سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor)
با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

c.سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors)
شبیه‌سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها در دست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند. مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند. با توجه به این توضیحات می‌توان عملکرد آن‌ها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد: 1- رسیدن به هدف، 2- جلوگیری از برخورد، 3- تشخیص یک شی.

d.سنسورهای گرمایی (Heat Sensors)
یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ای که باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند

e. سنسورهای بویایی( Smell Sensors)
تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می‌شود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسور به محرک‌های محیطی فراهم می‌شود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند.

f.سنسورهای موقعیت مفاصل :
رایج‌ترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders)هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:

i.انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستری BCD Binary Codded Decibleتبدیل می‌شود. این انکدرها به علت سنگینی و گران‌قیمت بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش می‌دهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکان‌ها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می‌شود.

ii.انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست می‌یابند. از روی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی می‌توان جهت چرخش را نیز فهمید. فرض کنید سیگنال‌های A و B و C سه سیگنالی باشند که از کدگشا به کنترل‌کننده ارسال می‌شود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت به A. از روی اختلاف فاز بین این دو می‌توان به جهت چرخش پی برد.

سنسور مادن قرمز بدون حساسیت به نور محیط

این یک سنسور مادون قرمز که نسبت به نور روز حساسیت نداره و با استفاده از یک PLL کار می کنه!

و اما چه جوری کار می کنه این از یه IC استفاده میکنه که دارای یه اوسیلاتور که روی فرکانس KHz 4.5 تنظیم شده این فرکانس توسط یه فرستنده مادون قرمز فرستاده می شه و توسط گیرنده مربوطه گرفته شده و ولتاژ DC اون حذف می شه (که معمولا این ولتاژ متناسب با نور های محیطه) بعد توسط یه Phase Detector با فاز فرستنده مقایسه می شه و اگر برابر بود خروجی صفر می شه وجود یک PLL در مدار باعث می شه که حساسیت مدار به نور های پراکنده جلوگیری می کنه البته برای تنظیم حساسیت می تونین از پتانسیومتر مدار استفاده کنین

از این مدار می تونین هم برای تشخیص وجود یک مانع استفاده کنین و هم برای تشخیص رنگ سیاه از سفید. فرستنده و گیرنده مدار رو می تونین رو بروی هم قرار بدین که با این کار اگر مانعی در بین این دو باشه تشخیص داد می شه و هم می تونین هر دو رو کنار هم قرار بدین البته باید مراقب باشین که نور فرستنده در این حالت مستقیم به گیرنده نرسه و فقط انعکاس اون رو گیرنده در یافت کنه با این کار اگه مانعی رو نزدیک این دو قرار بدین تشخیص داده می شه این فاصله حدود 2 cm که بستگی به رنگ جسم و جنس فرستنده و گیرنده دارد البته می توان آن را با پتانسیومتر مدار کمتر کرد با همین روش می تونین رنگ سیاه رو از سفید تشخیص بدین البته تنظیم پتانسیومتر یادتون نره

حسن این مدار اینه که با کم و زیاد شدن نور تنظیماتتون بهم نمی خوره دیگه بعداز یک ساعت تنظیم بعد که وارد محیط مسابقه شدین که نور دیگه ای داره همه چیز بهم نمی خوره .

حسگرهای مافوق صوت

یکی از مسائل مطرح در رباتیک ایجاد درک نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حرکت است.

از سوی دیگر ممکن است نیاز داشته باشیم که ربات بتواند درکی از فاصله ها بدون تماس فیزیکی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می کنند.فرکانسهای این محدوده را می توان بین 40 کیلو هرتز تا چندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فرکانسها کاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یک مخزن و ....را دارند.

جهت استفاده از این امواج یک سری سنسورهای مخصوص طراحی شده که می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی کرد.سنسورهای غیر صنعتی در فرکانسهایی در حدود 40 کیلو هرتز کار می کنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت کار بالا نبوده و فقط در حد تشخیص یک فاصله یا عمق یک مایع می توان از آنها استفاده کرد.اما بلعکس در سنسورهای صنعتی که در فرکانسهای در حد مگا هرتز کار می کنند و به دلیل همین فرکانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت

مکانیزم کلی کار این سنسورها ، فرستادن یک بیم و دریافت انعکاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت است. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه کرد به همین دلیل این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجود می باشد.

باطری ها

. باتری‌ها از نوعی «حافظه» برخوردار هستند

چنین گفته‌ای به هیچ عنوان صحیح نیست. عده‌ی بسیاری تصور می‌کنند که لازم است باتری دستگاه خود را «تمرین و آموزش» داده تا بتواند از نهایت ظرفیت شارژ خود استفاده کند. برای دستیابی به این مورد، کاربرانی هستند که بصورت منظم یا در بازه‌های زمانی خاصی اقدام به خالی و پر کردن شارژ باتری خود می‌کنند و نیز هیچ‌گاه تا وقتی شارژ دستگاه بیش از 50 درصد باشد آن را به پریز برق متصل نخواهند کرد. تفکر پشت این جریان از این قرار بود که باتری به این شکل نوعی حافظه را رشد خواهد داد که موجب بهینگی عمر آن خواهد شد. اما چنین مساله‌ای صحت ندارد. اگر دستگاه شما 80 درصد هعم شارژ داشته باشد هیچ نگرانی از پر کردن آن نداشته باشید؛ شارژ مکرر هیچ ضرری برای باتری در بر نخواهد داشت.

۲. شارژرهای غیراصل موجب آسیب به باتری می‌شوند

اگرچه برخی شارژرهای غیراصلی از بهینگی لازم برخوردار نیستند، و برخی حتی برای شارژ دستگاه به زمان بیشتری نیاز دارند، اما تا زمانی که به شکل صحیح به کار خود ادامه دهند موجب آسیب به باتری دستگاه نخواهند شد. بنابراین مطمئن باشید خرید شارژر ارزان‌تر برای جایگزینی شارژر اصلی دستگاه کاملا بدون اشکال خواهد بود. البته این مورد در قبال دستگاه‌هایی نظیر Droid Turbo که از فناوری شارژ سریع خاصی بهره می‌برند صادق نیست و هنگام خرید شارژر باید اطمینان حاصل کنید که شارژر مورد نظر، دقیقا برای همین دستگاه تولید شده باشد. در غیر این صورت، خبری از مزیت شارژ 15 دقیقه‌ای که 8 ساعت شما را همراهی می‌کند نخواهد بود.

۳. شارژ گوشی از شب تا صبح موجب آسیب به باتری می‌شود

این مورد نیز کاملا بی اساس است. اغلب گوشی‌های امروزی به اندازه‌ی کافی «هوشمند» هستند که رسیدن باتری به ظرفیت خاص خود را تشخیص داده و از ادامه‌ی شارژ آن جلوگیری کنند. با این حال، می‌توانید با اجرای یک اقدام، عمر باتری دستگاه خود را طولانی‌تر کنید. به جای آنکه گوشی خود را شب‌ها به شارژ زده و هر شب آن را تکرار کنید، سعی کنید شارژ آن را در تمامی اوقات در میان 40 تا 80 درصد نگاه دارید. این مساله با اندکی محاسبه‌ی سیکل باتری، بیشترین عمر ممکن را برای آن تضمین خواهد کرد. بنابراین اگر شارژ باتری از شب تا صبح ضرورتی ندارد، بهتر تلاش کنید روش شارژ شبانه را اجرا نکنید؛ این رویکرد اگرچه موجب آسیب به دستگاه یا باتری نخواهد شد، اما بهینه‌ترین حالت استفاده از سیکل باتری به شمار نمی‌رود.

۴. هنگام شارژ شدن گوشی نباید از آن استفاده کرد

اغلب افراد تصور می‌کنند کار کردن با دستگاه در حین شارژ، اثر منفی بر کیفیت شارژ دریافتی توسط باتری خواهد داشت. اما در صورتی که در حال استفاده از یک شارژر ضعیف و با کیفیت پایین نباشید، این مساله هیچ نزدیکی به حقیقت ندارد. باتری دستگاه شما چه از آن استفاده بکنید و چه نکنید، به گونه‌ای که باید، شارژ خواهد شد. بهتر است از این جهت به جریان فکر کنید: در گوشی‌های هوشمند، تنها دلیلی که می‌توان برای همگام نشدن داده‌ها متصور بود، خاموش بودن دستگاه است. بنابراین حتی زمانی که شما در حال استفاده‌ی مستقیم از دستگاه خود نباشید نیز خود گوشی در حال اجرای وظایف سیستم‌عامل و همگام‌سازی داده‌ها است. بنابراین اگرچه استفاده از گوشی حین شارژ، ممکن است مدت زمان پر شدن باتری را طولانی کند، اما مسلما آسیبی در بر نخواهد داشت.

۵. خاموش کردن گوشی باعث آسیب به باتری می‌شود

حتی ذره‌ای حقیقت در این مورد پیدا نخواهید کرد. البته که اگر دستگاه خود را برای مدت زمان طولانی خاموش بگذارید، باتری آن خالی خواهد شد؛ این جزئی از طبیعت باتری‌ها است. اما خاموش کردن دستگاه بصورت هر از گاهی کاملا بدون ایراد است. شما حتی می‌توانید دستگاه را خاموش کرده و در صورت امکان باتری آن را نیز جدا کنید. در کل هیچ آسیبی به باتری وارد نخواهد شد. در حقیقت در برخی دستگاه‌ها، یک خاموش و روشن کردن ساده می‌تواند تاثیر مثبتی بر عملکرد باتری داشته باشد. این موضوع از نحوه‌ی تعامل سیستم‌عامل با باتری ناشی می‌شود. بنابراین اگرچه دستگاه‌های اندرویدی بدون هیچ مشکلی همواره به عملکرد صحیح خود ادامه خواهند داد، اما هر از گاهی استراحت دادن به آن‌ها ضرری نخواهد داشت.

۶. باید پیش از اولین استفاده، حتما باتری را پر کرد

بسیاری افراد تصور می‌کنند اولین اقدام هنگام خرید یک گوشی هوشمند جدید، شارژ کامل آن تا 100 درصد است. حتی هنوز هم عده‌ای وجود دارند که به شارژ اولیه‌ی 6 ساعته اعتقاد دارند! این مساله کاملا اشتباه بوده و ریشه در نسل قدیم باتری‌ها دارد. به یاد داشته باشید که باتری گوشی‌های هوشمند در حد میان 40 تا 80 درصد بهترین بازدهی را از خود بر جای خواهند گذاشت و از آن‌جا که اغلب گوشی‌ها با شارژ نیمه‌پر وارد بازار می‌شوند، استفاده‌ی بلافاصله از آن‌ها کاملا بدون ایراد خواهد بود. در صورتی که سیستم‌عامل دستگاه درصد باتری را به درستی تشخیص نمی‌دهد، کافیست بصورت عادی مدتی از دستگاه خود کار بکشید. همچنین اگر هنگام خرید دستگاه متوجه شدید شارژ آن زیر 40 درصد است، احتمالا بهترین اقدام تعویض دستگاه خواهد بود چرا که ممکن است باتری دستگاه بسیار قدیمی باشد.

۷. قرار دادن باتری درون فریز موجب افزایش عمر آن می‌شود

در دهه‌ی 80 میلادی، قرار دادن باتری درون فریزر برای مدت کوتاهی به منظور دریافت شارژ بیشتر متداول بود. این رویکرد نه در آن زمان در عمل جوابگو بوده، و نه در دوران حاضر نفعی به حال‌تان خواهد داشت. در حقیقت، باتری‌های Li-Ion در اثر هر دو عامل سرما و گرما آسیب خواهند دید. دمای اتاق همیشه بهترین دما برای باتری گوشی‌های هوشمند است. به یاد داشته باشید که این دستگاه‌ها در عملکرد عادی خود نیز تحت حرارت قرار می‌گیرند، بنابراین نیازی نیست حرارت اضافی بر آن‌ها تحمیل کنید و سرما نیز یکی از دشمنان باتری‌های Li-Ion است.

علاوه بر این، مطمئن شوید دستگاه خود را همیشه در جایی قرار می‌دهید که امکان آمد و شد هوا در آن وجود داشته باشد. بسیاری از افراد بخصوص ورزشکارها، گوشی خود را درون محفظه‌هایی نظیر پلاستیک سر بسته قرار می‌دهند؛ این اقدام برای جلوگیری از ورود رطوبت به درون دستگاه کاربردی خواهد بود اما حبس کردن حرارت درون محفظه، موجب آسیب دیدن گوشی و باتری آن خواهد شد. در هر صورت این اخطار را در ذهن داشته باشید: گرما اثر به مراتب مخرب‌تری در مقابل سرما بر باتری‌ها دارد.

۸. استفاده از اینترنت بیش از هر چیز دیگری باعث تخلیه باتری می‌شود

این مورد نیز حقیقت ندارد. باتری‌خورترین فعالیتی که می‌توان بر روی گوشی هوشمند اجرا کرد، بازی است. موتورهای گرافیکی، غول‌های عظیم تشنه به تخلیه‌ی باتری هستند. در صورتی که زیاد از دستگاه خود برای بازی استفاده می‌کنید، در صورت تمایل برای دوام بیشتر شارژ، تا جایی که می‌شود روشنایی صفحه‌نمایش را پایین بیاورید. اما اگر می‌توانید حین شارژ شدن دستگاه به بازی با حداکثر روشنایی ادامه دهید، هیچ مشکلی دستگاه و باتری آن را تهدید نخواهد کرد.

البته این مورد بستگی مستقیم به نوع استفاده‌ی شما از اینترنت خواهد داشت. اگر در حال تماشای ویدیو در یوتیوب، اجرای بازی‌های آنلاین، یا سایر فعالیت‌های سنگین گرافیکی باشید، باتری ما به سرعت خالی خواهد شد.

۹. خاموش کردن وای‌فای، جی‌پی‌اس و بلوتوث موجب افزایش عمر باتری خواهد شد

باید بدانید که این سرویس‌ها تنها هنگامی موجب خالی شدن باتری دستگاه خواهند شد که در حال استفاده باشند. بنابراین روشن نگاه داشتن بلوتوث در زمانی که از یک دستگاه بلوتوث بهره نمی‌برید، تاثیر منفی بر شارژ دستگاه نخواهد داشت. این مساله در خصوص روشن نگاه داشتن وای‌فای و استفاده نکردن از هیچ شبکه‌ی اینترنتی نیز به همین شکل است. البته این سرویس‌ها در این حالت نیز مقدار ناچیزی انرژی مصرف خواهند کرد اما این مقدار به هیچ عنوان برای اثرگذاری بر مصرف روزمره‌ی دستگاه کافی نخواهد بود. ممکن است سرویس‌هایی در پس پرده از این قابلیت‌ها استفاده کنند اما این حالت در ارتباط با مدیریت دستگاه و اپلیکیشن‌های آن بوده و اگر به شبکه‌ای متصل نباشبد، صرف روشن بودن موارد مذکور موجب کاهش عمر باتری نخواهد شد.اگر واقعا نگران دریافت نهایت انرژی ممکن از باتری دستگاه هستید، توصیه می‌کنیم روشنایی نمایشگر را به حداقل برسانید.

۱۰. برنامه‌های تسک منیجر موجب بهبود عمر باتری می‌شوند

با اینکه عده‌ی بسیاری این گفته را خوشایند نخواهند یافت، اما برنامه‌های جانبی مدیریت وظایف و پاکسازی حافظه هیچ تاثیر مثبتی بر عمر باتری دستگاه شما نخواهند داشت؛ حتی در برخی موارد با کمی دقت متوجه تاثیر منفی آن‌ها نیز خواهید شد. البته این ابزارها قادر هستند پروسه‌ها را در لیست سیاه و سفید قرار داده و از اجرای برخی جلوگیری کنند، اما در نهایت در مقابل سیستم پیش‌فرض دستگاه کمکی به شارژدهی بیشتر آن نخواهند کرد. تمامی سیستم‌عامل‌ها از سیستم مدیریت حافظه بهره می‌برند که بر اساس معیارهای مشخصی، به اجرا و خاتمه‌ی پروسه‌ها می‌پردازد. خالی کردن مکرر حافظه‌ی موقت (رم) فقط باعث بارگزاری مجدد پروسه‌ها توسط سیستم‌عامل و صرف انرژی بیشتر خواهد شد. مطمئن باشید در صورت عدم استفاده از یک برنامه، سیستم‌عامل بصورت خودکار پروسه‌ی مربوط به آن را معلق خواهد کرد، اما برای دسترسی سریع‌تر همچنان آن را در حافظه‌ی موقت نگاه خواهد داشت.

ممکن است مایل باشید برای کنترل بهتر بر روی اپلیکیشن‌ها اقدام به نصب تسک منیجر کنید، اما تصور نکنید اینگونه ابزارها بهتر از ابزار پیش‌فرض دستگاه به بهینه‌سازی مصرف باتری کمک خواهند کرد.

رویکرد بهتر

هر ساله، باتری‌ گوشی‌های هوشمند و نحوه‌ی استفاده‌ی دستگاه‌ها از این باتری‌ها بهبود می‌یابد. اما این سوتفاهم‌ها و افسانه‌ها که برخی قدیمی و برخی کاملا جدید هستند لازم است از میان برداشته شوند. تنها با اندکی ملاحظه، باتری دستگاه شما با بیشترین زمان ظرفیت خود شما را همراهی خواهد کرد. مطالعه‌ی این مقاله‌ نیز برای آشنایی با بهترین شیوه نگهداری از باتری دستگاه‌ها خالی از لطف نخواهد بود. در نهایت باید با این مساله کنار آمد که فناوری باتری‌ها همگام با پیشرفت دیگر زمینه‌ها به جلو حرکت نکرده و هم‌اکنون باتری‌ها به پاشنه آشیل دستگاه‌های هوشمند بدل شده‌اند. این قطعات از عمر و بازدهی محدودی برخوردار بوده و به مرور زمان بهینگی خود را از دست می‌دهند، بنابراین پس از گذشت مدتی، چنان به ضعیف و ضعیف‌تر شدن ادامه خواهند داد که چاره‌ای جز تعویض آن‌ها وجود نخواهد داشت.

تا کنون خبرهای بسیاری در خصوص پیشرفت در تولید نوع جدیدی از باتری‌ها شنیده‌ایم که متاسفانه هیچ‌کدام از شرایط لازم برای رسیدن به مرحله‌ی تجاری‌سازی برخوردار نبوده است. دیدگاه شما در این خصوص چیست؟ نظرات خود را با ما و سایر خوانندگان زومیت به اشتراک بگذارید.

سلول خورشیدی

 

 

رای آشنایی با طرز کار لامپ های زنون؛ ابتدا می بایست با اطلاعاتی در مورد گاز زنون آشنا شوید. به همین منظور مشخصات و خواص این گاز را با هم بررسی می کنیم.

گاز زنون یا گزنون / xenon

گزنون یا زنون عنصر شمارهٔ ۵۴ در جدول تناوبی عناصر است. گازی است بی رنگ ،بی بو و بسیار سنگین. گزنون عنصری با عدد اتمی ۵۴؛ در گروه گازهای بی اثر یا نجیب و در دوره پنجم جدول تناوبی جای دارد . جرم اتمی ۱۳۱٫۳۰؛ ظرفیتها ۲،۴،۶و ۸ . دارای نه ایزتوپ پایدار است. این گاز در سال ۱۸۹۸ در انگلستان توسط William Ramsay (ویلیام رامسای) و Morris Travers (موریس تراورز)بعد از کشف کریپتون و نئون از هوای مایع کشف شد. نام گزنون (xenon)صورت خنثی از واژه یونانی xenos به معنی غریب است و می‌توان آن را به غریبه ترجمه کرد.

گاز زنون به مقدار بسیار کم – یک بخش در ۲۰ میلیون – دراتمسفر زمین وجود دارد. این عنصر را بصورت تجاری از باقی مانده های هوای مایع استخراج می کنند. این گاز نجیب بطور طبیعی در گازهایی که از چشمه های معدنی خارج می شوند دیده می شود.

در لامپ خلا – لامپی که فقط گاز زنون در آن وجود دارد – هنگامیکه این گاز بوسیله تخلیه الکتریکی تحریک شود نور آبی رنگ زیبایی بوجود می آورد.

از این گاز در سطحی وسیع در وسایل تولید نور از قبیل لامپهای باکتری کش ، لامپهای الکترونی ، لامپهای چرخان ، فلاشهای عکاسی و لامپهایی که برای تحریک لیزرهای سرخ تولید کننده نورهم نوسان بکار می روند استفاده می شود.

لامپ های زنون

لامپ‌های هالوژنی که در خودروهای امروزه در بیشتر خودروهای تولید داخل نصب می‌شوند، در مقابل لامپ‌های زنون بسیار ضعیف و ناکارآمد هستند. اگر کمی دقت کنید محصولات خارجی که وارد کشور شده‌اند، همگی اکثراً مجهز به این نوع لامپ‌ها هستند.

اما زنون چگونه کار می‌کند؟ این لامپ‌ها براساس تخلیه شدید بار الکتریکی در یک محفظه گاز زنون آب‌بندی شده و بدون درز، نور تولید می‌کند. وقتی بین دو الکترود، تخلیه بار شده و اشتعال صورت گیرد، نور شدیدی تولید می‌شود. این تخلیه بار الکتریکی یا جهش برق با برق تولیدی خودرو انجام پذیر نیست به همین دلیل باید از قطعه ای استفاده کنیم که بتواند برق خودرو را به ۲۵۰۰۰ هزار ولت برساند که به این قطعه بالاست الکترونیکی یا ترانس گفته می باشد.لامپ های زنون نیاز به استارت و احتراق سریع دارند که این عمل را بالاست الکترونیکی (ترانس) انجام می دهد. اشتعال این مجموعه به این سبب است که تخلیه بار بین دو الکترود در محفظه‌ای صورت می‌گیرد که در آن گاز زنون فشرده شده و در نتیجه نور تولید می‌شود. در این نوع لامپ‌ها دیگر از فیلامان تنگستنی (یک نوع فلز) استفاده نمی‌شود. به این سیستم لامپ‌ها HID نیز گفته می‌شوند.

لامپ‌های هالوژنی که دارای یک فیلامان از جنس تنگستن هستند در اثر ارتعاشات جاده و تکان‌های خودرو آسیب می‌بینند. در اصل فیلامان که خیلی حساس است، پس از مدتی صدمه دیده و خراب می‌شود. اما لامپ‌های زنون به هیچ‌وجه این‌چنین نیستند. همچنین چون رنگ نور HID به آبی و سفید و به روشنایی روز نزدیک تر است، ایمن‌تر و راحت‌تر نیز می‌باشد. خروجی نور یک لامپ زنون ۳۵ واتی در مقایسه با یک لامپ هالوژنی ۵۰ واتی سه برابر بیشتر است.

این مساله باعث می‌شود که سیستم توان کمتری از برق خودرو بگیرد، گرمای کمتری تولید کرده و مهم‌تر از همه روشنایی بیشتری داشته باشد. اما مزایای این لامپ‌ها به همین جا ختم نمی‌شود. افزایش سه برابر روشنایی جاده، افزایش راحتی و کاهش خستگی چشم راننده هنگام رانندگی در شب، دوام و طول عمر بسیار بیشتر نسبت به لامپ‌های هالوژنی به طوری که می‌توان گفت عمر این‌گونه لامپ‌ها ۱۰ برابر بیشتر از لامپ‌های هالوژنی است. ۳۵ تا ۴۰درصد مصرف کمتر برق و در نتیجه افزایش توان سیستم برق خودرو.

اگر دقت کنید مشاهده می‌کنید که لامپ‌های هالوژنی در اثر برخورد حباب‌های آب و هوا به راحتی می‌سوزند ولی لامپ زنون به هیچ‌وجه این‌گونه نیست. همچنین در صورت بروز مشکلی در جریان برق، برق سیستم را قطع می‌کند تا ایمنی در سیستم کاملاً برقرار شود. اما لامپ‌های زنونی که توسط پلیس توقیف می‌شوند، از استاندارد لازم برخوردار نبوده و سبب کاهش دید راننده مقابل می گردند. این لامپ‌ها مدت‌ها است که در بازار جهانی به صورت استاندارد و به علت مزایای زیاد و عمر طولانی و همچنین قیمت نه چندان زیاد استفاده می‌شوند. ولی در ایران اگر خودرو به صورت دستی و غیرکارخانه‌ای از این لامپ‌ها استفاده کند متوقف می‌شود. ( معمولا به دلیل عدم استفاده از قاب شیشه ای و لنز استاندارد برای چراغ خودرو که نور را به طور غیر استاندارد پخش می کنند)

رنگ لامپ های زنونی:

لامپ های زنون داری رنگهای زیادی می باشند که از۳۰۰۰k شروع و تا ۳۰۰۰۰k و رنگهای سبز ,نارنجی و صورتی ادامه دارد.و این رنگها را با حرف (K) نمایش می دهند که مخفف کلوین می باشد.

کلوین درجه دمای لامپ است و هیچ اثری بر قدرت لامپ ندارد مثلا رنگ ۶۰۰۰k رنگ سفید یخی می باشد و هر چه این اعداد به طرف بالا یعنی ۳۰۰۰۰ برود رنگ لامپ زنون به ترتیب به رنگ آبی کشیده می شود و هر چه به طرف پایین یعنی ۳۰۰۰ برود به ترتیب به رنگ زرد کشیده می شود.

