بررسی عملکرد قدرت الکتریکی در توزیع و انتقال برق

مخابره و انتقال اطلاعات با بهر گیری از خطوط برق اعم از خطوط انتقال یا توزیع و نیز سیم کشی برق داخلی منازل را تحت عنوان مخابرات با حامل خط برق1 قدرت الکتریکی می شناسیم امروزه با گسترش و تنوع محصولات الکتریکی و الکترونیکی و استفاده از شبکه های مخابراتی در ادارات همچنین در منازل، نیاز روز افزونی به ایجاد شبکه های مبتنی بر تکنیک های قابل اطمینان و

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	529 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	40

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

١-١- اهداف پروژه

مخابره و انتقال اطلاعات با بهر گیری از خطوط برق اعم از خطوط انتقال یا توزیع و نیز سیم کشی برق داخلی منازل را تحت عنوان مخابرات با حامل خط برق[1] قدرت الکتریکی می شناسیم.

امروزه با گسترش و تنوع محصولات الکتریکی و الکترونیکی و استفاده از شبکه های مخابراتی در ادارات همچنین در منازل، نیاز روز افزونی به ایجاد شبکه های مبتنی بر تکنیک های قابل اطمینان و همراه با پیاده‌سازی آسان و کم هزینه احساس می شود.

تکنیک مخابرة از طریق خطوط قدرت الکتریکی بنابر امکان پیاده سازی بر خطوط و کانالهای آماده و به ویژه در ساختمان های پیش ساخته یکی از گزینه های موثر و اقتصادی در ایجاد شبکه های مخابراتی به نظر می رسد.

بر این اساس قصد داریم که به بررسی پیاده سازی بر خطوط و کانالهای آماده و به ویژه در ساختمان‌های پیش ساخته یکی از گزینه های موثر و اقتصادی در ایجاد شبکه های مخابراتی به نظر می رسد.

بر این اساس قصد داریم به بررسی پیاده سازی این روش جهت ایجاد اتوماسیون داخلی منازل بپردازیم . و در این راستا چالشهای پیش رو روشهای مورد استفاده در پیشگیری و رفع این موانع را مورد مطالعه قرار دهیم .

این پروژه به طور ویژه قصد دارد به همراه ساخت ابزار فرستنده و گیرنده با بهره گیری از میکروکنترل‌های خانواده PIC به ارزیابی پروتکل مخابراتی X10 که به منظور استفاده در شبکه های داخلی منازل طراحی شده است بپردازد.

بر اساس این هدف، تحقق موارد زیر انتظار است:

١-مطالعه خطوط قدرت الکتریکی به عنوان یک کانال انتقال و روشهای اتصال و انتقال از طریق آن

٢-ارزیابی پروتکل مخابراتی X10 و رصد نمودن چالشها و کاستی های احتمالی این شیوه در جهت دستیابی به شبکة‌ قابل اطمینان، همچنین مطالعة روش های قابل ارائه جهت رفع این نواقص

٣-طراحی و ساخت ما ژول های فرستنده و گیرندة مبتنی بر روش فوق.

١-٢- سیستم های PLC داخلی منازل

برقراری ارتباط از طریق خطوط برق شیوة مفید و معمولی برای استفادة داخل منازل
می باشد.

از این رو برخی از شیوه های ارتباطی اعم از پروتکل های ارسال و دریافت داده که به نسبت ساده تر هستند برای استفاده در داخل خانه ها به کار برده می شود.

برخی از این سیستم های مورد استفاده در ذیل تشریح می شود.

١-٢-١- CEBus ( (Consumer Electronics Bus

این سیستم بر مبنای استفاده در شبکه های محلی و در منازل طراحی شده است و استانداردهایی را جهت RF و PLC و تعدادی دیگر از شیوه های شبکه های خانگی ارائه می کند. که در مورد PLC، میزان و نحوة اعمال سیگنال با فرکانس معین بر شبکه توسط این استاندارد، تعیین می شود.

به عنوان مثال، مقداردودوئی (1) توسط، سیگنال اعمال شده در s100 مشخص می شود در حالی که (0) دودوئی با اعمال سیگنال به مدت s200 حاصل می شود. بنابراین در نهایت با توجه به تعداد کاراکترهای صفر و یک ارسال شده، وسیلة مورد نظر و نحوة کنترل آن مشخص می شود.

١-٢-٢- 10-X

10-X، نوعی از استاندارد عملی و قابل اجرا در منازل است این استاندارد شامل شیوة آدرس دهی به تک تک وسایل قابل کنترل داخل است در این روش با استفاده از نقاط عبور از صفر حامل( شبکه برق داخل خانه) به عنوان هم زمان کننده (synchronizer) عملیات ارسال و دریافت انجام می شود چنانکه حضور سیگنال پیوستة KHz 120 به عنوان (١) و عدم حضور این سیگنال به منزلة (۰) تلقی می شود در روش X10 ادوات مورد کنترل شامل دو آدرس هستند که عبارتند از آدرس خانه و آدرس ابزار مورد نظر .

و در نهایت یک آدرس کامل برای ارسال به روش X10 شامل کد شروع، آدرس خانه، آدرس ابزار وآدرس (کد) کارکرد می باشد.

سیستم X10 به گونه ای طراحی شده است که جهت ارتباط دو طرفه دچار محدودیت است. ونیز به نسبت استانداردهای دیگر، ازسرعت کمتری برخوردار است. با این وجود این سیستم جهت استفاده در اتوماسیون منازل، مناسب به نظر میرسد. (در فصل دوم به توصیف بیشتر این سیستم خواهیم پرداخت.)

١-٣- بررسی رفتار سیستمهای مبتنی بر PLC در حضور تداخل، نویز و اعوجاج؛

از آنجایی که سیستمهای توزیع و انتقال انرژی الکتریکی در بر دارنده نویز و تداخل ناشی از سیستمهای الکتریکی متصل یا مجاور به آنها می باشند، طبیعتا محیط مناسبی برای کاربری در سیستم های مخابراتی نمی‌باشند.

در زیر به برخی از موارد آسیب زا در سیستمهای مبتنی بر PLC اشاره می کنیم؛

نویز و اعوجاج: از جمله منابع مولد نویز در شبکه برق می توان به پدیده کرنا، جرقه، بانکهای تصحیح ضریب توان و برق شکن ها اشاره کرد. البته در شبکه های فشار ضعیف بسیاری ازین گونه نویزها توسط ترانسفورماتورهای مبدّل MV/LV (فشار متوسط به فشار ضعیف) حذف خواهند شد. در نتیجه بیشترین میزان تداخل و نویز در شبکه های خانگی مربوط به ادوات و ابزارالکتریکی مورد استفاده در منازل و ساختمانهاست.

در مورد اعوجاجهای ﻣﺆﺛﺮ در شکل موج باید گفت که اینگونه اعوجاجها معمولا تاٌثیر کمتری بر سیستم‌های مبتنی بر PLC دارند از جمله این اعوجاجها، بیشولتاژ یا زیرولتاژ شدن لحظه ای و نیز هارمونیک های موجود در شبکه است. هارمونیکهای موجود در شبکه از آن جهت قابل چشمپوشی هستند که در فرکانسهایی بسیار کمتر از فرکانس کار سیستم PLC اتفاق می افتد. آسیب عمده اعوجاج، رخداد تغییر در فرکانس می باشد. چنانچه بسیاری از سیستمهای ساده PLC با استفاده از فرکانس برق شهر اقدام به همزمان سازی میان فرستنده و گیرنده می کنند. بنابرین در سیستمهای مدرن از اتّکا به این روش پرهیز شده است.

۱-٤-بررسی امپدانس و تضعیف در کانال خط قدرت

مشخصة امپرانس یک کابل برق بدون بار با استفاده از مدل توزیع پارامتر استاندارد چنین به دست می‌آید:

که این مقدار در خصوص فرکانس های مورد استفاده در PLC ، تقریباً برابر است با به طوریکه L و C به ترتیب اندوکتانس و کاپاسیتانس خط بر واحد طول هستند .

بنابر وجود ادوات و تجهیزات برقی متصل به شبکه برق نمی توان شبکه متعادلی را انتظار داشت بنابراین به دست آوردن امپرانس با دو خطوط و یا حتی پیشگویی آنها دشوار خواهد بود.

اما با توجه به مشاهدات حاصل شده از امپدانس خطوط در فشار ضعیف مقدار این امپدانس کم می باشد .

از طرف دیگر با توجه به نظریه انتقال توان ماکزیمم لازمست که امپدانس کانال و فرستنده مطابق این نظریه تنظیم شود که این با توجه به مشخص نبودن مقدار امپدانس خطوط میسر نیست. از این رو طراحی فرستنده و گیرنده به گونه ای انجام می گیرد که کمترین میزان امپدانس خروجی و ورودی را به ترتیب دارا باشند.

همچنین افت ولتاژ در سیستم قدرت به همراه عدم حصول شرایط انتقال توان ماکزیمم سبب افت و تضعیف شدید در سیگنال مخابراتی خواهد شد.

١-٥-ملاحظات شبکه کوپلاژ

متداولترین شیوة کوپلاژ فرستنده و گیرنده به شکبة برق، شیوة کوپلاژ دیفرانسیلی است در این روش سیم فاز به عنوان ترمینال ورودی، وسیم نول به عنوان ترمینال خروجی در نظر گرفته می شود. در مواردی که سیم نول در دسترس نیست، مثل شبکه های فشار قوی، خط زمین به عنوان خط ترمینال دوم در نظر گرفته می شود .

روش دیگر با عنوان کوپلاژ حالت مشرک هر دو خط فاز و نول ترمینال اول استفاده می شود و خط زمین در طرف ترمینال دوم قرار می گیرد. البته این امر در ظاهر در نظر ما ناممکن جلوه می کند .

زیرا خطوط نول و زمین مستقیماً به ترانسفورماتور متصل شده اند. اما در عمل اندوکتانس ما بین نقطة کوپلاژ و نقطة اتصال کوتاه به اندازه ای است که امکان انتقال سیگنال را به وجود خواهد آورد.

چنین روشی به دلیل ایجاد برخی مشکلات و خطرات کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

در عمل جهت ایجاد کوپلاژ از دو روش استفاده می شود:

١-روش کوپلاژ خازنی، در این شیوه خازن نقش اصلی ایجاد کوپلاژ را بر عهده دارد.

٢-روش کوپلاژسلفی، در این شیوه با استفاده از یک سلف، سیگنال مخابراتی بر روی شبکة برق قرار می گیرد. بنابراین با قرار دادن سلف، دو شبکه برق و مخابرات از هم جدا می شود. توجه به پاسخ فرکانس از نکات اساسی در طراحی و انتخاب شبکه کوپلاژ است چنانچه در قسمت گیرنده، داشتن مشخصة پاسخ فرکانسی بالا گذر (و در نهایت میان گذر) جهت حذف حاملHz٥۰و گذراندن سیگنال مخابره شده بدون تضعیف مورد نظر است.

همچنین باید توجه داشت که چنین سیستمی نیاز به تطبیق امپدانس با امپدانس شبکه برق جهت انتقال بیشینة توان دارد.

بنابراین در طراحی شبکة کوپلاژ لازم است که ملاحظات بالا در نظر گرفته شود .

اکنون اگر به نحوة طراحی شیوة کوپلاژ سلفی( بدلیل ایمنی بیشتر) نظری بیفکنیم دو اصل زیر حائز اهمیت خواهد بود:

١-مقدار مناسب برای خازنC_eq جهت ایجاد امپدانس کافی و در نتیجه حذف فرکانس برق Hz50.

٢-رخ داد تشدید در مدار سری L₁C_eq جهت انتقال سیگنال با کمترین مشخصة امپدانس

شکل ۱: توپولوژی I

شکل ۱، ساده ترین توپولوژی کوپلاژ را نشان می دهد نکته ای که در اینجا نباید از نظر دور داشت آن است که استفاده از ترانسفورماتورهای هسته آهنی به سبب داشتن اندوکتانس نامشخص و متغیر، باعث ایجاد تغییر در مشخصات شبکة کوپلاژ خواهد شد. و جهت اصلاح این عیب می توان از ترانسفورماتور با دو سیم پیچ ثانویه استفاده کرد در این صورت مشخصات شبکه کمتر تحت تأثیر تغییرات اندوکتانس موثر ترانس قرار خواهند داشت زیرا با استفاده از ترانسفورماتور دو سیم پیچ پهنای باند وسیعتر شده شیب پاسخ فرکانسی در فرکانس نصف توان، نسبت به قبل کاهش می یابد بنابراین چنین سیستمی نسبت به تغییرات اندوکتانس سیم پیچها، تغییرات فرکانسی کمتری از خود نشان خواهد داد برای تبدیل پهنای باند به حالت میان گذر، چنانچه در قسمت گیرنده مورد نیاز است باید از فیلترهایی در ثانویه ای که به گیرنده اتصال می‌یابد، استفاده نمود.

شکل ٢: توپولوژی I به صورت اصلاح شده.

