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

بررسی نوسان سازهای سینوسی

نوسان ساز های سینوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارنداین نوسان سازها منبع حامل فرستنده ها را تامین می کنند و بخشی از مبدل فرکانس را در گیرنده های سوپر هتروداین تشکیل می دهندنوسان ساز ها در پاک کردن و تولید مغناطیسی در ضبط مغناطیسی و زمان بندی پالس های ساعت در کار های دیجیتال به کار می روندبسیاری از وسایل اندازه گیری الکترونیکی مثل ظرفیت سنج ها

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	24 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	17

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

نوسان ساز های سینوسی

نوسان ساز های سینوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارند.این نوسان سازها منبع حامل فرستنده ها را تامین می کنند و بخشی از مبدل فرکانس را در گیرنده های سوپر هتروداین تشکیل می دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن و تولید مغناطیسی در ضبط مغناطیسی و زمان بندی پالس های ساعت در کار های دیجیتال به کار می روند.بسیاری از وسایل اندازه گیری الکترونیکی مثل ظرفیت سنج ها نوسان ساز دارند

نوسان ساز های سینوسی انواع مختلفی دارند اما همه آنها از دو بخش اساسی تشکیل می شوند:

بخش تعیین کننده فرکانس که ممکن است یک مدار تشدید یا یک شبکه خازن مقاومتی باشد.مدار تشدید بسته به فرکانس لازم می تواند ترکیبی از سلف و خازن فشرده طولی از خط انتقال یا تشدید کننده حفره ای باشد.البته شبکه های خازن مقاومتی فرکانس طبیعی ندارند ولی می توان از جا به جایی فاز آنها برای تعیین فرکانس نوسان استفاده کرد.

دوم بخش نگهدارنده که انرژی را به مدار تشدید تغذیه می کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به یک تغذیه نیاز دارد. در بسیاری از نوسان ساز ها این قسمت قطعه ای فعال مثل یک ترانزیستور است که پالس های منظمی را به مدار تشدید تغذیه می کند.

شکل دیگری از بخش نگهدارنده تشدید نوسان ساز یک منبع با مقاومت منفی یعنی قطعه یا مداری الکترونیکی است که افزایش ولتاژ اعمال شده به آن سبب کاهش جریان آن می شود. قطعات نیمه رسانا یا مدار های متعددی وجود دارند که دارای چنین مشخصه ای هستند.

سه دسته مشخص از نوسان ساز ها را می توان دسته بندی کرد که در ادامه این تحقیق آمده است.

نوسان ساز های فیدبک مثبت

ابتدا بهتر است تا کمی درباره فیدبک توضیح داده شود.

به طور کلی هر سیستم دارای ورودی و خروجی می باشد حالا اگر بنا به هر علتی مقداری از خروجی را با ورودی ترکیب کرده و وارد یک سیستم کنیم به این کار فیدبک گفته می شود که کار برد های فراوانی در دنیای تکنولوژی دارد. برای نمونه از فیدبک برای کنترل فرآیند یک سیستم استفاده می شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما یک سیستم خیلی مدرن هستید که اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز میفرستید و در آنجا پردازش شده و تصمیم میگیرید که چه کار کنید. اما در مورد فیدبک مثبت شایان ذکر است که دو نوع فیدبک را می توان در نظر گرفت منفی و مثبت. در فیدبک مثبت که یک مثال جالب از آن در بالا بیان شد هدف، اغلب، کنترل یک فرایند است. یک مثال دیگر: فرض کنید یک ظرف از مایعی که در حال جوشیدن است در تماس با یک منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بیش از حد مایع از ظرف بیرون می ریزد و آتش را کم می کند و دمای مایع را کاهش می دهد وبا کاهش دمای مایع آتش دوباره احیا می شود و مایع دو باره گرم شده و سر ریز می کند و دوباره ... اما در فیدبک مثبت ، خروجی به ورودی اضافه می شود و از فیدبک مثبت به همین دلیل برای تشدید استفاده می شود همان مثال قبل را در نظر بگیرید با یک مایع آتش زا این بار با گرم شدن مایع و سر ریز آن آتش شدیدتر می شود و همین طور تا آخر.