اما تمامی این رنگها استاندار نیستند رنگهای استاندارد عبارتند از ۶۰۰۰k , 5000k , 4300k و ۸۰۰۰k و ما بقی این رنگها جزء رنگهای نمایشی و فقط برای زیبای می باشد. هر کدام از این رنگهای استاندارد جای مشخصی در چراغ های جلور خودرو دارند رنگ های ۴۳۰۰k و ۵۰۰۰k در کنتاک پایین و بالا باید استفاده شود و رنگهای ۶۰۰۰k و ۸۰۰۰k در پرژکتور و فقط در زمان های ضروری مثلا مه و بهتر است از رنگ ۸۰۰۰k در هیچ قسمت استفاده نشود. استفاده از رنگهای غیر استاندارد به جای این که دید در شب را بیشتر و واضح تر و خستگی چشم را کمتر کند باعث مختل کردن دید و خستگی چشم را بیشتر می کند پس بهتر است از رنگهای استاندار استفاده کنیم.

استاندارد استفاده از لامپ‌های زنون تا ۱۰۰۰۰K است و لامپ‌های بیش از ۱۰۰۰۰K در استاندارد جهانی مردود اعلام می شوند. کمپانی‌ها بنز و ب‌ام‌و معمولاً از لامپ‌های ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ استفاده می‌کنند که سطح وسیعی را روشن می‌کنند و همچنین برای راننده‌های دیگر مشکلی ایجاد نمی‌کنند.

بهترین رنگ نور لامپ های زنون ۴۳۰۰ کلوین می باشد که بیشترین شباهت را به لامپ های هالوژن اصلی خودرو دارد یعنی رنگ آفتابی و پیشنهاد ما رنگ ۴۳۰۰ کلوین برای نور پایین و بالا و رنگ ۵۰۰۰ کلوین برای پرژکتور.

نصب این لامپ‌ها بسیار راحت است و نیازی به تغییرات خاصی ندارد، عدم تاثیر گرد و خاک بر روی چراغ‌ نیز یکی از مهمترین خواص این چرا‌غ‌ها است.

همچنین سیستم HID استاندارد می‌تواند لامپ‌های زنون استاندارد را با تنظیم دمای خارجی ترانس در هوای سرد بیشتر از ۱۰ ساعت روشن نگه دارد. این سیستم امروزه تقریباً در تمامی خودروهای نصب شده و همان‌طور که گفته شد مزایای زیادی به همراه دارد.

استاندارد های کلی 

لامپ های زنون همانطور که مفید می باشد با رعایت نکردن اصول ایمنی می تواند خطر ساز باشد.

لامپ های زنون که در کارخانه بر روی وسایل نقلیه نصب می شوند و از کارخانه خارج می شود و جزء موارد ایمنی خودرو محصوب می شود کلیه موارد ایمنی در انها رعایت شده که این موارد عبارتند از :

• استفاده از لامپ های زنون استاندارد

• نصب در کاسه چراغ دارای لنز

• تنظیم درست کاسه چراغ

با استاندارد های رنگهای لامپ زنون اشتا شدیم ولی استاندارها فقط به رنگها ختم نمی شود در مورد کاسه چراغ هم باید موارد ایمنی و استاندارد را هم باید رعایت کنیم.

لنز:

در لامپ های هالوژن باید شکست نور انجام می شد و هر چه این شکست بیشتر بود نور بهتری هم داشتیم ولی در لامپ های زنون احتیاج به شکست نور نیست و در کاسه چراغ هایی که لنز استفاده شده شکست نور انجام نمی شود. در کاسه های لنزی، نور در یک نقطه متمرکز می شود و در جاده هر چه ماشین مقابل نزدیکتر می شود نور کمتری به چشم راننده برخورد می کند و دید را مخطل نمی کند.

 

تنظیم کاسه چراغ :

اگر کاسه چراغ های ماشین درست تنظیم نشود باعث خستگی چشم و نداشتن دید درست برای راننده ماشین و دید راننده مقابل را می تواند تا ۹۰ درصد کم کند.

تنظیم کاسه چراغ چه در لامپ های زنون و چه در لامپ های هالوژن بسیار مهم می باشد و می تواند تا ۷۵ درصد و حتی بیشتر در دید اثر گذار باشد.

لامپ زنون نسل اول و نسل دوم

نسل اول:

لامپ های زنون نسل اول دارای ترانس های بزرگی بود و علاوه بر بزرگ بودن ترانس مصرف برق انها هم زیاد بود همان طور که گفته شد لامپ های زنون نیاز به استارت اولیه و احتراق سریع دارند که در لامپ های زنون نسل اول در زمان استارت تا ۱۸ یا حتی ۱۹ آمپر برق مصرف می کرد و بعد زمان استارت به ۱۳ آمپر کاهش می یافت و روی ۱۳ آمپر ثابت می ماند و زمان رسیدن به روشنایی کامل ۸ ثانیه بود و فاقد هیچ گونه کنترل کننده بود که تمامی این موارد باعث ضعف لامپ های زنون نسل اول می شد. در تصویر زیر ترانس سمت راست نسل جدید یا دوم ترانس ها و ترانس سمت چپ نسل اول می باشند.

نسل دوم :

در لامپ های زنون نسل دو تقریبا نقاط ضعفی که در لامپ های زنون نسل اول بود را از بین بردند و در لامپ های زنون نسل دو زیمنس ترانس ها به یک سوم نسل اول رسید و در زمان استارت ۴ تا ۵ آمپر برق مصرف می کنند و بعد از استارت برق به ۳/۳ آمپر کاهش یافته و بر روی ۳/۳ آمپر ثابت می شود و زمان رسیدن به روشنایی کامل ۴ ثانیه می باشد و دارای کنترلگرهای دما , نوسانات برق و قدرت لامپ می باشد و علاوه بر این کنترلگرها لامپ های زنون زیمنس مجهز به کابل مخصوص است که این کابل اختراع کمپانی زیمنس برای خودرو های ساخت آلمان است.با استفاده از این کابل عمر این لامپ ها به ۷ الی ۱۴ سال میرسد دقت کنید زنون های نسل اول به دلیل نداشتن هیچ کنترلگری در ظاهر راحت تر نصب می شوند ولی عملا عمر این نوع زنون ها ۶۰% بیش از ۲ سال نیست .کابل زیمنس به دلیل آن که دستور خاموش و روشن شدن را از کامپیوتر خودرو گرفته و برق مورد نیاز را به صورت مستقیم از باتری خودرو تامین می کند باعث می شود کامپیوتر خودرو از هر گونه فشار در امان باشد و هیچ آسیبی به کامپیوتر خودرو به خاطر وجود زنون وارد نمی شود.

نکته

دقت کنید لامپ های زنون در لحظه روشن شدن بار زیادی از مدار می کشند(نسل اول = ۱۵ آمپر و نسل دوم = ۴-۵ آمپر) در صورتیکه میزان آمپر تعریف شده در ECU معادل ۴ آمپر است.حساب کنید که زنون نسل اول چقدر فشار به ECU و سیم کشی خودرو وارد می کنند و حتی زنون های نسل دوم هم با کم بودن مصرف برق باز هم اثر بر روی ECU می گذارند.ولی زنون های زیمنس با داشتن کابل مخصوص هیچ گونه آسیبی به ECU و سیم کشی خودرو وارد نمی کنند.

کابل مخصوص بر روی تمامی خودروها قابل نصب می باشد.

ویژگی های کابل مخصوص

• نوساناتی که در سیستم سیم کشی خودرو وجود دارد و باعث سوختن زنون میشود را فیلتر می کند.

• کمبود آمپر که بر اثر نازک بودن سیم کشی فابریک خودرو به وجود می آید را برطرف می کند.(سیم کشی فابریک خودرو برای ۴ آمپر طراحی شده)

• خطر آتش سوزی را از بین می برد زیرا هوشمند است و با کوچکترین نوسان مدار را قطع می کند.

• کامپیوتر خودرو (ECU) را از هر گونه خطا (ERROR) محفوظ می دارد.

• عمر لامپ های زنون را بالا می برد.(که بین ۷ تا ۱۴ سال می باشد.)

• باعث می شود هیچ وقت لامپ ها به صورت تک به تک روشن نشوند.

• این کابل سفارش کمپانی (BMW) محصول ۲۰۰۷ می باشد.

• در بعضی از خودرو های که به خاطر خطا دادن ECU یا همان کامپیوتر خودرو نمی توان لامپ زنون نصب کرد با کابل مخصوص و لامپ زنون زیمنس بدونه هیچ گونه ERROR و مشکلی می توان لامپ زنون زیمنس را نصب کرد.

دستورالعمل‌های نصب

۱- سوییچ را خاموش کنید. درب موتور را پس از آنکه خنک شد باز نمایید. لامپ‌های یکسان را به منظور قرار دادن لامپ‌های هالوژن اصلی برداشته و تمامی کابل‌ها را به سرپیچ‌ها و استارتر مربوطه متصل نمایید. سطح لامپ HID را با دست نباید لمس نمود. در صورتیکه گردوغبار گرفته باشد باید با دستمال تمیز شود.

۲- فیوز مدار خودرو را به فیوز ویژه HID تغییر دهید.

۳- قبل از نصب، بررسی نمایید که لامپ بتواند پوشش داخلی نور را لمس نماید و فضای خالی بسیار کوچک باشد. در این صورت پس از تنظیم دقیق عمل نصب را انجام دهید.

۴- لامپ را داخل پوشش چراغ و با دقت به صورتی که صدمه‌ای به آن نرسد قرار دهید و جای آن را ثابت و محکم نمایید.

۵- پس از نصب لامپ را با استارتر متصل نمایید.

۶- استارتر را در نوار به درستی قرار دهید. (دقت نمایید که چسب ۳M دوطرفه بسیار چسبناک باشد.)

۷- ولتاژ بالا را به لامپ متصل نمایید. خط ورودی استارتر را به سرپیچ چراغ متصل نمایید و استارتر را محکم نمایید. (به خاطر بسپارید که آنرا از درجه حرارت بالا و مکان گرم دور نگه دارید.) چراغ HID قبلی خودرو کارخانه در زیر چراغ جلوی خودرو قرار دارد.

۸- بررسی نمایید که کابل‌های بین لامپ و استارتر متصل باشد.

۹- کابل را از استارتر ولتاژ به موتور متصل نمایید.

۱۰- توجه نمایید که در استارتر فاصله گذاری را رعایت نمایید و به وضعیت‌های زیر نرسید، در غیر این صورت چراغ HID بیش از حد گرم خواهد شد:

» مارس پرشود و مدار با مارس پرشود.

» مدار کاربراتور الکترونیکی.

» مخزن آب و درجه حرارت بالای موتور.

» مکانی را که تهویه داشته باشد انتخاب نمایید تا گرما بهتر دفع شود.

» از مکانی که آب جمع می‌شود یا چکه می‌کند خودداری نمایید.

۱۱- مطمئن شوید که طول و پهنای چراغ، روپوش لنز را لمس نموده و لامپ را وارد کنید. (در مدل H7 به طول و در مدل H1 به پهنا توجه شود.) و در صورت اتصال، به درستی تعمیر شود تا از الکتریسیته فشار قوی جلوگیری کند.

۱۲- منبع تغذیه را روشن، چراغ‌ها را تست و منبع تغذیه را خاموش نمایید، کابل‌ها را تمیز و آنها را مجدداً تست کنید و چراغ‌های جلو را روشن نمایید.

فوتوسل ها

فتوسل

پژوهشگران عزیز یکی از وسایل پرکاربرد که ممکن است در بسیاری از پروژه های الکترونیکی نیاز داشته باشید فتوسل است.

در این وسیله از یک مقاومت نوری  (LDR) استفاده شده است. این مقاومت در اثر افزایش نور، مقاومتش کاهش می یابد. در نتیجه جریان عبوری از آن افزایش می یابد. این افزایش جریان می تواند یک رله و یا یک مدار الکترونیکی را تحریک کند، در نتیجه مدار توسط رله یا مدار الکترونیکی قطع می گردد. چنانچه نور کاهش یابد، مقاومت افزایش یافته و با کاهش جریان، رله مدار لامپ‌ها را وصل می‌کند.

در نوع دیگری از این نوع رله، کاهش مقاومت LDR باعث تحریک یک مدار الکترونیکی و در نتیجه وصل این مدار و روشن شدن لامپ می‌گردد.

 

در نتیجه فتوسل در واقع یک مقاومت متغیر است که مقدار آن با توجه به نور محیط تغییر می‌کند. در صورتی که نور محیط افزایش یابد، مقاومت فتوسل کاهش یافته و جریان بیشتری از آن عبور می‌کند. نام‌های دیگر این وسیله علاوه بر فتوسل، رله‌ی نوری، حس گر نور و سلول خورشیدی نیز می باشد.

کاربرد

از فتوسل معمولا برای خاموش و یا روشن کردن اتوماتیک لامپ های معابر، باغ های بزرگ، حیاط  ویلا ها و غیره استفاده می‌شود. که با استفاده از این وسیله، مصرف انرژی الکتریکی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می یابد و در مصرف انرژی صرفه جویی می شود.

 

طرز کار

طرز کار کلید فتوسل بدین صورت است که وقتی روز است، فتوسل ولتاژی را تولید می‌کند که این ولتاژ تولیدی به رله‌ای فرمان می‌دهد که مدار روشنایی معابر را قطع کند. با تاریک شدن هوا چون نوری وجود ندارد، فتوسل دیگر ولتاژی تولید نمی‌کند و جریانی به رله نمی‌رسد که دستور قطع لامپ های معابر را بدهد، در نتیجه لامپ های معابر روشن می‌شود.

لازم به تذکر است که فتوسل را در مراکز برق نصب می‌کنند و همراه آن یک تقویت کننده وجود دارد که تغییرات جریان در اثر نور تقویت می‌کند و رله به کار می‌اندازد.

ترانس فور ماتور ها

ترانسفورماتور

در این مقاله قصد داریم تا حدودی در مورد ترانسفورماتور صحبت کنیم و همچنین پیرامون سیستم‌های مانیتورینگ On-Line ترانسفورماتور کنیم.
ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ زیاد و بلعکس تبدیل نماید . ترانسفورماتور امروز یکی از وسایل لازم و حیاتی در سیستم های الکتریکی و همچنین سیستم های تبدیل انرژی می باشد و از دو بخش اصلی زیر تشکیل می گردد : 1- هسته که از ورقه های نازک فولادی ساخته می شود . 2- دو یا چند سیم پیچ که در ترانسفورماتور های معمولی با هم رابطه مغناطیسی و در اتوترانسفورماتورها دیگر رابطه الکتریکی و مغناطیسی دارند . آن بخش از سیم پیچ که از مدار الکتریکی انرژی می گیرد سیم پیچ اولیه بخش دیگر که از آن انرژی گرفته می شود سیم پیچ ثانویه نامیده می شود . سیم پیچ متصل به مدار با ولتاژ زیاد به سیم پیچ فشار قوی (H.W.) و سیم پیچی که به مدار با ولتاژ کم اتصال می یابد به سیم پیچ فشار ضعیف (L.V) معروف است . ترانسفورماتورهای که ولتاژ سیم پیچ ثانویه از ولتاژ اولیه آن کمتر باشد ترانسفورماتور کاهنده و آنکه ولتاژ ثانویه اش از ولتاژ اولیه بیشتر باشد ترانسفورماتور افزاینده نامیده می شود . اگر یکی از دو سیم پیچ ترانسفورماتور مثلاً اولیه را به منبع ولتاژ متناوب وصل کنیم فوران (فلوی ) متناوبی تولید خواهد شد که دامنه اش نسبت مستقیم با ولتاژ دو سر سیم پیچ اولیه و شماره دورهای اولیه دارد . فوران تولید شده ی سیم پیچ ثانویه را نیز دور یمزند و ولتاژی در آن القاء می نماید که مقدار آن به شماره دوره های سیم پیچ ثانویه بستگی دارد . واضح است که ترانسفورماتور ها فقط با وجود فوران های متقابل که هر دو سیم پیچ را دور می زنند کار می کنند . لازم به تذکر است که این فوران ها (فلوها) از مواد فرو مغناطیسی (پرمابیلیته) زیاد به مراتب بهتر از سایر موارد عبور مینمایند و از اینروست که هسته ترانسفورماتورها از آهن (فورمغناطیس ) می باشد .
برای جلوگیری از اثر تخریبی هوا و بهبود شرایط خنک شدن ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد ، معمولاً هسته و سیم پیچ های آنها را در مخزن پر از روغن قرار می دهند که این نوع ترانسفورماتور را روغنی می نامند و آنهایی که توسط هوا خنک می شوند به ترانسفورماتورهای خشک معروفند. انواع کاربری ترانسفورماتورها 1- ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته 2- ترانسفورماتورهای قدرت که برای مقاصد خاص مثل کوره ها 3-یکسو کننده ها و واحدهای جوشکاری بکار می روند . 4-ترانسفورماتورهایی که برای تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیع بکار می روند . 5-اتوترانسفورماتورها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی 6-ترانسفورماتورهای وسایل اندازه گیری قسمتهای مختلف ترانسفورماتور اگر چه اصول کار تمام ترانسفورماتورهای ولتاژ یکسان است ولی در ترانسفورماتورهای بزرگ به علت ولتاژ بالا و عبور جریان زیاد آنها ، هسته و سیم پیچ ها به شدت گرم می شوند و امکان بروز خسارت و از کار افتادن ترانسفورماتور وجود دارد ، از این گونه ترانسفورماتورها با وسایل ایمنی مجهز می گردند و ساختمان آنها پیچیده تر از ترانسفورماتورهای خشک با قدرت کم می باشد . با بررسی ساختمان ترانسفورماتورهای روغنی با قدرت زیاد دیگر احتیاجی به تشریح ترانسفورماتورهای کوچی نمی باشد . قسمتهای مختلف این ترانسفورماتور عبارتند از : هسته - سیم پیچ ها (بوبین ها) - مخزن روغن - بوشینگ - پاک و لوله انفجار - تاپ چنچر - ترمومترها - رله بو خهلتس – درجه نمای روغن – تابلوهای مشخصات – چرخها – شیرهای مختلف رواشها – لوله های ارتباط – ترانسفورماتورهای جریان – جعبه کنترل (فرمان پنکه ها ، ترموستات ، پمپ ورگولاتور) – سیستم خنک کننده (رادیاتورها – پنکه ها و غیره) الف – هسته هسته های ترانسفورماتورها باید تا حد امکان دارای قابلیت نفوذ مغناطیسی خوب و قابلیت هدایت الکتریکی بد باشد . هسته های ترانسها از ورقهای نورد شده ی دیناموبلش یا فریت به ضخامت 35/0 تا 50/0 میلیمتر ساخته می شوند .
هسته ها به خاطر کاهش تلفات فوکو و هیستر زیس به صورت مورق ساخته می شوند که این ورقه ها نسبت به هم عایق می باشند . این خاصیت توسط یک لایه ی نازک از رزین یا مواد عایقی دیگر تأمین می گردد . هسته های ترانسها بسته به قدرت آنها ساخته و طراحی می گردد . که شامل دو نوع می باشد ، هسته های شکافدار (EI) و هسته های نواری . کاربرد هسته های شکافدار بیشتر از هسته های نواری می باشد . و این به این علت است که این هستها به راحتی در کنار هم قرار گرفته و سیم پیچ ها بر روی آنها نصب می شوند . ب – سیم پیچها سیم پیچ ترانسها اغلب از جنس مس یا آلومینیم انتخاب می شود سیم پیچهای ترانسهای کوچک را معمولاً روی قرقره می پیچند جنس قرقره ها اغلب از ترموپلاست است . در اصل بیشترین درصد اشکالات ترانسها در این قسمت نقش اصلی را ایفا می کند . سیم پیچها در کل به دو صورت هستند . نواری ، که غیر قابل تعمیر می باشند یا به صورت طبقه طبقه می باشند که به آنها دیسکی هم گفته می شود و قابل تعمیر هستند . سیم های به کار برده شده در ترانسها ، بسته به قدرت آنها تغییر می کنند مثلاً در قدرتهای پایین و متوسط از سیم های با سطح مقطع کوچک و گرد استفاده می شود . در ترانس هایی با قدرت بالااز شمشهایی با سطح مقطع مربعی و یا نواری استفاده می شود . نحوه ی قرار گرفتن سیم پیچ ها معمولاً در ترانسها قدرت ، ابتدا سیم پیچ ثانویه یا فشار ضعیف پیچیده می شود و سپس سیم پیچ اولیه یا فشار قوی پیچیده می شود . این کار به خاطر این است که 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 شریط بارگیری ترانس ، اتصال سیم پیچ ها را تعیین می کنند . 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 – زیکزاک (Y-z) در میان اتصالات بالا فقط از یکی از آنها نمی توان در سیستم توزیع استفاده کرد . و آن هم اتصال ستاره – ستاره می باشد .
در این اتصال ، در صورتی که ترانس به صورت نا متقارن زیر بار رود ترانس می سوزد . علت این امر این است که ، هنگامی که از یک فاز به یک ترانس ستاره – ستاره جریان بیشتری کشیده شود در هسته شار بیشتری تولید می شود و هسته فوراً اشباع می شود و باعث گرم کردن بیش از حد می شود. از سوی دیگر هم برگشت این جریان از دو بازوی دیگر این ترانس می باشد و بر بازوهای دیگر هم تأثیر می گذارد . در چنین مواردی سع می شود در اولیه از اتصال مثلث استفاده شود . و در مواردی که استفاده از اتصال مثلث غیر ممکن باشد از اتصال زیکزاک در ثانویه ی آن ترانس استفاده می شود تا بر روی دو بازوی ترانس در صورت نامتقارن بودن توزیع شود . تپ چنجر در بعضی از مواقع به علت طول زیاد شبکه ی توضیع و انتقال در انتهای خط با افت ولتاژی مواجه می شویم که باید این افت بر طرف شود تا مصرف کننده بتواند بدون هیچ مشکلی از ولتاژ شبکه استفاده کند . در چنین مواقعی از تغییرات نسبت دور در ترانسها استفاده می شود . همان طور که از رابطه اساسی ترانس ها برآورد می شود (NI/N2=V1/V2) هنگامی که تعداد دور اولیه افزایش یابد ولتاژ خروجی کاهش و با کم کردن تعداد دور اولیه ولتاژ خروجی افزایش می یابد . تپ چنجر که بر روی اولیه ی ترانسها می باشد ، در واقع تعداد دور اولیه را هنگام پایین بودن ولتاژ شبکه کم می کند و بلعکس .
معمولاً تپچنجرها دارای پنج رنج می باشند که از 1 تا 5 مدرج می باشد . عمل تاپ چنجر در حقیقت افزایش یا کاهش شماره دوره های مؤثر سیم پیچ ترانسفورماتور می باشد و استفاده از تپ چنجر (یارگولاتورولتاژ) در ترانسفورماتور های با قدرت زیاد می باشد . تاپ چنجرها امروزه با طرح های مختلف در حال کارند و معمولترین آنها شامل راکتورها یا مقاومتهای محدود کننده جریان می باشند . تغییر ولتاژ توسط تپ چنجر و جریان حاصله در مدار و قوس های الکتریکی آن امکان سوختن شدید و از بین رفتن کنتاکتها را بوجود می آورد و وجود قوسها ی الکتریکی و حرارت حاصل از آن خود دلیل مجزا نمودن تاپ سلکتور و کنتاکتورها در تانک روغن جداگانه ای قرار می گیرند و بدین ترتیب بدون اینکه کنتاکتها صدمه ببینند قوس الکتریکی نیز از بین می رود . ضمناً بدون باز کردن ترانسفورماتور کنتاکتها می توانند بازرسی شوند و روغن فاسد شده در اثر قوسهای الکتریکی به آسانی تعویض شود . سوئیچ و کنتاکتور ها توسط چرخ دنده و با موتور الکتریکی عمل می نمایند . تانک روغن تانک روغن مخزن روغنی است که هسته و سیم پیچ های ترانسفورماتور در آن قرار می گیرند ترانسفورماتورهای روغن تا KVA40 ممکن است فقط دارای تانک با دیواره های صاف و بدنه و وسائل خنک کننده اضافی باشند . برای ترانسفورماتورهای بزرگتر سطح صاف برای از بین بردن حرارت کافی نبوده و باید بطور مصنوعی افزایش یا باید در آنها وسائل خنک کننده اضافی تعبیه گردد . در ترانسفورماتورهای تا 1600 KVA سطح تانک توسط لوله هایی که از خارج به بدنه تانک جوش می خورند افزایش می یابد . ترانسفورماتور های از 1000 تا 10000 KVA با تانک ساده از رادیاتورهایی که با اتصالات فلانج به تانک جوش می خورد استفاده می نمایند در قدرت های بالاتر از 10000KVA خنک کردن با روغن بطور طبیعی کافی نبود و باید از جریان هوا و روغن با فشار استفاده شود . یک تانک شامل یک دیواره ، کف و قاب به بالای دیواره جوش داده می شود و شامل نوار فولادی است که حاوی سوراخ هایی به فواصل مساوی می باشند . یک پوشش (کاور) از ورق فولادی به قاپ پیچ می شود . ضمناً در روی تانک محل هایی برای حمل و نصب ترانسفورماتور در نظر گرفته می شود . مخزن روغن مخزن روغن در حقیقت یک طبل فولادی است که بطور افقی روی تانک نصب می شود و توسط یک لوله به آن ارتباط می یابد این مخزن طور ساخته می شود که بتوان کف آن را جهت تمیز نمودن و رنگ زدن جدا نمود . باک ها با والو روغن و رطوبت گیر مجهز می شوند تا بتوان رطوبت هوایی را که در مخزن به علت کم شدن روغن وجود دارد بر طرف نمود . هوا از طریق یک ماده جذب کننده رطوبت بنام سیلیکاژل (Silicagel) عبور می کند و در حالت خشک وارد مخزن می شود . والو روغن گرد و خاک را از هوا دور (جدا) می نماید و مواد جذب کننده را از اثرات رطوبت موجود در محط محافظت می نمید . در یک محفظه سیلیکاژل ، هوا ابتدا از یک توری عبور کرده و سپس پس از عبور روغن به منظور گرفتن گرد و غبار و رطوبت به سیلیکاژل رسیده و پس از رطوبت گیری کامل به بک ترانسفورماتور هدایت می شود . بدنه بدنه ی ترانسها از فولاد می باشد و در بعضی مواقع از استیل است . بر روی بدنه ی ترانسها رادیوتاورهایی جهت تهویه و خنک شدن هر چه سریعتر ترانس تعبیه شده است . بر روی بدنه ، شیر تخلیه ی روغن ، تانک روغن ، مقرهای فشار ضعیف و فشاتر قوی قرار می گیرند . تابلو مشخصات ترانسفورماتور این تابلو (یا پلاک) که بر روی ترانسفورماتور نصب می شود معمولاً دارای مشخصات زیر است : نوع ترانسفورماتور – شماره سریال ترانسفروماتور – سال مونتاژ – تعداد فازها – گروه ترانسفورماتور – فرکانس – نوع خنک کردن – قدرت اسمی – وزن کل – وزن روغن – و دیاگرام سیم پیچی . سیستمهای خنک کننده ی ترانسها ترانسها را می توان از نظر سیستم خنک کنندگی به چند گروه تقسیم کرد . ترانسهایی که با جریان هوا خنک می شوند و ترانسهایی که با روغن خنک می شوند و یا ترکیبی از هر دو انتخاب سیستم خنک کننده ، بسته به قدرت ترانس و محل استفاده از آن می باشد . مثلاً در محل هایی که بلاجبار ترانس باید در سالن یا محل کار باشد از ترانسهایی با سمغ ریختگی استفاده می شود . این انتخاب به این علت است که چون امکان آتش سوزی در کارگاه یا محل کار وجود دارد از ترانس با سیستم روغنی استفاده نمی شود . در ترانس های توزیع معمولاً از سیستم خنک کنندگی روغن استفاده می شود . معمولاً بر روی پلاک ترانس ها ، نوع سیستم خنک کنندگی آنها نوشته می شود . که نمونه ای از آنها در زیر نوشته شده اند : روغن طبیعی و هوای طبیعی (ONAN ) روغن با گردش توسط پمپ و هوای طبیعی ( OFAN) روغن طبیعی و پنکه های خنک کننده ) ( ONAF) تلفات ترانسفورماتور باعث گرم شدن ترانسفورماتور می شود و اگر حرارت ایجاد شده بخارج هدایت نشود بار دهی ترانسفورماتور کم شده و چه بسا باعث سوختن ترانسفورماتور می شود . برای خنک کردن ترانسفورماتور بر حسب نوع ترانسفورماتور ( ترانسفورماتور خشک و ترانسفورماتور روغنی ) طرق مختلفی موجود است که عبارتند از : 1- ترانسفورماتور خشک : ترانسفورماتور خشک با قدرت زیاد بندرت ساخته می شود زیرا این ترانسفورماتورها از نظر استقامت الکتریکی و دینامیکی خیلی ضعیف تر از ترانسفورماتورهای روغنی می باشند . ترانسفورماتور های خشک معمولاً با قدرت 300 کیلو ولت آمپر و ولتاژ ماکسیموم KkVA10 ساخته می شوند . زیرا در ولتاژ های زیاد فاصله پیچک ها از یکدیگر و از قسمت هائی که مربوط به مدار جریان نیستند خیلی زیاد می شود بطوری که برای ترانسفورماتورهای بیش از K VA10 نیز ترانسفورماتورهای روغنی با صرفه تر است. در امریکا ترانسفورماتورهای خشک تا ولتاژ KV15 و قدرت 6000 کیلو ولت آمپر نیز ساخته شده است . در ترانسفورماتور های خشک با قدرت کم معمولاً وسیله اضافی برای خشک کردن ترانسفورماتور بکار برده نمی شود بلکه همان خنک شدن طبیعی در اثر تماس مداوم و عادی هوا با سطوح ترانسفورماتور کافی است .
این نوع ترانسفورماتور را که خود به خود خنک می شود با TS نشان می دهند . ترانسفورماتور هایی با قدرت بیشتر کمک فنتیلاتور ( باد زن ) مخصوص خنک می کنند . این ترانسفورماتورها با علامت TF مشخص می شوند . در این طریق خنک کردن حرکت وسیر کولاسیون هوا به وسیله فنتیلاتور زیاد و سریع شده در نتیجه هدایت حرارت بخارج سریع تر عملی می گردد . ترانسفور ماتور های خشک باید حتی الامکان بطور دائمی به ولتاژ وصل باشد و از شبکه برق قطع نگردند زیرا قطع شدن آن باعث خنک شدن عرق کردن و مرطوب شدن ترانسفورماتور می گردد . 2- ترانسفورماتور روغنی در این ترانسفورماتور ها روغن واسطه انتقال حرارت از هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور به هوای خارج می باشد . طرق مختلف خنک کردن ترانسفورماتور های روغنی به شرح زیر است : الف – خشک کردن طبیعی : (OS) 1 این نوع خنک کردن عملاً بدون هیچ واسطه ای انجام می گیرد و در حقیقت برداشت حرارت در اثر تشعشع ، هدایت و انتقال حرارت بطور عادی و طبیعی انجام می شود و ساده ترین و ارزانترین روش خنک کردن ترانسفورماتور است زیرا ترانسفورماتور احتیاج به هیچ گونه مراقبت و نگهداری ندارد . لذا در صورتی که تلفات ترانسفورماتور تا حدودی باشد که بتوان از این نوع خنک کردن استفاده کرد حتماً روش دیگری برای خنک کردن ترانسفورماتو ر به کار برده نمی شود …. در ترانسفورماتور های کوچک تا قدرت 30 کیلو ولت آمپر کافی است که سطح جدار خارجی منبع روغن صاف باشد و در قدرت های بیشتر تا 6000 کیلو ولت آمپر برای بزرگ کردن سطح تماس منبع روغن با هوا منبع روغن را پرده دار و یا موجی درست می کنند و در قدرت های بیشتر تا حدود 20000 کیلو آمپر منبع روغن دارای لوله های خنک کننده مجزا می باشد .
در پیوست ترانسفورماتور با منع پرده ای و ترانسفورماتور با لوله های خنک کننده را نشان داده ام . چنانچه دیده می شود منبع ترانسفورماتور دارای لوله هائی است که به داخل ترانسفورماتور راه ندارند . روغن گرم از بالای ترانمسفورماتور وارد این لوله ها شده پس از خنک شدن مجدداً در زیر ترانسفورماتور راه می یابد و در آنجا مجدداً گرم شده و در سطح روغن بالا می رود . این لوله ها ضریب خنک کنندگی روغن را زیاد می کند و به این جهت سبب می شود که حجم روغن این ترانسفور ماتور ها قدری کمتر از ترانسفورماتور پرده ای مشابه خود باشد . لوله ها متناسب با قدرت ترانسفورماتور در 2 یا 5 ردیف در اطراف منبع ترانسفورماتور نصب می شود . عمل خنک کردن بطور طبیعی را می توان با جریان انداختن سریع روغن توسط پمپ مخوصی تسریع نمود . در بعضی از ترانسفورماتور ها که دارای تلافات بیشتر می باشند از رادیاتور مخصوص استفاده می شود و در صورتیکه ترانسفورماتور خیلی بزرگ باشد بخاطر جلوگیری از مشکلات حمل و نقل رادیاتور ها را طوری می سازند که در موقع حمل و نقل از ترانسفورماتور جدا شده و در محل مجدداً نصب شود . این گونه ترانسفورماتور ها در محل ارتباط بین مخزن و رادیاتور دارای فنتیل مخصوصی می باشند که خارج شدن روغن ترانسفورماتور جلوگیری می کند . ب- خنک کردن غیر طبیعی ترانسفورماتور های خیلی بزرگ و یا ترانسفورماتورهایی که در اطاق سرپوشیده و کوچک نصب می شوند ( پست ترانسفورماتور محصور ) باید مصنوعی خنک شوند تا عمل خنک شدن تسریع یابد و از باردهی ترانسفورماتور کاسته نگردد . خنک کردن مصنوعی بیشتر به کمک آب ( OW) و یا به کمک جریان انداختن سریع هوا ( فنتیلاتور ) ( OF) انجام می شود . خنک کردن ترانسفورماتور به کمک آب دو طریق است : 1) خنک کردن روغن ترانسفورماتور در داخل منبع آب 2) خنک کردن روغن ترانسفورماتور در خارج از منبع در طریقه اول لوله های اب سرد از داخل منبع ترانسفوماتور در کنار دیواره های منبع و یا سقف منبع عبور داده می شود و جریان آب سرد باعث خنک کردن روغن می گردد . در این طریق نشت کردن احتمالی اب باعث خراب شدن ترانسفورماتور می شود . در طریقه دوم روغن گرم از ترانسفورماتور خارج شده و به کمک اب خنک شده مجدداً به داخل ترانسفورماتور تزریق می شود . چنانچه دیده می شود روغن از بالای ترانسفورماتور توسط پمپ روغن خارج شده پس از خنک شدن در کولر ابی مجدداً از زیر ترانسفورماتور وارد منبع روغن می شود . در ترانسفورماتور هایی با قدرت زیاد از کولر مخصوصی استفاده می شود . رد این کولر آب و روغن در خلاف جهت یکدیگر جریان دارند و عمل خنک کردن روغن بطور قابل ملاحظه ای تسریع می گردد . در صورتیکه ترانسفورماتور هائی که در فضای آزاد نصب می شوند در روی بدنه خود دارای فنیلاتور های هوا می باشند .