٢-١- استفاده از پروتکل 10-X:

اشاره،

پیشتر اشاره شد که پروتکل 10-X برای ایجاد ارتباط و مخابرة داده ها از طریق خطوط الکتریکی داخل منازل طراحی شده است سیگنال مخابره شونده در این شیوه یک سیگنال پیوسته با فرکانس KHz١٢۰ است که پس از عبور حامل (ولتاژ برق) از صفر ارسال می شود. وقوع این سیگنال به مدت ms١ به منزلة ارسال (١) منطقی و عدم ارسال سیگنال به منزله صفر منطقی خواهد بود دامنة سیگنال ارسالی نیز در وسعت v_p-p١۰-٥ در نظر گرفته شده است البته این میزان در مسیر انتقال بدلیل انتشار و مواجهة با موانع به کاهش می یابد.

لازم است به منظور بررسی موانع استفاده از این روش، نحوة رفتار کانال انتقال خطوط حامل الکتریکی را خصوصاً در فرکانسهای بالا تر مورد ارزیابی قرار دهیم .

خط انتقال و توزیع برق، در فرکانس kHz١٢۰ پیچیدگی قابل توجهی از خود نشان خواهد داد از جمله می توان به وقوع تشدید در قله و گره های برق به دلیل تأثیر خازن ها و القاگرهای موجود در خطوط توزیع اشاره کرد.

اضافه برآن، موانعی بر سر راه ارسال سیگنال وجود خواهد داشت که از طریق مکنده های سیگنال و یا مولد های نویز ایجاد خواهد شد از این رو باید با بهره گیری از روش هایی عملی به رفع این مشکلات کمک شود.

در زیر به برخی از روشهای قابل اجرا اشاره شده است که هر کدام به طور جداگانه در بخشهای بعد شرح خواهد شد.

١-چنانچه تضعیف زیادی در سیگنال دریافت شده مشاهده شود لازم است که شبکة کوپلاژ استفاده شود همچنین اگر دریافتی توسط یکی از گیرنده ها ابزارهای مورد کنترل در منزل تضعیف بیشتری نسبت به دیگر ابزارها داشته باشد لازم است آن مدار مورد بازبینی قرار گیرد و احتمال وجود مکندة سیگنال در آن بررسی شود .

٢- ساده ترین روش برای انجام این کار جداسازی قسمت های مختلف ادوات الکتریکی از آن مدار و متصل نمودن تک تک آنها به شبکه برق بنابراین هر گاه افت ولتاژ حاصل شد همان قسمت به عنوان مکندة سیگنال عمل نموده و لازم است از مدار فیلتر شود.

مولد های نویز، مانع دیگری در انتشار سیگنال در x-10 می باشد بروز نویز به ویژه در باند عبوری مورد نظر ممکن است سبب شود تا صفر منطقی ارسال شده در گیرنده به صورت 1 منطقی آشکار سازی شود ادوارت مولد نویز نیز به مانند مکندة سیگنال عمدتاً منابع تغذیه سوئیچینگ، لامپ های فلورسنت دادوات مخابرة بی سیم، هستند بنابراین چنانچه پس از روشن کردن هر کدام از این ابزار سطح نویز به میزان زیادی افزایش یافت برخی از ابزارهای مونیتورینگ سیگنال سطح نویزهای زمینه را نشان می دهد باید آن ابزار را به عنوان مولد نویز شناخته مشابه مکنده های سیگنال از سیستم ایزوله نمود.

انتظار می رود پس ایجاد ایزولاسیون و کوپلاژ مناسب، توان سیگنال ارسالی و صحت آشکار سازی آن قابل قبول باشد اگر چنانچه در مورد بعضی از ابزارهای مورد کنترل همچنان ایرادهایی وجود داشته باشد می باید آن وسیله را تا حد امکان به جعبة تقسیم برق نزدیک تر کرد. این کار، به منظور کاهش اثر القائی خطوط الکتریکی صورت می گیرد همچنین استفاده از تقویت کنندة سیگنال در خروجی فرستنده و یا در تابلوی جعبة تقسیم برق وجود دارد.

2-2- بروز نویز و مکش سیگنال در سیستم های مبتنی بر XIO:‌

2-2-1- مکنده های سیگنال :

منابع تغذیه ای سوئیچینگ، بنابر امکان و دستیابی به سطوح مختلف تغذیه و حجم کم و قیمت مناسب، یکی از گزینه های پر کار برد در وسایل الکترونیکی می باشد. اینگونه منابع با یکسو سازی ولتاژ ها 220، ایجاد یک ولتاژ DC ابتدایی نموده و از طریق اعمال این ولتاژ به مدار برشگری با فرکانس بالا [2] و عبور ولتاژ خارجی مدار برشگر از یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا، سطوح مختلف تغذیة مورد نیاز را فراهم می‌نماید. همچنانکه به نظر می رسد، برشگر ها تولید کننده نویزهای الکتریکی، قابل انتشار بر روی خطوط الکتریکی توزیع کنندة برق می باشند از این رو سازندگان این گونه منابع سعی در کاهش این اثرات دارند. از جملة رایجترین روشهای فیلتر کردن این منابع، به کار گیری خازن در ورودی جهت شنت کردن سیگنالهای تداخل به زمین است.

همین امر سبب ایجاد مشکلاتی برای ابزارهای دارای خط الکتریکی مشترک با این منابع می شود. زیرا سیگنالهای فرکانس بالای موجود در این خطوط، توسط چنین منابعی وارد زمین خواهند شد. اینگونه منابع و ادوات مشابه آنها را با عنوان «مکنده های سیگنال[3]» می شناسیم.

بهترین راه رفع این مشکل، جدا سازی منابع تغذیة سوئیچینگ و سیستم های مشابه از طریق فیلتر کردن می‌باشد. ( فیلتری با نام XPPF ، به منظور استفاده از سیستم های مبتنی بر X10 طراحی شده و در بازار موجود می باشد) روش های مختلفی برای یافتن مکنده های سیگنال در خطوط الکتریکی وجود دارد از جمله می توان ابتدا مسیرهای انشعابات خطوط برق داخل ساختمان را مشخص کرد( به کمک نقشه و یا با آزمون هر پریز برق که نیاز به مهارت دارد) سپس با اتصال مدار فرستندة سیگنال در نزدیکترین محل به جعبه تقسیم برق و نیز در دست داشتن اسکوپ جهت مشاهده قدرت سیگنال ارسالی، قوت سیگنال را در انشعاب مورد مطالعه قرار دهیم سپس با وارد نمودن هر مدار الکتریکی به آن انشعاب به تغییرات سیگنال را مشاهده نمائیم. در این صورت با مشاهدة تغییرات چشمگیر سیگنال می توان مدار مکندة سیگنال را مشخص و آنرا جدا سازی نمود.

ذکر دو نکته در این قسمت ضروری به نظر می رسد:

1-از آنجا که از تأثیر قابل ملاحظه مدارات تغذیة سوئیچینگ مطلع هستیم بهتر است ابتدا این منابع و سیستم ها را استفاده کننده از آنها نظیر کامپیوترهای شخصی را از اتصال به خطوط برق خارج نمائیم.

2- به منظور جدا سازی مکنده های سیگنال و نیز مولدهای نویز، فیلترهای خاصی طراحی شده است که توصیه می شود در صورت دسترسی داشته حتماً از آنها استفاده شود.

2-2-2- مولدهای نویز

همانطور که پیشتر اشاره شد، مانع دیگر در ایجاد قابلیت اطمینان در سیستم X10 مولدهای نویز هستند. مولدهای نویز از آنجا که ذاتاً دارای نویز بوده و بدون هیچ فیلتر از پیش طراحی شده ای مستقیماً به برق متصل می شوند، سبب بروز اشکال در گیرندة X10 می شود و دلیل این مطلب آنست که فرکانس نویز ایجاد شده درست در محدودة باند عبور سیگنال ارسالی X10 قرار دارد.

متهمان عمدة در این بخش لامپ های فلورسنت فشرده هستند. چه آنکه برخی از انواع این دسته از لامپها درست با مرکزیت نقاط عبور از صفر ایجاد نویز می کنند. یعنی دقیقاً در زمان ارسال سیگنال در استانداردX10.

شکل (1-2)، ارسال سیگنال X10 در حضور نویز انتشار یافته از لامپ فلورسنت

همچنین ممکن است در موارد پیچیده تر که چندین لامپ فلورسنت موجودند. با نویزهای به وجود آمده به صورت ضربان های دوره ای مواجه شویم(شکل ٢-٢) . این موضوع به دلیل تغییر فرکانس اندکی مابین برشگرهای موجود در لامپها به وجود می آید. زیرا بروز اندک تفاوتی در فرکانس سبب تقویت یا تضعیف دامنه در نقاط مشخص می گردد.

شکل (٢-٢)، نویز تولید شده از چند لامپ فلورسنت به صورت ضربانهای متناوب

روشهای خطا یابی (یافتن مولد نویز) و جدا سازی توسط فیلتر در این بخش نیز مشابه روش به کار رفته در مکنده های سیگنال است تنها به نوع فیلتر قابل استفاده باید توجه شود که جهت استفاده در این سیستم و حذف این دسته از نویزها طراحی شده باشد. از جمله این نمونه ها، XPPF و Leviton 6287 پیشنهاد می شود.

شاید اینگونه به نظر برسد که استفاده از پروتکل X10 به همراه صرف وقت و هزینه برای دستیابی به سیستم مطمئن چندان مقرون به طرفه نیست. باید توجه داشت که ارائه پروتکل X10 به دهة 70 میلادی باز می گردد. زمانی که منازل و ساختمانها به هیچ وجه مانند امروز مملو از ابزارها و ادوات مصرف کنندة برق نبوده است از این جهت ایجاد صرف وقت و هزینه بیشتر متوجه تولید کنندگان ابزارهای مولد نویز و یا مکنده های سیگنال خواهد بود. با وجود این اصلاحاتی در این پروتکل مخابراتی صورت پذیرفته است. و با عنوان پروتکل XTB مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

بسیاری از فرستنده های مبتنی بر X10 بنابر استفاده از منابع تغذیة‌ بدون ترانسفورماتور – که بدلیل ارزان و ساده بودن مورد استفاده اند- قادر به توزیع میزان انرژی قابل توجهی نیستند. همچنین از جهت دامنة سیگنال ارسالی( 5v_pp)‌،‌ محو شدگی سیگنال در فواصل دور بسیار متحمل می باشد. نیز جدا سازی از طریق فیلتر مطابق آنچه مورد بحث قرار گرفت از جهت وجود بارهای دینامیک و استفاده از فیلترهای خاص، بعضاً غیر عملی است. طراحی XTB بر مبنای تقویت انرژی سیگنال ارسالی X10 به منظور غلبه بر ناهمواری های موجود در سیستم توزیع الکتریکی صورت گرفته است. چنانکه با استفاده از منابع تغذیة ترانسفورمری و ارتقای انرژی سیگنال به 10 برابر میزان ارسالی در شیوة‌ قبل، دامنة‌سیگنال فرستنده به میزان 207_pp خواهد رسید.

در این فصل طراحی مدارات فرستنده و گیرندة‌ مبتنی بر استاندارد X10 و با بکار گیری میکروکنترلرهای خانوادة‌PIC18F مورد بررسی قرار خواهد گرفت و در هر مور به تفکیک، ابتدا طراحی مدارات سخت افزاری مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت و سپس الگوریتم و برنامة‌ ایجاد شده جهت برنامه‌ریزی میکروکنترلر ارائه خواهد شد. نکته ای که در این میان حائز اهمیت است توجه به روش های بکار رفته جهت اتصال به خطوط برق(اعم از کوپلاژ و فیلتریزاسیون )‌ و همچنین دریافت و جداسازی سیگنال و پرش و رفع نویز و تقویت سیگنال می باشد. دقت در الگوریتم برنامه،‌ نحوة‌ بکارگیری وقفه های داخلی و خارجی و همچنین تولید، ارسال و دریافت پالس توسط میکروکنترلر نیز نحوة باپاس میکروکنترلرهای خانوادة‌ PIC18F برای علاقمندان به آشنایی با نحوة‌کار با میکروکنترلرها مفید خواهد بود. از این رو در ابتدای این فصل به توصیف مختصر معماری میکرو کنترلرهای PIC می پردازیم.

3-1 توصیف ساختار میکروکنترلرهای PIC

٣-١-١-انواع میکروکنترلرهای PIC

میکروکنترلر های PIC را در حالت کلی می توان به پنج دسته تقسیم نمود. دسته اول میکروکنترلرهای هشت پایه PIC12CXXX هستند که دارای دستور العملهای دوازده یا چهارده بیتی هستند. منظور از دستور العمل دوازده یا چهارده بیتی این است که Opcode دستور العملهای این میکروکنترلرها به صورت دوازده یا چهارده بیت در حافظه ذخیره می شود. از مشخصات این میکروکنترلرها می توان به ولتاژ تغذیه کم آنها ( در حدود 2.5V-5.5V)‌، کوچکی و پایه های کم آنها، دارا بودن قابلیت وقفه، دارا بودن فضای پشته جداگانه و حافظه EEPROM اشاره نمود. دسته دوم میکروکنترلرهای PIC16C5X هستند که دارای دستور العملهای دوازه بیتی بوده، در ابعاد 14، 18، 20 و 28 پایه ساخته شده اند. ولتاژ کاری این دسته 2V بوده، نوع PIC16HV5XX قابلیت کار کردن تا ولتاژ 15V را نیز داراست. نوع سوم میکروکنترلرهای خانواده PIC16CXXX هستند که دارای دستور العملهای چهارده بیتی بوده، در ابعاد 18 تا 68 پایه ساخته شده اند. این دسته از میکروکنترلرها علاوه بر قابلیت پشتیبانی از وقفه های متعدد، دارای ماژولهای جانبی متعددی هستند که اکثر نیازهای صنعتی را برآورده می کنند. میکروکنترلرهای PIC17CXXX و PIC18X دسته چهارم و پنجم از میکروکنترلرهای PIC هستند که از مشخصات آنها می توان به دارا بودن دستورالعملهای شانزده بیتی، قابلیت پشتیبانی از وقفه ها، دارا بودن ماژولهای جانبی متعدد و تعداد هفتاد و پنج دستور العمل اشاره نمود.