نکته مهم این است که در دنیای مادی همه چیز روبه میرایی و مردن میرود و چیزهایی مثل اصطکاک همیشه مزاحم هستند . در باره نوسان هم میرایی باعث کاهش دامنه نوسان و از بین رفتن آن می شود بنا براین از فیدبک مثبت برای جبران این میرایی استفاده می کنیم.

انواع مختلفی از نوسان ساز ها که از فیدبک مثبت استفاده می کنند وجود دارد.

نوسان ساز هارتلی

این نوسان ساز نمونه ای از نوسان ساز های فرکانس پایین است که با استفاده از مدار ، فرکانس را تعیین می کند و یک ترانزیستور نیز تامین کننده پالس های نگه دارنده است.مدار بالا یک تقویت کننده امیتر مشترک را نشان می دهد که مدار بین کلکتور و بیس آن متصل شده است . سر وسط سلف به طور موثر به امیتر متصل شده است ( مقاومت منبع تغذیه برابر صفر فرض می شود). تقویت کننده امیتر مشترک سیگنال ورودی خود را معکوس می کند و سیگنال خروجی آن با سر وسط زمین شده سلف قبل از اعمال به بیس معکوس می شود.در نتیجه در این مدار ورودی را خود تقویت کننده تا -مین می کند . یعنی فیدبک مثبت قابل توجهی که وجود دارد باعث ایجاد نوسان می شود و دامنه سیگنال (در فرکانس تشدید ) به سرعت افزایش می یابد. پالس های ناشی از جریان ، بیس را پر می کنند در نتیجه جهت ولتاژ تولید شده بیس را به طور منفی بایاس می کند با افزایش دامنه سیگنال ولتاژ دو سر نیز زیاد می شود تا به حالت تعادل برسد. حالت تعادل زمانی روی می دهد که اتلاف مدار ناشی از بار شدن خروجی مقاومت اهمی و جریان بیس با انرژی وارد شده از کلکتور به این خازن برابر شود.در این شرایط نهایی ترانزیستور می تواند به خوبی در بیشتر قسمتهای سیکل قطع باشد و در هر قله مثبت بیس پالس ناگهانی به جریان بیس (و جریان کلکتور)اعمال شود.در فاصله زمانی بین دو قله متوالی از طریق شروع به تخلیه می کند. اما اگر یک ثابت زمانی در مقایسه با زمان تناوب نوسان، بزرگ باشد، مقدار کمی از ولتاژ دو سر در این فاصله زمانی از بین می رود و آن را می توان به عنوان یک منبع ثابت بایاس منفی در نظر گرفت . در بسیاری از نوسان سازها از این روش بایاس کردن استفاده می شود. این روش دارای مزیت جبران سازی برای هر گونه افت دامنه نوسان در اثر افزایش بار خروجی یا افت ولتاژ منبع تغذیه است.کاهش دامنه نوسان باعث کاهش بایاس می شود به طوری که ترانزیستور پالس های جریان بزرگتری برای ثابت نگه داشتن دامنه می گیرد.

نو سان ساز کولپیتس

نکته مهم در شکل بالا نیاز به وجود سه اتصال میان مدار تنظیم شده و ترانزیستور برای ایجاد فیدبک مثبت است. امیتر به سر وسط سلف متصل می شود ولی می توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سری مانند شکل بعد به شاخه خازنی مدار متصل کرد.در این نوسان ساز از یک فت اتصالی با مقاومت در مدار درین استفاده شده و مدار با خازن به درین متصل شده است. بنا بر این مدار بر خلاف تغذیه مستقیم شکل اول به طور موازی تغذیه می شود.

خازن های تعیین کننده فرکانس با خازن های ورودی و خروجی ترانزیستور موازی هستند و در نتیجه این خازن ها در تعیین فرکانس نوسان نیز تاثیر دارند. با بزرگتر کردن آنها تا حد امکان، تاثیر آنها نیز به حداقل می رسد.از سوی دیگر اگر به نوسانی با فرکانس بالا نیاز باشد، خازن های تنظیم، باید خیلی کوچک باشند. در این موارد می توان از خازن های ورودی و خروجی ترانزیستور به جای آن استفاده کرد. یک خازن متغییر کوچک مانند شکل سوم برای تنظیم به دو سر سلف متصل می شود. در این مدار نیز که با پالس های جریان، گیت شارژ و از طریق سلف تخلیه می شود. به طور خود کار بایاس لازم را تامین می کند. برای آنکه امکان زمین شدن سر متغییر خازن (و در نتیجه بیس ترانزیستور) وجود داشته باشد یک چوک با امپدانس زیاد در فرکانس کار به مدار امیتر افزوده می شود.