ترانسفورماتورهای برق

ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها میتوان به سه دسته کوچک، متوسط و بزرگ دستهبندی کرد. ساختمان ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط بهدلیل مسائل حفاظتی و عایقبندی و امکانات موجود، نسبت به انواع کوچک آن پیچیدهتر است.
اهمیت ترانسفورماتورها در صنعت برق و شبکههای صنعتی، برکسی پوشیده نیست. امروزه یکی از ملزومات اساسی در انتقال و توزیع الکتریکی در جهان ترانسفورماتورها، میباشند.
ترانسفورماتورها در اندازهها و توانهای مختلفی جهت تغییر سطح ولتاژ الکتریکی بهمنظور کاهش تلفات ولتاژ در فرآیند انتقال و توزیع انرژی الکتریکی بهکار میروند.
در صنعت سیمان، بهعنوان یکی از مصرف کنندههای بزرگ برق و استفاده از سطوح ولتاژ مختلف در آن، استفاده از ترانسفور ماتورها یکی از ارکان اجتنابناپذیر میباشد.
در این قسمت به اختصار ترانسفورماتورها، ساختمان آنها، تعمیرات و نگهداری آنها مورد بررسی قرار گرفته است.

اصول کار ترانسفورماتورها

اصول کار ترانسفورماتور مبتنی بر تاثیر القای متقابل دو یا چند مدار ساکن نسبت به همدیگر است.فلوی مغناطیسی متناوب ایجاد شده توسط سیم پیچی اولیه که از داخل حلقه های سیم پیچی ثانویه عبور می کند باعث به وجود آمدن جریان در سیم پیچی ثانویه می شود.این عمل را القای متقابل می گویند.مانند شکل زیر.

 

انواع ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها به چند گروه اصلی زیر تقسیم می شوند.
1- ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته
2- ترانسفورماتورهای اندازه گیری برای اتصال دادن وسایل اندازه گیری
3- ترانسفورماتور قدرت برای مقاصد خاص مثل ترانسفورماتورهای کوره ها یا واحدهای جوشکاری
4- تنظیم کننده های القایی برای تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیع
5- اتو ترانسفورماتورها برای تبدیل در حدود کم برای راه انداختن موتورهای جریان متناوب
6- ترانسفورماتورهای آزمایشی برای انجام آزمایشهای با ولتاژ زیاد

تلفات ترانسفورماتورها

به طور کلی توان در ترانسفورماتورها به دو صورت تلف می شود.
الف – تلفات مسی یا اهمی
به علت وجود مقاومت اهمی در سیم پیچ ها در اثر عبور جریان الکتریکی مقداری از توان به صورت حرارت در سیم پیچ ها از بین می رود.
ب - تلفات هسته آهنی
توان در هسته به سه صورت تلف می شود که عبارتند از:
1- تلفات فراری یا پراکندگی: مقداری از فلوی مغناطیسی بدون آنکه در داخل هسته و در سیم پیچ ثانویه مفید واقع شود به بیرون از هسته نشت کرده و پراکنده می شود و باعث کاهش توان می گردد.
2- تلفات فوکو : در اثر تغییرات فلوی مغناطیسی در هسته ، جریانی به نام جریان فوکو در هسته ایجاد می شود که بر طبق قانون لنز با جریان به وجود آورنده خود مخالفت می کند و باعث کاهش آن می شود.بنابراین با کاهش جریان ، توان ترانسفورماتور افت پیدا می کند.جریان فوکو یک جریان گردابی است و باعث گرم شدن هسته نیز می شود.برای کاهش جریان فوکو، هسته را ار ورقه هایی که نسبت به همدیگر عایق هستند می سازند.
3- تلفات هیسترزیس : تلفات هیسترزیس تلفاتی است که در اثر کاهش و افزایش حوزه مغناطیسی در هسته به وجود می آید. به این ترتیب که ، جریان درلحظه ای که مثبت است حوزه مغناطیسی در یک جهت معین در هسته به وجود می آید و وقتی که جهت جریان عوض شد ، جهت حوزه مغناطیسی نیز عوض می شود.در نتیجه عوض شدن جهت حوزه مقداری از حوزه که در قسمت مثبت هسته باقی مانده بود ، باید حذف شود و جهت تغییر کند.این مقدار باقی مانده را پس ماند مغناطیسی می گویند.حذف پس ماند مغناطیسی و عوض شدن جهت آن و ادامه این عمل باعث تلفات هیسترزیس می شود.به زبان ساده وقتی جریان تغییر جهت می دهد مولکول های هسته نیز تغییر جهت می دهند و در این تغییر جهت مولکول ها بین آنها اصطکاک به وجود آمده و باعث گرم شدن هسته می شود.این عمل موجب تلفات هیسترزیس می گردد

ساختمان ترانسفور ماتور

ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها میتوان به سه دسته کوچک، متوسط و بزرگ دستهبندی کرد. ساختمان ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط بهدلیل مسائل فاظتی و عایقبندی و امکانات موجود، نسبت به انواع کوچک آن پیچیدهتر است. اجزاء تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور به شرح زیر است:

هسته ترانسفورماتور

هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقههای نازکی است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفور ماتورها محاسبه میشود. برای کم کردن تلفات آهنی هسته ترانسفور ماتور را نمیتوان بهطور یکپارچه ساخت. بلکه معمولاً آنها را از ورقههای نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق هستند، میسازند این ورقهها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر ۴.۵ درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیادی است ساخته میشوند . زیاد بودن مقدار سیلیسیم، باعث شکننده شدن ورقها میشود. برای عایق کردن ورقهای ترانسفورماتور، در گذشته از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده میشد، استفاده میکردند، اما امروز در هنگام ساختن و نورد این ورقهەا یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت ۲ تا ۲۰ میکرون بهعنوان عایق بر روی آنها مالیده میشود، که باعث پوشاندن روی ورقهها میگردد. علاوه بر این، از لاک مخصوصی نیز برای عایق کردن یک طرف ورقهها استفاده میشود. تمامی ورقههای ترانسفور ماتور دارای یک لایه عایق هستند. در هنگام محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد. ورقههای ترانسفور ماتورها را به ضخامتهای ۰.۳۵ و ۰.۵ میلیمتر و در اندازههای استاندارد میسازند. باید دقت کرد که سطح عایق شدهٔ ورقههای ترانسفور ماتور همگی در یک جهت باشند (مثلاً همه به طرف بالا) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذکر است ورقهها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.

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- ضد آب نبودن
• 3- وزن زیاد
• 4- تولید نویز بالا

سیم پیچ ترانسفور ماتور

معمولاً برای سیمپیچ اولیه و ثانویه ترانسفور ماتور از هادیهای مسی با عایق (روپوش) لاکی استفاده میکنند، که با سطح مقطع گرد و اندازههای استاندارد وجود دارند و با قطر آنها مشخص میشوند. در ترانسفور ماتورهای پرقدرت از هادیهای مسی که بهصورت تسمه هستند استفاده میشوند و ابعاد این گونه هادیها نیز استاندارد است.
سیم پیچی ترانسفور ماتور به این ترتیب است که سر سیمپیچها را بهوسیله روکش عایقها از سوراخهای قرقره خارج میکنند، تا بدین ترتیب سیمها، قطع (خصوصاً در سیمهای نازک و لایههای اول) یا زخمی نشوند، علاوه بر این بهتر است رنگ روکشها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفور ماتورهای دارای چندین سیم پیچ، بهراحت بتوان سر هم سیمپیچ را مشخص کرد. بعد از اتمام سیمپیچی یا تعمیر سیمپیچها ترانسفور ماتور باید آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بدنه و سیمپیچهای اولیه و ثانویه آزمایش کرد.

محاسبه نیروهای جریان اتصال کوتاه در سیم پیچ ترانسفورماتور

محاسبه نیروهای اتصال کوتاه وارد برسیم پیچهای ترانسفورماتورها همواره از مسائل مورد توجه مهندسین طراح ترانسفورماتور بوده است . امروزه با افزایش سطح اتصال کوتاه شبکه‌ها و همچنین نیاز به استفاده از ترانسفورماتورهائی با قدرت بالاتر، این مسئله اهمیت بیشتری یافته است . جهت محاسبه نیروی وارد بر سیم‌پیچهای ترانسفورماتور ابتدا می‌بایستی چگالی شار مغناطیسی در پنجره ترانسفورماتور بر روی سیم‌پیچ محاسبه گردیده و سپس با انتگرال گیری حاصلضرب این مقدار در بردار جریان، بردار نیرو در هر نقطه محاسبه گردد. همانگونه که اشاره رفت محاسبه چگالی شار مغناطیسی قدم اولیه جهت محاسبه نیرو می‌باشد . در این مقاله جهت محاسبه چگالی شار مغناطیسی ابتدا پتانسیل مغناطیسی برداری محاسبه گردیده و سپس با استفاده از آن، چگالی شار مغناطیسی بدست آمده است . محاسبه پتانسیل مغناطیسی برداری با استفاده از دو روش حل معادلات ماکسول با کمک توابع تغییریافته بسل و حل معاملات ماکسول از طریق روش اجزا محدود صورت پذیرفته است و مقایسه‌ای مابین این دو روش به عمل آمده است . البته از آنجا که این مسئله خاص دارای تفارنهای چندی است ، ابتدا معادلات ساده شده پتانسیل مغناطیسی برداری محاسبه گردیده و سپس با استفاده از این معادلات که حال دیگر در فضای دو بعدی مطرح می‌باشند، جهت دو روش فوق الذکر استفاده بعمل آمده است . با محاسبه پتانسیل مغناطیسی برداری، چگالی شار مغناطیسی در هر نقطه از پنجره ترانسفورماتور و نهایتا نیروی وارد بر هر نقطه محاسبه گردیده است .

گروه برداری اتصالات

اصولاً در ترانسفورماتورها بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، اختلاف فازی حاصل می شود که مقدار آن ، بستگی به طریقه اتصال بین سیم پیچ های مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا باید نحوه اتصالات سیم پیچ های اولیه و ثانویه را مشخص نمود .
برای مشخص نمودن اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور از حروف اختصاری استفاده می شود . به این ترتیب که اتصال ستاره با Y ، اتصال مثلث با D و اتصال زیگزاگ را با Z نشان می دهند . در ضمن اگر اتصال مورد نظر در طرف فشار قوی باشد ، با حروف بزرگ و اگر در طرف فشار ضعیف باشد ، با حروف کوچک نمایش می دهند ؛ مثلاً اتصال ستاره – ستاره با Yy و یا اتصال مثلث – زیگزاگ با Dz مشخص می شود ( لازم به ذکر است که حروف معرف اتصال طرف ولتاژ بالا یا فشار قوی ، در ابتدا ، و حروف معرف اتصال طرف ولتاژ پایین ، بعد از آن قرار می گیرد ) . حال اگر در طرف ستاره یا زیگزاگ ، مرکز ستاره یا زیگزاگ ، زمین شده باشد ، متناسب با اینکه اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا یا پایین باشد ، به ترتیب از حروف N یا n استفاده می شود ؛ مثلاً Yzn یعنی اتصال ستاره – زیگزاگ که مرکز زیگزاگ ، زمین شده است و اتصال ستاره در طرف ولتاژ بالا ، و زیگزاگ در طرف ولتاژ پایین است .
بعلاوه در ترانسفورماتورها ، هر فاز اولیه با فاز مشابه اش در ثانویه ، اختلاف فاز مشخصی دارد که جزء خصوصیات آن ترانسفورماتور به شمار می آید ؛ مثلاً ممکن است این زاویه 0، 30 ، 150 ، 180 و ... باشد . برای آنکه زاویۀ مذکور ، اختلاف فاز را برای هر ترانسفورماتور مشخص نمایند به صورت مضربی از عدد 30 تبدیل می کنند و مضرب مشخص شده را در جلوی حروف معرف اتصالات طرفین ترانسفورماتور می آورند . مثلاً مشخصه YNd11 بیانگر اتصال اولیه ستاره با مرکز ستاره زمین شده و ثانویه ، مثلث است که اختلاف زاویه بین اولیه و ثانویه برابر 330 می باشد . به این عدد گروه ترانسفورماتور می گویند .
به طور کلی مطابق استاندارد IEC76-4 ، نوع اتصالات ترانسفورماتورها می تواند مطابق یکی از اعداد 11،10،8،7،6،5،4،2،1،0 باشد . اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دستۀ مجزا تقسیم می شوند که عبارتند از :
1. دستۀ یک : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 0،4 یا 8 هستند .
2. دستۀ دوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 2،6 یا 10 هستند .
3. دستۀ سوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 1 یا 5 هستند .
4. دستۀ چهارم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 7 یا 11 هستند .
اما دو موضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتورها ، تعیین گروه آنها با توجه به نوع اتصال ، و یا یافتن نوع اتصال سیم پیچ ها با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتور می باشد .
الف ) تعیین گروه ترانسفورماتور با توجه به معلوم بودن اتصالات سیم پیچ ها
این موضوع را با شرح یک مثال بیان می کنیم . فرض کنید که اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور ، به صورت ستاره – مثلث و مطابق با شکل زیر باشد . ابتدا بر روی این اتصالات ، سرهای ورودی و خروجی سیم پیچ ها با U,V,W (برای سیم پیچ اولیه) و u,v,w (برای سیم پیچ ثانویه) مشخص می شوند . سپس بردار نیروی محرکه تمام سیم پیچ ها را از انتهای هر فاز به سمت ابتدای هر فاز رسم می نماییم . لازم به ذکر است که سر سیم پیچ ها به معنای ابتدای فاز خواهد بود و طبعاً سر دیگر سیم پیچ ها به معنای انتهای فاز می باشد

برای یافتن گروه ترانسفورماتور ، دو دایره متحدالمرکز با قطرهای متفاوت رسم می کنیم و ساعت های 1 تا 12 را بر روی آن مشخص می سازیم . ابتدا بر روی دایره بزرگتر ، بردارهای ولتاژ سیم پیچ های اولیه رسم می شود . در اینجا با توجه به اتصال اولیه به صورت ستاره ، بردارهای OU ، OV و OW بر روی ساعت های 12 (یا صفر) ، 4 و 8 رسم می گردد . توجه شود که بین سرهای خروجی ، 4 ساعت یا 120 درجه اختلاف فاز می باشد . سپس نوبت به ترسیم بردارهای ولتاژ سیم پیچ های ثانویه می رسد . با توجه به اتصال مثلث سیم پیچ های ثانویه ، باید بردار ولتاژ vu در راستای بردار ولتاژ OU اولیه ، بردار ولتاژ wv ثانویه هم راستا با بردار ولتاژ OV اولیه ، و بردار ولتاژ uw ثانویه در راستای بردار ولتاژ OW اولیه رسم گردد . البته بردارهای هم راستا باید به گونه ای رسم شوند که اولاً بین سرهای خروجی ، معادل 4 ساعت اختلاف فاز داشته باشد ، و ثانیاً توالی فاز uvw (در جهت عقربه های ساعت) در ثانویه رعایت شود . حال با توجه به موقعیت ولتاژ u ثانویه که بر روی عدد 1 قرار گرفته است ، در می یابیم که گروه این نوع اتصال ، معادل 1 می باشد . به عبارت دیگر ، بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، 30 درجه اختلاف فاز وجود دارد .
ب) تعیین اتصال سیم پیچ های ترانسفورماتور با توجه به معلوم بودن گروه آن
مشابه قسمت قبل ، این موضوع را با مثالی بیان می کنیم . فرض کنید که می خواهیم اتصال ترانسفورماتور Yd11 را رسم نماییم . در شکل زیر نحوه یافتن اتصالات یک ترانسفورماتور Yd11 نشان داده شده است

در این روش بر روی نمودار دایره ای ، و با توجه به اتصال سیم پیچ اولیه ، بردارهای ولتاژ OU ، OV و OW رسم می شود . سپس با توجه به گروه 11 ترانسفورماتور ، بردارهای uv ، vw و wu (با در نظر گرفتن این نکته که سر u روی عدد 11 ، سر v روی عدد 3 ، و سر w بر روی عدد 7 قرار گیرد) رسم می شود . پس از رسم نمودار دایره ای ، سیم پیچ اولیه و اتصالات آن رسم می شود و بر روی آن ، بردارهای ولتاژ مشخص می گردد . حال با توجه به مطالب گفته شده ، کافی است که سرهای خروجی را در ثانویه ترانسفورماتور تعیین نماییم . انتخاب سرهای خروجی باید به گونه ای صورت گیرد تا بردارهای ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه با بردارهای ولتاژ اولیه و ثانویه بر روی نمودار ، یکسان باشد . در نهایت باید سرهای همنام u ، v و w ثانویه به هم متصل گردند تا اتصال مثلث کامل گردد که این روند در شکل نشان داده شده است .