میکروکنترلرهای PIC میکروکنترلرهایی طراحی شده با تکنولوژی Nanowatt بوده،‌دارای ماژولهای جانبی و قابلیت های متعددی هستند. از جمله ویژگی این میکروکنترلرها می توان به مدهای کاری مختلف، دارا بودن حافظه Flash با ظرفیت بین 48KByte تا 128 KByte ، دارا بودن 4Kbyte حافظه RAM و 1KByte حافظه EEPROM اشاره نمود. حافظه Flash و EEPROM این میکروکنترلر ها به ترتیب قابلیت خواندن و نوشتن تا صد هزار و یک میلیون مرتبه را دارا بوده،‌ مدت حفظ اطلاعات آنها بدون Refresh کردن، تا چهل سال تخمین زده می شود. از دیگر ویژگیهای این میکروکنترلرها دارا بودن ده نوع منبع پالس ساعت مختلف است که به کاربرد قابلیت انعطاف خاصی در انتخاب اسیلاتور مورد نیاز می دهد. چهار مد اسیلاتور کریستالی، مد اسیلاتور خارجی، مد اسیلاتورهای RC داخلی و حلقه قفل فاز داخلی برای ضرب فرکانس اسیلاتور خارجی در عدد چهار از جمله مدهای کاری اسیلاتور در این میکروکنترلرهاست.

مدهای مختلف مدیریت توان از دیگر ویژگی این میکروکنترلرهاست که استفاده از پالس ساعت داخلی و پالس ساعت Timer 1 را در مد Run فراهم کرده و تلفات توان را کاهش می دهند. همچنین با فعال شدن مد Idle ،‌ ماژولهای خارجی به کار خود ادامه می دهند ولی CPU در این مد متوقف شده، تلفات توان را کاهش می دهد. تغییر مدها با استفاده از نرم افزار صورت گرفته و به کاربر اجازه می دهد تا توان تلفات را کنترل نماید.

میکروکنترلرهای PIC دارای سه نوع حافظه RAM، EEPROM و حافظه Flash هستند. حافظه RAM برای ذخیره موقت اطلاعات به کار رفته و CPU برای اجرای برنامه و انجام محاسبات خود از آن استفاده می کند. به عبارت دیگر این نوع حافظه به عنوان یک چکنویس در اختیار CPU قرار گرفته، با قطع جریان برق اطلاعات آنها از بین نمی رود. حافظه Flash برای ذخیره کدهای برنامه به کار برده شده و با توجه به این که حافظه EEPROM دارای قابلیت خواندن و نوشتن به تعداد دفعات بسیار زیاد است. از این نوع حافظه برای ذخیره دیتاهایی استفاده می شود که ممکن است دارای تغییرات بسیار زیادی باشند.

در زیر به توصیف نحوة استفاده از حافظة Flash می پردازیم.

شکل(1-1 ) نماِیش بلوکی معماری میکروکنترلر PIC18F452

٣-١-٢-بیتهای پیکر بندی(‌Configuration Bits)‌

قسمتی از حافظه Flash میکروکنترلرهای PIC18 که در محدوده آدرس 300000h-3FFFFFh قرار دارد، تحت عنوان فضای حافظه پیکربندی شناخته شده و محلی است که مقدار رجیسترهای پیکربندی، ID میکروکنترلر و ID برنامه نویس در آنجا ذخیره می شود. چنانچه مشاهده می شود، این رجیسترها دارای آدرسی بسیار بالاتر از آدرس قابل دسترسی حافظه Flash بوده، برای کاربردهای خاص که در ادامه بررسی خواهد شد، به کار گرفته می شوند.

رجیسترهای پیکربندی همان طور که از نام آنها پیداست، برای پیکربندی و انتخاب قابلیتهای خاص میکروکنترلر به کار برده می شوند. به عنوان مثال انتخاب مد کاری حافظه،‌ فعال یا غیر فعال کردن شمارنده Watchdog، انتخاب اسیلاتور تأمین کننده پالس ساعت میکروکنترلر و قابلیتهای دیگری که در طول پروژه بررسی خواهد شد، با استفاده از رجیسترهای پیکر بندی مختلف، تنظیم می شوند.

بیتهای این رجیستر ها در صورت برنامه ریزی صفر و در غیر این صورت یک خواهند بود برنامه ربزی این بیتها مشابه خواندن و نوشتن حافظه Flash بوده،‌ مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به عنوان مثال مد کاری حافظه میکروکنترلر با برنامه ریزی دو بیت کم ارزش رجیستر پیکر بندی CONFIG3L تنظیم می شود.

٣-١-٣-نحوه ذخیره و اجرای دستورالعملها در حافظه Flash

با توجه به آدرس دهی شدن حافظه Flash به صورت بایتی و شانزده یا سی و دو بیتی بودن دستورالعملها،‌هر دستورالعمل در دو یا چهار بایت از حافظه ذخیره می شود. بایت کم ارزش دستور العمل همیشه در یک آدرس زوج از حافظه ذخیره می شود. به عبارت دیگر آدرس ذخیره بایت کم ارزش صفر است. در نتیجه با توجه به شانزده بیتی بودن حافظه Flash، PC به صورت دو واحدی افزایش یافته و بیت کم ارزش آن همیشه صفر خواهد بود.

میکروکنترلر های خانواده PIC18 دارای هشت دستورالعمل چهار بایتی CALL، MOVFF ، GOTO، LSFR، ADDULNK، CALLW، ‌MOVSS‌ ، SUBLNK هستند. در تمام این دستورالعملها، چهار بیت پر ارزش Word دوم یک بوده، مشابه دستورالعمل NOP عمل کرده و دوازده بیت دیگر دیتایی است که برای آدرس دهی بایتی از حافظه به کار می رود. در نتیجه در هنگام اجرای دستورالعمها، پس از واکشی دو بایت اول، دو بایت دوم واکشی و دستورالعمل اجرا می شود ولی اگر به دلایلی دو بایت اول واکشی نشد و دو بایت دوم واکشی و اجرا شد، در این صورت فقط با یک دستور العمل NOP اجرا خواهد شد.

٣-١-٤-سیکل دستورالعمل میکروکنترلرهای PIC

پالس ساعت اعمالی به میکروکنترلر( داخلی یا خارجی)، در داخل میکروکنترلر بر چهار تقسیم شده و چهار پالس ساعت غیر همپوشان ایجاد می کند. در زمانهای خاص هر کدام از این پالسها، اتفاق تعیین شده ای رخ می دهد. به عنوان مثال فقط در لبه بالارونده پالس ساعت Q1 مقدار PC تغییر و واکشی دستورالعملها انجام می شود. دستورالعمل واکشی شده در رجیستر دستور العمل[4] ذخیره و در مدت زمان Q1 تا Q4 بعدی تشخیص داده شده و اجرا می شود. پالسهای ساعت ایجاد شده و نحوه اجرای یک دستور العمل در شکل ٣-٢ نشان داده شده است. به چهار سیکل Q1 تا Q4 که مدت زمان اجرای یک دستورالعمل می باشد. اصطلاحاً یک سیکل دستورالعمل گفنه شده، با TCY نمایش داده می شود. هنگام اجرای یک دستورالعمل که در سیکل قبلی واکشی شده است، دستورالعمل بعدی واکشی می شود. در نتیجه بر اساس معماری Pipeline ، هر دستورالعمل در یک سیکل دستور العمل اجرا می شود. روند واکشی و اجرای دستورالعملهای یک مثال ساده در شکل ٣-٣ نشان داده شده است. همان طور که در شکل نشان داده شده است، دستورالعملهای پرش که باعث تغییر PC می شوند، در دو سیکل دستورالعمل اجرا می شوند.

شکل 2-3 ، نشاندهنده پالس ساعت و سیکل اجرای یک دستورالعمل

شکل ٣-٣، نشاندهنده روند واکشی و اجرای دستورالعملها

٣-١-٥- منابع وقفه درمیکروکتترلرهای PIC

میکروکنترلرهای خانواده PIC18F8722 دارای منابع وقفه متعددی هستند. منظور از منابع وقفه،‌ منابعی هستند که می توانند در روند اجرای برنامه اصلی وقفه ایجاد کنند. این منابع به دو دسته منابع وقفه داخلی و خارجی تقسیم می شوند. منابع وقفه داخلی، وقفه های ایجاد شده توسط ماژولهای داخلی میکروکنترلر هستند. به عنوان وقفه نوشتن در حافظه که قبلاً بررسی شد، یک نمونه از منابع وقفه داخلی است. منابع وقفه خارجی نیز توسط پایه های خاصی از میکروکنترلر که برای این کار در نظر گرفته شده است، می توانند در روند اجرای برنامه وقفه ایجاد کنند. به عنوان مثال با افزایش درجه حرارت در یک پروسه، سنسور مربوط با ارسال یک سیگنال مشخص به پایه وقفه خارجی میکروکنترلر، شرایط را به آن اطلاع می دهد.

علاوه بر این منابع وقفه را می توان به دو دسته وقفه های با اولویت بالا و پایین تقسیم نمود. اولویت وقفه ها به این مفهوم است که اگر همزمان دو وقفه یکی با اولویت بالا و دیگری با اولویت پایین رخ دهد، ابتدا برنامه سرویس وقفه با اولویت بالا اجرا خواهد شد. همچنین اگر برنامه سرویس وقفه با اولویت پایین در حال انجام باشد و وقفه با اولویت بالا فعال شود. برنامه سرویس وقفه بالا با اولویت بالا اجرا شده و سپس برنامه سرویس وقفه با اولویت پایین دنبال می شود. اولویت منابع وقفه را می توان با استفاده از نرم افزار تغییر داد.

قدرت الکتریکیانتقال برقمولدهای نویز

دانلود تعیین جنسیت جوجه ها: مرغهای تخمگذار می توانند فقط جوجه ماده تولید کنند

تعیین جنسیت جوجه ها مرغهای تخمگذار می توانند فقط جوجه ماده تولید کنندترجمه مازیار محیطی اصلیگروه علوم دامی بر این باور است که تولید رویان های ماده بیشتر و یا حتی تولید فقط رویان ماده به وسیله مرغهای تخمگذار امکان پذیر می باشد

دسته بندی	دام و طیور
فرمت فایل	doc
حجم فایل	89 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	9

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 7169

تمام فایل ها

تعیین جنسیت جوجه ها: مرغهای تخمگذار می توانند فقط جوجه ماده تولید کنندترجمه: مازیار محیطی اصلیگروه علوم دامی بر این باور است که تولید رویان های ماده بیشتر و یا حتی تولید فقط رویان ماده به وسیله مرغهای تخمگذار امکان پذیر می باشد. این مسأله می تواند تعداد میلیونها جوجه خروسی را که هر ساله کشته می شوند را کاهش دهد. روش تعیین جنسیت و کشتن جوجه های یکروزه موجب اعتراضات عمومی شده است، بنابراین وزیر کشاورزی وربرگ هلند از گروه علوم دامی خواسته است تا راه حلی را پیدا کند.هوشمندانه ترین راه حلی که توسط دکتر هنری ولدرز نویسنده اصلی گزارش تحقیق "روشهای جایگزین برای کشتن جوجه های یکروزه" بیان شده آن است که مرغهای تخمگذار فقط رویان ماده تولید کنند.این راه حل تئوری محض نیست زیرا شواهدی وجود دارد که مرغها تحت شرایط خاصی می توانند سلولهای با کروموزوم جنسی نوع W تولید کنند. در این حالت رویان های نر بسیار کمتری تولید خواهند شد. برخلاف پستانداران، پرندگان نر دو کروموزوم جنسی مشابه دارند (ZZ) و ماده ها دو کروموزوم جنسی متفاوت دارند (ZW).راه حل ممکن دیگر شناسایی شاخص هایی نظیر هورمون های جنسی بلافاصله بعد از گذاشته شدن تخم مرغ می باشد. این موضوع اکنون فقط پس از روز 13 انجام می شود. اگر بتوان این کار را در روز صفر انجام داد می توان از تخم مرغ های دارای رویان نر به عنوان تخم مرغ خوراکی استفاده کرد.سومین راه حل ممکن که در این گزارش به آن اشاره شده است استفاده از جوجه های جهش یافته به طور طبیعی می باشد که موجب کاهش قابل ملاحظه ای در تعداد حیوانات نر خواهد شد، این مسأله با تلف شدن زودهنگام رویان های نر (ZZ) اتفاق می افتد. برای مثال، در مقالات دلایل مختلفی برای تلفات وابسته به جنس رویان ها به علت ترکیبات آللی خاص شرح داده شده است. لذا لاین های ژنتیکی نیز می توانند بر پایه ترکیبات کشنده آلل ها برای رویان های نر ایجاد شوند.اکنون گروه علوم دامی دانشگاه واگنینگن هلند به درخواست وزیر کشاورزی وربرگ به دنبال روشهای جایگزین اخلاقی و جامعه پسند برای این موضوع است.منبع: گروه علوم دامی دانشگاه واگنینگن هلند 28/11/2007