هر سه نوسان ساز بالا که شرح داده شد در کلاس برای دامنه های نوسان بزرگ عمل می کنند. برای به دست آوردن شکل موج سینوسی خروجی را باید از مدار گرفت. مثلا با سیم پیچی که مانند شکل اول و دوم به طور القایی به مدار متصل می شود.اگر خروجی از خود ترانزیستور گرفته شود مثلا از مقاومتی در مدار امیتر یا سورس قطار پالسی با فرکانس تکراری برابر با فرکانس تشدید به دست می آید.

نوسان ساز راینارتز

این نوسان ساز زیاد در گیرنده های ترانزیستوری استفاده می شود بنابر این خیلی مورد توجه قرار می گیرد..در این مدار فیدبک مثبت با اتصال مدار کلکتور به مدار امیتر با القای متقابل و تامین می شود. و هر دو به مدار تعیین کننده فرکانس نیز متصل هستند. این نوسان ساز به روش تقسیم ولتاژ پایدار می شود ولی همانطور که نشان داده شده است اثر بازوی پایینی مقسم ولتاژ باید با خازن کم مقاومتی خنثی شود تا سیگنال تولید شده در دو سر مستقیما بین بیس و امیتر اعمال شود . در نگاه اول به نظر می رسد که بخش تعیین کننده فرکانس در نوسان ساز راینارتز چهار اتصال دارد ولی اتصال مثبت و منفی منبع تغذیه در واقع مشترک هستند زیرا امپدانس منبع در فرکانس نوسان ناچیز است یا بهتر است که چنین باشد.

نوسان ساز سینوسینوسان ساز راینارتزنوسان ساز هارتلی

بررسی مشخص کردن راکتانس محورهای d وq از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون اندازه گیری موقعیت روتور

اهمیت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم در زیاد شدن دامنه کاربردی آن است و در آینده بیشتر ( PMSMs ) بدون سنسورشفت عمل خواهند کرد و مشخصات تجربی پارامترهای ماشین که مقداری هم تلورانس دارند اطلاعات با ارزشی خواهد بود

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	181 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	52

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

مشخص کردن راکتانس محورهای d وq از مورتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون اندازه گیری وضعیت روتور

خلاصه مقاله :

اهمیت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم در زیاد شدن دامنه کاربردی آن است و در آینده بیشتر ( PMSM_s ) بدون سنسورشفت عمل خواهند کرد و مشخصات تجربی پارامترهای ماشین که مقداری هم تلورانس دارند اطلاعات با ارزشی خواهد بود.

بنابراین در این مقاله روشی بیان شده که در آن نیروی الکترو موتوری القایی و راکتانس محور d از آزمایش بی باری و راکتانس محور q و زاویه بار از آزمایش بارداری به وسیله یک روش تحلیلی مشخص شده اند.

در این روش محدودیت اندازه گیری زاویه بار vوجود ندارد این روش مناسب است برای ( PMSMs ) های که بصورت عادی با جریان منفی محور d عمل می‌کنند بنابراین اشباع در مسیر شار محورd وجود ندارد. خیلی بیشتر از اینها، روش بسیار ساده ای است برای انجام دادن بوسیله هر تکنسین آزمایشگاهی

I­- مقدمه:

اهمیت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ( PMSMs ) هست در افزایش دامنه کاربردی آنها و متفاوت است از مدلهای پیشرفته مانند سروموتورها تا کاربردهای که حرکت خطی دارند از قبیل فن ها و پمپ ها دو دلیل عمده برای تمایل به این ماشینها وجود دارد:

1- بازده بالا و کاهش تلفات روتور در این ( P MSMs ) ها.

2- پایین بودن قیمت انرژی مغناطیسی بالا ( صرفه جویی اقتصادی بالا ).