قرقره ترانسفور ماتور

برای حفاظت و نگهداری از سیم پیچهای ترانسفورماتور خصوصاً در ترانسفورماتورهای کوچک باید از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره باید از مواد عایق باشد. قرقره معمولاً از کاغذ عایق سخت، فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک میسازند. قرهقرههائی که از جنس ترموپلاستیک هستند، معمولاً یک تکه ساخته میشوند ولی برای ساختن قرقرههای دیگر آنها را در چند قطعه تهیه و سپس بر روی همدیگر سوار میکنند. بر روی دیوارههای قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیمپیچ از آنها خارج شود.
اندازه قرقره باید با اندازهٔ ورقههای ترانسفورماتور متناسب باشد و سیمپیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود، که از لبههای قرقره مقداری پائینتر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقههای ترانسفور ماتور، لایهٔ روئی سیم پیچ صدمه نبیند. اندازه قرقرههای ترانسفور ماتورها نیز استاندارد هستند، اما در تمام موارد، با توجه به نیاز، قرقره مناسب را میتوان طراحی کرد.

نکات قابل توجه قبل از حمل ترانسهای قدرت

پس از پایان مراحل ساخت و انجام موفقیتآمیز آزمایشات کارخانهای، قبل از جابهجائی ترانسفورماتور، از محلی به محل دیگر و قبل از بارگیری باید اقدامات زیر به روی ترانسفور ماتور انجام گیرد، بهمنظور کاهش ابعاد و وزن ترانسفورماتور و نیز از نظر فنی و محدودیّتهای ترافیکی، باید تجهیزات جنبی ترانسفورماتور ”کنسرواتور(منبع انبساط)، بوشینگها و...“ باز و بهطور جداگانه بستهبندی و آماده حمل گردند. اما خود ترانسفورماتور به طریق زیر حمل میگردد.
▪ حمل با روغن: ترانسفورماتورهای کوچک و ترانسفورماتورهائی که وزن و ابعاد آنها مشکلاتی را از نظر حمل ایجاد نمینمایند، معمولاً با روغن حمل میگردند. در این حال سطح روغن باید حدوداً ۱۵ سانتیمتر پایینتر از درپوش اصلی (سقف) ترانسفورماتور قرار داشته باشد.
توجه:
فاصله ۱۵ سانتیمتری فوقالذکر در مورد کلیه ترانسفورماتورها یکسان نبوده و توصیه میشود و به دستورالعمل کارخانه سازنده مراجعه شود.
لازم به ذکر است که در هنگام حمل روغن، قسمت فعال (Active Part) ترانسفورماتور باید کاملاً در داخل روغن قرار گیرد.
بهمنظور جلوگیری از نفوذ رطوبت و هوا به داخل ترانسفورماتور، فضای بین روغن و سقف ترانسفورماتور را با هوای خشک و یا گاز نیتروژن با فشار حدود ۲/۰ بار در هوای ۲۰ درجه پر میکنند. لازم به ذکراست که گاز نیتروژن باید کاملاً خشک باشد، در این حالت با نصب یک محفظه سیلیکاژل بسته (آببندی شده) بر روی ترانسفورماتور عمل جذب رطوبت انجام میشود. ضمناً جهت جلوگیری از پاشیدن روغن به داخل سیلیکاژل در طول حمل از یک وسیله حفاظتی استفاده میشود.
▪ حمل بدون روغن: ترانسفورماتورهای بزرگ بدون روغن حمل میگردند. در این موارد پس از تخلیه روغن، ترانسفورماتور را با هوای خشک (دارای رطوبت کمتر از ppmv ۲۵ و نقطه میعان کمتر از ۶۰ ـ درجه سانتیگراد) یا با نیتروژن (با درجه خلوص ۹.۹۹%) پر میکنند. لازم به ذکر است که در این حالت نیز در طول حمل باید فشار هوا یا نیتروژن بهطور مرتب کنترل گردد.

نکات قابل توجه و مهم در نصب و قبل از راهاندازی:

۱- کنترل ضربهنگار
۲- کنترل فشار هوا
۳- کنترل نقطه شبنم و اکسیژن
۴- کنترل استقرار ترانسفورماتور بر روی فوندانسیون
۵-کنترل تجهیزات جنبی ترانسفورماتور شامل بوشینگ، سیستم خنک کننده، رادیاتور، فن، پمپ، کنسرواتور و ملحقات آن
۶- سیستم تنفسی
۷- شیر اطمینان
۸- ترمومترها شامل ترمومتر روغن (کالیبره کردن ترمومتر) و ترمومتر سیم پیچ
۹- تپ چنجر
۱۰- رلهبو خهلتس

روغن ترانسفور ماتور

روغنهای ترانسفور ماتور عمدتاً ترکیبات پیچیدهای از هیدروکربنهای مشتق از نفت خام میباشند و به جهت دارا بودن خواص مورد نیاز، این نوع روغنها جهت ترانسفورماتورها مناسبتر تشخیص داده شدهاند.
خواص مورد نیاز برای روغنهای ترانسفور ماتور بهطور خلاصه عبارتند از:
▪ عایق کاری الکتریکی
▪ انتقال حرارت
▪ قابلیت خاموش کردن قوسالکتریکی
▪ پایداری شیمیائی
▪ سیل کردن ترانسفورماتور
▪ جلوگیری از خوردگی
▪ در مورد سفارش خرید روغن برای ترانسفورماتورها دو مورد مهم را مدنظر قرار میدهیم.
▪ انتخاب نوع روغن ترانسفورماتور
نوع روغن و کیفیت آن، براساس طراحی ترانسفورماتورها میباشد. بهعنوان مثال در یکی از بررسیها نوعی چسب که در داخل ترانسفورماتور بهکار برده شده بود توسط روغن ترانس حل گردید و باعث شد که ذرات چسب داخل روغن پراکنده شود و منجر به کاهش دیالکتریک روغن گردد. مورد دیگری که مورد آزمایش قرار گرفت، این بود که کاتالیزور مس و آهن باعث از بین بردن روغن تشخیص داده شده است. بنابراین نوع ترانسفورماتور و مواد به کار رفته در آن درتعیین نوع و کیفیت روغن آن تأثیر زیادی دارد.

آلودگی روغن ترانفسورماتورها:

بهطور کلی دو نوع آلودگی اصلی در روغن ترانسفور ماتورها عبارتند از:
۱- مواد معلق در روغن
۲- آب
۳- اکسیداسیون روغن
پس از شناسائی مؤلفههای روغن با آزمایشهای مختلف، تصمیم به تصفیه یت تعویض روغن اتخاذ میگردد.
بهطور کلی ۳ نوع آزمایش کلی بر روی روغن ترانسفورماتور انجام میگیرد که عبارتند از:
۱- آزمونهای فیزیکی
۲- آزمونهای شیمیائی
۳- آزمونهای قسمتهای الکتریکی
برخی از آزمایشهائی که باید روی روغن ترانسفورماتورها، انجام گیرد در زیر آمده است.
۱- تست اسیدیته
۲- تست گازهای حل شده در روغن
۳- تست کشش سطحی
۴- تست بیفنیل پلی کلرید (pcb)

تست ولتاژ شکست:

روغن ترانسفورماتورها معمولاً باید دارای ضریب شکست بیشتر از ۵۰ کیلو ولت باشند، که با انجام آزمایش ولتاژ شکست، نسبت به اندازهگیری آن اقدام میگردد. اگر این شاخص تا حد مشخصی کمتر از ۵۰ کیلو ولت باشد میتوان با تصفیه روغن موجود آن را اصلاح کرد، در غیر این صورت باید نسبت به تعویض روغن اقدام نمود.

آنالیز گاز کروماتورگرافی:

با توجه به اینکه مولکولهای روغن از ترکیبات هیدروکربن ساخته شدهاند، حرارت یا شکست الکتریکی میتواند باعث شکست مولکولهای روغن و تولید گازهای قابل اشتعالی مثل متان، اتیلن، اتان و سایر گازها شود، که در دراز مدت انفجار ترانسفورماتور را در پی خواهد داشت. تحلیل گاز کروماتوگرافی به اندازهگیری میزان گازهای تولید شده در روغن ترانسفورماتور و آنالیز آنها میپردازد.

تکنولوژی ساخت

ساخت ترانسفورماتورهای فشار قوی فاقد روغن، در طول عمر یکصد ساله ترانسفور ماتورها، یک انقلاب محسوب میشود. ایده استفاده از کابل با عایق پلیمر پلیاتیلن، بهجای هادیهای مسی دارای عایق کاغذی از ذهن یک محقق سوئدی به نام پرفسور ”Mats lijon“ تراوش کرده است.
تکنولوژی استفاده از کابل بهجای هادیهادی مسی دارای عایق کاغذی، نخستین بار در سال ۱۹۹۸ در یک ژنراتور فشار قوی بهنام ”Power Former“ بهکار گرفته شد. در این ژنراتور بر خلاف سابق که از هادیهای شمشی (مستطیلی) در سیمپیچی استاتور استفاده میشد، از هادیهای گرد استفاده شده است. همانطور که از معادلات ماکسول استنباط میشود، هادیهای سیلندری، توزیع میدانالکتریکی متقارنی دارند. بر این اساس ژنراتوری میتوان ساخت که برق را با سطح ولتاژ شبکه تولید کند بهطوری که نیاز به ترانسفورماتور افزاینده نباشد. در نتیجه این کار، تلفات الکتریکی به میزان ۳۰ درصد کاهش مییابد.
در یک کابل پلیمری فشار قوی، میدان الکتریکی در داخل کابل باقی میماند و سطح کابل دارای پتانسیل زمین میباشد. در عین حال میدان مغناطیسی لازم برای کار ترانسفورماتور تحت تأثیر عایق کابل قرار نمیگیرد. در یک ترانسفورماتور خشک، با استفاده از تکنولوژی کابل، امکانات تازهای برای بهینه کردن طراحی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی، نیروهای مکانیکی و تنشهای گرمائی فراهم کرده است.
در فرآیند تحقیقات و ساخت ترانسفورماتور خشک، در مرحله نخست یک ترانسفورماتور آزمایشی تک فاز با ظرفیت ۱۰ مگا ولتآمپر (Dry former)، طراحی، ساخته و آزمایش گردید.
”Dry former“ اکنون در سطح ولتاژهای از ۳۶ تا ۱۴۵ کیلوولت و ظرفیت تا ۱۵۰ مگاولت آمپر وجود دارد.

ویژگیهای ترانسفورماتورهای خشک

با پیشرفت تکنولوژی امکان ساخت ترانسفورماتورهای خشک با بازدهی بالا فراهم شده است.
ترانسفورماتور خشک دارای ویژگیهای منحصر به فردی است از جمله:
۱- به روغن برای خنک شدن، یا بهعنوان عایق الکتریکی نیاز ندارد. سازگاری این نوع ترانسفورماتور با طبیعت و محیط زیست یکی از مهمترین ویژگیهای مهم آن است. بهدلیل عدم وجود روغن، خطر آلودگی خاک و منابع آب زیرزمینی و همچنین احتراق و خطر آتشسوزی کم میشود.
با حذف روغن و کنترل میدانهای الکتریکی که در نتیجه آن خطر ترانسفورماتور از نظر ایمنی افراد و محیط زیست کاهش یافته است. امکانات تازهای را از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم کرده است. به این ترتیب امکان نصب ترانسفورماتور خشک در نقاط شهری و جاهائی که از نظر زیست محیطی حساس هستند، وجود دارد.
۲- در ترانسفورماتور خشک بهجای بوشینگ چینی در قسمتهای انتهائی از عایق سیلیکن را بر (Silicon rubber) استفاده میشود. به این ترتیب خطر ترک خوردن چینی بوشینگ و نشت بخار روغن از بین میرود.
۳- کاهش مواد قابل اشتعال، نیاز به تجهیزات گسترده آتشنشانی را کاهش میدهد. بنابراین از این دستگاهها در محیطهای سرپوشیده و نواحی سرپوشیده شهری نیز میتوان استفاده کرد.
۴- با حذف روغن در ترانسفورماتور خشک، نیاز به تانکهای روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن کاملاً از بین میرود. بنابراین کار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال کابلها و نصب تجهیزات خنک کننده خواهد بود.
۵- از دیگر ویژگیهای ترانسفورماتور خشک، کاهش تلفات الکتریکی است. یکی از راههای کاهش تلفات و بهینه کردن طراحی ترانسفورماتور، نزدیک کردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژی تا حد ممکن است تا از مزایای انتقال نیرو به قدر کافی بهرهبرداری شود. با بهکارگیری ترانسفورماتور خشک این امر امکانپذیر است.
۶- اگر در پست، مشکل برق پیش آید، خطری متوجه عایق ترانسفور ماتور نمیشود. زیرا منبع اصلی گرما یعنی تلفات در آن تولید نمیشود. بهعلاوه چون هوا واسطه خنک شدن است و هوا هم مرتب تعویض و جابهجا میشود، مشکلی از بابت خنک شدن ترانسفورماتور بروز نمیکند.

سیستم نمایش و مدیریت ترانسفورماتورها (TMMS)

سیستم TMMS (Transformer Monitoring Management System) فارادی یک سیستم نمایش و مدیریت ترانسفورماتور است.
سیستم TMMS براساس جمعآوری اطلاعات بحرانی بهرهبرداری ترانسفورماتور و تجزیه و تحلیل آنها عمل مینماید.
سیستم TMMS با تجزیه و تحلیل اطلاعات قادر خواهد بود که ضمن تفسیر عملکرد ترانسفورماتور عیبهای آن را تشخیص داده و اطلاعات لازم برای تصمیمگیری را در اختیار بهرهبردار قرار دهد.
اطلاعات بهرهبرداری که برای فرآیند نمایش و مدیریت ترانسفورماتورها مورد نیاز بوده و توسط سنسورهای مخصوص جمعآوری میگردند به شرح زیر میباشند.

گازهای موجود در روغن ترانسفورماتورهمراه با ئیدران

▪ آب موجود در روغن ترانسفورماتور همراه با Acquaoil ۳۰۰
▪ جریان بار ترانسفورماتور
▪ دمای نقاط مختلف ترانسفورماتور
▪ وضعیت تپ جنچر ترانسفورماتور
▪ سیستم خنک کنندگی ترانسفورماتور
اطلاعات بهرهبرداری فوق جمعآوری شده و بههمراه سایر اطلاعات موجود بهطور مستمر تجزیه و تحلیل شده تا بتوانند اطلاعات زیر را درباره وضعیت بهرهبرداری ترانسفورماتور تهیه نمایند.
▪ شرایط عمومی و کلی ترانسفورماتور
▪ ظرفیت بارگیری ترانسفورماتور
▪ میل و شدت تولید گاز و جباب در داخل روغن ترانسفورماتور
▪ ملزومات نگهداری ترانسفورماتور
سیستم TMMS فارادی را میتوان برای ترانسفورماتورهای موجود بهکار برد و همچنین میتوان آن را در ساختمان ترانسفورماتورهای جدید طراحی و نصب نمود.
ارتقاء سیستم TMMS فارادی با افزودن سنسورهای اضافی میتوانید باعث ارتقاء عملکرد آن برای مواد زیر گردید.
▪ حداکثر نمودن ظرفیت بارگذاری ترانسفورماتور برای بهرهبرداری اقتصادی و بهینه
▪ تشخیص عیب و توصیه راه حل در ترانسفورماتورها
▪ مدیریت عمر ترانسفورماتور و افزایش آن
▪ تکمیل و توسعه فرایند و عملیاتی مدیریت ترانسفورماتورها با کمک اطلاعات اضافی تهیه شده در زمان حقیقی
▪ کاهش و حذف خروجی ترانسفورماتورها بهصورت برنامهریزی شده و یا ناشی از خطا
▪ آشکارسازی علائم اولیه پیدایش خطا در ترانسفورماتورها
▪ نمایش مراحل تکامل و شکلگیری شرایط پیدایش خطا

ترانسفورماتورها سازگار با هارمونیک ترانسفورماتورهای عامل K

هارمونیکهای تولید شده توسط بارهای غیر خطی میتوانند مشکلات حرارتی و گرمائی خطرناکی را در ترانسفورماتورهای توزیع استاندارد ایجاد نمایند. حتی اگر توان بار خیلی کمتر از مقدار نامی آن باشد، هارمونیکها میتوانند باعث گرمای بیش از حد و صدمه دیدن ترانسفورماتورها شوند. جریانهای هارمونیکی تلفات فوکو را به شدت افزایش میدهند. بههمین دلیل سازندهها، ترانسفورماتورهای تنومندی را ساختهاند تا اینکه بتوانند تلفات اضافی ناشی از هارمونیکها را تحمل کنند. سازندهها برای رعایت استاندارد یک روش سنجش ظرفیت، بهنام عامل K را ابداع کردهاند. عامل K نشان دهنده مقدار افزایش در تلفات فوکو است. بنابراین ترانسفورماتور عامل K میتواند باری به اندازه ظرفیت نامی ترانسفورماتور را تغذیه نماید مشروط بر اینکه عامل K بار غیر خطی تغذیه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد. مقادیر استاندارد عامل K برابر با ۴، ۹، ۱۳، ۲۰، ۳۰، ۴۰، ۵۰ میباشند. این نوع ترانسفورماتورها عملاً هارمونیک را از بین نبرده تنها نسبت به آن مقاوم میباشند.
ترانسفورماتور (HMT (Harmonic Mitigating Transformer نوع دیگری از ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک ترانسفورماتورهای HMT هستند که از صاف شدن بالای موج ولتاژ بهواسطه بریده شدن آن جلوگیری میکند HMT، طوری ساخته شده است که اعو جاج ولتاژ سیستم و اثرات حرارتی ناشی از جریانهای هارمونیک را کاهش میدهد. HMT این کار از طریق حذف فلوها و جریانهای هارمونیکی ایجاد شده توسط بار در سیم پیچیهای ترانسفورماتور انجام میدهد.
چنانچه شبکههای توزیع نیروی برق مجهز به ترانسفورماتورهای HMT گردند میتوانند همه نوع بارهای غیر خطی (با هر درجه از غیر خطی بودن) را بدون اینکه پیامدهای منفی داشته باشند، تغذیه نمایند. به همین دلیل در اماکنی که بارهای غیر خطی زیاد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT به صورت گسترده استفاده میشود.

مزایای ترانسفورماتور HMT

▪ میتوان از عبور جریان مؤلفه صفر هارمونیکها (شامل هارمونیکهای سوم، نهم و پانزدهم) در سیم پیچ اولیه، از طریق حذف فلوی آنها در سیم پیچیهای ثانویه جلوگیری کرد.
▪ترانسفورماتورهای HMT با یک خروجی در دو مدل با شیفت فازی متفاوت ساخته میشوند. وقتی که هر دو مدل با هم بهکار میروند، میتوانند جریانهای هارمونیک پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را در قسمت جلوئی شبکه حذف کنند.
▪ ترانسفورماتورهای HMT با دو خروجی میتوانند مؤلفه متعادل جریانهای هارمونیک پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را در داخل سیم پیچیهای ثانویه حذف کنند.
▪ ترانسفورماتورهای HMT با سه خروجی میتوانند مؤلفه متعادل جریانهای هارمونیک پنجم، هفتم، یازدهم و سیزدهم را در داخل سیم پیچی ثانویه حذف کنند.
▪ کاهش جریانهای هارمونیکی در سیمپیچیهای اولیه HMT باعث کاهش افت ولتاژهای هارمونیکی و اعو جاج مربوطه میشود.
کاهش تلفات توان بهعلت کاهش جریانهای هارمونیکی بهعبارت دیگر ترانسفورماتور HMT باعث ایجاد اعو جاج ولتاژ خیلی کمتری در مقایسه با ترانسفورماتورهای معمولی یا ترانسفورماتور عامل K میشود.
ساختار میکروسکوپی ورقهای فولاد سیلیسیم‌دار هسته ترانسفورماتور در مراحل مختلف تولید توسط اچانت‌های مختلف
ورقهای فولاد سیلیسیم‌دار با بافت و ساختار ویژه، در ترانسفورماتورها مورد استفاده قرار می‌گیرند. فرآیند تولید ورقهای فولاد الکتریکی از مراحل مختلفی تشکیل می‌شود و از آنجا که عدم دقت در انجام هر مرحله می‌تواند منجر به تولید ورق با کیفیت نامناسب گردد، لذا کنترل دقیق هر مرحله حایز اهمیت خاص می‌باشد. یکی از بهترین روشها برای کنترل کیفیت در هر مرحله انجام آزمایشهای ساده متالوگرافی به منظور مشخص نمودن ساختار می‌باشد.

ترانسفورماتورهای ابررسانای دمای بالا(HTS)

توجه جدی به ترانسفورماتورهای ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهای دمای پایین LTS (اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn)از اوایل دهه 1960 آغاز شد . مطالعاتی که در آن زمان بر روی این ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان دهنده آن بود که جهت بهره برداری موثر از این ترانسفور ماتورها ، باید آنها را در دمای 4.2 K نگه داشت که فراهم کردن چنین شرایطی ضمن پیچیدگیهای فنی ، از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه نبود . به همین دلیل تحقیقات و پژوهشها بسوی کشف موادی با قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر ، معطوف گردید .
کشف ابررساناهای دمای بالا یا HTS 1 در سال 1986 به طور قابل ملاحظه ای چشم انداز استفاده از ابررساناها را در سیستم قدرت الکتریکی تغییر داد ، زیرا دمای بحرانی Tc در این ابررساناها به طور چشمگیری افزایش یافته بود . تلفات پایین و قابلیت حمل جریان بالا در هادیهای HTS سبب می شود تا تجهیزات الکتریکی دارای بازده کاری بهتر و توان بالاتر ساخته شوند . علاوه بر آن تجهیزات ساخته شده با مواد HTS از نظر سازگاری محیط زیستی نیز مقبولیت بیشتری دارند که از آن جمله میتوان از ترانسفورماتورهای HTS که در آنها روغن بکار نرفته است، اشاره شود. همچنین پتانسیل و کشش بازار جهانی برای ترانسفورماتورهای ابررسانا بیش از 1 میلیارد دلار می باشد. علی رغم مزایای ذکر شده کماکان موانع جدی برای توسعه کاربرد HTS در صنعت برق وجود دارد که مهمترین آنها ابتدا سیستم خنک کنندگی و دوم نرخ کارکرد به هزینه هادی HTS می باشد.به عبارتی، جهت توسعه کاربرد هادیهای HTS ، لازمست که هزینه این هادیها ، حتی الامکان کم شود . این هادیها جهت مصارف گوناگون میتوانند بکارروند مثل : کابلهای قدرت ، ترانسفورماتورها ، موتورها و محدودکننده های جریان خطا (SCFCL).در زیر به بررسی کاربرد HTS در ترانسفورماتور خواهیم پرداخت.

ترانسفورماتورهای HTS

ترانسفورماتورها یکی از مهمترین عناصر شبکه های انتقال و توزیع هستند . در ترانسفورماتورها انرژی الکتریکی در مس سیم پیچها ، آهن هسته ، تانک ترانس و سازه های نگهدارنده به صورت حرارت تلف می شود . حتی در زمانیکه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بی باری(NL) بوجود می آید. اخیراً با جایگزینی فلزات بی شکل و غیر بلوری (Amorphous) به جای آهن سیلیکونی در هسته ترانسفورماتورهای توزیع با قدرت نامی کوچکتر از KVA 100 ، تلفات بی باری باز هم کاهش یافته است . این کار هنوز در مورد ترانسفورماتورهای بزرگ با قدرت نامی بزرگتر از KVA 500 انجام نشده است .
اگر چه برای هر ترانسفورماتور ، 1 درصد توان نامی آن به عنوان توان تلفاتی در نظر گرفته می شود ، اما باید توجه داشت که آزادسازی بخش کوچکی از این تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئی کلانی را به همراه خواهد داشت . در ترانسفورماتورهای قدرت معمول ، تقریباً 80 درصد از کل تلفات ، مربوط به تلفات بارداری ترانسفورماتور است که از این 80% ، سهم تلفات اهمی سیم پیچها 80% بوده و 20% دیگر مربوط به تلفات ناشی از جریانهای فوکو و شارهای پراکنده است . لذا تلاشهای زیادی جهت کاهش تلفات بارداری صورت میگیرد.در ابررساناها به علت عدم وجود مقاومت اهمی در برابر جریان ، تلفات اهمی برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررسانا در ترانسفورماتورها ، تلفات کل ترانسفورماتور ، کاهش قابل ملاحظه ای خواهد یافت .
تلاشهایی که جهت توسعه ترانسفورماتورهای ابررسانا انجام میگردد، صرفاً به خاطر مسایل اقتصادی و کاهش هزینه کل نیست . یکی دیگر از دلایل طرح این مبحث آنست که در مراکز پرتراکم شهری ، رشد مصرف 2 درصدی سالیانه به معنی نیاز به افزایش سیستمهای موجود است . از طرفی بسیاری از پستهای توزیع به صورت سرپوشیده (Indoor) بوده و در کنار ساختمانها نصب شده اند . در این نوع پستها همانند دیگر پستهای توزیع از ترانسهای روغنی استفاده می شود که استفاده از روغن ، مشکلات و خطرات زیست محیطی و ایمنی مربوط به خود را دارد . در حالیکه در ترانسفورماتورهای ابررسانا ، ماده خنک کننده نیتروژن است که خطری برای افراد و موجودات زنده نداشته ، به علاوه خطر آتش سوزی نیز وجود ندارد .به همین لحاظ خنک کننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهای ابررسانا، به هیچ عنوان قابل مقایسه با روغنهای قابل اشتعال و مواد شیمیایی همچون PCB نیست .
همانطور که ذکر شد ،توجه جدی به ترانسفورماتورهای ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهای دمای پایین LTS (اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn) از اوایل دهه 1960 آغاز شد .اما مطالعاتی که در آن زمان بر روی این ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد که جهت بهره برداری از این ترانسفورماتورها باید آنها را در دمای 4.2 Kنگه داشت که انجام چنین کاری اقتصادی نیست .