سیستم پرورش مرغ مادر در قفس و مزایای آن نسبت به پرورش آن در بستر (6 / 12 / 1385)

پرورش مرغ مادر در قفس بیش از بیست سال است که در دنیا مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است و امروزه در کشورهای پیشرفته دنیا با توجه به مزایای بسیاری که این سیستم پرورش مرغ مادر نسبت به پرورش در بستر دارا می باشد سعی در استفاده از این سیستم می نماید این در حالی است که مرغ های مادر گوشتی به دلیل وزن سنگین آن نسبت به مرغ های مادر تخمگذار نیاز به تلقیح مصنوعی در آنها دیده شده است ولی در مزارع مرغ مادر تخمگذار به دلیل سبک بودن این نژاد با توجه به آمارگیری های انجام شده در تولید این مزارع و با توجه به ابعاد اختصاصی طراحی قفس جهت این مرغ ها نه تنها کاهشی در جهت نطفه داری و یا افت تولید ایجاد نشده است بلکه در تمامی موارد آمارها نشان می دهد که راندمان واحد مربوطه نسبت به پرورش در بستر افزایش پیدا کرده است که در ذیل به موارد اهمیت استفاده از سیستم پرورش مرغ مادر تخمگذار در قفس خواهیم پرداخت :

با توجه به پرورش مرغ ها و خروس ها در قفس سالن به بخش های کوچکی با تعدادی کمتر از 30 قطعه مرغ و خروس تقسیم شده که خود امکان نظارت بر آنها وهمچنین اختلاط بهتر مرغ ها و خروس ها را منجر خواهد شد که در صورت مشاهده هرگونه مشکلی در مرغ ها و یا خروس های مربوطه امکان حذف و یا جایگزینی آنها به راحتی مقدور می باشد و همچنین آمار گیری از نظر نطفه داری و درصد تولید در هر سلول نیز امکان بررسی را برای بهبود مدیریت فارم مقدور می سازد .

در سیستم پرورش مرغ مادر تخم گذار در قفس از سیستم جمع آوری تخم مرغ توسط نوار نقاله استفاده می شود که خود منجر به خارج شدن سریع تخم مرغ از دسترس مرغ ها ، کاهش میزان شکسته شدن تخم مرغ ها و جمع آوری سریع تر و گاز دادن آنها می شود که خود منجر به افزایش کیفیت جوجه های حاصله خواهد شد .

در سیستم پرورش در قفس ، کودهای حاصله توسط نوار نقاله به صورت مستمر از سالن خارج شده که منجر به بهبود هوای داخل سالن ها شده و میزان تهویه مورد نیاز به ازای هر مرغ نسبت به حالت پرورش در بستر کاهش پیدا می نماید که خود منجر به صرفه جوئی در مصرف سوخت و شرایط مطلوبتر جهت پرورش مرغ های مادر می گردد . همچنین در سیستم پیشنهادی توسط شرکتهای دیگر سازنده قفس مادر دان مربوطه توسط واگن به صورت اتوماتیک توزیع می گردد که مشکلات کمتری را نسبت به سیستم زنجیری ایجاد می نماید و جهت سیستم آبخوری از آبخوری های نیپل استفاده شده که علاوه بر حفظ بهداشت بهتر مانع از آبریزی در سالن می شود . سیستم پرورش در قفس با توجه به اتوماسیون انجام گرفته در آن نیاز به تردد در سالن ها را به حداقل ممکن کاهش داده و امکان استفاده از دوربین های مداربسته را جهت کنترل وضعیت سالن و زیر نظر داشتن مرغ ها را ممکن می سازد . بررسی های آماری نشان می دهد که وضعیت تخم مرغ های شکسته در سیستم های مزرعه مرغ مادر پرورش یافته در قفس کمتر از 2/1 % می باشد که این عدد در سیستم پرورش در بستر در بهترین شرایط به عددی کمتر از 5/4 % نمی رسد .

نصب و راه اندازی سیستم پرورش مرغ مادر تخم گذار در قفس در شرکت گلبهار طوس

اصول امنیت زیستی برای فروشگاه های پرندگان زنده.

کاهش خطر آلودگیهای میکروبی در طیور و محصولات آنها.

روشهای کنترل پرندگان وحشی در مزارع پرورش طیور.

اصول امنیت زیستی برای فروشگاه های پرندگان زنده .

علوم دامیسیستم آبخوری و دانخوریوراثت تولید تخم مرغدما و فیزیولوژی جوجه هااصول امنیت زیستی برای فروشگاه های پرندگان زندهبیماریها و انگلهای پرندگان وحشیاصول امنیت زیستیمزارع پرورش طیور

بررسی میزان مقاومت بدن انسان در مقابل برق گرفتگی

در طی مراحل پیشرفت پروژه مطالب زیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت در فصل اول فیزیولوژیک بدن انسان در مقابل جریان های الکتریکی بررسی شده و پیرامون مطالبی در خصوص شرایط بروز برق گرفتگی، ساختار الکتریکی بدن انسان، عوارض برق گرفتگی، جدول تأثیرات فیزیولوژیک بدن انسان در مقابل جریان های الکتریکی حوادث ثانوی شکل های حاصل از حوادث برق بحث شد

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	43 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	71

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

چکیده

در طی مراحل پیشرفت پروژه مطالب زیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در فصل اول فیزیولوژیک بدن انسان در مقابل جریان های الکتریکی بررسی شده و پیرامون مطالبی در خصوص شرایط بروز برق گرفتگی، ساختار الکتریکی بدن انسان، عوارض برق گرفتگی، جدول تأثیرات فیزیولوژیک بدن انسان در مقابل جریان های الکتریکی حوادث ثانوی شکل های حاصل از حوادث برق بحث شد.

در فصل دوم تفاوت اثرات جریان هایAC,DC بر روی بدن انسان مورد بررسی قرار گرفته و پیرامون مسائلی همچون، اثر جریان های مستقیم در ولتاژهای بالا، اثر بیولوژیکی جریان متناوب، میزان اثار متناسب با فرکانس، خطر جریان متناوب نسبت به مستقیم، خطر ابتلا به بیماری سرطان برای ساکنان اطراف کابل های برق فشار قوی بررسی شده است.

فصل سوم و چهارم پیرامون مسائل حفاظتی بوده و استفاده از راه های کاهش خطر در برابر جریان های الکتریکی مورد بحث قرار گرفته که از آن جمله می توان به انواع زمین‌های الکتریکی، صفر کردن ها، هم پتانسیل ها و استفاده از ترانس های یک به یک یا جدا کردن حفاظتی اشاره کرد.

در فصل پنجم آئین نامه های حفاظتی مورد مطالعه قرار گرفته برای آشنایی بیشتر متخصصین با مفادهای قانونی حفاظت و موارد ایمنی، تا گامی بااشد در جهت کاهش تلفات و صدمات وارده بر انسان در برابر جریان های الکتریکی.

مقدمه

ازآنجا که با پیشرفت صنعت و تکنولوژی روز به روز تولید انرژی الکتریکی و کاربرد وسایل الکتریکی بیشتر می شود و انرژی الکتریکی جای خود را به عنوان یک انرژی برتر تثبیت کرده است به طوری که امروزه مصرف انرژی الکتریکی به عنوان یکی از شاخص های رشد صنعتی و اقتصادی کشورها محسوب می شود اما به موازات آن خطرات ناشی از برق نیز افزایش می یابد هر چند درکشورهای پیشرفته صنعتی به علت شناخته شدن این خطرات و افزایش سطح اطلاعات و کارگران صنایع، خوشبختانه صدماتی که از این طریق متوجه جوامع بشری می شود متناسب با توسعه این صنعت نیست.

به عنوان مثال در انگلستان آمار تلفات انسانی ناشیاز برق گرفتگی ظرف مدت پنجاه سال حدوداً چهار برابر شده در حالی که تولید انرژی الکتریکی در هماون مدت سی برابر افزایش یافته است، با این وجود تعداد قربانیان حوادث ناشی از جریان برق عدد قابل توجهی است و کاربرد نادرست و غیر ایمنی انرژی الکتریکی صدمات و خسارات جبران ناپذیری را بر جوامع مختلف به ویژه کشورهای در حال توسعه تحمیل می نماید.

بررسی حوادث الکتریکی نشان داده که نسبت تعداد این حوادث به کل حوادث حدود 3/0 درصد است اما درصد حوادث منجر به فوت در حوادث الکتریکی بیشتر می باشد.

به طوری که حدود 16/0 درصد از کل حوادث منجر به فوت هستند. در حالی که62/2 درصد حوادث ناشی از برق منجر به فوت گردیده است، یعنی وخامت حوادث برق بیش از 16برابر حوادث معمولی برآورد می شود. ضمناً حوادث ناشی از برق حدود4 درصد حوادث منجر به فوت در صنایع را تشکیل می دهد.

لازم به ذکر است که بیشترین حوادث برق مربوط به سیستم های جریان متناوب (بین 60-125ولت) بوده است(5/73 درصد) از طرف دیگر بررسی علل حریق ها نیز نشان داده که تقریباً عامل اصلی آتش سوزی ها، برق بوده است.

1- یک دسته کارکنان صنعت برق یا افرادی که در کارهای برق شاغل بوده و در این مدت رابطه آموزش هایی دیده اند نظیر تکنیسین های برق، اپراتورهای شاغل در مراکز برق فشار قوی، تعمیر کاران وسایل برقی از جمله افرادی هستند که به سبب حرفه خود در معرض حوادث الکتریکی قرار دارند.

2- دسته دوم، افرادی که در کارهای برقی غیرماهر بوده اما از دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی استفاده می کنند و به علت عدم استفاده صحیح از وسایل برقی و یا خرابی قسمت های برقی دستگاه با خطر مواجه هستند.

آمار نشانی می دهد که بر خلاف تصور، تعداد حوادث برقی در بین افراد گروه اول بیشتر از گروه دوم می باشد.

بنابراین دانستن اطلاعات و مهارت فنی در رابطه با برق ما را از رعایت نکات ایمنی بی‌نیاز نمی کند و در تمام مراحل کار با انرژی الکتریکی اعم از تولید، انتقال و توزیع و مصرف برق رعایت نکات ایمنی ضروری می باشد.

فصل اول

بررسی فیزیولوژیک بدن انسان در مقابل جریان های الکتریکی

1-1 مقدمه

سیستم برق دارای خصوصیات فراوانی است که تا جایی که مربوط به سهم آن در برق گرفتگی می شود باید گفت که نقش اصلی را بازی می کند. اگر سیستم برق وجود نمی‌داشت صحبت از برق گرفتگی هم معنا پیدا نمی کرد. بدن انسان همانند تمام موجودات زنده از نقطه نظر قابلیت هدایت الکتریکی قابل تشبیه به مجموعه ای از مقاومت ها و ظرفیت ها می باشد.

از این موضوع نتیجه می شود، چنانچه تحت تأثیر یک نیروی الکتروموتوری متناوب قرار گیرد. از آن جریانی عبور می کند که اگر شدت آن از حد معینی بیشتر باشد باعث صدماتی در بدن خواهد شد که میزان این صدمات بیشتر به مسیر عبوری جریان، شدت جریان و مدت زمان عبور آن دارد.

به عنوان مثال بدترین حالت زمانی است که جریان مسیری را بپیماید که قلب در سر راه آن قرار گرفته باشد و مدت زمان و شدت آن نیز زیاد باشد.

1-2 شرایط کلی برق گرفتگی

اصولاً سه عامل با خصوصیات مختص به خود، در بروز برق گرفتگی شرکت دارند، سیستم برق- محیط زیست- موجود زنده.

1- سیستم برق

سیستم برق دارای خصوصیات فراوانی است که تا جایی که مربوط به سهم آن در برق گرفتگی می شود، باید گفت که نقش اصلی را بازی می کند، اگر سیستم برق وجود نمی‌داشت صحبت از برق گرفتگی هم معنا پیدا نمی کرد. یک سیستم برق اصولاً تشکیل شده از مقدار هادی که ناقل جریان برق بوده، مقدار عایق که مانع عبور جریان برق از هادی های مورد نظر به دیگر هادی ها می شوند.

بدون وجود یکی از این دو، وجود سیستم برق هم ناممکن می شود، از بین هادی ها و عایق ها، دسته اخیر یعنی عایق ها ناپایدارتر بوده و عوامل مختلف به خصوص دمای بیش از حد مجاز، آنها را فرسوده و خراب می کند.

چون عبور جریان برق از هادی ها لاجرم با تولید حرارت و ازدیاد دما همراه می باشد، لذا در انتخاب کابل ها و لوازم برقی باید دقت کافی به عملآید تا از خرابی عایق آنها جلوگیری شود.

عایق ها از نظر مکانیکی نیز بسیار ضعیف تر از هادی ها بوده، ضربه ها، خراش ها و دیگر تنش های مکانیکی وارده آنها را ضایع و فرسوده می کند.

خراب شدن عایق منجر به لخت شدن هادی های جریان دار شده، تماس با هادی های بدون پوشش جریان دار، سبب ایجاد برق گرفتگی می شود.

2- محیط زیست

از نظر بحث ما، محیط زیست معنای متفاوتی با تعریف متداول این واژه دارد بنابراین محیط زیست عبارت خواهد بود از کلیه عوامل مادی در اطراف ما اعم از آنهایی که در طبیعت وجود داشته، یا در محیط کار و زندگی واقع شده اند.