بیشتر ( PMSMs ) سه فازه در مدل پیشرفته بصورت محرکهای با سنسور شفت عمل می‌کنن بوسیله بکارگیری الگوریتم کنترل بدون سنسور برای محرکهای با سرعتهای متغیر و در مورد کاربردهای حرکت خطی طبیعتاً بواسطه اساس عملکرد سنکرون آنها نیاز به سنسور شفت وجود ندارد.

اگر سنسور شفت برداشته شود مشخصات تجربی از پارامترهای ماشین هر چند که مقداری هم تلورانس دارند بسیار با ارزش خواهد بود در زیر نشان خواهیم داد که راکتانس محورهای d و q که از آزمایشهای بارداری بدست آمده بر اساس تابعی از بیان شده است که می تواند مشخص شود بوسیله بعضی از انواع سنسورهای شفت یا ماشینهای سنکرون دیگری که کوپل شده‌اند با محور شفت ماشین سنکرونی که در حال بررسی است.

در این مقاله روشی بیان شده که در آن نیروی محرکه القایی و راکتانس محور d از آزمایش بی باری و راکتانس محور q آزمایش بارداری بدست آمده اند به نظر مولف آرمایشهای ساده ای هستند که نیاز به داشتن دانش بالا و وسایل در مقایسه با آزمایشهای تعیین استاندارد موتورهای القایی ندارد و انجام آن برای تکنسین های آزمایشگاهی آسان است هر چند که نمی تواند ضمانتی با حساسیت بالا برای ماشینهای با اشباع زیاد باشد.

در بخش II شاهد روشهای تجربی برای مشسخص کردن راکتانسها خواهیم بود در بخشی III دیاگرام فازوری ( PMSMs ) و بعضی روابط اساسی منشعب شده از آن بحث شده در بخش IV مشخص کردن زاویه بیان شده و در بخش V روشهای آزمایش توصیف شده اند و سرانجام در بخش VI یک نتیجه گیری شده است.

II ـ آزمایشهای برای مشخص کردن راکتانس:

روشهای آزمایش توصیف شده در بخش V اساساً هستند ترکیبی از آزمایشهای بی باری و بارداری، این چنین آزمایشهای جدید نیستند البته این یک گزارش جدید است در این نوشته چندین روش دیگر توصیف شده است برای مشخص کردن راکتانسهای محور

d و q بدون احتیاج به در رابطه قرار دادن اطلاعات وضعیت روتور به هر حال با متمرکز ساختن این روشها، برای نمونه ماشین با روی کاری مغناطیسی بدون مشخصه سیم پیچ دمپر با روشهای مختلفی می توان بدست آورد.

آزمایش روتور قفل شده که با یک ولتاژ تک فاز متناوب یا یک ولتاژ شیب سیم پیچ‌های استاتور تغذیه می شوند که برای وضعیتهای مختلف روتور آن را تکرار می کنند از تحلیل ساده نتیجها و مقایسه کردن آنها یک نتیجه دقیقی بدست می آید و انتخاب فرکانس برای ولتاژ متناوب زیاد اهمیت ندارد 50 یا 60 هرتز خوب است و در مورد ولتاژ شیب بزرگی مقدار ولتاژ زیاد اهمیت ندارد بلکه تنها شیب اولیه ولتاژ مهم می باشد روشهای بوده اند که اثرات اشباع را به حساب آورده اند برای این آزمایشها به نمایش در آمده اند ماشینهای با مشخصه سیم پیچ دمپر برای نمونه ( LSPMs ) نیاز دارند به یک روش آزمایش متفاوت با (موتورهای باروتورهای بدون قفسه ) و با وجود یک قفسه یا یک سیم پیچ دمپر راکتانس سنکرون باید با یک مقدار ثابت مشخص شود یا اقلاً نزدیک به یک مقدار ثابت. شار مغناطیسی در روتور وقتی که فرکانس ماشین بالا است شار هرگز عبور نخواهد کرد و روتور می بایست اثر حفاظتی روی قفسه داشته باشد در فرکانسهای بالا بنابراین تنها راکتانس پراکندگی مشاهده می شود و از راکتانس سنکرون می توان صرفنظر کرد.