پروژه های ترانسفورماتورهای HTS در جهان

پس از کشف مواد HTS در سال 1986 ، تحقیقات جهت امکان عملی ساخت ترانسفورماتورهای HTS شروع شد . تحقیقات در سال 1994 نشان داد در صورت استفاده از ترانسفورماتورهای HTS در محدوده قدرت تا MVA 500 ، میزان صرفه جویی در هزینه ، 70% و کاهش وزن آنها 40% نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی خواهد بود .
در ژاپن به دلیل تراکم بالای جمعیت ، یکی از فواید اساسی ترانسفورماتورهای HTS ، کاهش قابل ملاحظه وزن و حجم آنهاست . همانطوریکه کابلهای HTS قابلیت انتقال بیشتر توان را از طریق کانالهای موجود دارا هستند ، ترانسفورماتورهای HTS نیز میتوانند در فضای موجود ، قدرت بیشتری نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی تأمین کنند . به همین دلیل در ژاپن کوچک شدن فضای اشغال شده و وزن ترانسفورماتورها به عنوان مهمترین مزیت این نوع ترانسفورماتورها مطرح است
در اروپا ، علاقه به استفاده از ترانسفورماتورهای کوچک HTS در قطارهای سریع السیر ، رشد روز افزونی یافته است . پتانسیل و کشش بازار جهانی برای ترانسفورماتورهای ابررسانا بیش از 1 میلیارد دلار می باشد .

مقایسه فنی بین ترانسفورماتورهای معمولی و HTS

برای درک بهتر ترانسفورماتور HTS ، در این قسمت آنرا با یک ترانسفورماتور روغنی مقایسه می کنیم .بر این اساس ، یک ترانس معمولی روغنی MVA 100 ، سه فاز ، Hz 50 و kV 22/66 طراحی شد .پارامترهای طراحی ترانس روغنی معمولی در جدول (1) آورده شده است. یک ترانسفورماتور HTS نیز براساس مقادیر مشابه و درصد امپدانس 5/7% مانند ترانسفورماتور روغنی معمولی طراحی شده است . سیم پیچ فشار قوی 5 لایه دارد و هر لایه 98 دور دارد .در حالیکه سیم پیچ فشار ضعیف شامل سه لایه 163 دوری است . استحکام مکانیکی سیم پیچهای HTS باید به اندازه سیم پیچهای ترانسفورماتور روغنی باشد.برای این این منظور از نوارهای استیل با اندازه های برابر نوار HTS استفاده شد . پارامترهای طراحی ترانسفورماتور HTS در جدول(1) زیر آورده شده است .
جدول (1).مشخصات ترانسفورماتورهای مورد مطالعه

ترانس روغنی معمولی	ترانس HTS
پارامترها	پارامترها	مشخصات
Core-Type  سه فاز	Core-Type  سه فاز	نوع سازه
MVA  100	MVA  100	ظرفیت
kV  22/  66	kV  22/  66	ولتاژ (ثانویه / اولیه )
A   1515/ 505	A   1515/ 505	جریان (ثانویه / اولیه )
5/7%	5/7%	درصد امپدانس
V135	V135	ولتاژ یک دور
T73/1	T73/1	چگالی شار در هسته
مس	نوار Bi-2223/Ag	هادی
163 / 489	163 / 489	تعداد دورها
M  443  / M1653	M  30150 / M  34021	طول سیم
روغن	نیتروژن مایع	سیستم خنک کنندگی سیم پیچ
---------------------	T  27/0	میدان فاصله هوایی
روغن	------------------	سیستم خنک کنندگی هسته

با توجه به پارامترهای بالا ، ترانسفورماتور روغنی و ترانسفورماتور HTS در جدول (1) مقایسه شده اند . چگالی شار در هسته دارای مقدار T 73/1 برای هر دو ترانس است . اندازه پنجره هسته در ترانسفورماتور HTS حدود 15% کوچکتر از یک ترانس معمولی است . وزن هسته ترانسفورماتور HTS حدود 15% سبک تر از یک ترانس معمولی است . بازده ترانسفورماتور HTS 91/99 % است که حدود 3/0% بزرگتر از یک ترانسفورماتور معمولی است .
جدول(2) . مقایسه ترانسفورماتورهای مورد مطالعه

ترانسفورماتور HTS	ترانسفورماتور روغنی معمولی
mm  20 * 1950	mm  550 * 2600	ابعاد پنجره(W*H)
T73/1	T73/1	چگالی شار در هسته آهنی
V135	V135	ولتاژ یک دور
5/7%	5/7%	IX%
t  5/32	t   0/37	وزن هسته
KW90	KW380	تلفات
91/99%	62/99%	بازده

نتیجتا ورود مواد HTS چشم اندازهای زیادی برای کاربردهای عملی ابررسانا باز کرده است . کلافهای ابررسانا برای ترانسفورماتورهای قدرت و ترانسفورماتورهای انتقال صرفه جویی های عمده ای در انرژی را ایجاد می کند و هزینه هایی را که در مدت طول عمر برای تولید کنندگان برق یا شرکتهای راه آهن به وجود می آید، کاهش می دهد . سایر مزایای چشمگیر ترانسفورماتورهای ابررسانا عبارتند از :
1- اضافه بارها را بدون کاهش طول عمری که بوسیله آسیب های حرارتی ایجاد می شود ، سپری می کنند.
2- خطرات آتش سوزی و زیست محیطی به جهت حذف روغن عایق کننده کاهش می یابد.
3-وزن ترانسفورماتورها کاهش می یابدو ابعاد آنها فشرده تر می شود.
آمار نشان می دهد که ترانسفورماتورهای HTs به عنوان نسل جدیدی از ترانسفورماتورها در آینده نقش اساسی ای را در صنعت برق ایفاء خواهند کرد . لذا شناخت، بررسی و ساخت این نوع ترانسفورماتورها در کشور امری ضروری و اجتناب ناپذیر به نظر می رسد .

معرفی سیستم مانیتورینگ On-Line ترانسفورماتور

عملکرد ترانسفورماتور در سطوح مختلف نقش کلیدی و موثری در حفظ پایداری و ارتقای قابلیت اطمینان شبکه قدرت دارد، اما عوامل متعددی از قبیل بهره‌برداری غلط، عدم انجام سرویس و تعمیرات به موقع که ناشی از عدم دسترسی به اطلاعات جامع درخصوص ترانسفورماتور است، موجب به وجود آمدن شرایط بحرانی برای آن می‌شود. این شرایط بحرانی علاوه بر اینکه منجر به کاهش طول عمر ترانسفورماتورها (پیری زودرس) و یا تحمیل هزینه‌های تعمیرات و تعویض قطعات آن می‌شود، بعضاً موجب از مدار خارج شدن ترانسفوماتورها و به دنبال آن محدودیت در انتقال قدرت در شبکه می‌شود. با توجه به اهمیت ترانسفورماتور، در سالهای اخیر کنترل بهینه آن در دنیا مورد توجه قرار داشته است و برای رسیدن به این هدف سیستم‌های مانیتورینگ On-Line ترانسفورماتور که بر پایه استخراج پارامترهای ترانسفورماتور و پردازش و آنالیز آنها عمل می‌کنند طراحی و ساخته شده‌اند. هرچند دستگاه‌های متداول حفاظتی ترانسفورماتور شامل انواع رله‌ها، ترمومتر، برقگیر و … برای تشخیص و حفاظت از خطا در شبکه استفاده می‌شوند، اما به دلیل اهمیت موضوع، امروزه مراقبت از ترانسفورماتور دامنه وسیع‌تری پیدا کرده و شامل انواع روش‌های حفاظتی و نگهداری بازدارنده و تشخیص عیوب قریب‌الوقوع شده است. در حقیقت بسیاری از بهره‌برداران علاقمند هستند که از وضعیت داخل ترانسفورماتورهای قدرت باخبر شوند. به این ترتیب علاوه بر جلوگیری از وارد آمدن خسارات جدی به ترانسفورماتور، با اطلاع‌رسانی به موقع می‌توان موجب تداوم انتقال انرژی الکتریکی شد. به طور کلی می‌توان به مزایای زیر درخصوص بکارگیری از سیستم مانیتورینگ On-Line اشاره کرد:
- افزایش قابلیت اطمینان به ترانسفورماتور با حداقل‌سازی قطعی‌های ناخواسته
- کاهش ضرر ناشی از انرژی توزیع نشده و یا پرداخت خسارت به مشترکان
- امکان اعمال تعمیرات براساس شرایط واقعی و نیز کاهش هزینه‌های ناشی از خطاهای غیر منتظره و در نتیجه کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
- بهره‌برداری از ظرفیت ترانس
- افزایش طول عمر بهره‌برداری از ترانس که موجب به تعویق انداختن سرمایه‌گذاری برای جایگزینی ترانسفورماتور یا بهینه‌سازی آن می‌شود.
معماری کلی سیستم مانیتورینگ On-line ترانسفورماتور طراحی شده در پژوهشگاه نیرو در سیستم مانیتورینگ On-line ترانسفورماتور، اطلاعات از بخش‌های مختلف ترانس به صورت سیگنال‌های آنالوگ و از تابلوهای کنترل ترانس و کنترل تپ چنجر و … به صورت سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال جمع‌آوری می‌شود. اطلاعات جمع‌آوری شده از این بخش‌ها وارد تابلویی به نام Junction-Box می‌شود. این تابلو که در محوطه بیرونی پست قرار می‌گیرد،
از یک‌سری ترمینال جهت دسته‌بندی اطلاعات تشکیل شده است. سپس اطلاعات دسته‌بندی شده از طریق کابل‌های پررشته به صورت گروه‌های ورودی دیجیتال، ورودی آنالوگ و خروجی دیجیتال به اتاق کنترل ارسال می‌شود. در اتاق کنترل اطلاعات به کارت‌های دیجیتال و آنالوگ سیستم کنترل وارد شده و توسط CPU پردازش‌های لازم بر روی آنها انجام می‌شود. جهت دسترسی به یک‌سری امکانات دیگر نظیر مشاهده On-Line، ذخیره‌سازی و آنالیز، اطلاعات به یک کامپیوتر صنعتی ارسال می‌شود.

قابلیت‌های سیستم‌های مانیتورینگ On-Line ترانسفورماتور

در ادامه، به معرفی قابلیت‌ها و امکانات سیستم مانیتورینگ On-line ترانسفورماتور که در پست 230 کیلوولت کن بر روی ترانسفورماتور T4 اجرا شده، می‌پردازیم.
- اندازه‌گیری دماهای بالا و پایین روغن: دمای روغن یکی از پارامترهای مهم ترانسفورماتور است که به عنوان مبنای کنترل ورود و خروج فن‌ها و صدور فرامین آلارم و تریپ حرارتی درنظر گرفته می‌شود. در سیستم‌های قدیمی این دما فقط در قسمت بالای روغن اندازه‌گیری می‌شد، اما در سیستم مانیتورینگ On-Line به منظور افزایش دقت درمحاسبات، دما در دو قسمت مختلف ترانسفورماتور یکی در قسمت بالای روغن و دیگری در قسمت پایین، اندازه‌گیری و نمایش داده می‌شود. در این سیستم دمای روغن علاوه بر موارد ذکر شده، پارامتر اساسی در محاسبه دمای نقطه داغ سیم‌پیچ نیز است.
- محاسبه دمای نقطه داغ سیم‌پیچ: از دیگر دماهای با اهمیت در ترانسفورماتورها، دمای نقطه داغ سیم‌پیچ است که مشابه دمای روغن پارامتر کنترل کننده سیستم خنک کننده و صدور فرامین آلارم و تریپ حرارتی است. از سوی دیگر از آنجایی که استرسهای حرارتی یکی از مهمترین عوامل زوال عایقی ترانسفورماتورها است و داغ‌ترین نقطه سیم‌پیچ ترانسفورماتور محتمل‌ترین مکان برای شکست عایقی است، بنابراین مهمترین عامل محدودکننده بارگذاری ترانسفورماتور است و تعیین دقیق آن سبب می‌شود ارزیابی بهتری از قابلیت بارگذاری، عمر از دست رفته و عمر باقیمانده ترانسفورماتور امکان‌پذیر شود. سه روش اصلی به شرح زیر برای تعیین دمای نقطه داغ وجود دارد: - اندازه‌گیری مستقیم (حسگر فیبر نوری)
- شبیه‌سازی دمای نقطه داغ
- محاسبه با استفاده از مدل‌های حرارتی استاندارد
روش‌ اندازه‌گیری مستقیم با استفاده از فیبر نوری دقیق‌ترین روش موجود است. اما به علت هزینه بالا و قابلیت اطمینان نسبتاً پایین و حساسیت و شکنندگی، حسگرهای فیبر نوری هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است و بیشتر در تحقیقات آزمایشگاهی به کار می‌رود. نکته دیگری که درباره این حسگرها باید گفت این است که نصب آنها تنها در هنگام ساخت یا تعمیرات ترانسفورماتور امکان‌پذیر است.
در ترانسفورماتورهای موجود، این دما از طریق قرار دادن یک ترمومتر دمایی و به روش شبیه‌سازی بدست می‌آید. مشکل این نوع تجهیزات این است که صحت دمای اندازه‌گیری شده و نقاط تنظیم به دقت دماسنج و همچنین توانایی تکنسین بستگی دارد. دقت این ترمومترها که توسط پست‌های حرارتی در کارخانه کالیبره می‌شود معمولاً حدود 2 تا 3 درجه سانتیگراد است و با گذشت زمان ممکن است به 5 تا 10 درجه سانتیگراد هم تغییر یابد که در این زمان باید مجدداً کالیبره شود.
به دلایل ذکر شده در سیستم مانیتورینگ On-line ترانسفورماتور، به جای روش شبیه‌سازی، دمای سیم پیچ از طریق یک‌سری محاسبات طبق استاندارد IEC که متناسب با شرایط مختلف خنک‌کنندگی ترانسفورماتور است، به دست می‌آید.
اندازه‌گیری و نمایش ولتاژ و بار و توان: ولتاژ و جریان و توان ترانسفورماتور در بخش‌های HV، LV اندازه‌گیری و در سیستم مانیتورینگ نمایش داده می‌شود. علاوه بر آن به کمک این مقادیر توان راکتیو و ضریب توان محاسبه می‌شود.
محاسبه پیری حرارتی عایق ترانسفورماتور: در سیستم مانیتورینگ On-line ترانسفورماتور، پیری حرارتی عایق ترانسفورماتور بر پایه دمای نقطه داغ سیم پیچ محاسبه می‌شود.
آشکارسازی گازهای محلول: یکی از خطاها و اشکالات موجود در ترانسفورماتور تولید گازهای مضر محلول در روغن در اثر عواملی از جمله تخلیه جزئی، حرارت ناشی از افزایش بارگیری و .. است. در حال حاضر برای شناسایی این اشکالات، از روغن ترانسفورماتور به صورت دوره‌ای نمونه‌برداری و در آزمایشگاه آنالیز می‌شود. از آنجائی که برنامه نمونه‌گیری و آنالیز روغن در دوره‌های زمانی معین انجام می‌شود ممکن است بعضی از خطاها آشکار نشود و یا اینکه بر طبق این برنامه ثابت دوره‌ای، انجام تست پس از به وجود آمدن یک شرایط بحرانی برای ترانسفورماتور انجام شود. در سیستم مانیتورینگ On-Line با قراردادن یک دستگاه آشکارساز گاز در روغن می‌توان مقدار گاز را به طور پیوسته اندازه‌گیری و نمایش داد و در صورت بروز خطا توسط این دستگاه آلارم مناسب تولید کرد. علاوه بر اینکه به کمک این دستگاه می‌توان خطاها را در زمان تولید آشکار کرد، خطاهای در حال پیشرفت در ترانسفورماتور نیز از طریق نرخ تغییرات گازهای تولید شده مشخص می‌شود و از این راه می‌توان از بوجود آمدن خطرات جدی بر روی ترانسفورماتور جلوگیری کرد.
اندازه‌گیری رطوبت در روغن: رطوبت به عنوان یکی از عوامل مخرب، نقش مهمی در کاهش عمر عایقی ترانسفورماتور دارد. عمر حرارتی کاغذ متناسب با مقدار رطوبت آن است به طوری که اگر مقدار رطوبت کاغذ دو برابر شود عمر آن به نصف کاهش می‌یابد. از طرف دیگر افزایش رطوبت در نواحی با شدت میدان الکتریکی بالا موجب کاهش آستانه شروع تخلیه جزئی و افزایش شدت آن شده و در نهایت موجب وارد شدن خسارات جدی به ترانسفورماتور می‌شود. در ترانسفورماتورها معمولاً مقداری رطوبت در طی فرآیند خشک کردن باقی می‌ماند که به مرور زمان این مقدار در اثر رطوبت هوا و تجزیه روغن و مواد سلولزی بیشتر می‌شود. در حال حاضر روغن ترانسفورماتور به صورت دوره‌ای نمونه‌برداری و در صورت لزوم به کمک دستگاه oiltreatment تصفیه می‌شود. از آنجائی که این نمونه‌برداری به صورت دوره‌ای است ممکن است در زمان مناسب انجام نشود و خسارات جدی به سیستم عایقی ترانسفورماتور وارد شود. در سیستم مانیتورینگ On-Line با توجه به اهمیت رطوبت، دستگاهی برای اندازه‌گیری آن قرار داده می‌شود که به طور مداوم مقدار رطوبت روغن را اندازه‌گیری می‌کند. در این سیستم در صورت افزایش رطوبت با تولید آلارم، بهره‌بردار جهت انجام تست دوره‌ای مطلع می‌‌شود.
کنترل سیستم خنک‌کنندگی: سیستم خنک‌کنندگی ترانسفورماتور یکی از مهمترین بخش‌های آن است که کنترل آن باید از طریق سیستم مانیتورینگ ترانسفورماتور به صورت بهینه انجام شود. هدف از این کنترل قراردادن ترانسفورماتور در دمای نسبتاً ثابتی است. برای رسیدن به این هدف در تعیین دمای ترانسفورماتور باید دقت کافی اعمال شود. در این سیستم دمای بالای روغن توسط سنسور حرارتی با دقت بالا اندازه‌گیری و دمای نقطه داغ سیم پیچ با توجه به بار و دمای محیط محاسبه می‌شود. با استفاده از این مقادیر پیش فرض برای کنترل سیستم خنک‌کننده، فرامین کنترلی مناسب برای راه‌اندازی سیستم از طریق PLC به مدارات فرمان ارسال می‌شود.
پیش‌بینی زمان سرویس تجهیزات سیستم خنک‌کننده: تعمیرات و سرویس به موقع تجهیزات خنک‌کننده ترانسفورماتور نقش به سزائی در عملکرد صحیح این سیستم دارد. در حال حاضر سرویس تجهیزات به صورت دوره‌ای انجام می‌شود. ولی از طریق سیستم مانیتورینگ ترانسفورماتور با اندازه‌گیری مدت زمان روشن بودن هر یک از فن‌ها زمان مورد نیاز برای سرویس این تجهیزات برحسب شرایط و نیاز واقعی مشخص می‌شود.
اندازه‌گیری دمای روغن تپ‌چنجر: تپ‌چنجر یکی از بخش‌های مهم و اساسی ترانسفورماتور است که سلامت آن تاثیر مستقیمی در عملکرد ترانسفورماتور دارد. طی نتایج بررسی‌های به عمل آمده از تحقیقات آماری برای شناسایی خطاهای ترانسفورماتور مشخص شده که بخش عظیمی از این خطاها مربوط به بخش تپ‌چنجر آن است. یکی از مشکلات تپ‌چنجر کثیفی کنتاکت‌ها و ایجاد گرمای اضافی در روغن است که این افزایش گرما باعث کربنیزه‌شدن روغن و ایجاد آلودگی بیشتر شده که در نهایت کاهش قدرت عایقی روغن را به همراه دارد. به همین دلیل یکی از روش‌های شناسایی خطا در تپ‌چنجر اندازه‌گیری دما به صورت پیوسته است. از آنجایی که تانک تپ‌چنجر به صورت مکانیکی به تانک اصلی کوپل شده است، بنابراین اختلاف بین دمای تپ‌چنجر و تانک اصلی می‌تواند به عنوان معیاری برای شناسایی خطاهای آن باشد.
نمایش Tap-Position ترانسفورماتور: یکی از پارامترهای قابل اندازه‌گیری ترانسفورماتور مقدار تپ آن می‌باشد. علاوه بر نمایش این مقدار در سیستم مانیتورینگ از آن در محاسبات نیز استفاده می‌شود.
پیش‌بینی زمان سرویس قطعات تپ‌چنجر: سلامت تپ‌چنجر نقش کلیدی در صحت عملکرد ترانسفورماتور دارد. قطعات تپ‌چنجر در هنگام عملکرد ناشی از تغییر تپ و یا در اثر خوردگی ناشی از جریان فرسوده شده و نیاز به سرویس و یا تعویض دارند. این سرویس باید در زمان مناسبی انجام شود، تا عملکرد ترانسفورماتور تحت تاثیر خرابی تپ‌چنجر قرار نگیرد. در سیستم مانیتورینگ به کمک ثبت تعداد عملکردهای انجام شده و انجام محاسبات می توان زمان سرویس و یا تعویض قطعات را پیش‌بینی کرد.
تعیین عملکرد رله‌های حفاظتی: به منظور ارزیابی صحیح‌تر از وضعیت ترانسفورماتور سیگنال‌های حفاظتی ترانسفورماتور از تابلوهای موجود پست استخراج و در سیستم ثبت می‌شود.
محاسبه ظرفیت اضافه بار: در شرایط کارکرد نرمال شبکه، بارگیری از ترانسفورماتور باید در محدوده بار نامی آن انجام شود، اما در شرایط بحرانی شبکه، شرایطی به وجود می‌آید که پذیرش اضافه بارگیری از ترانسفورماتور اجتناب‌پذیر است. از آنجائی که بارگیری بیشتر از مقدار نامی موجب افزایش دما و متعاقب آن افزایش پیری‌ ترانسفورماتور و در درازمدت موجب وارد شدن خسارات جدی به آن می‌شود بنابراین قبول این اضافه بارگیری باید در زمان محدود و با توجه به شرایط دمایی واقعی انجام شود به طوری که عمر ترانسفورماتور تحت تاثیر آن قرار نگیرد. تحقق این امر بدون وجود یک سیستم مانیتورینگ On-Line ترانسفورماتور که به طور پیوسته مقادیر دما و بارگیری را ثبت می‌کند، غیر عملی است. در سیستم مانیتورینگ On-Line به این منظور برای ترانسفورماتور قابلیتی با عنوان محاسبه ظرفیت اضافه بار که بر پایه اندازه دمای محیط، دمای روغن و دمای نقطه داغ سیم‌پیچ عمل می‌کند در نظر گرفته می‌شود. در گذشته جهت بارگیری از ترانسفورماتورها از جداول ثابت و تقریبی استفاده می‌شد که موجب افزایش خطرات ناشی از اعمال آن می‌شد. ولی امروزه می‌توان از قابلیت‌های سیستم مانیتورینگ On-line ترانسفورماتور برای تشخیص حدود مجاز بارگیری استفاده کرد. برای این منظور برنامه‌ای با عنوان بارگیری از ترانسفورماتور تهیه شده و به کمک این برنامه که براساس شرایط واقعی ترانسفورماتور در شروع بارگیری عمل می‌کند مشخص می‌شود ترانسفورماتور بار را تا چه مدت زمانی می‌تواند تحمل کند تا به شرایط بحرانی نرسد و یا به کمک این برنامه مشخص می‌شود که در یک بازه زمانی معین تا چه باری می‌توان به ترانسفورماتور اعمال کرد.
گفتنی است با اندازه‌گیری و تحلیل این اطلاعات به طور کلی می‌توان به اهدافی نظیر زیر دست یافت:
- تعیین وضعیت Active part
- کنترل سیستم خنک‌کنندگی
- تعیین وضعیت تپ‌چنجر
علاوه بر قابلیت‌های ارایه شده برحسب تقاضا قابلیت‌های زیر و یا هر امکان قابل اجرای دیگری که مورد نیاز باشد می‌تواند در سیستم اضافه شود:
- تعیین خطاهای مکانیکی تپ‌چنجر
- مانیتورینگ بوشینگ
- تعیین وضعیت مدار سیستم خنک‌کننده
- اندازه‌گیری سطح روغن

ویژگی‌های سیستم مانیتورنیگ On-line ترانسفورماتور

به طور کلی می‌توان به ویژگی‌های زیر درخصوص سیستم طراحی شده اشاره کرد:
- اندازه‌گیری پیوسته مقادیر
- ثبت مقادیر اندازه‌گیری شده و توانایی تهیه گزارش از آنها
- توانایی انجام عملیات محاسباتی دقیق و پیشرفته
- امکان تنظیم آستانه‌های مورد نیاز برای آلارم و تریپ
- قابلیت توسعه‌های آتی در نرم‌افزار و سخت‌افزار
- قابلیت انعطاف در تعیین معماری سیستم
- سازگاری با شرایط آب و هوایی مناطق گرم و مرطوب
نمونه اجرا شده: یک نمونه از سیستم مانیتورینگ ترانسفورماتور با مشخصات ذکر شده پس از گذراندن موفقیت‌آمیز تست‌هایی نظیر ESD و EFT و نیز تست‌های عملکردی بر روی یکی از ترانسفورماتورهای 230 کیلوولت پست کن در برق منطقه‌ای تهران نصب شده است.
موارد کاربرد: از آنجایی که بروز خطا در ترانسفورماتورها و عدم شناسایی به موقع آنها بعضاً باعث خروج ترانسفورماتورها از شبکه قدرت و یا کاهش عمر عایقی آنها و در نهایت وارد شدن خسارات اقتصادی و کاهش قابلیت اطمینان می‌شود از این رو استفاده از سیستم‌های مانیتورینگ On-Line به منظور پیشگیری و یا تشخیص به موقع عیوب، در ترانسفورماتورهای مهم شبکه قدرت و صنایعی نظیر فولاد بسیار مثمرثمر خواهد بود.