به عبارتی دیگر محیط زیست متشکل است از زمین (خاک)، مصالح ساختمانی به کار رفته در کف ها، سقف ها، دیوارها و اسکلت های ساختمانی، لوله کشی ها، دستگاه ها، لوازم، ابزار و خلاصه همه عالم مادی که در اطراف انسان و همچنین در سیستم برق وجود دارد.

اهمیت محیط زیست با تعریف فوق در این است که اجزاء آن بیشتر دارای خاصیت هادی می باشد تا عایق.

هادی بودن محیط زیست توأم با خصوصیات سیستم برق، یعنی وصل بودن نقطه ای از سیستم برق به زمین که در واقع محیط زیست را جزئی از سیستم برق درمی آورد و بنابراین نقش آن در پدیده برق گرفتگی بسیار مهم است.

3- موجود زنده

موجود زنده دارای ساختمان فیزیولوژیکی مخصوصی است که کمابیش هادی برق می باشد و در صورتی که جریانی همانند جریان عادی برق مصرفی از بدن شخص عبور کند، دچار برق گرفتگی می شود.

1-3- ساختار الکتریکی بدن انسان

سلول های بدن انسان برای تداوم واکنش های حیاتی خود نیازمند یک اختلاف پتانسیل الکتریکی مشخص می باشد.

مقدار این پتانسیل در سطح سلول حدود 90 میلی ولت است بعضی از مجموعه های سلولی از نظر اعمال حیاتی دارای اهمیت خاص هستند.

نظیر؛ مراکز عصبی، مراکز تنفسی در بصل النخاع و عضله قلب، حتی اندازه گیری تغییرات الکتریکی این مراکز حیاتی مبنایی برای تشخیص های پزشکی محسوب می‌شود.

مهمترین این تغییرات حیاتی عبارتند از:

الف- ثبت تغییرات الکتریکی مغز یا الکتروانسفالوگرافی(E.E.G)

(Ehlectro Encephalo Graphy)

ب- ثبت تغییرات الکتریکی قلب یا الکتروکاردیوگرافی (E.C.G)

(Ehlectro Cardio Graphy)

ج- ثبت تغییرات الکتریکی عضله یا الکترومیوگرافی (E.M.G)

(Ehlectro myo Graphy)

هرگاه مراکز حیاتی فوق در مسیر عبور جریان قرار گیرند این پتانسیل های حیاتی مختل شده به طوری که تنفس ممکن است متوقف شود یا قلب به جای ضربان عادی دچار لرزش و اختلال ریتم گردد که نتیجه آن خطر مرگ می باشد.

همچنین جریان برق متناوب باعث انقباض شدید عضلات می گردد. (در حالی که جریان مستقیم عمدتاً باعث تغییرات الکترولیتی دریافت می گردد)

انقباضات بسیار قوی در عضلات ممکن است باعث شکستگی استخوان یا پرت شدن فرد و شکستگی ثانویه شده و یا مانع رها شدن فرد از مدار یا اصطلاحاً چسباندن فرد برق گرفته به سیم هادی یا ابزار دیگری شود.

پرتاب شدن فرد به عقب ممکن است بر اثر انقباض شدید عضلات پشت و پاها اتفاق بیافتد. مکانیسم عمل به این ترتیب است که چون فرمان های عصبی برای نترل حرکات عضلانی از مغز توسط جریان های الکتریکی بسیار ضعیف از طریق سلسله اعصاب به عضلات صادر می شود در صورت تماس با جریان برق و تأثیر جریان های الکتریکی اضافی از خارج بر روی اعصاب، موجب حرکات ناگهانی و بسیار شدید عضلانی می‌‌گردد که ممکن است عمل آن عضو بدن را به طور موقت یا دائم مختلط یا متوقف نماید.

اگر الکترودی با نوک ظریف (یک میکرو الکترود که قطر آن از یک میکرون بیشتر نباشد) را به آرامی از غشاء خارجی به درون هر سلول زنده ای، از آمیب یا نورون انسانی فروکنیم، و در همین حال یک الکترود دیگر را در سطح خارجی سلول یا مایع احاطه کننده آن بگذاریم و آن دو را از طریق ولت سنج به هم وصل نماییم ولت سنج یک اختلاف پتانسیل یا ولتاژ میان داخل و خارج سلول را ثبت می کند. برای اغلب سلول ها این ولتاژ موجود در دو سوی غشاء 70 تا100 میلی ولت است که در آن درون سلول منفی و بیرون آن مثبت است.

این اختلاف پتانسیل که به نظر خیلی زیاد هم نمی آید، کمابیش کلید فهم خواص تحریک پذیی عصب و عضله است.

اگر در نظر بگیریم که قطر غشاء سلول تنها یک میلیونیم سانتیمتر است، این پتانسیل آنقدرها هم کوچک به نظر نمی آید، اگر این پتانسیل را با اختلاف ولتاژ در روی یک سانتی متر مقایسه کنیم، پتانسیل استراحت در حدود چند هزار ولت برای هر سانتی متر خواهد بود که باری غول آسا است.

آنچه غشاء نورون را از سایر سلول ها مشخص می کند یک خاصیت آکسون است که در تجزیه زیر دیده می شود. فرض کنیم یک الکترود در نقطه خاصی از غشاء نورون قرار داشته باشد و یک پتانسیل ثابت70- میلی ولت را ثابت کند. حال اگر فرضاً آکسون این نورون رادر فاصله ای از الکترود ثبات با یک تکان الکتریکی یا از طریق مکانیکی و حتی با برخی مواد شیمیایی تحریک کنیم پس از یک مدت زمان بسیار کوتاه پس از تحریک درجه ولت سنج متصل به الکترود ثبات تغییر می کند و به سرعت به سوی صفر می‌رود. آنگاه جهت قطبی شدن غشاء به مدت کوتاه معکوس می شود.

به نحوی که سوزن ولت سنج از حالت منفی به سوی مقابل می رود و تا حدود 40 میلی ولت مثبت می رسد. تقریباً در همان زمان ولتاژ به صفر بر می گردد و به همان حد 70 میلی ولت منفی و یا حتی کمتر از آن نزول می کند.

مجموعه این فرآیندها در یک فاصله زمانی کمتر از یک هزارم ثانیه تکمیل می شود. به این ترتیب الکترود ثبات عبور یک پتانسیل فعالیت را در طول آکسون نشان داده است.

اگر قرار بود رخدادهای چند نقطه متفاوت را در طول آکسون ثبت کنیم چنین به نظر می‌رسید که پتانسیل فعالیت شروع شده در نقطه تکان یا تحریک آکسون در طول آن مثل یک موج در دو جهت حرکت می کند. سرعتی که پتانسیل فعالیت با آن در طول آکسون عبور می کند به عوامل چندی بستگی دارد که عمده آنها قطر آکسون است.

در یک آکسون معمولی، موج با سرعتی حدود 25 متر در ثانیه می گذد به هر حال این امر یعنی ظرفیت انتقال یک پتانسیل فعالیت کیفیت منحصر به فرد غشاء نورون است. و به این دلیل می گوییم غشاء نورون تحریک پذیر است.

باید به چند خاصیت درباره انتقال پتانسیل فعالیت در طول آکسون توجه داشت. نخست اینکه موج می تواند از محل تحریک درطول آکسون به هر دو جهت حرکت کند و آکسون نسبت به جهتی که موج حرکت می کند بی تفاوت است. دیگر اینکه اندازه تحریک اولیه هر چه باشد، اگر بالاتر از یک آستانه مشخص قرار گیرد، اندازه پتانسیل فعالیت تغییری نمی کند، یعنی اندازه و شکل منحنی که در شکل قبل ترسیم شده بی توجه به اندازه محرک ایجاد کننده آن یکسان خواهد بود.

به هر حال دو بخش از این دستگاه عصبی خودکار در بدن انسان فعالیت می کنند که کارکرد آنها کمابیش در تقابل با یکدیگر قرار دارد. این دو بخش به نام دستگاه های عصبی سمپاتیک و پاراسمپاتیک خوانده می شوند، به عنوان مثال تأثیر تحریک عصبی سمپاتیکی که به قلب می رود افزایش تعداد ضربانات قلب و تأثیر تحریک پاراسمپاتیک کاستن این تعداد است.

به نحوی که مشابه هورمون آدرنالین نیز که به وسیله بخش مرکزی غده های فوق کلیوی ترشح می شود مانند دستگاه سمپاتیک سبب تندشدن ضربان قلب می شود. سایر آثار دستگاه سمپاتیک بر تمامی بدن، انقباض عضلات و مانند آن هم به وسیله هورمون آدرنالین تقلید می شوند.

1-4- برق گرفتگی

برق گرفتگی عبارت است از اثرات سوء جریان برق روی سیستم بدن انسان به طور کلی فرمان های عصبی برای کنترل حرکات عضلات از مغز به وسیله جریان های الکتریکی بسیار ضعیف از طریق سلسله اعصاب به عضلات مخابره می شود وقتی که جریان های الکتریکی قوی از خارج بر روی اعصاب اثر بگذارد باعث حرکات ناگهانی و بسیار شدید عضلانی می شود. که به آن اصطلاحاً برق گرفتگی می گویند.

این جریان الکتریکی ممکن است کار آن قسمت ها را به طور موقت یا دائم متوقف نماید.

در صورتی که این اختلال برای بعضی از اندام های حیاتی مانند مغز، قلب یا ریه ها به وجود آید می تواند سریعاً باعث مرگ شود.

شدت برق گرفتگی بستگی به شدت جریانی دارد که به بدن وارد می شود و شدت جریان نیز به میزان ولتاژ و میزان مقاومت مدار تشکیل شده دارد.

مقاومت مدار معمولاً شامل: مقاومت قسمتی از مدار برق رسانی- مقاومت بدن (مقاومت پوست، مقاومت داخلی بدن)- مقاومت مربوط به محل تماس بدن با زمین می شود.

1-5- زاویه امپدانس

بدن انسان همانند تمام موجودات زنده از نقطه نظر قابلیت هدایت الکتریکی قابل تشبیه به مجموعه ای از مقاومت ها و ظرفیت ها می باشد. از این موضوع نتیجه می شود، چنانچه تحت تأثیر یک نیروی الکتروموتوری متناوب قرار گیرد، از آن جریانی عبور می‌کند که شدتش هم فاز با اختلاف پتانسیل منبع نیست و نسبت به آن تقدم فاز دارد.

مادام برازیه، زاویه اختلاف فازQ را زاویه امپدانس نام نهاده است می توان این زاویه را به کمک یک پل کهلروش که در آن شخص در یکی از شاخه های پل قرار دارد اندازه گرفت. مقاومتی که با شخص به طور متوالی دارد، با خازنی با ظرفیت متغیر مهار شده است و هدف از وجود خازن مزبور برقراری تعادل با ظرفیت موجود زنده است. پل به وسیله جریان مقاومتی با فرکانس تقریباً 15000 به راه می افتد. و متناوباً مقدار یکی از مقاومت ها و ظرفیت را تغییر می دهند تا اینکه در تلفون سکوت برقرار شود.

مقدارygQ را می توان بر حسب مقادیر الکتریکی پل به دست آورده و مقدار مزبور در عین حال بستگی به ظرفیت و مقاومت اهمی شخص دارد.

زاویه مزبور با سن شخص و جنس او تغییر می کند. به طور متوسط در نزد بالغین برای خانم هاtgQ=0.114 و برای آقایانtgQ=0.155.

1-6- خطرات جریان برق به چه عواملی بستگی دارد

1- ولتاژ یا اختلاف پتانسیل

2- شدت جریان

3- نوع جریان (متناوب یا مستقیم)

4- مقاومت بدن و نقاط تماس با سیم برق

5- مسیر عبور جریان

6- زمان عبور جریان

7- فرکانس جریان

8- وجود جرقه به همراه برق گرفتگی

1-7- اثر ولتاژ

بر طبق تجربیات به عمل آمده اگر پوست بدن سالم باشد و جریان از بدن انسان در مسیر دست به پا از یک طرف بدن عبور نماید در ولتاژ متناوب حدود 10 ولت مقاومت بدن 100 کیلواهم بوده است.

در صورتی که ولتاژ را بالا ببریم به تدریج مقاومت بدن کم می شود و از هزار ولت به بالا مقدار آن تقریباً 600 اهم می شود و بعد از آن به مقدار ولتاژ بستگی نخواهد داشت.

ماکزیمم مقدار ولتاژ مجاز که می تواند از بدن عبور نماید از رابطه زیر به دست می آید.

(1-1) فرمول

طبق آزمایشات به عمل آمده مقاومت بدن انسان حدود 100 اهم است که اگر مقدار24 میلی آمپر در مدت1/0 ثانیه از بدن شخص عبور کند باعث بی نظمی در جریان قلب می‌شود و خطر مرگ را برای انسان ممکن می کند.

برابر استاندارد کشور انگلستان حداکثر ولتاژ مجاز تماس برای انسان در فرکانس 50 هرتز در شرایط عادی برابر با 50 ولت و طبق استاندارد آلمان 65 ولت و برای برق مستقیم هر دو استاندارد برابر 120 ولت می باشد. (استانداردIEC نیز 50 ولت می باشد)

ولتاژهای الکتریکی رایج برای خطوط انتقال نیرو عبارتند از20 کیلوولت، 63 کیلو ولت، 30 کیلوولت، 400 کیلوولت و حداکثر 700 کیلوولت می باشد. برای آزمایش عایق ها در آزمایشگاه های فشار قوی تا ولتاژ (10میلیون ولت) نیز استفاده شده است.

