فرآیندهای شکل دهی فلزات
يكشنبه ، 24 مرداد 1389 ، 20:34

 

فرآیندهای شکل دهی فلزات

 

 

روشهای تولید (قسمت اول( تمامی وسایلی که در گوشه و کنار محیط زندگی خود با آن سر و کار داریم و از آنها استفاده میکنیم حاصل انجام یکسری فرآیندهای عملیاتی با استفاده از دستگاهها ، نیروی انسانی و صرف هزینه و زمان مناسب بر روی مواد اولیه وخام هستند .
شناخت این فرآیندهای عملیاتی که به طور خلاصه تحت عنوان مبحث روشهای تولید در رشته مهندسی صنایع مورد بررسی قرار میگیرند، نقش بسزایی در برنامه ریزی ، کنترل ، بهینه سازی و مدیریت فعالیتهای یک مهندس صنایع دارد. البته این مساله بدین معنا نیست که سایر شاخه های فنی و مهندسی با آن سر و کار ندارند بلکه هدف ما فقط شناخت ماهیت درونی فرآیند نیست و همانطور که اشاره شده نقش آن در کنترل و برنامه ریزی و بهینه سازی آن جهت تصمیم گیری در مسائل بعدی ( مانند زمانسنجی) شایان توجه است. به عنوان مثال برای تولید قطعه ای جدید و زمانبندی و محاسبه قیمت تمام شده ی آن ، آشنایی با این روشها می تواند ما را در محاسبه استانداردهای تولید لازم ، زمانبندی درست و محاسبه قیمت تمام شده مناسب یاری دهد
ااما روشهای تولید کدامست ؟
کلیه عملیاتی که توسط ابزار آلات، دستگاهها و نیروی انسانی بر روی مواد اولیه و یا قطعات جهت تولید محصول مناسب را در بر میگیرد میتوان روش تولید نامید.روشهای تولید را میتوان به چند دسته تقسیم بندی کرد : ریخته گری
ماشینکاری( شامل : تراشکار، فرزکاری ، سنگ زنی ،اره کشی ، خان کشی و...) جوشکاری و... به عنوان اولین موضوع فرآیند ریخته گری را بررسی خواهیم کرد. ریخته گری:
ریخته گری را بطور خلاصه فرآورش و تبدیل ماده خام به چیزهای دیگر( مثل محصول ساخته شده) تعریف میکنند. بنابراین این فرآیند د
زمره فعالیتهای تبدیل ماده اولیه به قطعه نهایی ( که البته ممکن است به عملیات ماشینکاری نیاز داشته باشد)تقسیم بندی میشود. فرآیند کار در کلیه روشهای مختلف آن عبارتست از ریختن مذاب در داخل قالب و انجماد و سرد شدن مذاب ، تبدیل آن به قطعه ساخته شده و خارج کردن قطعه از قالب. در این فرآیند آنچه که صورت میگیرد پایین آمدن دمای مذاب تا حد معین ، توقف دما و رسیدن به دمای تعادل است. از فیزیک می دانیم هنگامی که دو یا چند ماده با دماهای متفاوت با یکدیگر ادغام میشوند گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل میشود و این فرآبند تا هم دما شدن آنها و رسیدن به دمای تعادل صورت میگیرد . در اینجا نیز روش کار بدین صورت است و هم دما شده مذاب و قالب تا رسیدن به دمای تعادل ( یا به اصطلاح سرد شدن مذاب ) ادامه دارد. نباید از نظر دور داشت که انجماد به یکباره صورت میگیرد بلکه مراحل جوانه زنی و رشد را نیز در بر میگیرد که همگی در درس علم مواد بطور کامل آنرا آموخته ایم. روشهای ریخته گری:
روشهای ریخته گری بطور خلاصه به دو دسته عمده تقسیم بندی میشوند:
ریخته گری با قالبهای یک بار مصرف ریخته گری با قالبهای چند بار مصرف در ریخته گری با قالبهای یک بار مصرف ، برای بیرون آوردن قطعه ساخته شده از دورن قالب ، آنرا می شکنند. خود این روش را میتوان به دو دسته : قالبگیری با مدل یک بار مصرف و قالبگیری با مدل چند بار مصرف تقسیم بندی کرد.قالبگبری با مدلهای یک بار مصرف ، قالبگیریهای ماسه ای هستند که در آن قالب ساخته شده توسط ماسه پس از انجماد مذاب شکسته می شود. البته قالبگیریهای پوسته ای ، قالبگیری به کمک خلاء ، قالبگیری ماسه ای نمناک و... را هم در زمره قالبگیری ماسه ای می توان تقسیم بندی کرد.به دلیل رایج بودن قالبگیری ماسه ای و استفاده اغلب از آن در کارگاه ریخته گری ( به عنوان یکی از دروس مهندسی صنایع) این نوع ریخته گری را در اینجا بررسی خواهیم کرد. ریخته گری ماسه ای ( قالبگیری ماسه ای ) :
در این نوع ریخته گری قبل از انجام هر کاری مدلی را که بر اسا س آن قرار است