 

دیود ها

همه چیزدرباره انواع دیود ها
دسته بندی دیودها:
در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم میکنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکارمی روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور میدهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده میشوند و توانایی عبورجریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر(Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می شود.

اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode) :
محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه های پلاستیکی کامپیوتری و چیپ های مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی ازسال ۲۰۰۳ که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ،پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری میشود.
انواع دیود ها:
۱- دیود اتصال نقطه ای
۲- دیود زنر
۳- دیودنور دهنده LED
۴- دیود خازنی ( واراکتور
۵- فتو دیود

- دیوداتصال نقطه ای:
دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی حدو PF می کنند . اگر بخواهیم دیود را در فرکانس های بالا به کار ببریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند.دلیل این امر این است که درفرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این مسئله،از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم.

- دیود زنر:
دیود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N ساخته می شود.اگر یک دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف شروع به هدایت می کند، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها راکنترل کرد.
ولتاژ زنر : ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادیمی شود به ولتاژ زنر معروف است .


- دیود نوردهنده LEd
این دیود از دو نوع نیمه هادی P & N تشکیل شده است . هر گاه این دیود در بایاس مستقیم ولتاژی قرارگیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نورتولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد . این لامپ چند مزایا بر لامپ های معمولی دارد که عبارتند از :
۱- کوچک بودن و نیاز به فضای کم
۲- محکم بودن و داشتن عمرطولانی ( حدود صد هزار ساعت کار
۳- قطع و وصل سریع نور
۴- تلفات حرارتی کم
۵- ولتاژ کار کم ، بین ۱.۷ ولت تا ۳.۳ ولت
۶- جریان کم حدود چند میلی آمپر با نور قابل رویت
۷- توان کم ، حدود ۱۰ تا ۱۵۰ میلی وات


دیود خازنی ( واراکتور
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد.

در الکترونیک کیاز انواع دیودهایی که با ظرفیت خازنی متغیر ، دیود واراکتور (دیود واریکاپ) یا دیودتنظیمی است . مقدار این ظرفیت خازنی تابعی است از ولتاژی که به پایه های دیود میدهیم .

بطور معمول دیود واراکتور در آمپلی فایرهای پارامتری ، اسیلاتورهای پارامتری و اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ ( یکی از اجزا اساسی حلقه قفل شده فاز ) وسینتی سایزرهای فرکانس است . ولی عمده ترین کاربرد آن در خازن کنترل شده با ولتاژاست . در بعضی موارد هم از این دیود می توان به عنوان یکسوسازی استفاده کرد .

فتو دیود:
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P & N ، جهت تابانیدن نور بهآن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ، بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنزبسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .

دیودهای سیگنال:
این نوع از انواع دیودها برای پردازش سیگنالهای ضعیف (معمولا” رادیویی و کم جریان) تا حداکثر حدود 100 m.A کاربرد دارند. معروف ترین و پر استفاده ترین آنها دیود 1N4148 است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقیم آن 0.7 ولت است.

اما برخی از دیود های سیگنال ازژرمانیم هم ساخته می شوند، مانند OA90 که ولتاژ شکست مستقیم پایین تری دارد، (حدود 0.2 ولت). به همین دلیل از این نوع دیود بیشتر برای آشکار سازی امواج مدوله شده رادیویی استفاده می شود.
بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیویدخیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود. دلیل آن مقاومت بهتر آنها درمقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژمستقیم است. همچنین دیود های سیلیکونی سیگنال معمولا” در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.
از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد. هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیمپیچ آن میتواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب میتواند این ولتاژ را خنثی کند.

استفاده از دیود زنر برای تهیه ولتاژثابت دیودهای زنر :
همانطور که قبلا” اشاره شد، از این دیودها برای تثبیت ولتاژاستفاده می شود. این نوع از دیود ها برای شکسته شدن با اطمینان در ولتاژ معکوس ساخته شده اند، بنابراین بدون ترس می توان آنها را در جهت معکوس بایاس کرد و ازآنها برای تثبیت ولتاژ استفاده نمود. به هنگام استفاده از آنها معمولا” از یک مقاومت برای محدود کردن جریان بطور سری نیز استفاده می شود.
دیودهای زنرمعمولا” با حروفی که در آنها Z وجود دارد نامگذاری می شوند مانند BZX یا BZY و … وولتاژ شکست آنها نیز معمولا” روی دیود نوشته می شود، مانند 4v7 که به معنی ۴.۷ ولتاست. همچنین توان تحمل این دیود ها نیز معمولا” مشخص است، در بازار نوع 400mW و 1.3W آن بسیار رایج است.

روش نام گذاری دیودها:
1» روش ژاپنی: در این روش نامگذاری، از عدد 1 و حرف S که به دنبال آن می آید استفاده می شود. و سپس تعدادی شماره خواهد آمد که مراجعه به جدول می توان مشخصات الکتریکی آن را به دست آورد در این روش، جنس و نوع دیود مشخص نمی باشد. به عنوان مثال دیود 1S3010A، دیودزنراست (درموارد زیادی برای دیودهای زنر حرف A را در انتهای شماره ها می آورند) ودیود 1S310 یک دیود معمولی و دیود 1S2049 دیود واراکتور می باشد.
2» روش اروپایی: در روش اروپایی، تا سال 1960 تمامی دیودها را با حروف OA با تعدادی شماره به دنبال آن مشخص می کردند که با مراجعه به جدول می توانستیم مشخصات الکتریکی آن رابدست آوریم. مانند: دیود OA34 اما از سال 1960 به بعد این روش نامگذاری تغییر کرد. نحوه تغییر بدین صورت بود: دیودهایی که بیشتر در مدارات رادیو و تلویزیون به کار میروند، با دو حرف و سه شماره مشخص می شوند و دیودهایی که کاربرد آنها در مدارات مخصوص می باشد با سه حرف و دو شماره معین می گردند. در ذیل روش نامگذاری دو حرفی وسه شماره ای خواهد آمد:
حرف اول جنس نیمه هادی به کار رفته در دیود را مشخص میکند، اگر دیود از جنس رژمانیوم باشد با حروف A و اگر از جنس سیلیسیم باشد با حروف B مشخص می نمایند.
حرف دوم: یکی از حروف زیر می باشد که نوع دیود را مشخص می کند:
-A دیود معمولی یکسو ساز
- B دیود و اراکتور
- Y دیود یکسو کننده قدرت
- Z دیود زنر
بعد از حروف، شماره هایی آورده می شود که می توان با مراجعه به جدول مشخصات الکتریکی آن را بدست آورد. به عنوان مثال:
دیود معمولی یکسوکننده ژر مانیومی: AA116
دیود معمولی یکسو کننده سیلیسیمی: BA316
3» روش آمریکایی: در این روش نام دیود با 1N شروع می شود و پس از آن تعدادی شماره می آیدکه با دانستن این عدد و مراجعه به جدول مشخصات دیودها، می توان سایر مشخصات آنرا بدست آورد

اولین ترانزیستورها

اولین نمونه ترانزیستور بدنه فلزی

در اولیــن ماههــای سـال 1948 نخسـتین نمـونـه از یـک ترانزیـسـتـور (Transistor) که بدنه فلزی داشت در مجموعه آزمایشگاه های Bell ساخته شد. این ترانزیستور که قرار بود جایگزین لامپهای خلاء - الکترونیک - شود Type A نام گرفت. این ترانزیستور که کاربرد عمومی داشت و بسیار خوب کار می کرد یکسال بعد به تعداد 3700 عدد تولید انبوه شد تا در اختیار دانشگاه ها، مراکز نظامی، آزمایشگاه ها و شرکت ها برای آزمایش قرار گیرد.
 

جالب آنکه این اختراع در زمان خود آنقدر مهم بود که هر عدد از این ترانزیستورها در بسته بندی جداگانه با شماره سریال و مشخصات کامل نگهداری می شد. همانطور که در شکل مشاهده می شود این ترانزیستور تنها دارای دو پایه بود. Collector و Emitter و پایه Base به بدنه فلزی آن متصل بود.
 

اولین نمونه ترانزیستور بدنه پلاستیکی


نمونه اصلاح شده بدنه پلاستیکی

تولید ترانزیستورهای بدنه فلزی تا سال 1950 ادامه داشت تا اینکه در این سال در آزمایشگاه های Bell اولین ترانزیستور با بدنه پلاستیکی ساخته شد. طبیعی بود که در اینحالت ترانزیستور می بایست سه پایه داشته باشد. اما به دلیل مشکلاتی که در ساخت این ترانزیستور وجود داشت تولید آن به حالت انبوه نرسید و در همان سال ترانزیستور های جدید دیگری با پوشش پلاستیکی جایگزین همیشگی آن شدند.

لازم به ذکر است که به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است. تمامی پیشرفت های بشر که در مخابرات، صنعت حمل و نقل هوایی، اینترنت، تجهیزات کامپیوتری، مهندسی پزشکی و ... روی داده است همگی مرهون این اختراع میباشد.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپهای خلاء - الکترونیک - شد و توانست همان خاصیت لامپها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد. ترانزیستورها عموما" برای تقویت جریان الکتریکی و یا برای عمل کردن در حالت سوییچ بکار برده می شوند. ساختمان داخلی آنها از پیوندهایی از عناصر نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم تشکیل شده است.
 

ترانزیستور چگونه کار می کند - ۱

 

اعمال ولتاژ با پلاریته موافق باعث عبور جریان از یک پیوند PN می شود و چنانچه پلاریته ولتاژتغییر کند جریانی از مدار عبور نخواهد کرد .

اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی استفاده کنید.
 

موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت ولتاژ استفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریان این وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.

جریان ورودی ای که که یک ترانزیستور می تواند آنرا تقویت کند باید حداقل داشته باشد. چنانچه این جریان کمتر از حداقل نامبرده باشد ترانزیستور در خروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد. اما به محض آنکه شما جریان ورودی یک ترانزیستور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شده خواهید دید. از این خاصیت ترانزیستور معمولا" برای ساخت سوییچ های الکترونیکی استفاده می شود.

 

از لحاظ ساختاری می توان یک ترانزیستور را با دو دیود مدل کرد.

همانطور که در مطلب قبل اشاره کردیم ترانزستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد. برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند.
 

در شکل اول شما یک پیوند نیمه هادی از نوع PN را مشاهده می کنید. که از اتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است. نیمه هادی های نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادی حفره (Hole) آزاد می باشند. بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد را فضایی دانست که در آن کمبود الکترون وجود دارد.

اگر به این تکه نیمه هادی از خارج ولتاژی بصورت آنچه در شکل نمایش داده می شود اعمال کنیم در مدار جریانی برقرار می شود و چنانچه جهت ولتاژ اعمال شده را تغییر دهیم جریانی از مدار عبور نخواهد کرد (چرا؟).

این پیوند نیمه هادی عملکرد ساده یک دیود را مدل می کند. همانطور که می دانید یکی از کاربردهای دیود یکسوسازی جریان های متناوب می باشد. از آنجایی که در محل اتصال نیمه هادی نوع N به P معمولآ یک خازن تشکیل می شود پاسخ فرکانسی یک پیوند PN کاملآ به کیفیت ساخت و اندازه خازن پیوند بستگی دارد. به همین دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهای رادیویی - مثلآ برای آشکار سازی - را نداشتند.

معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و آنرا به حد یک نقطه می رسانند.

ترانزیستور چگونه کار می کند - ۲

منحنی رفتار یک دیود در هنگام اعمال ولتاژ مثبت

تا اینجا کلیاتی راجع به ترانزیستور بیان کردیم همچنین گفتیم که اگر به یک پیوند PN ولتاژ با پلاریته موافق متصل کنیم جریان از این پیوند عبور کرده و اگر ولتاژ را معکوس کنیم در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می دهد. برای درک دقیق نحوه کارکرد یک ترانزیستور باید با نحوه کار دیود آشنا شویم، باید اشاره کنیم که قصد نداریم تا به تفضیل وارد بحث فیزیک الکترونیک شویم و فقط سعی خواهیم کرد با بیان نتایج حاصل از این شاخه علمی ابتدا عملکرد دیود و سپس ترانزیستور را بررسی کنیم.
 

همانطور که می دانید دیود ها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود.

از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث میشود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.7 ولت می باشد. به شکل اول توجه کنید که چگونه برای ولتاژهای مثبت - منظور جهت درست می باشد - تا قبل از 0.7 ولت دیود از خود مقاومت نشان می دهد و سپس به یکباره مقاومت خود را از دست می دهد و جریان را از خود عبور می دهد.
 

نماد فنی و دو نمونه از انواع دیوید

اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدار های الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تاثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمیگذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیود ها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می شود.
 

در دسته بندی اصلی، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می دهند، دیودهای یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسوسازی جریانهای متناوب بکاربرده می شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالآخره دیود های زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می شود.

ترانزیستور چگونه کار میکند - ۳

استفاده از دیود سیگنار در مدار رله برای جلوگیری از ایجاد ولتاژ های ناخواسته زیاد

در ادامه بحث نحوه کارکرد یک ترانزیستور لازم است قدری راجع به انواع دیود که در مطلب قبل به آنها اشاره کردیم داشته باشیم.

 

دیودهای سیگنال
این نوع از انواع دیودها برای پردازش سیگنالهای ضعیف - معمولا" رادیویی - و کم جریان تا حداکثر حدود 100mA کاربرد دارند. معروفترین و پر استفاده ترین آنها که ممکن است با آن آشنا باشید دیود 1N4148 است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقیم آن 0.7 ولت است.

اما برخی از دیود های سیگنال از ژرمانیم هم ساخته می شوند، مانند OA90 که ولتاژ شکست مستقیم پایینتری دارد، حدود 0.2 ولت. به همین دلیل از این نوع دیود بیشتر برای آشکار سازی امواج مدوله شده رادیویی استفاده می شود.

بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیوید خیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود. دلیل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژ مستقیم است. همچنین دیود های سیلیکونی سیگنال معمولا" در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.

از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد. هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیم پیچ آن میتواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب میتواند این ولتاژ را خنثی کند. به شکل اول توجه کنید.
 

استفاده از دیود زنر برای تهیه ولتاژ ثابت

دیودهای زنر
همانطور که قبلا" اشاره کردیم از این دیودها برای تثبیت ولتاژ استفاده می شود. این نوع از دیود ها برای شکسته شدن با اطمینان در ولتاژ معکوس ساخته شده اند، بنابراین بدون ترس می توان آنها را در جهت معکوس بایاس کرد و از آنها برای تثبیت ولتاژ استفاده نمود. به هنگام استفاده از آنها معمولا" از یک مقاومت برای محدود کردن جریان بطور سری نیز استفاده می شود. به شکل نگاه کنید به این طریق شما یک ولتاژ رفرنس دقیق بدست آورده اید.
 

دیودهای زنر معمولا" با حروفی که در آنها Z وجود دارد نامگذاری می شوند مانند BZX یا BZY و ... و ولتاژ شکست آنها نیز معمولا" روی دیود نوشته می شود، مانند 4V7 که به معنی 4.7 ولت است. همچنین توان تحمل این دیود ها نیز معمولا" مشخص است و شما هنگام خرید باید آنرا به فروشنده بگویید، در بازار نوع 400mW و 1.3W آن بسیار رایج است.

ترانزیستور چگونه کار میکند؟ - ۴

یکسو ساز نیم موج با استفاده از یک دیود.

در مطلب قبل راجع به دیودهای زنر و سیگنال صحبت کردیم و ضمن آوردن مثال، توضیح دادیم که این دیودها چگونه کار میکنند. حال در ادامه این مجموعه مطالب ابتدا به تشریح مختصر دیود های یکسو کننده میپردازیم.
 

دیود های یکسوساز عموما" در مدارهای جریان متناوب بکار برده می شوند تا با کمک آنها بتوان جریان متناوب (AC) را به مستقیم (DC) تبدیل کرد. این عملیات یکسوسازی یا Rectification نامیده می شود.

از مشهورترین این دیودها می توان به انواع دیودهای 1N400x و یا 1N540x اشاره کرد که دارای ولتاژ کاری بین 50 تا بیش از 1000 ولت هستند و می توانند جریان های بالا را یکسو کنند. این ولتاژ، ولتاژی است که دیود می تواند بدون شکسته شدن - سوختن - در جهت معکوس آنرا تحمل کند.

دیودهای یکسوساز معمولآ از سیلیکون ساخته می شوند و ولتاژ بایاس مستقیم آنها حدود 0.7 ولت می باشد.

یکسو سازی جریان متناوب با یک دیود
شما می توانید با قرار دادن فقط یک دیود در مسیر جریان متناوب مانع از گذر سیکل منفی جریان در جهت مورد نظر در مدار باشید به شکل اول دقت کنید که چگونه قرار دادن یک دیود در جهت موافق، فقط به نیم سیکل های مثبت اجاز خروج به سمت بار را می دهد. به این روش یکسوسازی نیم موج یا Half Wave گفته می شود.

بدیهی است برای بالابردن کیفیت موج خروجی و نزدیک کردن آن به یک ولتاژ مستقیم باید در خروجی از خازن هایی با ظرفیت بالا استفاده کرد. این خازن در نیم سیکل مثبت شارژ می شود و در نیم سیکل منفی در غیاب منبع تغذیه، وظیفه تغذیه بار را بعهده خواهد داشت.
 

یکسو ساز تمام موج با استفاده از پل دیود.

پل دیود یا Bridge Rectifiers
اما برای آنکه بتوانیم از نیمه منفی موج ورودی که در نیمی از سیکل جریان امکان عبور به خروجی را ندارد، استفاده کنیم باید از مداری بعتوان پل دیود استفاده کنیم. پل دیود همانطور که از شکل دوم مشخص است متشکل از چهار دیود به یکدیگر متصل می باشد. جریان متناوب به قسمتی که دو جفت آند و کاتد به یکدیگر متصل هستند وصل می شود و خروجی از یک جف آند و یک جفت کاتد به یکدیگر متصل شده گرفته می شود.
 

روش کار به اینصورت است که در سیکل مثبت مدار دیودهای 1 و 2 عمل کرده و خروجی را تامین میکنند و در سیکل منفی مدار دیودهای 3 و 4 عمل می کند و باز خروجی را در همان وضعیت تامین می کند.
 

ترانزیستور چگونه کار میکند؟ - ۵

نماد و شماتیک پیوندها در ترانزیستورها

در مطالب قبل بطور خلاصه راجع به دیودها و ترانزیستورها و پیوندهای PN صحبت کرده مثالهایی از کاربرد اصلی انواع دیود ارائه کردیم. در این قسمت راجع به گونه های ساده اولین ترانزیستورها که از سه لایه نیمه هادی تشکیل شده اند صحبت خواهیم کرد.
 

بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد. هر چند در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن با لامپهای خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت PNP ساخته می شدند اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یکطرف و تفاوت بهره دریافتی از طرف دیگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بیشتر از نیمه هادیی از جنس سیلیکون و با پلاریته NPN برای ساخت ترانزیستور استفاده کنند. تفاوت خاصی در عملکرد این دو نمونه وجود ندارد و این بدان معنی نیست که ترانزیستور ژرمانیم با پلاریته NPN یا سیلیکون با پلاریته PNP وجود ندارد.
 

نمای واقعی تری از پیوندها در یک ترانزیستور که تفاوت کلکتور و امیتر را بوضوح نشان می دهد.

برای هریک از لایه های نیمه هادی که در یک ترانزیستور وجود دارد یک پایه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بیرونی را به نیمه هادی ها میسر می سازد. این پایه ها به نامهای Base (پایه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص می شوند. اگر به ساختار لایه ای یک ترانزیستور دقت کنیم بنظر تفاوت خاصی میان Collector و Emitter دیده نمی شود اما واقعیت اینگونه نیست. چرا که ضخامت و بزرگی لایه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و این عملا" باعث می شود که این دو لایه با وجود تشابه پلاریته ای که دارند با یکدیگر تفاوت داشته باشند. با وجود این معمولا" در شکل ها برای سهولت این دو لایه را بصورت یکسان در نظر میگیردند.
 

بدون آنکه در این مطلب قصد بررسی دقیق نحوه کار یک ترانزیستور را داشته باشیم، قصد داریم ساده ترین مداری که می توان با یک ترانزیستور تهیه کرد را به شما معرفی کرده و کاربرد آنرا برای شما شرح دهیم. به شکل زیر نگاه کنید.

 

مدار ساده برای آشنایی با طرز کار یک ترانزیستور

بطور جداگانه بین E و C و همچنین بین E و B منابع تغذیه ای قرار داده ایم. مقاومت ها یی که در مسیر هریک از این منابع ولتاژ قرار دادیم صرفا" برای محدود کردن جریان بوده و نه چیز دیگر. چرا که در صورت نبود آنها، پیوندها بر اثر کشیده شدن جریان زیاد خواهند سوخت.
 

طرز کار ترانزیستور به اینصورت است، چنانچه پیوند BE را بصورت مستقیم بایاس (Bias به معنی اعمال ولتاژ و تحریک است) کنیم بطوری که این پیوند PN روشن شود (برای اینکار کافی است که به این پیوند حدود 0.6 تا 0.7 ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید. اگر به شکل دوم دقت کنید بوضوح خواهید فهمید که این عمل چگونه امکان پذیر است. در حالت عادی میان E و C هیچ مدار بازی وجود ندارد اما به محض آنکه شما پیوند BE را با پلاریته موافق بایاس کنید، با توجه به آنچه قبلا" راجع به یک پیوند PN توضیح دادیم، این پیوند تقریبا" بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و شما عملا" خواهید توانست از پایه های E و C جریان قابل ملاحظه ای بکشید. (در واقع در اینحالت می توان فرض کرد که در شکل دوم عملا" لایه PN مربوط به BE از بین می رود و بین EC یک اتصال کوتاه رخ می دهد.)

بنابراین مشاهده می کنید که با برقراری یک جریان کوچک I_b شما می توانید یک جریان بزرگ I_c را داشته باشید. این مدار اساس سوئیچ های الکترونیک در مدارهای الکترونیکی است. بعنوان مثال شما می توانید در مدار کلکتور یک رله قرار دهید که با جریان مثلا" چند آمپری کار می کند و در عوض با اعمال یک جریان بسیار ضعیف در حد میلی آمپر - حتی کمتر - در مدار بیس که ممکن است از طریق یک مدار دیجیتال تهیه شود، به رله فرمان روشن یا خاموش شدن بدهید

مقاومت ها

مقاومت الکتریکی چیست و چگونه کار می کند ؟

وقتی مدار یک رادیو یا تلویزیون رو که باز شده ، تماشا میکنید ، با قطعات بسیار کوچکی مواجه میشوید که یکی از اونها مقاومت است . ممکنه از خودتون بپرسید که کار این قطعه الکترونیکی چیه ؟ چطوری کار میکنه ؟ اگه نباشه چی میشه ؟ اگه یکی شو برداریم چه اتفاقی برای وسیله الکترونیکی مون میوفته ؟

 

 هر چیزی که اطرافتون وجود داره رو میتونید ، با توجه به اسمش ، اطلاعاتی رو در مورد نحوه کارکردش بدست بیارید .

مقاومت یعنی چی ؟

خوب در هر موضوعی مقاومت جدا از معنا ، مفهوم جدا گانه ای داره به جملات زیر دقت کنید

مقاومت در برابر سیل آب

مقاومت در برابر مشکلات

مقاومت در برابر وزش باد

. . .

همه و همه این جملات حاکی از استقامت در برابر چیزی است ؛ در الکترونیک وقتی میگوییم نیروی الکتریکی یعنی نیرویی که از حرکت الکترون ها ایجاد میشود .

و اگر چیزی یا ماده ای بتواند در برابر عبور الکترونها مقاومت کند به آن مقاومت الکتریکی میگوییم

اگر بخواهیم مثالی بزنیم بهتر است بگوییم تماشاچیان داخل یک ورزشگاه مثل الکترونهای داخلی یک باطری هستند ، وقتی تماشاچیان بخواهند از ورزشگاه خارج شوند مجبورند از درها بگذرند و به دلیل کوچک بودن درها حرکت اونها کند می شود در اینجا میگوییم درهای ورزشگاه در برابر عبور تماشاچیان مقاومت میکنند و سرعت انها را در خارج شدن کاهش میدهند درست همین اتفاق در مدار الکتریکی می افتد که در اینجا مقاومت الکتریکی که معمولا از جنس کربن است در برابر عبور الکترونیها مقاومت می کند .

انواع مقاومت :

۱- مقاومت های ثابت (مثل دربهای ورزشگاه که اندازه شان ثابت است )

۲- مقاومت های متغییر (دربهایی که اندازه شان تغییر میکند)

هر ماده ای مقاومت الکتریکی دارد یعنی وقتی الکترون ها بخواهند از ان جسم عبور کنند سرعت متفاوت است .