پتانسیل الکتریکی که بین ابرها و کره زمین پدید می آید تا یک میلیارد برآورد شده است.

در الکتروتکنیک معمولاً ولتاژهای تا هزار ولت را فشار ضعیف11و20و3 کیلوولت را فشار متوسط و 63 کیلوولت به بالا را فشار قوی می گویند.

تقسیم بندی های مختلفی برای ولتاژ وجود دارد که از نوع خطرات و عوارض برق گرفتگی می توان تقسیم بندی زیر را ذکر کرد.

تقسیم بندی ولتاژها بر مبنای عوارض ناشی از برق گرفتگی:

1- ولتاژ خلی ضعیف کمتر از 50 ولت

2- ولتاژ فشار ضعیف500-50 ولت

3- ولتاژ متوسط 2000-500 ولت

4- ولتاژ فشار قوی بیش از 2000 ولت

معمولاً حوادث الکتریکی با ولتاژ کمتر از1000 ولت را حوادث با ولتاژ پایین و بیش از 1000 ولت را برق گرفتگی با ولتاژ بالا یا فشار قوی گویند.

صدمات حرارتی جریان مستقیماً متناسب با ولتاژ آن است از نظر ایجاد سوختگی ولتاژ پایین باعث آسیب مستقیم به مح تماس با بدن یعنی پوست و بافت های مجاور آن شده اما ولتاژ بالا نه تنها در محل تماس ایجاد آسیب می کند بلکه به بافت هایی که در حین انتقال جریان از بدن در مسیر عبور جریان قرار می گیرند نیز صدمه وارد می کند.

در شرایط طبیعی جوی هر10000 ولت جریان می تواند باعث یونیزه شدن هوا تا فاصله3 سانتی متر در اطراف سیم مدار شود، بنابراین در حوالی سیستم های انتقال انرژی الکتریکی فشار قوی خطر ایجاد قوس الکتریکی و سوختگی شدید وجود دارد و نزدیک شدن به آن محدوده حتی بدون تماس با مدار خطرناک می باشد.

به همین دلیل در نیروگاه های برق و پست های فشار قوی متناسب با ولتاژ خطوط تأسیسات را دور از دسترس قرار داده و محصور می نمایند. حتی در مواردی هم که عبور جریان الکتریکی قطع می شود نباید بلافاصله به مدار نزدیک شد چون اثر خازنی مدار می تواند با تخلیه الکتریکی خود باعث ایجاد قوس الکتریکی و صدمات ناشی از آن شود.

جدول1-2

لازم به ذکر است که حداکثر ولتاژ تماس مجاز به زمان عبور جریان از بدن نیز بستگی دارد چنانچه50 ولت برای زمان بیش از 5 ثانیه75 ولت برای مدت یک ثانیه،100 ولت برای 3/0 ثانیه، 150 ولت برای 1/0 ثانیه، 220 ولت برای 05/0 ثانیه بی خطر می باشد.

از این خاصیت برای مقاصد درمان با شوک الکتریکی استفاده می شود. مثلاً بین دو گیجگاه فرد بیمار با قرار دادن دو الکترود یک ولتاژ 90 ولت به مدت حدود1/0 ثانیه اعمال می شود.

البته بایستی جریان در مسیر مشخص محدود شود که این عمل با قرار دادن الکترودهای فلزی با سطح مقطع زیاد بر روی گیجگاه ها پس از پوشاندن ناحیه مورد نظر با یک ماده ژلاتینی هادی انجام می شود. همچنین در موارد ایجاد فیبریلاسیون بطنی از دستگاه دفیبریلاتور استفاده می شود. این دستگاه یک محرک تک ولتاژ لحظه ای تا10000 ولت DC تولید می کند که جریانی بیش از100 میلی آمپر ایجاد می کند.

به این منظور الکترودهای بزرگی با بدن بیمار تماس پیدا کرده تا جریان در ناحیه وسیعتری پخش و احتمال سوزش از بین برود. (در مدت چند میلی ثانیه)

جریان لحظه ای حاصل از ولتاژ دفیبریلاتور، یک انقباض بطنی پایدار به وجود اورده که معمولاً می تواند فیبریلاسیون بطنی را متوقف کرده و عملکرد قلب را به حالت طبیعی برگرداند.

البته کاربرد این روش های درمانی کاملاً تخصصی و حساس است.

برق گرفتگیساختار الکتریکی بدن انسانسیستم برق

بررسی کاربردهای شبکه های حسگر یا سنسور

شبکه های حسگر می تواند مشتمل بر انواع مختلف حسگرهاباشد ، نظیر سنسور یا حسگرزلزله شناسی ، نمونه گیری مغناطیسی در سطح کم ، حسگر حرارتی ، بصری ، و مادون قرمز و حسگر صدابرداری و رادار ، که می توانند محیطی متفاوتی عملیات نظارتی و مراقبتی را بشرح زیر انجام دهند حرارت ، رطوبت ، حرکت وسایل نقلیه ، فشار سنجی ، بررسی و مطالعه ترکیبات خاک سطوح و یا

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	32 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	46

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

کاربردهای شبکه های حسگر یا سنسور

شبکه های حسگر می تواند مشتمل بر انواع مختلف حسگرهاباشد ، نظیر سنسور یا حسگرزلزله شناسی ، نمونه گیری مغناطیسی در سطح کم ، حسگر حرارتی ، بصری ، و مادون قرمز و حسگر صدابرداری و رادار ، که می توانند محیطی متفاوتی عملیات نظارتی و مراقبتی را بشرح زیر انجام دهند :

• حرارت ،
• رطوبت ،
• حرکت وسایل نقلیه ،
• فشار سنجی ،
• بررسی و مطالعه ترکیبات خاک
• سطوح و یا وضعیت صدا
• تعیین وجود و یا عدم وجود انواع اشیاء
• تنش ها و یا استرس های مربوط به اشیاء و بالاخره
• تعیین مشخصاتی نظیر سرعت ، مسیر و اندازه یک جسم ازدستگاههای حسگر می توان برای شناسائی دائمی و تعیین حوادث مختلف و کنترل موضعی دستگاهها استفاده نمود وجود این حسگرهای کوچک و ارتباط بی سیم آنها با یکدیگر کاربردهای جدیدی را در نواحی مختلف نوید می دهند .

ما کاربردهای آنها را به بخش های متعدد طبقه بندی کرده ایم ، مانند محیط زیست ، بهداشت ، منزل و مواردی کاربرد تجاری ، البته می توان این طبقه بندی رابیشتر بسط داد بطوریکه تقسیم بندی شامل موارد دیگری مثل کاوش های فضائی ، فرآیندهای شیمیایی و نجات افراد از فاجعه بشود .

شبکه های حسگر بی سیم که کاربردهای نظامی دارند ،

می توانند جزء‌لاینفک عملیات فرماندهی نظامی ، کنترل امور ، مخابرات ، فعالیت های کامپیوتری ، امور جاسوسی و مراقبتی و سیستم های هدف گیری باشند . ویژگی های شبکه های حسگر که شامل استقرار نصب سریع و کم خطا بودن آنها می باشد ، استفاده آنهارا در امور نظامی افزایش داده است چون شبکه های حسگر مبتنی هستند بر وسایل کوچک و فشرده وارزان قیمت ، لذا در صورتیکه این قطعات توسط نیروهای دشمن از بین بروند ، تهدیدی برای عملیات نظامی محسوب نمی شوند وبدین ترتیب شبکه های حسگر می توانند روش بهتری برای کنترل عملیات در میادین جنگ باشند .

بعضی از کاربردهای نظامی شبکه های حسگر عبارتند از :

• نظارت بر نیروهای حودی و تجهیزات و وسایل ،
• نظارت و کنترل فعالیت های میدان جنگ ،
• شناسایی نیروهای دشمن
• هدف گیری
• تعیین و برآورد تلفات و خسارات احتمالی میدان نبرد
• شناسایی حملات هسته ای ،
• شیمیائی و میکربی

نظارت و مراقبت از نیروهای خودی و تجهیزات نظامی:

رهبران وفرماندهان ارتش می توانند وضیت نیروهای خودی و میزان تجهیزات نظامی در میدان جنگ را توسط شبکه های حسگر زیر نظر داشته باشند .هر گروه ، وسیله نقلیه و یا تجهیزات نظامی دارای حس گرهای کوچکی هستند که وضعیت آنها را مدام گزارش می دهند این گزارشات در نودهای خاصی جمع شده و سپس به سر فرماندهی ارسال می گردند . اطلاعات خاصله همراه با سایر اطلاعات هریک از واحدها قابل ارسال به مقامات ذیصلاح نظامی در رده های بالارت می باشد نظارت برعملیات جبهه جنگ:

جاده ها و شاه راهها و نیز مناطق حساس

نظامی توسط توسط شبکه حسگر قابل پوشش هستند ، به طوریکه تمامی حرکات و نقل و انتقالات نیروهای دشمن تحت نظارت کامل در می آید . به موازات عملیات و طرحهای جدید ، شبکه های حسگر هم در هرزمان و مکان استفاده برای کنترل عملیات جهبه می باشند .

شناسائی مناطق تحت اشغال نیروهای متخاصم :

از شبکه حسگر می توان برای شناسائی مناطق دشمن استفاده کرد و اطلاعات مفصل ارزشمندی از مناطق و موفقیت های نیروهای دشمن بدست آورد .

هدف گیری : از شبکه های حسگر می توان در سیستم هادی هدایتی تجهیزات هوشمند ارتشی به خوبی استفاده نمود. برآورد خسارات و تلفات جنگ :از شبکه های حسگر میتوان قبل از حمله و یا بعداز حملات هسته ، میکربی و شیمیایی : در جنگهای شیمیایی و میکروبی برای شناسایی عوامل شیمیایی و میکروبی باید در نزدیکی زمین به کشف آنها پرداخت ، شبکه های حسگر استفاده شده در نواحی خودی که دارای سیستم اعلام خطر عوامل میکروبی و شیمیایی می باشد ، برای نیروهای خودی امکان واکنش سریع و پرهیز از خطرات آنها را فراهم می سازد و بدین ترتیب از میزان تلفات به مقدار چشم گیری جلوگیری می شود ونیز عملیات شناسایی بصورت مفصلی پس از حملات شیمیایی ، میکروبی و هسته ای صورت می گیرد .

برای مثال ، می توان عمل شناسایی جمله ، هسته ای را بدون در خطر قرار دادن تیم تحقیقاتی به تشعشعات هسته ای انجام داد .

انتخاب تکنولوژی حسگر برای نظارت بر محیط زیست

در این مقاله ما انتخاب تکنولوژی فوق را برای بکارگیری در شبکه های حسگر بی سیم شرح می دهیم ، که میتواند برای نظارت وکنترل محیط زیست استفاده شود . وسایل فوق به شکلی مرتب جاسازی و توزیع شده اند و شامل تعداد زیادی وسایل حسگر چند کاره و هوشمند می گردد که بصورت اتصالات بی سیم در مقیاس کوتاه به هم متصل شده اند . ویژگی های منحصر به فرد و کابردهای متعدد این وسایل مسائل حرارتی زیادی را دارد .

در این مقاله ما تکنولوژی شبکه حسگر را با توجه به ساختار و عملکرد و کاربر آن شرح می دهیم علاوه بر این ، دو موضوع مهم را در رابطه با شبکه های حسگر بی سیم( پوشش و ارتباطات ) شرح خواهیم داد که می تواند موضوع اصلی هر نوع کابر شبکه های حسگر بی سیم باشد و سرانجام ما نتیجه حاصله از یک نمونه تجربی از شبکه فوق را در رابطه با کاربردهایی محیطی ارائه خواهیم داد .

آقای جیم شرح کاملی از انواع تغییرات ارتباطی که ارتش در چند سال آینده با آن مواجه خواهد بود ، ارائه داده است . همانگونه که او توضیح داده است ، این برنامه ها وابستگی ارتش را به دسترسی به طیف یا اسپکتروم فرکانس رادیوئی افزایش خواهد داد .

البته دسترسی به اسپتکترون یا طیف چندان جدید نیست و وسایل ارتباطی برای دسترسی به آن رو به تکامل و بهتر شدن است به هر حال اسپکترون مناسب برای موبایل و ارتباطات بی سیم محدود به تکنولوژی و عمل فیزیک است ، به ویژه اسپکترون و یاطیف 200 مگاهرتز تا 3 گیگا هرتز ضروری است ، نه تنها از طرف سیستم های نظامی ، بلکه از جانب تعداد روز افزون خدمات و دستگاههای مدرن نظیر فون های بسل ، ای میل بی سیم ، ارسال صدای دیجیتال ، تلویزیون های با کیفیت عالی ، همگی نیازمند همان طیفی هستند که وسایل پیشرفته نظامی محتاج آن می باشند. علاوه بر اینکه اداره دفاع متکی است به سیستم های اطلاعاتی بی سیم تقاضا برای کاربردهای غیر نظامی نیز روز افزون است و همان طور که ملاحظه خواهید کرد ، ارتش فقط بخش کوچکی از این اسپکترون را به خود اختصاص داده است .