محصول ساخته شود با استفاده از پلاستیک ، چوب وغیره می سازند. سپس آنرا در قالب فلزی دو تکه قرار می دهند. هر یک از این دو قسمت جداشدنی قالب را " درجه " ( ضمه بر روی ض ) می نامند. بنابراین خود مدل دو تکه خواهد بود . درجه بالایی را بر روی میز کار قرار داده ، قسمت بالایی مدل را در داخل آن گذاشته با استفاده از پودر جداکننده و پاشش و کوبیدن ماسه درون قالب ( ترکیب ماده مذکور شامل ماسه ، آب ، خاک رس و نوعی چسب است) آنرا پر میکنند. همین کار را برای نیمه دیگر نیز انجام می دهند. نیاید از نظر دور داشت که گذاشتن تکه چوبی ( بصورت شیب دار) برای ایجاد راهگاه مناسب درون قالب ضروری است و نیز تعبیه تغذیه کننده برای جبران کمبود های ناشی از انقباض مذاب دورن قالب . بعد از خارج کردن مدل از قالب و میله راهگاه دو نیمه قالب بر روی هم قرار گرفته ، سپس مذاب را درون آن می ریزند( با استفاده از ابزاری شبیه ملاقه به نام چمچه ) و پس از سرد شدن مذاب ، قالب را شکسته و قطعه را خارج می کنند(شکل روبرو را ببینید) :
در این روش ماسه نقش قالب را برای ما بازی میکند، ضمن اینکه نیرویی که برای جریان یافتن مذاب در داخل قالب لازمست نیروی ثقل است که امروزه از روشهای بسیار پیچیده تری از جمله فشار هیدرولیکی به جای آن استفاده می کنند. این روش یکی از ساده ترین و متداولترین روشها ( البته در سطح کارگاهی) برای تولید قطعات ریخته گری است و قطعه ای که بدین طریق بدست می آید احتمالاً دارای نقایص ظاهری فراوانی از جمله : پلیسه زیاد و تخلخل است که ما را به استفاده از عملیات ماشینکاری بعدی وادار می سازد. روشهای تولید ( قسمت دوم): در قسمت اول به عنوان اولین روش تولید محصولات و قطعات , فرآیند ریخته گری را مورد بحث قرار دادیم و ساده ترین نوع آنرا که همان ریخته گری ماسه ای باشد ( از نوع قالبهای یک بار مصرف )دیدیم. باید خاطر نشان کرد که برای بدست آوردن قطعات و محصولات با کیفیت بالا و بدون نیاز به عملیات ماشینکاری بعدی از روشهای جدید و
پیشرفته تری استفاده می گردد . ضمن اینکه قالبگیری با قالبهای یک بار مصرف هزینه و زمان زیاذی را به خود اختصاص می دهد. در عمل از قالبگیری با فالبهای چند بار مصرف بسیار استفاده میشود که به آن خواهیم پرداخت. ریخته گری با قالبهای چند بار مصرف را می توان شامل :
ریخته گری توخالی
ریخته گری کرتیاس
ریخته گری دائمی در خلاء
ریخته گری با فشار کم
ریخته گری گریز از مرکز
ریخته گری گریز از مرکز مجازی
ریخته گری پیوسته
ریخته گری الکترومغناطیسی
ریخته گری حدیده ای
از میان روشهای فوق ریخته گری حدیده ای و گریز از مرکز را به دلیل تولید قطعات با دقت بالا و نیز کاربرد فراوان در صنعت مورد بررسی قرار خواهیم داد.
ریخته گری حدیده ای از جمله روشهایی است که میتوان قطعات با ابعاد عالی و دقیق را با آن تولید کرد.در این روش فلز مذاب تحت فشار
مکانیکی یا هیدرولیکی از طریق راهگاه هایی به داخل قالب رانده شدهع سپس این (که دو قسمتی بوده) بسته شده و مذاب درون آن سرد شده و منجمد می شود و پس از آن با باز شدن قالب قطعه از قالب خارج میشود .
ریخته گری حدیده ای به دو صورت میتواند اعمال شود :ریخته گری با مخزن گرم( کوره مذاب در کنار دستگاه) و ریخته گری با مخزن سرد (که فلز را در کوره ای جداگانه ذوب کرده و به داخل دستگاه تزریق می کنند).
ریخته گری گریز از مرکز از جمله روشهایی است که در تهیه قطعات مدور , لوله , و یا حتی چند ضلعی استفاده می کنند. در این روش قالب با استفاده از نیروی گریز از مرکز حول محور عمودی یا افقی می چرخد و مذاب را به همه جای آن میرساند.
تزریق پلاستیک:
تزریق پلاستیک:
فرآیند تولید قطعات و محصولات پلاستیکی با روش تزریق پلاستیک و ماشینهای تزریق (molding machine)را نیز می توان در زمره فعالیتهای ریخته گری با فالب دائم دانست. فرآیند تزریق پلاستیک عملکردی مشابه ریخته گری حدیده ای دارد که در آن مواد پلاستیکی که بصورت دانه های ریز بوده تحت فشار و گرما توسط هیتر های روی دستگاه ذوب شده و پس از بسته شدن قالب , به داخل قالب رانده میشود. سپس توسط خنک کننده های درون قالب مواد سرد شده و پس از منجمد شدن قالب باز می شود و توسط پران آن, قطعه به بیرون انداخته می شود. با این روش میتوان قطعات بسیاری را د رتعداد بالا و با کیفیت خوب تولید کرد . روشهای تولید ( قسمت سوم): در مباحث گذشته راجع به فرآیندهای تولید محصولات و قطعات صحبت کردیم.از میان آنها ریخته گری را مورد بررسی قرار دادیم.در اینجا برای یاد آوری خاطر نشان می سازیم که عموماً این فرآیند ها را می توان به 4 دسته عمده تقسیم کرد:
ریخته گری
فرآیندهای تغییر شکل
ماشینکاری ( تراشکاری، فرز کاری و ... )
اتصال قطعات کوچک ( جوشکاری ، متالوژی پودرو...)
درباره روشهای ریخته گری تا حدودی توضیح دادیم. در اینجا می خواهیم مورد دوم یعنی فرآیندهای تغییر شکل را بررسی کنیم.فرآیندهای تغییر شکل عموماً به 3 دسته اساسی تقسیم می شوند:
کار گرم
کار نیمه گرم کار سرد
فرآیندهای کار گرم:
به تغییر شکل مومسان فلزات در بالای تراز دمای تبلور مجدد گویند.این دمای تبلور مجدد در فلزات مختلف متفاوت است . یعنی دمایی که
برای فلزی کار گرم محسوب میشود ممکن است برای فلزات دیگر کار نیمه گرم یا سرد باشد.عمده فرآیند های کار گرم بصورت زیر است:
نورد
حدیده کاری
آهنگری
جوش لوله
کشیدن( گرم)
سوراخکاری
شکل دادن چرخشی ( در حالت گرم)
فرآیندهای کار سرد :
تغییر شکل مومسان فلزات در دماهای پائین تر از تبلور مجدد را گویند که این دما معمولاً دمای اتاق است .
کار سرد دارای امتیازات تولیدی گوناگونی است . ضمن اینکه این فرآیندها اخیراً توسعه داده شده اند . امتیازات کار سرد را میتوان بصورت زیر خلاصه کرد :
استحکام و خواص سایشی بیشتر بدست آمدن سطح پرداخت شده بهتر
بدست آوردن قطعات با دقت بالا از نظر ابعاد
عدم نیاز به دما و گرم کردن و ...
این روش معایبی نیز دارد که از جمله میتوان به : نیاز به تجهیزات قوی و نیروی زیاد جهت ایجاد تغییر شکل ، شکل پذیری کمتر و احتمال آسیب رساندن به خواص جهتی و نیاز به تمیز کاری سطع قطعات فلزی اشاره کرد.
می توان روشهای کار سرد را به 4 دسته کلی بصورت زیر تقسیم کرد:
خم کردن
فشردن
کشیدن بریدن
خم کردن مانند : خم کدن ورق ، درز بندی، صافکاری، فشردن مانند : آهنگری قرار ، نورد ، حدیده کاری ، سکه زنی،کوبیدن و... کشیدن مانند : چرخاندن ، برجسته کاری ، کشیدن سیم و لوله و بریدن شامل : پرداخت لبه، بریدن با قالهای نر و ماده ع قطع کردن و قطع زائده ها نوشت .
فرآیندهای کار نیمه گرم:
ایجاد تغییر شکل در دمایی بین کار سرد و کار گرم را گویندکه باعث شکل پذیری بیشتر ، نیروی انسانی و تجهیزات کمتر می شود.
در اینجا می خواهیم چندین عملیات کار گرم را برای آشنایی بطور خلاصه ذکر کنیم.:
1- نورد : گذراندن فلز داغ بین دو غلطک است که در خلاف جهت یکدیگر می گردند. باید توجه داشت فاصله بین غلطکها برای اینکه فلز تغییر شکلی در آن ایجاد شود می بایست که از ضخامت فلز ورودی کمتر باشد.
(شکل را ببینید) نحوه چیدمان و تعداد غلطکهای بکار رفته در آن می تواند مختلف باشد و لزوماً دو یا سه غلطک روی هم کلیه حالات نورد را در بر نمی گیرد. می توان از چندین غلطک روی هم بصورت طبقه ای استفاده کرد.
2 - آهنگری : فرآیند تغییر مومسان فلز را با اعمال نیرو توسط دستگاههای پرس ، چکشهای دستی یا مکانیکی و ... گویند.بیشتر ما با عملیات آهنگری آشنایی داریم و از دیر باز یکی از روشهای قدیمی تهیه وسایل مخصوصاً وسایل جنگی و انفرادی بوده است.روشهای آهنگری خود چندین نوع دارند که چکش کاری توسط دستگاههای پرس معمولترین آنست.
از لحاظ کارکرد نیز دستگاههای پرس را به دو دسته ضربه ای و هیدرولیکی تقسیم بندی می کنند.
تولید قطعات بدنه خودروها نیز در مقوله آهنگری جای میگیرد.
3 - حدیده کاری:عبور دادن بصورت فشرده و با اعمال نیرو را از حدیده ای به شکل مناسب گویند