در یک باطری یک ولتی اگر با استفاده از یک سیم که مقاومت الکتریکی ان صفر است (این امر که مقاومت صفر باشد به سختی قابل دسترس است ) دو سر باطری را به هم وصل کنیم جریانی (جریان همان تعداد الکترون هاست که حرکت هر ۶ میلیون الکترون در ثانیه را یک آمپر مینامیم ) که از داخل سیم عبور میکند بی نهایت است (اتصال کوتاه) ؛ اما اگر بوسیله یک ماده مثل کربن کاری کنیم که در ثانیه ۶ میلیون الکترونی از این باطری خارج شود می توانیم بگوییم که مقاومت آن ماده یک اهم است ، به این صورت اهم را تعریف میکنیم :

وقتی میگوییم جسمی یک اهم مقاومت الکتریکی دارد یعنی وقتی یک باطری یک ولتی به ان وصل میکنیم یک آمپر (یا ۶ میلیون الکترون در ثانیه) از ان بگذرد .

به عنوان مثال بدن انسان مقاومتی معادل ۴۷۰۰۰۰ اهم (۴۷۰ کیلواهم) دارد

از همین خصوصیت (مقاومت الکتریکی) مواد را به سه دسته

۱- هادی ها = موادی که در برابر جریان الکتریکی مقاومت کمتری از خود نشان داده و اجازه میدهند جریان الکتریکی (همان الکترونها) به راحتی از داخلشان عبور کند ؛ مثل سیم مسی برق و فلزات

۲- عایق ها = موادی که در برابر عبور جریان از خود مقاومت الکتریکی زیادی نشان داده و اجازه نمیدهند جریان الکتریکی (همان الکترونها ) به راحتی از داخلشان عبور کنند ؛ مثل : پلاستیک و چوب

۳- نیمه هادی ها = مربوط به بحث ما نمیشود

تقسیم بندی میکنیم

 

پرش به: ناوبری، جستجو

مقاومت با کدهای رنگی

مقاومت الکتریکی (به انگلیسی: Electrical resistance) بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. واحد بین‌المللی (SI) مقاومت الکتریکی، اهم است. مقدار معکوس این کمیت رسانایی الکتریکی نام دارد که با زیمنس اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت الکتریکی یک شی، جریان الکتریکی را تحت اختلاف پتانسیل مشخص بین دو سر شی، به دست می‌دهد: مقاومت الکتریکی، مؤلفه الکتریکی مؤثردوطرفه ای است که برای ایجاد مقاومت الکتریکی در مدار، قرار داده می شود.

شدت جریان عبوری از یک مقاومت رابطه مستقیمی با ولتا‍‍‍‍ژعبوری از دو سر مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم نمایش داده می شود:

در این معادله

• R:مقاومت شی در واحد اهم.
• V:اختلاف پتانسیل دو سر شی در واحد ولت.
• I:جریان الکتریکی عبوری از شی در واحد آمپر

است. ت نسبت ولتاژی عبوری از دو سر مقاومت به شدت جریان مدار، میزان مقاومت نامیده می شود و این میزان در مقاومت های معمولی که با درجه هایشان کار می کنند می تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود.

مقاومت ها اجزای عمده مدارهای الکترونیکی، و بسیار کاربردی در تجهیزات الکترونیکی هستند. مقاومت های کاربردی می تواند از ترکیبات و لایه های متفاوت وهمچنین از سیم مقاومتی (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت ها در داخل تراشه ها هم عمل می کنند. به خصوص در دستگاه های آنالوگ، که مقاومت ها می توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی متحد شوند.

کارکرد پذیری الکتریکی یک مقاومت توسط میزان مقاومت آن مشخص می شود: مقاومت های عادی و تجاری تا بیش از نه برابر بزرگتر قابل ساخت هستند. هرگاه میزان مقاومت در یک طراحی الکترونیکی در نظر گرفته شود، درستی میزان مقاومت ممکن است برای دقت وبررسی تلرانس ساخت و تولید مقاومت های درنظر گرفته شده، مطابق با کاربرد ویژه آن، مورد نیاز باشد. ضریب دمایی میزان مقاومت هم ممکن است در برخی برنامه های کاربردی دقیق از دغدغه ها باشد. مقاومت های کاربردی همچنین برای داشتن میزان توان ماکزیممی تخصیص می یابند که در آن از اتلاف بیش از حد توان قابل پیش بینی مقاومت در یک مدارخاص جلوگیری شود:

که این نگرانی عمده در میزان توان برنامه های کاربردی الکترونیکی است. مقاومت هایی با میزان توان بالا از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است به گرماخور نیاز پیدا کنند. در مداری با ولتاژ بالا، دقت و بررسی باید بعضی اوقات با حداکثر ولتاژی که از مقاومت می توان به کار گرفت در نظر گرفته شود.

مقاومت های کاربردی یک القاوری سری و یک ظرفیت خازنی موازی کوچک دارند. این خصوصیات می تواند در کاربردهای آن با فرکانس بالا نقش مهمی را ایفا کند. در یک تقویت کننده یا یک پیش تقویت کننده با نویز پایین، مشخصات نویز یک مقاومت ممکن است مسئله ساز باشند. القاوری ناخواسته، نویز بیش از حد، و ضریب دمایی، بسیار وابسته به فن آوری استفاده شده در ساخت و تولید مقاومت هستند. در حالت عادی این عوامل برای خانواده خاصی از مقاومت های تولید شده جهت استفاده در یک فن آوری خاص اختصاص می یابند. خانواده ای از مقاومت های مجزا هم طبق فاکتور فرمش، که اندازه دستگاه و موقعیت رساناها ( یا دو سر) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می گیرد، قابل تشخیص می شود.

 

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ واحدها
• ۲ عوامل موثر بر مقاومت
  • ۲.۱ تاثیر جنس طول و مساحت سطح مقطع
  • ۲.۲ اثر دما بر مقاومت
• ۳ به هم بستن مقاومتها
  • ۳.۱ مقاومت به صورت موازی
  • ۳.۲ مقاومت به صورت سری
  • ۳.۳ ترکیب مقاومتهای سری و موازی
• ۴ نمادسازی و نشانه های الکترونیکی
• ۵ نظریه عملکرد
• ۶ قانون اهم
• ۷ اتلاف توان
• ۸ ساختار
  • ۸.۱ ترکیب رساناها
  • ۸.۲ ترکیب کربنی
  • ۸.۳ پیل کربنی
  • ۸.۴ نوار کربنی
  • ۸.۵ مقاومت کربنی چاپی
• ۹ تلف مقاومتی
• ۱۰ جستارهای وابسته
• ۱۱ منابع
• ۱۲ پانویس

 

واحدها[ویرایش]

اهم (نشان: Ω) واحد SI میزان مقاومت الکتریکی است که به پاس خدمات جرج سیمون اهم این نام بر آن نهاده شد. یک اهم معادل یک ولت بر آمپر است. چون مقاومت ها، در محدوده مقادیر بسیار زیادی، تولید می شوند، واحدهای مشتق شده میلی اهم (1 mΩ = 10−3 Ω)، کیلواهم (1 kΩ = 103 Ω)، و مگا اهم (1 MΩ = 106 Ω) هم در حالت کلی برای اندازگیری میزان مقاومت، استفاده می شوند.

میزان تقابل مقاومت R را رسانایی الکتریکی نامیده و با G = 1/R نشان می دهیم. واحد اندازگیری آن زیمنس (یکا) ( در واحدSI ) است ولی گاهی اوقات از واحد قبلی آن یعنی mho استفاده می شود. زیمنس در تقابل با یک اهم است.

اگرچه مفهوم ضریب هدایت اغلب در تحلیل مدار استفاده می شود، مقاومت های کاربردی همیشه در حیطه میزان مقاومت آنها (اهم) نسبت به ضریب هدایت ارزیابی می شوند.

عوامل موثر بر مقاومت[ویرایش]

تاثیر جنس طول و مساحت سطح مقطع[ویرایش]

مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد. مثلا برای محاسبهٔ مقاومت یک سیم از رابطهٔ زیر استفاده می‌شود:^[۱]

که در آن

• R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
• ρ: مقاومت مخصوصسیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
• l: درازای سیم بر حسب m
• A: سطح مقطع سیم برحسب متر مربع (m^2)

اثر دما بر مقاومت[ویرایش]

افزایش دما در اجسام رسانا باعث افزیش مقاومت می شود ولی افزایش دما در اجسام نیم رسانا باعث کاهش مقاومت می گردد.

به هم بستن مقاومتها[ویرایش]

مقاومت به صورت موازی[ویرایش]

وقتی مقاومت هارا به صورت موازی قرار می دهیم رفتار میکنند متفاوت از سری به طور کلی اگر یک مقاومت دارید که مقدار مشخصی دارد و مقاومت های دیگر را به صورت موازی قرار دهیم مقاومت کل کمتر می شود.مقاومت ها در یک ساختاربندی موازی دارای اختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند و جریانی که از آنها عبور می کند با هم جمع می شوند. رسانایی الکتریکی مقاومت ها برای تعیین میزان رسانایی شبکه با هم جمع می شوند. بنابراین مقاومت معادل (Req) موجود در شبکه، قابل محاسبه است:

تعدادی مقاومت که بصورت موازی بسته شده‌اند.

میزان مقاومت معادل موازی را می توان در معادلات، با دو خط عمودی "||" (مانند هندسه) به عنوان یک نماد ساده نمایش داد. بعضی اوقات درموردی که صفحه کلید فاقد نشانه خط عمودی است از دو خط مورب "//" به جای "||" استفاده می شود. در این مورد دو مقاومت موازی با فرمول زیر قابل محاسبه هستند:

در حالت خاص میزان مقاومت N مقاومت متصل شده به طور موازی که از میزان مقاومت یکسان R هستند با R/N نمایش داده می شود.

مقاومت به صورت سری[ویرایش]

در ساختار بندی به صورت سری، جریان عبوری از تمام مقاومت ها یکسان است ولی ولتاژ دو سر هر مقاومت به میزان مقاومت آن وابسته است. اختلاف پتانسیل (ولتاژ) هنگام عبور از شبکه برابر مجموع آن ولتاژهاست. بنابراین میزان مقاومت کلی می تواند از حاصل جمع آن مقاومت ها بدست آید:

تعدادی مقاومت که بصورت سری بسته شده‌اند.

در حالت خاص، میزان مقاومت N مقاومت اتصال یافته به طور سری، که هر کدام با میزان مقاومت R یکسان هستند با NR نمایش داده می شود.

ترکیب مقاومتهای سری و موازی[ویرایش]

یک شبکه مقاومت که ترکیبی از اتصالات سری و موازی است می تواند به قسمت های کوچکتری که یا موازی و یا سری هستند شکسته شود. برای مثال،

اتصال سری و موازی تعدادی مقاومت.

به هر حال، بعضی از شبکه های مختلط مقاومت ها نمی توانند در این روش که برای تحلیل مدار پیچیده تری تر نیاز است مورد بررسی قرار گیرند. برای مثال مکعبی را بررسی کنید که هر ضلع آن با مقاومتی جایگزین شود. در این صورت میزان مقاومت قابل اندازگیری میان دو رأس مختلف چقدر است؟ در مورد 12مقاومت معادل، می توان نشان داد که میزان مقاومت گوشه به گوشه، 5⁄6 میزان خود مقاومت است. در حالت کلی تر، تبدیل ستاره مثلث یا روش های ماتریسی می تواند برای حل چنین مسئله ای مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد عملی از این روابط این است که درحالت کلی میزان غیر استاندارد اندازه مقاومت می تواند در حالت سری یا موازی با اتصال به تعدادی از مقادیر استاندارد، ترکیب شوند. این مورد همچنین برای بدست آوردن یک متغیر با میزان توان بالاتری از آنچه که خود مقاومت ها استفاده کرده اند به کار برده می شود. در مورد خاص، N مقاومت یکسان که همگی به طور سری یا به طور موازی به هم متصل اند، میزان توان خود مقاومت ها، با ضرب در N نتیجه می شوند.

نمادسازی و نشانه های الکترونیکی[ویرایش]

نوشتار اصلی: نشانه الکترونیکی‎

نشانه استفاده شده برای یک مقاومت در دیاگرام مداری، استاندارد به استاندارد و کشور به کشور متفاوت است. دو نوع از آن در زیر قابل رویت هستند.

نشانه ها به سبک امریکایی. (a) مقاومت، (b) رئوستات (مقاومتی متفاوت) و (‍‍c) پتانسیومتر

نشانه مقاومت به سبک IEC

نماد برای بیان میزان مقاومت در دیاگرام مداری هم متفاوت است. نماد اروپایی استفاده از یک ممیز را مجاز نمی داند و ممیز را با نشان پیشوندی SI برای یک مقدار خاص جایگزین می کند. برای مثال 8k2 در دیاگرام مداری، مقدار مقاومت 8.2 kΩ را نشان می دهد. صفرهای اضافی، تلرانس بیشتری را مانند 15M0 نشان می دهند. زمانی که این مقدار بدون نیاز به پیشوندSI توضیح داده شود، از یک 'R' به جای ممیز استفاده می شود. برای مثال 1R2، 1.2 Ω ، و 18R، 18 Ω را نشان می دهد. استفاده از یک نشان پیشوندی SI یا حرف 'R' در مسئله ای که ممیز قابل صرف نظر کردن است هنگام کپی برداری از یک دیاگرام مداری چاپی رخ می دهد.

نظریه عملکرد[ویرایش]

قیاس هیدرولیک، جریان الکتریکی جاری در مدارها را با آب جاری در لوله ها مقایسه می کند. زمانی که یک لوله (چپ) پر از مو (راست) می شود برای برقراری جریان مجدد آب، فشار بیشتری وارد می شود. افزایش فشار جریان الکتریکی با میزان مقاومت بیشتر، شبیه فشار آوردن بر آب در لوله ای که با مو گرفته شده است، می شود. افزایش فشار(افت ولتاژ) برای ایجاد جریان قبلی (جریان الکتریکی) نیاز است.

قانون اهم[ویرایش]

نوشتار اصلی: قانون اهم

رفتار یک مقاومت ایده آل توسط رابطه ای که به قانون اهم معروف است بررسی می شود:

قانون اهم نشان می دهد که ولتاژ (V) عبوری از یک مقاومت رابطه ای مستقیم با جریان (I)، و همچنین میزان مقاومت (R) دارد که جریان (I) در آن برقرار است. به طور معادل قانون اهم می تواند به صورت زیر نشان داده شود:

فرمول بندی بر اساس اینکه جریان (I) رابطه مستقیم با ولتاژ (V) و رابطه عکس با میزان مقاومت (R) دارد، انجام می شود. این مستقیماً در محاسبات کاربردی مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال اگریک مقاومت 300 اهمی به دو سر یک باتری 12 ولتی متصل شود، جریان 12 / 300 = 0.04 آمپری ( یا 40 میلی آمپری) در آن مقاومت ایجاد می شود.

 

 

اتلاف توان[ویرایش]

توان P تلف شده توسط یک مقاومت بدین صورت محاسبه می شود:

که در آن

• R: مقاومت بر حسب اهم(Ω)
• I: جریان برحست آمپر(‌A)
• V: ولتاژ برحست ولت (V)

فرمول اول همان قانون اول ‍ژول است^{[نیازمند منبع]}. با استفاده از قانون اهم، دو فرمول دیگر قابل اثبات است.

میزان کلی انرژی گرمایی انتشار یافته طی یک بازه زمانی از روی انتگرال توان بر بازه زمان، قابل تعیین می شود:

که در آن

• : توان برحست وات(W)
• ‌  : جریان در زمان ‌t برحسب آمپر(A)
• : ولتاژ در زمان t برحسب ولت ‌(V)

مقاومت ها مطابق اتلاف توان ماکزیممشان ارزیابی می شوند. مقاومت های مجزا در سیستم های الکترونیکی جامد، کمتر از یک وات توان الکتریکی را جذب می کنند و هیچ دقتی برای میزان توان آنها نیاز نیست. چنین مقاومت هایی در فرم مجزایشان که شامل بیشترین بسته ها به شرح زیر می باشند و به طور معمول دارای مقادیر 1/10، 1/8، و یا 1/4 وات هستند.

به طور کلی مقاومت هایی که نیاز به اتلاف مقدار قابل توجهی از توان دارند در حالات خاص مانند منابع تغذیه، مدارهای تبدیل توان، و تقویت کننده های توان، به عنوان مقاومت های توان شناخته می شوند. این نامگذاری، با کاربرد مقاومت ها به میزان توان 1 وات یا بیشتر رابطه ای ندارد. مقاومت های توان از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است برای مقادیر مقدم، کدهای رنگی، و بسته های خارجی زیراستفاده نشوند.

اگر میانگین توان تلف شده توسط یک مقاومت بیشتر از میزان توان آن باشد، با تغییر دائمی میزان مقاومت، ممکن است به مقاومت آسیب وارد شود. این مورد از وارونگی در میزان مقاومت با توجه به ضریب دمایی آن در زمان گرم شدن، مجزاست. اتلاف توان بیش از اندازه، ممکن است دمای مقاومت را به نقطه ای برساند که فیبر مداریا قسمت های مجاور بسوزد ویا حتی باعث آتش سوزی شود. مقاومت های ضدحریقی موجود هستند که از داغ شدن بیش از حد آنها به طور خطرناک (با بازکردن مدار) جلوگیری می کنند

چون احتمال بروز گردش هوای مه آلود، ارتفاع زیاد، یا درجه حرارت بالا وجود دارد، مقاومت ها با میزان اتلاف بالاتری از آنچه که در دستگاه ها نشان داده خواهد شد، در نظر گرفته می شوند.

بعضی از انواع و درجه بندی های مقاومت ها هم ممکن است میزان ولتاژ ماکزیممی داشته باشند. این احتمال وجود دارد که اتلاف توان به میزان مقاومت های بالاتری محدود شود.

ساختار[ویرایش]

یک رشته در خط، با مقاومت (SIL) با تعداد 8 مقاومت 47 اهمی، قابل قرار گرفتن در بسته است. یک سر هر مقاومت به یک پین مجزا اتصال داده می شود و دیگر سرها همگی به همدیگر، برای pin – pin 1 باقی مانده (در حالت کلی)، در انتهای محل تعیین شده توسط نقطه سفید، قرار داده و متصل می شود.

ترکیب رساناها[ویرایش]

مقاومت ها با رساناهای سیمی رد شده از سوراخ

مؤلفه های عبور از سوراخ به طور معمول دارای رساناهای رد شده از بدنه به طور محوری هستند. بقیه آنها دارای رساناهای خارج شده از بدنه هستند که در عوض موازی بودن با محور مقاومت، به طور شعاعی هستند. دیگر مؤلفه ها ممکن است SMT ( فن آوری نصب سطحی) باشند که در مقاومت هایی با توان بالا احتمال اینکه یکی از رساناها به صورت گرماخور قابل طراحی باشد را به وجود می آورند.

ترکیب کربنی[ویرایش]

سه مقاومت کربنی ترکیبی در سوپاپ (لوله خلأ) رادیو 1960

مقاومت های ترکیب کربنی شامل عنصر مقاومتی استوانه ای جامد با رساناهای سیمی جاسازی شده و درپوش ته فلزی برای الحاق سیم های رسانا در نظر گرفته می شوند. بدنه مقاومت با رنگ یا پلاستیک محافظت می شود. در قرن بیستم مقاومت های ترکیب کربنی، بدنه ها را لخت کرده بودند. سیم های رسانا حول دو سرمیله مقاومت و اتصال، پیچیده می شدند. مقاومت تکمیل شده با رنگ کد گذاری نسبت به مقدارش، رنگ آمیزی می شد.

عنصر مقاومت از مخلوط خرده ها (پودر) کربن و مواد عایق (مانند سرامیک) ساخته می شود. یک چسب این مخلوط را به هم می گیرد. میزان مقاومت توسط نسبت مواد متراکم (پودر سرامیک) به کربن تعیین می شود.غلظت های بالای کربن و یک رسانای خوب، میزان مقاومت پایین تری را نتیجه خواهد داد.

مقاومت های ترکیبی کربن در حالت کلی در سال 1960 و بعد از آن استفاده می شدند ولی در حال حاضر محبوبیت چندان زیادی برای استفاده عمومی به عنوان نوع دیگری که دارای خصوصیات بهتری مانند تلرانس، وابستگی ولتاژ، و فشار ( مقاومت های ترکیبی کربن، زمانی که ولتاژ بالایی بر آنها وارد شود تغییر خواهند یافت) است وجود ندارد. به علاوه اگر رطوبت داخلی ( حاصل از پدیدار شدن در دوره ای از زمان برای یک محیط مرطوب) قابل توجه باشد، حرارت لحیم کاری، تغییر غیر قابل بازگشتی در مقدار مقاومت به وجود خواهد آورد. مقاومت های ترکیب کربنی دارای پایداری ضعیفی در طول زمان هستند ودر کارخانه به همین نحو از بهترین تا تنها 5% تلرانس، طبقه بندی می شوند. به هر حال این مقاومت ها اگر هرگزبه ولتاژ بالا یا حرارت بالا نمی رسیدند مطمئناً به طور قابل ملاحظه ای در اندازه مؤلفه مؤثر بودند.

آنها هنوز در دسترس هستند ولی در مقایسه بسیار پر هزینه می باشند. مقادیر در محدوده یک اهم تا 22مگااهم هستند. به علت قیمت بالا، این مقاومت ها هیچ دارای استفاده دیگری نیستند. به هر حال مقاومت های کربنی برای ذخیره توان و کنترل های جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند.

پیل کربنی[ویرایش]

یک مقاومت پیل کربنی از یک رشته صفحه کربنی فشرده میان دو صفحه فلزی ساخته می شود. با تنظیم فشار بسته ، مقاومت میان صفحه های فلزی تغییر می کند. این مقاومت ها زمانی که یک بار الکتریکی قابل تنظیمی نیاز است استفاده می شود مانند امتحان باتری های خودرو یا فرستنده رادیو . یک مقاومت پیل کربنی هم می تواند برای کنترل سریع موتورهای کوچک در لوازم خانگی (ماشین های بافندگی و میکسرهای دستی) در درجه های بالا با چند صد وات، مورد استفاده قرار گیرد. یک مقاومت پیل کربنی توانایی کنترل تنظیمات ولتاژ خودکار مولدهای پیل کربنی میدان جاری محافظ نسبت به ولتاژ را دارد. این قاعده همچنین در میکروفون کربنی به کار برده می شود.

نوار کربنی[ویرایش]

مقاومت لایه کربنی TR-212 1 kΩ

یک لایه کربنی روی یک لایه عایق گذاشته می شود، و مارپیچی در آن برای طراحی یک مسیر مقاومتی باریک و طولانی بریده می شود. با تغییر شکل، همراه با مقاومت کربن غیر متبلور (در حد μΩ m 500 تا μΩ m 800) می تواند مقدار تفاوت مقاومت ها را نشان دهد. مقاومت های لایه کربنی میزان توانی در حدود 0.125 W تا 5 W در دمای 70 °C را نشان می دهند.

مقاومت ها از 1 اهم تا 10 مگا اهم در دسترس هستند. مقاومت لایه کربنی دارای دمایی از −55 °C تا 155 °C دارند. این مقاومت دارای ماکزیمم ولتا‍‍‍ژ، از 200 تا 600 ولت هستند. مقاومت های نوار کربنی خاص در زمان نیاز به ثبات پالس بالا، استفاده می شوند.

مقاومت کربنی چاپی[ویرایش]

مقاومت کربنی می‌تواند به طور مستقیم بر روی پد SMD روی یک PCB چاپ شود. درسال 1989 طبق فهرست سازمان Psion II.

 

مقاومت های ترکیب کربنی مستقیماً می توانند به روی لایه های فیبر مدار چاپی (PCB) به عنوان قسمتی از فرآیند تولید PCB چاپ شوند. در حالی که این تکنیک روی مقیاس های PCB ترکیبی، فراگیرتر است و توانایی استفاده بر روی فایبرگلاس استاندارد PCBs را داراست. تلرانس به طور معمول بسیار زیاد است و می تواند به مقدار 30% باشد. نوعی کاربرد از مقاومت های غیرحساس بالاکش را نشان خواهد داد.

تلف مقاومتی[ویرایش]

هنگامی که جریان الکتریکی I از جسمی با مقاومت R عبور می‌کند، انرژی الکتریکی (توان) به گرما تبدیل می‌شود. توان گرمایی تولید شده از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید:

در این معادله

• P:توان تلف شده در شی در واحد وات.
• I:جریان الکتریکی عبوری از شی در واحد آمپر.
• R:مقاومت شی به اهم.

این تبدیل انرژی در کاربردهایی مثل روشنایی و گرمادهی الکتریکی مفید است ولی در کاربردهای دیگری مثل انتقال انرژی، اتلاف محسوب می‌شود. به طور ایده‌آل رساناهایی که برای اتصال افزاره‌های الکتریکی استفاده می‌شوند باید مقاومت الکتریکی صفر داشته باشند، ولی در واقعیت فقط ابررساناها به این ایده‌آل می‌رسند. راه‌های مرسوم برای مقابله با اتلاف مقاومتی در رساناها استفاده از سیم‌های ضخیم‌تر و ولتاژهای بالاست

 

مقاومت چیست؟	خازن چیست؟
سیم پیچ یا همان سلف چیست؟	ترانسفورماتور چیست؟
آشنایی با نیمه هادی ها	دیود چیست؟
ترانزیستور چیست؟	آشنایی با مولتی مترهای دیجیتال و آنالوگ
آشنایی با انواع نیروگاه های برق	آشنایی اسیلوسکوپ
مختصری در مورد برد بورد!	www.iseee.ir

درود!

هر آنچه که در مورد مقاومت باید بدانید!!

فایل pdf زیر شامل 14 صفحه توضیحات در مورد انواع مقاومت می باشد که توسط گروه iseee گرداوری شده.

resistorwww.iseee.ir.rar [620.4 کیلوبایت] ( تعداد دانلود: 3621)

 

 

 

 

 

 

تذکر:در فایل فوق مختصری نیز در مورد مقاومت های smd بحث شده که در متن زیل به آن اشاره نشده است.