آنچه من شرح می دهم وضعیتی است که در ایالات متحده وجوددارد ، مسئله در کشورهای ماوراء بحار و یا فراسوی دریاها به گونه دیگری است . وقتیکه ما در یک کشور دیگری هستیم ،‌خواه در حالت صلح و خواه در شرایط جنگ ، ما درمعرض الگوهای استفاده از اسپکتروم همان کشور هستیم . این امر در هر شرایطی صادق است. البته در کشورهای خارج هیچ تضمینی وجود ندارد که اسپکتروم وجود داشته باشد حتی اگر وجود هم داشته باشد . وضعیت اداره و کاربرد آن طوری نیست که فرکانس های لازم از پیش و خود داشته باشد و بنابراین نیاز ما راتأمین نمی کند . لذا ما با یک سناریوی خوبی روبرو نیستم و با آنکه ما مجهزترین نیروهاه و قابلیت ها را دارا هستیم، این قابلیت ها و امکانات باوجود اسپکتروم می توانند ناکارآمد باشند .

ارتباطات نسل آینده حول محور این موضوع دور می زند چون اکس جی XG نه تنها استفاده موثر تری از اسپکتروم با طیف را ممکن می سازد بلکه بطور موثری قوانین و مقررات بازی را نیز تغییر می دهد و ما معتقدیم که اکس جی نماینده ارتباطات نسل آینده است .

اکس جی متکی به منطقی است که تصورات ما را درباره اسپکتروم به چالش می کشد تصور می شود که اسپکتروم از لحاظ میزان تقاضا بر مقدر ثابت عرضه برتری دارد ولی ما از زاویه دیگری به اسپکتروم می نگریم آنچه مشاهده می کنیم یک سیستم فعال است ، سیستمی که در آن استفاده از اسپکتروم در هر لحظه دچار تحول می شود ، همان طور که شما هم شاهد آن هستید ، طبق برآوردهای اولیه ما ، به طور متوسط فقط 2 درصد از اسپکتروم در ایالات متحده استفاده نمی شود .

با آنکه تمامی اسپکتروم برای استفاده وجود دارد . در کشورهای خارج این درصد استفاده از اسپکتروم کمتر از این هم است .

اگر این امر درست باشد ، این سئوال فنی پیش می آید که آیا آن قسمت از اسپکتروم استفاده نشده می تواند در صورتیکه سایر سیستم ها با ما تداخل نکنند ، مورد استفاده ما واقع شود یا خیر . برای پاسخ به این سئوال ، برنامه اکس جی XG چها رتکنولوژی کلیدی را توسعه داده است .

اول اینکه باید وسایل حسگر طیفی یا اسپکتروم فشرده و کم قدرت را با همراه با سیستم های فعال اکس جی جاسازی می کنیم استفاده از نوع با قدرت کم کلید اصلی استفاده موثر و فراوان از اسپکتروم است .

دوم اینکه ما باید استفاده از اسپکتروم را با طبقه بندی علائم یا سیگنال هائی که ما حس می کنیم قادر به درک آن هستیم و می توانیم با آنها هم زیستی داشته باشیم ، مشخص نماییم .

• آیا برای سیستم های نظامی قابل استفاده است ؟
• آیا برای تلویزیون میتواند استفاده شود ؟
• چه تکنولوژی پایه را نیاز دارد ؟
• آیا فرکانس ، زمان و یا فضای که برای استفاده موجود است ؟
• برای هر دو این تکنولوژی ها ما اقدام به تهیه برنامه های جنگ الکترونیکی کرده ایم نظر ولف پاک که قبلاً آقای جیم در مورد آن توضیح داده است .

سوم اینکه تکنولوژی اکس جی ، که ما در حال توسعه آن می باشیم عبارت است از قابلیت واکنش در برابر سایر کابرهای اسپکتروم از طریق انتخاب و هماهنگ کردن فرکانس ها ، پهنای باند انتشار کدها و غیرو .. هدف این است که سیستم اکس جی را بصورتی طراحی می کنیم که بدون امکان مداخله از طرف سایر کاربرها قابل استفاده باشد ما امکان دسترسی و کنترل را به شیوه ای همگن خواهیم ساخت که حد وسیعی از امواج فیزیکی را حمایت یا ساپورت کند و به بهترین وجه ممکن از امیتازات هر کدام استفاده شود . سایرین می توانند این کار را ادامه و توسعه دهند و طرحهای فیزیکی خاص خود ایجا د نمایند .

بعداً در این برنامه ، ما نگاهی خواهیم داشت بر اشکال موجی اصلاح شده اکس جی که می تواند از قابلیت های اکس جی از طریق اشکال موجی غیر دائم استفاده نماید و سرانجام اینکه لازم است .

اکس جی برای تغییرات استفاده از اسپکتروم از طریق ایجاد هماهنگی ، توسعه انتشار طرحهای جدید استفاده از اسپکتروم تنظیم وهماهنگ نماییم این تغییرات می توانند از طریق استفاده از رادار در منطقه ایجاد شود و یا اینکه ممکن است از طریق دستگاههای موبایل جدید به منطقه وارد شود و یا اینکه ممکن است در اثر حرکات شبکه اکس جی و رو به رو شدن با یک محیط جدید به وجود بیاید .

با ادغام و یکپارچه کردن عملکرد فرکانس در فعالیتهای شبکه ، ما می توانیم یک جبه ای را ایجاد کنیم که در آن شبکه ها بتوانند پروتکل های متداول استفاده از اسپکتروم را شناسایی و هماهنگی و مدیریت یا کنترل نماید. این عملیات بصورت مستقل و خودکار صورت خواهد گرفت . نظر به اینکه شبکه ها متکی به اسپکتروم از پیش تعین شده نیستند لذا مقدار اسپکتروم لازم برای کارکاهش می یابد و من براین عقیده ام که این اقدام می تواند ماهیت ارتباطات جبه را تغییر دهد آنچه ما را در رابطه با اکس جی مشاهده می کنیم چیزی نیست جز نسل جدید از شبکه رادیویی هوشمند و آگاه که از تمام منابع و امکانات خود حداکثر استفاده را مینماید . شما برای یک لحظه یک جبه یا میدان جنگ مدرن را برای خود مجسم کنید همراه با وسایل نقلیه ، سپاه و وسایل دیده بانی مخصوص ، دستگاه های رادار ، حس گرها و دستگاههای حساس کنترل از راه دور که همگی در آن جبهه وجود دارند . امروزه چیزی در حدود 8000 شبکه های مجزا وجود دارد که به طور همزمان کار می کنند و هریک از آنها اسپکتورم و یا طیف خاص خود را دارند .

در رابطه با Xg ها نسل جدیدی از اینترنت بیسیم را خواهیم داشت که می تواند به سادگی از طریق یک رادیو و یا وسیله مخابراتی قابل استفاده باشد .

این شبکه می تواند سایر سیستمهایی که در منطقه کار می کنند را شناسایی کند . این شبکه به طور اتوماتیک وسایل حسگر و یا هر شبکه دیگری را جانمایی و هماهنگ می کند . و آنها را با فرکانسهای مناسب و مخصوص خود شناسایی می نماید .

همچنان که نیروها و یا سایر شرکت کنندگان تماس برقرار می کنند سیستم XG به صورت خودکار همه چیز راکنترل مینماید همچنان که شما خواهید دید وقتی که دو شبکه موبایل برروی هم قرای می گیرند .

یکی از آنها به طور خودکار و بدون قطع شدن به یک فرکانس جدید دیگری منطبق می شود .

گروه ها و افراد ، وسایل نقلیه ، رادار و رادیوهایی مختلف و تمامی قسمتهای جنگهای مدرن می توانند بدون قطع شدن استفاده از اسپکتورم خاص خود را سازماندهی کنند . برای مثال وقتی یک رادار یک شبکه موبایل را روشن می کند شبکه مذکور استفاده از طیف یا اسپکتورم خود را تنظیم می کند به طوری که از دید سیستم رادار مخفی می ماند و هیچ نیازی به طراحی از قبل وجود ندارد و هر چقدر فرکانسهای رادیویی بیشتری را ما مورد استفاده قرار دهیم نتایج بهتری را بدست می آوریم .

بنابراین این برنامه حسگر را همراه با سیستمهای مخابراتی مورد توجه و بحث قرار می دهد .

حال چگونه ما می توانیم به سرعت از این پیشرفت ها استفاده نمایئم ما انتظار داریم XG از طریق یک سری از مراحل به تدریج تکامل یابد . در ابتدا ما بیشتر تأکید داریم بر قابلیت های درون شبکه ای و نیز متمرکز هستیم بر مدیریت و اجرای بهتر اسپکتروم در داخل شبکه های همگن .

این امر می تواند برای تکنولوژی جدید ما مثل سیستم هشدار دهنده از موقعیت که واحد عملیاتی کوچکی است ، مفید باشد . با تکامل و توسعه هر چه بیشتر این تکنولوژی و کاربردهای بیشتر اکس جی ، استفاده از آن برای هماهنگی فعالیت های درون شبکه ای بسیار ضروری است .

هم چنین ما مشاهده می کنیم که سیستم های حسگر می توانند در طراحی اسپکتروم با یک شبکه اکس جی همکاری و تشریک مساعی نمایند . شبکه های متعددی وجود دارد که می توانند در اسپکتروم وارد شده و استفاده از آنرا با سیستم های آمریکایی و درون شبکه های متحد و هم پیمان و حتی کاربردهای محلی بصورت اشتراکی انجام دهند .

در اینجا ، اجازه بدهید به روشی اشاره کنیم که دارپا DARPA استفاده می کند برای پیگیری برنامه اکس جی اکس جی ، یک برنامه 5 ساله است و متکی است به یک روش توسعه که بر اساس حکومت و نیاز صنایع می باشد در خلال اولین سال ، ما بیشتر متمرکز خواهیم شد بر روی سنجش و تعیین مشخصات استفاده از اسپکتروم موجود به خاطر داشته باشید که مراتب فوق رو فرآیند اولیه ای هستند که در یک عملیات اجرائی اکس جی وجود دارند ، و فعالیت بیشتری در این زمینه در سراسر برنامه انجام خواهد شد . در خلال این قسمت از برنامه ، ما نگاهی خواهیم داشت بر فعالیت های نظامی ، جبهه ، و فعالیت های شهری و روستایی ما بر این عقیده ایم که موقعیت هائی را که طرح می کنیم وجود دارد و قابلیت های لازم برای بهره برداری از آنها را بهتر می توان درک نمود .

شبکه های حسگرحسگر برای محیط زیستنیروهای متخاصم

بررسی طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت

توسعه شبکه های قدرت نوسانات خود به خودی با فرکانس کم را، در سیستم به همراه داشته است بروز اغتشاش هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم می شود در حالت عادی این نوسانات بسرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمی رود اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم ممکن است این نوسانات برای مدت طول

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3459 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	151

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

چکیده :

توسعه شبکه های قدرت نوسانات خود به خودی با فرکانس کم را، در سیستم به همراه داشته است. بروز اغتشاش هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم می شود. در حالت عادی این نوسانات بسرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمی رود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم ممکن است این نوسانات برای مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها نیز افزایش یابد. امروزه جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم، در اغلب شبکه های قدرت پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) به کار گرفته می شود.

این پایدار کننده ها بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایتِ سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند. بنابراین ممکن است با تغییر پارامترها و یا تغیر نقطه کار شبکه، پایداری سیستم در نقطه کار جدید تهدید شود.

موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترهای بر پایداری
سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پایدار کردن
مجموعه ای از مدلهای سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

فصل اول

1-1- پیشگفتار:

افزایش روز افزون مصرف انرژی الکتریکی، توسعه سیستم های قدرت را بدنبال داشته است بطوریکه امروزه برخی از سیستم های قدرت در جغرافیایی به وسعت یک قاره گسترده شده اند. به موازات این توسعه که با مزایای متعددی همراه است، در شاخه دینامیک سیستم های قدرت نیز مانند سایر شاخه ها مسائل جدیدی مطرح شده است. از جمله این مسائل می توان به پدیده نوسانات با فرکانس کم، تشدید زیر سنکرون (SSR)، و سقوط ولتاژ اشاره کرد.

پدیده نوسانات با فرکانس کم در این میان از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در بحث پایداری دینامیکی سیستم های قدرت مورد توجه قرار می گیرد. بروز
اغتشاش های مختلف در شبکه، انحراف سیستم از نقطه تعادل پایدار را به دنبال دارد، در چنین وضعیتی به شرط اینکه سنکرونیزم شبکه از دست نرود، سیستم با نوسانات فرکانس کم به نقطه تعادل جدید نزدیک می شود. هنگامی که یک ژنراتور به تنهایی کار می کند، نوسانات با فرکانس کم به دلیل میرایی ذاتی به شکل نسبتاً قابل قبولی میرا می شوند. اما کاربرد برخی از المان ها مانند تحریک کننده های سریع، با اثر دینامیک قسمت های مختلف شبکه ممکن است باعث تزریق میرایی منفی به شبکه شود، به طوریکه نوسانات فرکانس کم شبکه به شکل مطلوبی میرا نشده و یا حتی از میرایی منفی برخوردار شوند. بدیهی است افزایش میرایی مودهای الکترومکانیکی سیستم در چنین وضعیتی می تواند به عنوان یک راه حل مورد استفاده قرار گیرد. بر این اساس پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایت طراحی شده و در محدوده وسیعی به کار گرفته می شوند. از دید تئوری کنترل، پایدار کننده های فوق در واقع یک کنترل کننده کلاسیک با تقدیم فاز[1] می باشد که بر اساس مدل خطی سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند.