وجود دارد سه روش خالص تجربی برای مشخص کردن راکتانسهای محور d و q

1) آزمایشهای یکنواخت بی باری و بارداری با شار ثابت در روتور.

2) آزمایشهای با یک شار متناوب فرکانس پایین در روتور.

3) آزمایش یک شار گذار در روتور.

روش1) یک روش بسیار آسان در هر آزمایشگاه موتور است و آزمایش استاندارد ساده‌ای که معمولاً استاندارهای موتور القایی را می سازند و تمامی تنکسین های آزمایشگاهی با مراحل آن آشنا می‌باشند.

روش2) بوسیله آزمایش روتور قفل شده که می‌تواند انجام شود با تغذیه کردن سیم پیچها با یک ولتاژ متناوب فرکانس پایین و یک شار مغناطیسی فرکانس پایین در روتور بدست می آید و با تغییر وضعیت روتور در گامهای کوچک و با تکرار اندازه گیری پیاپی راکتانس های محورهای dو q می توانند مشخص شوند از اندازه گیریهای ولتاژ و جریان و انتخاب فرکانس چندان مهم نیست و یک منبع ولتاژ فرکانس متغیر برای تهیه کردن فرکانس پایین مساعد است.

روش3) می تواند انجام شود بوسیله آزمایش روتور قفل شده در این مورد یک ولتاژ شیب سیم پیچ های استاتور را تغذیه می کند اگر جریان گذرا تحلیل شود و اندوکتانس برای یک وضعیت مخصوص بدست می آید با تکرار این اندازه‌گیریها برای وضعیتهای مختلف روتور اندوکتانسهای محور d و q می توانند مشخص شوند البته آنالیزهای جریان حالت گذرا به هر حال مشکل است و باید ثابت زمانیهای متفاوت از هم جدا شوند.

دو روش 2) و 3) با استفاده از مشخصه فرکانس پایین بدست می آیند در روش 2) تحلیلها بر اساس محدوده فرکانس و اما در روش 3) تحلیلها برای محدوده زمانی ساخته می شوند. هر دو روش 2) و 3) اشباع می تواند به حساب آورده شود.

مشخصه‌های فرکانس پایین می توانند مورد تحقیق قراربگیرند با روشهای معتبر برای نمونه، ترکیبی از انرژی تداخل با آنالیزهای تقریبی المان محدود و همچنین از دیگر روشهای شامل روش المان محدود با ترکیبی از اندازه گیریها در مقالات مطرح شده و تمامی روشهای آنالیز المان محدود مورد نیاز هستند و روشهایی بسیار پیچیده و مهم هستند که برای حل آنها نیاز به داشتن جزئیات هندسی ماشین هست و این روشها به مشخصه های استانداردی که تکنسین های آزمایشگاهی استفاده می کنند شبیه نیستند در روشهای بیان شده در مقالات ]10[ - ] 12[ مرجع نیاز به اندازه گیری دقیق زاویه است بوسیله اسبابی نظیر اسیلسکوپ و سنور شفت یا بوسیله قرار دادن ماشین سنکرون دیگری روی شفت در مرجع ]10[ پیشنهاد می شود. مسأله بسیار مهم برای تمامی روشها این است که چگونه با اشباع برخورد کنیم در ]10[ بیان شده است که امکان ندارد نیروی محرکه القایی E را از L_d و X_d که از بار تولید شده اند جدا کنیم این یک مسأله ویژه است که Eشاید با بار تغییر کند بواسطه اشباع این مسأله در نظر گرفته شده در ]9[ مرجع اما روش المان محدود نیاز است.

در نتیجه باید معین شود راکتانس که به دقت اندازه‌گیری شده آیا هست معتبر برای هر نوع ماشین و برای همه نقاط کار و اگر تمامی اثرات اشباع در نظر گرفته شود.

در روش ارائه شده در این مقاله یک مقدار ساده تر شده نتایج معتبر است بشرط که اشباع محور d بواسطه جریانهای پایه ای d و q صورت نگیرد.