 

 

 

فرز کاری و انواع ماشین های فرز

 فرز کاری چیست ؟

فرزکاری پردازش بر روی مواد به وسیله حمایت از یک قطعه کار وچرخش دندانه های ابزار فرز کاری آن می باشد. برخورد دندا نه های زیاد اطراف تیغه فرز یک روش سریع ماشین کاری را فراهم می کند . سطح ماشین کاری شده میتواند بسیار صاف زاویه دار انحنا دار و همچنین به صورت هر ترکیبی از اشکال مختلف باشد.

انواع ماشین های فرز :

ماشین های فرز بسته به این که محور اصلی تیغه  فرز آن افقی یا عمودی باشد به نامهای ماشین فرز افقی یا عمودی نامیده می شود .

اگر ماشین فرز به نوعی طراحی شده باشد که کله گی آن تعویض شده بر آن کله گی افقی یا عمودی میله فرز گیر بسته شود و یا دستگاه کله زنی بر آن سوار شود،این ماشین ها را "انیورسال" گویندو معمولا ماشین فرز انیورسال به دستگاههایی گفته می شود که علاوه بر امکان تعویض کله گی ماشین میز ماشین به موازات سطح افق به سمت راست یا چپ گردش پذیر باشد و یا درجه بندی که در زیر میز اصلی قرار داده  شده  تحت زاویه های معین تنظیم گردد که برای در آوردن شکاف های مارپیچ مورد استفاده قرار می گیرد.

ماشین فرز افقی :

به ماشین فرز هایی گفته می شود که محور فرز گیر در این ماشین ها به طور افقی پاتاقان بندی شده است .
در شکل زیر ماشین فرز افقی و قسمت های مختلف آن نشان داده شده است

دستگاههای فرز ساده ای موجود است که در صنعت بیشتر از دستگاههای مطابق شکل  استفاده می شود،بنابراین شکل این دستگاه را انتخاب کردیم . 