همراه با پیشرفت های چشمگیری در تئوری سیستم ها و کنترل، روش های جدید برای طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت ارائه شده است، که به عنوان نمونه می توان به کنترل کنده های طرح شده بر اساس تئوری های کنترل تطبیقی، کنترل مقاوم، شبکه های عصبی مصنوعی و کنترل فازی اشاره کرد [5-1]. در همه این روش ها سعی بر اینست که نقایص موجود در طراحی کلاسیک مرتفع شده به طوریکه کنترل کننده به شکل موثرتری بر پایداری سیستم و بهبود میرایی نوسانات اثر گذارد.

روش های کنترل مقاوم، که در این پایان نامه مورد توجه است به شکل جدی از اوایل دهه هشتاد (1980) مطرح شد و خود به شاخه های متعددی تقسیم می شود. قبل از هر توضیحی درباره کنترل مقاوم نخست به بیان مفهوم عدم قطعیت در مدل
می پردازیم. در کنترل کلاسیک طراحی بر اساس مدل مشخصی از سیستم صورت
می گیرد. مدل سیستم تنها یک تقریب از دینامیک های واقعی سیستم است. حذف دینامیک های سریع به منظور ساده سازی، تغییر مقادیر پارامترهای مدل به دلایل مختلف از منابع ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم ها می باشد. بنابراین بدلیل وجود چنین عدم قطعیت هایی در مدلسازی ، اهداف مورد نظر طراح ممکن است توسط کنترل کننده های طرح شده بر اساس مدل تحقق نیابند.

به منظور رفع این مشکل در کنترل مقاوم بر اینستکه عدم قطعیت های حائز اهمیت موجود در مدل، در طراحی کنترل کننده لحاظ شوند. معمولاً مدلسازی عدم قطعیت در اکثر شاخه های کنترل مقاوم خانواده ای از سیستم ها را بوجود می آورد، حال کنترل کننده مقاوم بایستی چنان طرح شود که برای هر یک از اعضاء این خانواده اهداف مورد نظر در طراحی برآورده شود.

موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترها بر پایداری
سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پاردار کردن مجموعه ای از مدل های سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

1-2- رئوس مطالب :

بخش بعدی این فصل به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه طراحی پایدار
کننده های مقاوم سیستم های قدرت اختصاص داده شده است.

در فصل دوم نخست به بیان مفاهیم اساسی در پایداری دینامیکی، و تشریح پدیده نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت پرداخته می شود. مدلسازی سیستم تک ماشینه به منظور مطالعه پدیده نوسانات با فرکانس کم، و روش طراحی PSS به کمک این مدل در قسمت های بعدی این فصل صورت می گیرد. در بخش آخر فصل نیز مدلسازی سیستم های قدرت چند ماشینه و نکات مربوط به آن مورد بررسی قرار می گیرد.

در فصل سوم ابتدا صورت مسئله کنترل مقاوم به طور کامل تشریح می شود. سپس به تاریخچه کنترل مقاوم و سیر پیشرفت برخی از شاخه ای آن پرداخته می شود. در پایان فصل طی دو بخش جداگانه به توضیح روش های - Pick Nevanlinna و Kharitonov که در ادامه مورد استفاده قرار می گیرند، می پردازیم.

طراحی کنترل کننده مقاوم با استفاده از روش - Pick Kharitonov برای سیستم قدرت تکماشینه و نقد و بررسی یک مقاله در این زمینه در ابتدای فصل چهارم (بخش (4-2)) صورت می گیرد. در بخش (4-3) پس از بدست آوردن معادلات فضای حالت برای سیستم های قدرت چند ماشینه، به بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم سه ماشینه در نقاط کار مختلف و طراحی PSS در یک نقطه کار ناپایدار می پردازیم. در بخش (4-4) اثر تغییر پارامترها بر پایداری این سیستم مطالعه شده و روش Kharitonov جهت طراحی پایدار کننده های مقاوم مورد استفاده قرار می گیرد. در بخش (4-5) به ارائه یک روش جدید که با الهام از روش Kharitonov شکل گرفته است، می پردازیم. سپس این روش به منظور طراحی یک کنترل کننده مقاوم که در محدوده وسیعی از تغییر شرایط نقطه کار پایداری سیستم را تضمین می کند، به کار گرفته می شود.

در فصل پنجم ابتدا روش فوق در حل مسئله تداخل PSS ها مورد استفاده قرار
می گیرد. سپس به طراحی کنترل کننده های فیدبک حالت بهینه بر اساس مجموعه ای از مدلهای سیستم، و پاره ای نکات در این زمینه می پردازیم.

فصل ششم نیز به یک جمع بندی کلی از پایان نامه و بیان نتایج اختصاص داده شده است.

1-3- تاریخچه

بررسی همه کارهای انجام شده در جهت بهبود پایداری دینامیکی سیستم های قدرت حتی به صورت مختصر، به دلیل مطالعات و تحقیقات متعددی که در این زمینه صورت گرفته است، گزارش مفصلی را طلب می کند.در این زیر بخش ضمن اشاره مختصر به شاخه های مهم تحقیق، کارهای انجام شده بر اساس شاخه کنترل مقاوم را مرور خواهیم کرد.

با بروز نا پایداری دینامیکی در سیستم های قدرت تحقیقات گسترده ای در این زمینه آغاز شد. مفاهیم اساسی پایداری دینامیکی برای ژنراتور سنکرون متصل به شین بینهایت، اولین بار توسط Demello و Concordia به شیوه ای زیبا در سال 1969 بیان شد [6]. در این مقاله با معرفی مفاهیم گشتاورهای سنکرون کننده و میرا کننده اثر پارامترهای مختلف سیستم و شرایط نقطه کار بر پایداری دینامیکی ماشین سنکرون تشریح شده، و بدنبال آن با استفاده از تئوری جبران فاز به طراحی PSS پرداخته شد. به دلیل اهمیت این مطالب در فصل دوم، به طور مفصل به بررسی پایداری دینامیکی سیستم های قدرت خواهیم پرداخت.

در مرجع [7] اثر دینامیک ماشین های سنکرون یک سیستم قدرت چند ماشینه بر پایداری دینامیکی ماشین i ام این شبکه بررسی شده است. حاصل این مطالعه چند توصیه مفید در طراحی PSS برای ماشین های سنکرون در سیستم های چند ماشینه می باشد.

همچنین از آنجایی که پایدار کننده های سیستم قدرت بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایت طراحی می شود، هماهنگ سازی این پایدار کننده ها در سیستم های قدرت چند ماشینه اجتناب ناپذیر است. بدین منظور روش های مختلفی (مانند
روش های طراحی ترتیبی و افزایش پهنای باند PSS‌ها) در جهت هماهنگ سازی PSS ها ارائه شده است. [13-8] .

از دیگر مسائل مورد مطالعه در زمینه پایداری دینامیکی سیستم های قدرت، تعیین بهترین محل برای نصب PSS در شبکه های بزرگ به منظور بهبود میرایی یک مود خاص شبکه می باشد. این موضوع که هم اکنون نیز در رأس تحقیقات قرار دارد در مراجع [8 و 14] مورد بررسی قرار گرفته است .

همگام با توسعه تئوری های کنترل روش های پایدار سازی سیستم های قدرت نیز بهبود یافت. از اوائل دهه 1970 کاربرد کنترل بهینه در بهبود پایداری دینامیکی به طور چشمگیری افزایش یافت. در مرجع [1] روش طراحی پایدار کننده با استفاده از تئوری کنترل بهینه به سیستم های قدرت چند ماشینه می باشد.

اگر چه استفاده از روش های کنترل بهینه[2] مورد استقبال فراوان محققان دانشگاهی قرار گرفت و مقالات متعددی در جهت توسعه این روشها در پایدار سازی سیستم های قدرت انتشار یافت، اما هرگز به شکل جدی در صنعت برق مطرح نشد. گذشته از مشکلات اجرایی استفاده از روش های کنترل بهینه در عمل، نقص اصلی این روش ها بی توجهی به مسئله عدم قطعیت های[3] مختلف موجود در مدل سیستم می باشد [18]. تغییر پارامترهای سیستم، صرفنظر از دینامیک های سریع و دینامیک های مدل نشده فرکانس بالا در مدلسازی ، از مهمترین منابع ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم ها
می باشد. چشم پوشی از عدم قطعیت های مختلف موجود در مدل ممکن است، نتایج گمراه کننده ای را به دنبال داشته باشد، به طوریکه اهداف مورد نظر در کنترل با به کارگیری کنترل کننده طرح شده بر اساس مدل سیستم، در سیستم واقعی تحقق نیابد.

در ادامه این زیر بخش کارهای انجام شده در جهت بهبود پایداری سیستم های قدرت که بر مبنای تئوری کنترل مقاوم شکل گرفته است را توضیح می دهیم.

بررسی استحکام پایداری[4] با استفاده از مفاهیم مقادیر تکین[5] ماتریس ها (که عمدتاً بر قضیه Nyquist تعمیم یافته استوارند) به منظور تحلیل پایداری دینامیکی سیستم های قدرت، اولین بار در سال 1984 به کار رفت [19]. Chan و Athans در این مقاله ابتدا با استفاده از گشتاورهای سنکروه کننده و میرا کننده یک مدل ماتریس تابع انتقال (s) G برای سیستم قدرت ارائه کردند. سپس با مدلسازی عدم قطعیت های ناشی از دینامیک های مدل نشده مودهای پیچشی شافت ژنراتور، تغییر مقادیر گشتاورهای سنکرون کننده و میرا کننده بدلیل تغییر شرایط نقطه کار، و تغییر در دینامیک های تحریک کننده های[6] سیستم به صورت عدم قطعیت های ضرب شوند به تحلیل پایداری سیستم پرداختند. این مقاله بیشتر جنبه تحلیل داشته و توصیه های مفیدی را در طراحی کنترل کننده های مقاوم به دنبال ندارد.

Ohtsuka و همکارانش در سال 1992 از تئوری کنترل در طراحی کنترل فیدبک حالت برای یک توربوژنراتور استفاده کردند [20]. آنها با استفاده از یک روند ماتریس گین فیدبک حالت را چنان طراحی کردند که نرم تابع انتقال حلقه بسته سیستم
می نیمم شود. مهمترین مزیت این روش بهبود پایداری و قابلیت بالا در دفع اغتشاش است. اشکال اصلی آن نیز افزایش مقادیر گین های فیدبک حالت نسبت به گین های بدست آمده از روش کنترل بهینه می باشد.

در مرجع [3]، Chow و همکارانش روش طراحی کنترل کننده های مقاوم را به منظور طراحی PSS مقاوم برای یک سیستم تک ماشینه بکار بردند. در این مقاله مقدار راکتانس خط انتقال بین ژنراتور سنکرون و شین بینهایت قطعی نبوده و عامل ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم می باشد. مهمترین مزیت این روش مقاوم بودن پایداری در برابر تغییرات راکتانس خط انتقال است. عیب این روش، بالا بودن مرتبه PSS مقارم می باشد.

در مرجع [21] تئوری Nevanlinna - Pick به منظور طراحی پایدار کننده مقاوم برای سیستم قدرت تک ماشین شین بینهایت به کار گرفته شده است. در ادامه بحث ضمن توضیح مفصل این تئوری به نقد و بررسی این مقاله نیز در انتهای بخش (4-2) خواهیم پرداخت.

طراحی کنترل کننده های فیدبک حالت غیر حساس نسبت به تغییر پارامترهای سیستم، در مرجع [22] مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از تئوری Lyapunov و معادله ریکاتی کنترل فیدبک حالت برای سیستم تک ماشین – شین بینهایت چنان طراحی
می شود که عملکرد سیستم در برابر تغییر پارامترهای ژنراتور سنکرون حساس نباشد. مزیت مهم این روش عدم نیاز به مقادیر واقعی پارامترهای ماشین است، تنها محدوده تغییر این پارامترها جهت طراحی مورد نیاز است.

در مرجع [18] تئوری کنترل به منظور طراحی یک کنترل کننده مقاوم برای سیستم توربو ژنراتور مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله سیگنال کنترل به طور همزمان به اکتساتیروگاورنر اعمال می شود. استفاده از روش فوق ضمن بهبود پارداری دینامیکی و گذرا در محدوده وسیعی از شرایط نقطه کار خطر تحریک مودهای پیچشی شفت را نیز به دنبال ندارند.

موضوع مرجع [23] که بر پایه نتایج فصل چهارم این پایان نامه استوار است، طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت چند ماشینه می باشد. در این مقاله ابتدا اثر تغیر پارامترها بر پایداری دینامیکی یک سیستم قدرت سه ماشینه مطالعه شده سپس یک روش جدید جهت طراحی PSS ارائه می شود. در این روش طراحی پاردار کننده مقاوم بر اساس مجموعه ای از مدل های سیستم در نقاط کار مختلف صورت می گیرد. مزیت اصلی این پایدار کننده ها که دارای ساختاری مشابه با PSS معمولی می باشند، بهبود پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترهای سیستم است.

پایدار کننده های مقاومسیستم های قدرتشبکه های قدرت نوسانات