III - دیاگرام فازوری موتورهای سنکرون مغناطیس دائم باردار:

در شکل (1) دیاگرام فازوری یک موتور سنکرون مغناطیس دائم باردار نشان داده شده است و شکل برای عملکرد یکنوع خاص مانند ( LSPMs ) قطب صاف نمایش داده شده است و موتور عمل می کند با یک جریان کوچک منفی محور d و مسیر شارها اشباع نشده می باشند و E هست مقدار فازی نیروی محرکه القایی و U هست ولتاژ فازری تغذیه و R_s هست مقاومت هر فاز استاتور و X_d و X_q به ترتیب راکتانهای محورهای d و q می باشند و هست زاویه بین E و U که برای موتور مثبت لحاظ می‌شود و هست زاویه بین جریان استاتور I و مقدار ولتاژ U و I_d و L_q جریانهای جزئی محورهای d و q هستند ازدیاگرام فازوری می توان نوشت:

شکل (1 ) دیاگرام فازوری بارداری یک موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM))

(1)

(2)

(3)

(4)

و اگر U و I و قدرت داخلی اکیتو اندازه گیری شود زاویه بدست می آید از رابطة زیر

(5)

فرض کنیم مدار سه فاز باشد و زاویه بار باشد نمی توان آن را مشخص کرد مگر اندازه گیری به صورت جدا انجام شود که این نیاز به یک اسیلسکوپ یا سنسور شفت دارد در بخش جدید نشان خواهیم داد که چگونه می‌تواند مشخص شود بدون جدا کردن اندازه گیری زاویه بار.

راه حل معادلات ماشین قبلاً به نمایش در نیامده اند این روش تحلیلی است که مراحل آزمایش را آسان می سازد و یک روش حساب شده ای که برای محاسبه نیاز هست.

حال اگر اجزاء مولفه محور q و رابطه (1) مطالعه شوند می توان نوشت

(6)

با وارد کردن معادلات (3) و (4) در (6) داریم

(7)

(8)

(9)

رابطه (7) را می توان نوشت

(10)

که

(11)

(12)

حال رابطه (10) با استفاده از رابطة فرمولی زیر ساده می شود

(13 ) )

با توان دوم رساندن طرفین معادله می توان نوشت

(14)

با استفاده از جانشین سازی

(15)

با دوباره بازنویسی کردن (14) داریم

(16)

که هست یک معادله درجه دوم معمولی با حل yداریم:

(17)

که علامت تفریق معمولاً راه حل صحیح را می دهد که از شکل (1) می توان آن را مشاهده کرد و معمولاً از بزرگتر است که در نتیجه معنی آن این است که باید کوچکتر از مقدار اندازه گیری شده باشد و به راحتی می توان بررسی کرد که کدام روش مورد استفاده قرار بگیرد.

با دانستن ، I_d و I_q می توانند بدست آورده شوند از معادلات (3) و (4)و بوسیله داخل کردن I_d و I_q در (2) X_q مشخص می شود، ما در بخش بعد شاهد آزمایشهای

از این داده ها خواهیم بود.

V- آزمایشهای مشخص کردن X_d و X_q

آزمایشهای در دو مرحله انجام می شوند.

1) آزمایش بی باری با ولتاژ متغیر U.

2) آزمایش بارداری با ولتاژ اسمی U.

اول آزمایش بی باری توصیف می شود بعد آزمایش بارداری.

الف - آزمایش بی باری با دسترس بودن ولتاژ متغیر U

بوسیله ولتاژ متغیر U هر دو E و X_d می توانند مشخص شوند، آزمایش می تواند انجام شود با مقدار متفاوتی از جریان بوسیله تغییر دادن U که باید همگی به خاطر سپرده شوند.

بیشتر موتورهای با یک جریان پایه ای d در نقطه کارنامی عمل می کنند البته ( LSPMs) واقعاً حتی با یک جریان کوچک و منفی I_d عمل خواهند کرد هدف از این اندازه گیریها بدست آوردن مقدار E و X_d که معرفی کننده مقدار حقیقی بار هستند وقتی که مسیر شار محور d بطور طبیعی و اشباع نشده باشد و باید توجه کرد که برای ماشینهایی که مسیر شار محور d آنها در عملکرد طبیعی به اشباع می روند این روشها رد می شوند.

راکتانس محورهای d وqموتورهای سنکروننیروی الکترو موتوری