 

 

۱- بدنه         2- تابلوی برق      3- جعبه دنده حرکت اصلی

4- مکانیزم تنظیم دور     5-کله گی افقی        6-میز اصلی

7- میز گونیایی      8-دستگاه بار اتومات      9-محور اصلی

 

 

فيكسچرها تجهيزات نگه دارنده اي مي باشند كه در شاخه هاي متعدد صنعت از آن ها استفاده مي شود كه از جمله اين كاربردها مي توان جوش كاري , مونتاژ , سوراخ كاري , برش كاري و ماشين كاري را نام برد .
فيكسچرهاي مونتاژ معمولاً در خط مونتاژ قرار گرفته و براي موقعيت دادن و نگه داشتن قطعاتي كه بايد به هم اتصال داده شوند استفاده مي شوند فيكسچرهاي جوش كاري مانند فيكسچر مونتاژ بوده با اين تفاوت كه جرياني از اجزاي آن ها عبور مي كند و همچنين فيكسچرهاي ماشين كاري جهت نگه داشتن قطعه كار در مدت پروسه ماشين كاري مورد استفاده قرار مي گيرد تمام اين فيكسچرها جهت مراجعات آتي نياز به يك سري مستندات كاملي دارند كه شامل راهنماي فيكسچر , دستورالعمل كاري , برگه توسعه فرآيند , برسي قابليت و نمودار كنترل مي باشند .
اين مستندات كه براي تمامي طرح ها نياز بوده عبارت است از جدول مندرجات , استفاده مناسب از جداول و نمودارها , تصاوير و مستندات كامل فرايند و تست ها . (الف) لزوم استفاده از مستندات
مستندات فيكسچرها شامل يك سري اطلاعاتي تكميلي مي باشند كه اين اطلاعات در مراحل طراحي , به كارگيري فيكسچر در خط مونتاژ و مرحله توسعه فيكسچر جمع آوري شده و ثبت مي گردند كه لزوم تهيه و استفاده آن عبارت است از :
1- اطلاعات كافي جهت set up اوليه فيكسچر .
2- آگاهي از عيوبي كه سابقه بروز در خط مونتاژ را دارد .
3- اگر تغيير فرآيندي در آينده لازم باشد سوابق كافي جهت توسعه فرآيند موجود مي باشد .
4- در بيشتر شركت ها مهندسيني كه فيكسچرها را طراحي و توسعه مي دهند در قسمت توليد حضور ندارند . بنابراين براي دستيابي به توليد موفق , بايد اين اطلاعات به خوبي انتقال داده شوند .
(ب) انواع فيكسچرها
فيكسچرهاي مونتاژ
طيف گسترده اي از تجهيزات , تكنولوژي و اتوماسيون را شامل مي شود , كه در خط مونتاژ در ايستگاه مربوطه قرار گرفته و مجموعه اي از قطعات مركبي هستند كه توسط انواع روش هاي مكانيكي مونتاژ و نصب شده اند , اين فيكسچرها مي توانند به سادگي فيكسچرهاي نگه دارنده كه قطعات را جهت مونتاژ در موقعيت خودشان نگه مي دارند باشند , و مي توان از انواع كلمپ ها و بست ها در اين فيكسچرها استفاده كرد , با توجه به اين كه قسمت هايي از فرآيند توسط ماشين انجام شوند . فيكسچرهاي مونتاژ مي توانند به صورت نيمه اتوماتيك طراحي شوند . در مواقعي كه دقت هاي بالا و تلرانس هاي بسته و انجام سريع فرآيند مورد نياز باشند . اين فيكسچرها به صورت نيمه اتوماتيك طراحي مي شوند به گونه اي كه قسمت هايي از فرآيند توسط ماشين به صورت اتوماتيك انجام مي شود , همچنين جهت دستيابي به دقت هاي بالاتر تلرانس هاي بسته و همچنين انجام سريع فرآيند مي توان اين فيكسچرها را به صورت تمام اتوماتيك طراحي كرد اما اين نوع طرح ها هزينه بالايي را دربر دارد .
فيكسچرهاي جوش كاري انواع مختلف جوش كاري از جمله تيگ , ميگ , نقطه جوش , جوش قوس الكتريكي و زرد جوش در صنعت مورد استفاده قرارمي گيرد در تمام اين فرآيندها جريان الكتريكي از ميان قطعات جهت اتصال دادن عبور مي كند و گرمايي جهت ذوب فلزات اتصالي ايجاد مي شود . فيكسچرهاي جوش كاري همانند فيكسچرهاي مونتاژ براي نگه داشتن قطعات جهت اتصال به هم مورد استفاده قرار مي گيرند . اگر تيراژ توليد پايين و تلرانس هاي مورد نظر بازتر باشند مي توان آنها را خيلي ساده طراحي نمود طوري كه تمام فرآيند به صورت دستي انجام شود ولي اگر دقت هاي بالا , تلرانس هاي بسته و انجام سريع فرآيند مدنظر باشد مي توان آنها را به صورت نيمه اتوماتيك و يا اتوماتيك طراحي و از سيستم هاي اتوماسيون استفاده نمود طوري كه قسمتي از فرآيند يا تمامي فرآيند به صورت اتوماتيك توسط ماشين انجام شود , اما اين نوع سيستم ها هزينه هاي بالايي را مي طلبند .
فيكسچرهاي ماشين كاري
انواع مختلف فرآيندهاي ماشين كاري از جمله فرزكاري , تراشكاري , سوراخكاري , برشكاري در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرند كه در تمام اين فرآيندها مواد توسط ابزارهاي مختلفي از قطعه كار جدا مي شود كه اين عمل مي تواند به دو روش صورت به گيرد , حالت اول ابزار ساكن بوده و قطعه كار حالت دوراني دارد , حالت دوم : قطعه كار ثابت بوده و ابزار مي چرخد . در فرزكاري و سوراخ كاري ابزار حالت دوراني داشته ولي در تراش كاري قطعه كار حالت دوراني دارد . در تمام اين فرآيندها اجزايي جهت نگه داشتن قطعه كار نياز مي باشند در فرآيندهاي تراش كاري و برش كاري اجزاي نگه دارنده جزيي از خود ماشين بوده و در بقيه فرآيندها ميزكاري موجود دارد كه قطعه كار مستقيماً روي آنها بسته مي شود كه براي اين فرآيندها طراحي مي شوند ساده تر از فيكسچرهاي مونتاژ و برش كاري مي باشند ولي بايد طوري طراحي شوند كه نتيجه هاي فرزكاري و مته سوراخ كاري و ابزار تراش كاري توانايي حركت در سه جهت را دارا باشند .