 

 

مقاومت الکتریکی چیست ؟

به هر قطعه یا عنصری که در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت نشان می دهد مقاومت الکتریکی گفته می شود . مقاومت الکتریکی را با حرف R که از کلمه Resistor گرفته شده است نشان می دهند . واحد اندازه گیری مقاومت الکتریکی اهم است که آن را با علامت Ω نشان می دهند . مقاومت ها در صنایع برق و الکترونیک از اهمیت بالایی برخوردارند و بیشتر به منظور محدود کردن جریان و تقسیم جریان و نیز ایجاد ولتاژهای مختلف در مدارات به کار گرفته می شود .

 علائم اختصاری مقاومت الکتریکی در شکل (1) نشان داده شده است .

شکل (1)

قاومت ها دارای مشخصه هایی هستند که این مشخصه ها برای طراحان مدارهای الکتریکی و الکترونیکی از اهمیت بالایی برخوردارند . مهمترین این مشخصه ها مقدار اهمی مقاومت یا همان مقدار مقاومت است و این مشخصه مقدار مقاومت را بر حسب واحد آن یعنی اهم بیان می کند و هر چه مقدار اهمی مقاومتی بیشتر باشد نشان دهنده این است که آن مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت بیشتری نشان می دهد و سبب افت جریان بیشتری در مدار می گردد . البته برای مقاومت های با مقدار اهمی زیاد معمولا از واحدهای بزرگتری مانند کیلو اهم ( kΩ ) و مگا اهم ( MΩ ) استفاده می کنند که مقدار آنها بر حسب اهم برابر است با :

1kΩ=1000Ω و 1MΩ=1000000Ω

مشخصه بعدی ، توان مجاز مقاومت است و منظور از آن بیشترین توانی است که یک مقاومت به طور دائم می تواند تحمل کند . زمانی که از یک مقاومت جریان عبور می کند در اثر برخورد الکترونها با اتمهای تشکیل دهنده مقاومت ، الکترونها مقداری از انرژی خود را از دست می دهند و این انرژی به صورت گرما در مقاومت ظاهر می شود . گرمای ایجاد شده در داخل مقاومت باید از مقاومت خارج گردد وگرنه در اثر برخوردهای مکرر الکترونها با اتمهای تشکیل دهنده مقاومت ، گرمای زیادی در داخل مقاومت ایجاد می شود که سبب سوختن مقاومت می گردد . گرمای ایجاد شده در داخل مقاومت از طریق بدنه مقاومت به هوای اطراف منتقل می گردد و به این ترتیب از گرم شدن بیش از حد مقاومت و سوختن مقاومت جلوگیری می شود . اما نکته ای که باید مورد توجه قرار گیرد این است که توان مجاز هر مقاومت با مساحت بدنه مقاومت و یا به عبارتی با حجم مقاومت نسبت مستقیم دارد یعنی هر چه یک مقاومت دارای حجم بیشتری باشد در واحد زمان می تواند حرارت بیشتری را به محیط اطراف انتقال دهد و در نتیجه دارای توان مجاز بیشتری می باشد . توان مجاز مقاومتها را یا روی مقاومتها می نویسند و یا با توجه به حجم مقاومتها ، میزان توان مجاز مقاومتها مشخص می شود . توان مجاز مقاومتها را می توان از روابط زیر بدست آورد .

 

 

که در این روابط P توان مجاز مقاومت ، V ولتاژ دو سر مقاومت ، I جریان عبوری از مقاومت و R مقدار اهمی مقاومت می باشد .
به عنوان مثال اگر مقدار اهمی یک مقاومت 10kΩ باشد و این مقاومت حداکثر جریان 10mA را بتواند تحمل کند مقدار توان مجاز این مقاومت چقدر است ؟

 

بنابراین توان مجاز این مقاومت 1 وات است .
همچنین با داشتن توان مجاز یک مقاومت می توان حداکثر جریان مجاز یک مقاومت به ازای یک ولتاژ معین را بدست آورد و یا می توان حداقل مقدار اهمی مجاز مقاومت را تعیین کرد . به عنوان مثال اگر به دو سر مقاومتی با توان 1 وات ، اختلاف پتانسیلی برابر 10 ولت اعمال کنیم حداکثر جریان مجاز گذرنده از این مقاومت چقدر خواهد بود ؟ و یا به عبارتی بیشترین جریانی که می تواند از این مقاومت عبور کند به شرطی که مقاومت آسیب نبیند چقدر است ؟ همچنین حداقل مقدار اهمی مجاز این مقاومت چقدر می تواند باشد ؟ 

 

بنابراین حداکثر جریان مجاز این مقاومت به ازای اختلاف پتانسیل 10 ولت ، برابر با 100 میلی آمپر می باشد یعنی اگر جریان گذرنده از این مقاومت از 100 میلی آمپر بیشتر شود گرمای ایجاد شده در داخل مقاومت از حداکثر گرمایی که مقاومت می تواند تحمل کند بیشتر می شود و در این صورت مقاومت می سوزد . برای تعیین حداقل مقدار اهمی مجاز این مقاومت نیز می توان به شکل زیر عمل کرد . 

بنابراین حداقل مقدار اهمی مجاز این مقاومت 100 اهم می باشد یعنی اگر مقدار اهمی این مقاومت کمتر از 100 اهم شود ، جریان گذرنده از مقاومت بیشتر از 100 میلی آمپر می شود و در نتیجه مقاومت می سوزد .
مقاومت هایی که در صنایع الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند معمولا دارای توان هایی به شرح زیر می باشند :

0.125w , 0.25w , 0.5w , 1w , 2w , 3w , 4w , 5w

اما سومین مشخصه یک مقاومت ، تلرانس (Tolerance) آن مقاومت است . منظور از تلرانس یک مقاومت حداکثر خطای مجاز یک مقاومت نسبت به مقدار نامی آن مقاومت می باشد که معمولا بر حسب درصد بیان می شود و به عبارت دیگر تلرانس یک مقاومت ، محدوده مقدار واقعی آن مقاومت را مشخص می کند . به عنوان مثال فرض کنید مقاومتی با مقدار نامی 1 کیلو اهم و تلرانس 10% داریم . در این صورت مقدار واقعی این مقاومت بین 1kΩ-(1kΩ×%10) =900Ω و 1kΩ+(1kΩ×%10)=1100Ω می باشد . مقدار تلرانس مقاومت ها یا به صورت عدد بر روی مقاومت ها نوشته می شود و یا در مقاومت های با نوارهای رنگی به وسیله یک نوار رنگی مشخص می شود که در این رابطه در ادامه توضیحات کافی داده خواهد شد .

انواع مقاومت های الکتریکی :

مقاومت های الکتریکی به دو دسته کلی مقاومت های ثابت و مقاومت های متغیر تقسیم می شوند . مقاومت های ثابت مقاومت هایی هستند که مقدار اهمی آنها همواره ثابت است و مقاومت های متغیر مقاومت هایی هستد که مقدار اهم آنها قابل تغییر است . مقاومت های ثابت خود به سه دسته تقسیم می شوند که این سه دسته عبارتند از :

1- مقاومت های کربنی ( ترکیبی )

2- مقاومت های سیمی ( سیم پیچی شده )

3- مقاومت های لایه ای

مقاومت های کربنی ( ترکیبی ) :

مقاومت های کربنی در اکثر مدارات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند که علت این امر قیمت پایین ، زمخت بودن و کوچک بودن این نوع مقاومت ها می باشد . البته این نوع مقاومت ها دو ضعف عمده دارند ، یکی این که در اثر عبور جریان از این نوع مقاومت ها حرارت نسبتا زیادی درون این مقاومت ها ایجاد می گردد و به همین دلیل در مدارات با جریان زیاد نمی توانند مورد استفاده قرار گیرند و دیگر این که معمولا تلرانس های بالایی دارند . نمونه هایی از این نوع مقاومت در شکل (2) نشان داده شده است . برای ساخت این نوع مقاومت ها معمولا پودر کربن را با مواد عایق مخلوط می کنند که نسبت مخلوط کردن این مواد مقدار اهمی مقاومت را تعیین می کند . سپس مخلوط حاصل را در یک استوانه کائوچویی قرار می دهند و دو سیم نیز برای اتصال مقاومت به مدار به دو سر مقاومت وصل می کنند همانند شکل (3) .

شکل (2)

 

شکل (3)

 

مقاومت های سیمی ( Wire Wound Resistor ) :

از پیچاندن سیم های مقاومت دار طویل به دور یک هسته ، مقاومت سیمی یا سیم پیچی شده ساخته می شود . معمولا یک روپوش سرامیکی یا پلاستیکی بر روی سیم های پیچیده شده بر روی هسته می کشند تا سیم ها آسیب نبینند . ساختمان داخلی مقاومت های سیمی در شکل های (4) و (5) نمایش داده شده است . همچنین نمونه ای از یک مقاومت سیمی در شکل (6) نمایش داده شده است .

شکل (4)

شکل (5)

شکل (6)

این نوع مقاومت ها در دو نوع قدرتی و دقیق ساخته می شوند . نوع قدرتی در محدوده توان های 2 وات تا 250 وات ساخته می شود و می تواند جریان های زیاد را از خود عبور دهد . نوع دقیق نیز در محدوده توان های 0.25 وات تا 2 وات ساخته می شود و دارای تلرانس پایینی می باشد اما نمی تواند جریان های زیاد را از خود عبور دهد . معمولا اندازه فیزیکی مقاومت های سیمی که در جریان های زیاد مورد استفاده قرار می گیرند بزرگتر از اندازه فیزیکی مقاومت های سیمی است که برای کارهای دقیق و جریان پایین به کار می روند . مقاومت های سیمی قدرتی معمولا به شکل یک محفظه سیمان مانند که دارای سطح مقطع مربع یا مستطیل شکل است ساخته می شوند و به مقاومت های آجری معروفند . شکل خاص محفظه مقاومت های آجری این امکان را فراهم می آورد که برای خنک کردن آنها بتوان آنها را بر روی ورقه فلزی خنک کننده (Heat sink) قرار داد . در شکل (7) نمونه ای از این نوع مقاومت نشان داده شده است . یکی از ویژگی های خوب مقاومت سیمی این است که به هنگام سوختن شعله ور نشده و همچنین پس از سوختن ، کاملا قطع می شود . به همین دلیل ، در بسیاری از مدارها به عنوان مقاومت فیوزی (Fusible Resistor) استفاده می شود و به آن مقاومت حفاظتی (Safety Resistor) نیز می گویند . زیرا این مقاومت ها در حالت عادی به صورت یک مقاومت معمولی عمل می کنند و چنان چه جریان عبوری از آن از حد معینی بیشتر شود مانند یک فیوز قطع می شوند . در شکل (8) نمونه ای از این نوع مقاومت نشان داده شده است .

شکل (7)

شکل (8)

مقاومت سیمی به سبب دارا بودن سیم پیچ ، دارای خاصیت اندوکتانس ( خودالقایی ) بوده که این نوعی عیب برای آن محسوب می شود زیرا در فرکانس های بالا ، مقاومت سیمی نسبت به مقدار نامی خود ، مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد . البته در این گونه موارد توانسته اند با روش پیچیدن سیم به صورت دولایی یا بی فیلار (Bifilar) تا حد زیادی این مشکل را برطرف نمایند . در این روش سیم های رفت و برگشت در کنار هم قرار گرفته و عبور جریان های مساوی و مخالف هم تا حد زیادی خاصیت خودالقایی را کاهش می دهد . در شکل (9) پیچیدن سیم به روش بی فیلار بر روی استوانه عایق نشان دا ده شده است .

شکل (9)

مقاومت های لایه ای :

این نوع مقاومت ها ، ترکیبی از مقاومت های سیمی و کربنی می باشند ، یعنی دقت مقاومت های سیمی را دارند ولی از نظر اندازه و قیمت به مقاومت های کربنی نزدیکند . مقاومت های لایه ای را معمولا با رسوب دادن نوار نازکی از ماده مقاومت بر روی یک لوله عایق از جنس سرامیک یا شیشه درست می کنند . برای اتصال مقاومت به مدار ، به دو انتهای لوله دو سیم رابط وصل می کنند و برای محافظت مقاومت نیز تمام آن را با ماده عایقی روکش می کنند . مراحل ساخت مقاومت لایه ای در شکل (10) نمایش داده شده است .

شکل (10)

مقاومت های متغیر نیز خود به دو دسته کلی مقاومت های قابل تنظیم و مقاومت های وابسته ( تابع ) تقسیم می شوند .
مقاومت های متغیر قابل تنظیم عبارتند از :

1- پتانسیومتر

2- رئوستا

پتانسیومتر (Potentiometer) :

پتانسیومتر از یک المان مقاومتی دوار که درون محفظه ای قرار گرفته ، تشکیل شده است . این المان مقاومتی ممکن است به صورت سیمی ، لایه ای و یا کربنی باشد . دو ترمینال به دو انتهای این المان مقاومتی متصل است که مقدار مقاومت بین این دو ترمینال همواره ثابت و برابر مقدار اهمی المان مقاومتی است . بین این دو ترمینال ، یک ترمینال دیگر وجود دارد که به یک کنتاکت متحرک متصل است و این کنتاکت متحرک می تواند بر روی المان مقاومتی حرکت کند و سبب تغییر مقاومت بین ترمینال وسط و هر یک از ترمینال های کناری گردد . برای حرکت کنتاکت متحرک بر روی المان مقاومتی ، انتهای المان مقاومتی را به یک ولوم و یا به یک صفحه شیاردرا که توسط پیچ گوشتی قابل حرکت است متصل می کنند .

شکل (11)

شکل (12)

تغییر مقاومت بین ترمینال وسط و یکی از ترمینال های کناری می تواند نسبت به چرخش ولوم و یا صفحه شیاردار ، خطی و یا غیر خطی باشد که بر این اساس پتانسیومتر را خطی و یا غیر خطی می نامند . در یک پتانسیومتر خطی به ازای تغییرات یکسان ولوم و یا صفحه شیاردار ، تغییرات مقدار مقاومت بین ترمینال وسط و هر یک از ترمینال های کناری یکسان خواهد بود . به عنوان مثال در یک پتانسیومتر خطی اگر به ازای چرخش ولوم پتانسیومتر از 0 درجه تا 90 درجه ، مقاومت بین ترمینال وسط و یکی از ترمینال های کناری از 0Ω به 1kΩ افزایش یابد ، در صورتی که ولوم پتانسیومتر از 90 درجه تا 180 درجه چرخانده شود مقاومت بین آن دو ترمینال از 1kΩ به 2kΩ افزایش خواهد یافت . معمولا مقدار مقاومت بین ترمینال های کناری پتانسیومتر و یا به عبارتی مقدار اهمی المان مقاومتی پتانسیومتر را بر روی آن می نویسند که اگر این مقدار با حرف B شروع شود نشان دهنده خطی بودن پتانسیومتر است و اگر این مقدار با حرف A شروع شود نشان دهنده این خواهد بود که پتانسیومتر ما یک پتانسیومتر غیر خطی است یعنی به ازای تغییرات یکسان ولوم و یا صفحه شیاردار ، تغییرات مقاومت بین ترمینال متحرک و هر یک از ترمینال های ثابت یکسان نخواهد بود بلکه این تغییرات به صورت غیر خطی خواهد بود و یا به عبارتی منحنی تغییرات مقاومت بین ترمینال های ثابت و متحرک نسبت به چرخش کنتاکت متحرک ، غیر خطی خواهد بود . پتانسیومتر بیشتر به منظور تقسیم ولتاژ در مدارات مورد استفاده قرار می گیرد . در شکل(13) علائم اختصاری پتانسیومتر و در شکل (14) نحوه قرار گرفتن پتانسیومتر در مدار نمایش داده شده است . در شکل (13) منظور از فلش ، ترمینال متصل به کنتاکت متحرک و دو سر دیگر ترمینال های ثابت هستند .

شکل (13)

شکل (14)

رئوستا :

رئوستا همان پتانسیومتر است با یک تفاوت کوچک و آن این است که در رئوستا یکی از ترمینال های ثابت مورد استفاده قرار نگرفته و آزاد می ماند . به عبارتی رئوستا از یک المان مقاومتی ، یک کنتاکت متحرک و یک کنتاکت ثابت تشکیل شده است . رئوستا در مدارات به منظور تغییر جریان به کار می رود . در شکل (15) نحوه قرار گرفتن رئوستا در مدار نمایش داده شده است .

شکل (15)

مقاومت های وابسته ( تابع ) به مقاومت هایی گفته می شود که مقدار آنها به عوامل مختلفی مانند حرارت ، نور ، ولتاژ و ... بستگی دارد . این مقاومت ها عبارتند از :
1- مقاومت های تابع حرارت
2- مقاومت های تابع نور
3- مقاومت های تابع ولتاژ
4- مقاومت های تابع میدان مغناطیسی

مقاومت های تابع حرارت :

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها تابع حرارت است یعنی در اثر تغییر دما ، مقدار مقاومت آنها نیز تغییر می کند . به این نوع از مقاومت ها TDR نیز می گویند . TDR از حروف اول کلمات عبارت Temperature Dependent Resistor به معنای مقاومت تابع حرارت گرفته شده است . همچنین نام دیگر این مقاومت ها ترمیستور ( Thermistor ) می باشد که این واژه نیز از عبارت Thermally Sensitive Resistor به معنای مقاومت حساس نسبت به حرارت گرفته شده است . ترمیستورها در دو نوع ساخته می شوند که این دو نوع عبارتند از :
الف ) ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت ( PTC ) :

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها با افزایش دما ، افزایش می یابد . مقدار اهم مقاومت های PTC را در دمای 25 درجه سانتی گراد بیان می کنند . همچنین علاوه بر این مقدار ، دمایی را که در آن مقاومت PTC دو برابر می شود ، قید می کنند . به این دما ، دمای سوئیچ می گویند . در ضمن واژه PTC از حروف اول کلمات عبارت Positive Temperature Coefficient به معنای ضریب حرارتی مثبت گرفته شده است . در شکل (16) تصاویری از دو PTC نمایش داده شده است . همچنین در شکل (17) علائم اختصاری PTC نمایش داده شده است .

                    

شکل (16)                                                                شکل (17)

ب ) ترمیستور با ضریب حرارتی منفی ( NTC ) :

مقدار اهم مقاومت های NTC با افزایش دما ، کاهش می یابد . در اینجا نیز واژه NTC از حروف اول کلمات عبارت Negative Temperature Coefficient به معنای ضریب حرارتی منفی گرفته شده است . . در شکل (18) تصویری از یک نمونه NTC نمایش داده شده است . همچنین در شکل (19) علائم اختصاری NTC نمایش داده شده است .

                                    

شکل (18)                                                                شکل (19)

مقاومت های تابع نور :

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها به شدت نور تابیده شده به سطح مقاومت بستگی دارد . این مقاومت ها در فضای تاریک دارای مقاومت خیلی زیاد ( در حد مگا اهم ) و در روشنایی دارای مقاومت کم ( در حد کیلو اهم و یا اهم ) می باشند . به این مقاومت ها فتورزیستور و همچنین LDR نیز می گویند . LDR از حروف اول کلمات عبارت Light Dependent Resistor به معنای مقاومت تابع نور گرفته شده است . برای اینکه نور بر روی المان مقاومتی فتورزیستور اثر گذارد ، سطح ظاهری آن را با شیشه و یا پلاستیک شفاف می پوشانند . از این مقاومت ها در مدارات الکترونیکی به عنوان تشخیص دهنده نور ( نورسنج ) استفاده می شود . در شکل (20) تصاویری از چند LDR و در شکل (21) علائم فنی آن نمایش داده شده است .

                   

         شکل (20)                                                                        شکل (21)

مقاومت های تابع ولتاژ :

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها با ولتاژ رابطه معکوس دارد . یعنی با افزایش ولتاژ ، مقدار اهم آن ها کاهش می یابد . به این نوع از مقاومت ها واریستور ( Varistor ) و همچنین VDR نیز می گویند . VDR از حروف اول کلمات عبارت Voltage Dependent Resistor به معنای مقاومت تابع ولتاژ گرفته شده است . نکته قابل توجه در مورد واریستورها این است که واریستورها به پلاریته ولتاژ اعمال شده وابسته نیستند که این خود مزیتی برای این نوع مقاومت ها محسوب می شود زیرا برای استفاده در مدارات AC بسیار مناسب هستند . در شکل (22) تصویری از یک نمونه VDR و در شکل (23) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

                                              

شکل (22)                                                                                     شکل (23)

 

مقاومت های تابع میدان مغناطیسی :

در اثر اعمال میدان مغناطیسی بر این مقاومت ها ، مقدار اهم آنها تغییر می کند . به این مقاومت ها MDR نیز می گویند که این واژه از حروف اول کلمات عبارت Dependent Resistor Magnetic به معنای مقاومت تابع میدان مغناطیسی گرفته شده است . نکته قابل توجه در مورد این مقاومت ها این است که چون در ساخت این مقاومت ها از نیمه هادی هایی با ضریب حرارتی منفی استفاده شده است بنابراین در صورت افزایش دما ، مقدار اهم این مقاومت ها کاهش می یابد . در شکل (24) علامت اختصاری MDR نمایش داده شده است .

شکل (24)

 

 

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی (به انگلیسی: Electrical resistance)‏ بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی از آن است. واحد بین‌المللی (SI) مقاومت الکتریکی، اهم است. مقدار معکوس این کمیت رسانایی الکتریکی نام دارد که با زیمنس اندازه‌گیری می‌شود.

مقاومت الکتریکی یک شی، جریان الکتریکی را تحت اختلاف پتانسیل مشخص بین دو سر شی، به دست می‌دهد:

مقاومت الکتریکی، مؤلفه الکتریکی مؤثردوطرفه ای است که برای ایجاد مقاومت الکتریکی در مدار، قرار داده می شود.

شدت جریان عبوری از یک مقاومت رابطه مستقیمی با ولتا‍‍‍‍ژعبوری از دو سر مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم نمایش داده می شود:


    I = \frac{V}{R}

در این معادله

    R:مقاومت شی در واحد اهم.
    V:اختلاف پتانسیل دو سر شی در واحد ولت.
    I:جریان الکتریکی عبوری از شی در واحد آمپر

است.

نسبت ولتاژی عبوری از دو سر مقاومت به شدت جریان مدار، میزان مقاومت نامیده می شود و این میزان در مقاومت های معمولی که با درجه هایشان کار می کنند می تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود.

مقاومت ها اجزای عمده مدارهای الکترونیکی، و بسیار کاربردی در تجهیزات الکترونیکی هستند. مقاومت های کاربردی می تواند از ترکیبات و لایه های متفاوت وهمچنین از سیم مقاومتی (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت ها در داخل تراشه ها هم عمل می کنند. به خصوص در دستگاه های آنالوگ، که مقاومت ها می توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی متحد شوند.

کارکرد پذیری الکتریکی یک مقاومت توسط میزان مقاومت آن مشخص می شود: مقاومت های عادی و تجاری تا بیش از نه برابر بزرگتر قابل ساخت هستند. هرگاه میزان مقاومت در یک طراحی الکترونیکی در نظر گرفته شود، درستی میزان مقاومت ممکن است برای دقت وبررسی تلرانس ساخت و تولید مقاومت های درنظر گرفته شده، مطابق با کاربرد ویژه آن، مورد نیاز باشد. ضریب دمایی میزان مقاومت هم ممکن است در برخی برنامه های کاربردی دقیق از دغدغه ها باشد. مقاومت های کاربردی همچنین برای داشتن میزان توان ماکزیممی تخصیص می یابند که در آن از اتلاف بیش از حد توان قابل پیش بینی مقاومت در یک مدارخاص جلوگیری شود:

که این نگرانی عمده در میزان توان برنامه های کاربردی الکترونیکی است. مقاومت هایی با میزان توان بالا از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است به گرماخور نیاز پیدا کنند. در مداری با ولتاژ بالا، دقت و بررسی باید بعضی اوقات با حداکثر ولتاژی که از مقاومت می توان به کار گرفت در نظر گرفته شود.

مقاومت های کاربردی یک القاوری سری و یک ظرفیت خازنی موازی کوچک دارند. این خصوصیات می تواند در کاربردهای آن با فرکانس بالا نقش مهمی را ایفا کند. در یک تقویت کننده یا یک پیش تقویت کننده با نویز پایین، مشخصات نویز یک مقاومت ممکن است مسئله ساز باشند. القاوری ناخواسته، نویز بیش از حد، و ضریب دمایی، بسیار وابسته به فن آوری استفاده شده در ساخت و تولید مقاومت هستند. در حالت عادی این عوامل برای خانواده خاصی از مقاومت های تولید شده جهت استفاده در یک فن آوری خاص اختصاص می یابند. خانواده ای از مقاومت های مجزا هم طبق فاکتور فرمش، که اندازه دستگاه و موقعیت رساناها ( یا دو سر) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می گیرد، قابل تشخیص می شود.
محتویات

    ۱ واحدها
    ۲ مقاومت به صورت موازی
    ۳ نمادسازی و نشانه های الکترونیکی
    ۴ نظریه عملکرد
    ۵ قانون اهم
    ۶ مقاومت های سری و موازی
    ۷ اتلاف توان
    ۸ ساختار
        ۸.۱ ترکیب رساناها
        ۸.۲ ترکیب کربنی
        ۸.۳ پیل کربنی
        ۸.۴ نوار کربنی
        ۸.۵ مقاومت کربنی چاپی
    ۹ به هم بستن مقاومت‌ها
    ۱۰ تلف مقاومتی
    ۱۱ جستارهای وابسته
    ۱۲ پانویس

واحدها

اهم (نشان: Ω) واحد SI میزان مقاومت الکتریکی است که به پاس خدمات جرج سیمون اهم این نام بر آن نهاده شد. یک اهم معادل یک ولت بر آمپر است.