 

 

جيگ و فيکسچر

وسايل نگهدارنده ای هستند که به کمک آنها می توان قطعات مشابه هم را (سری)با دقت مورد نياز توليد يا ماشين کاری نمود و بندها از نظر عمل کرد بسيار به هم شباهت دارد به طوری که اغلب اشتباه ناميده می شود تفاوت اين دو در در نحوی هدايت ابزار برشی به طرف قطعه کار است.

جيگ يک وسيله نگهدارنده مخصوص است که قطعه کار را داخل آن قرار می دهند تا اينکه عمليات ماشين کاری روی آن انجام گيرد جيگ نه تنها قطعه کار را در خود مهار می کند بلکه ابزار را نيز به هنگام عمليات توليدی هدايت می کند.

فيکسچر يک وسيله ای نگهدارنده است که فقط قطعه کار روی آن محکم می شود تا عمليات ماشين کاری روی آن انجام گردد.

قيد وبستها(جيگ و فيکسچر)به سه دسته تقسيم می شود

۱ـ قيد و بستهای فراگير مانند سه نظام دستگاه تراش

۲ـ قيد و بستهای چند منظوره

۳ـ قيد و بستهای مخصوص

قيد وبستها از نظر ميزان خودکار بودن به سه دسته تقسيم می شوند

۱ـ قيد و بستهای که باز و بست کردن قطعه به صورت دستی انجام می دهيم

۲ـ قيد و بستهای نيمه خودکار

۳ـ قيد و بستهای خودکار

نگرانی های سلامتی
برخی گفته اند که زندگی در کنار خطوط ولتاژ بالا برای حیوانات و انسان ها خطرناک است. عده ای نیز ادعا کرده اند که تشعشعات الکترو مغناطیسی ناشی از خطوط برق، منجر به ریسک زیاد ابتلا به انواع معینی از سرطان می شود. برخی مطالعات بیان داشته اند که این ریسک را شناسایی کرده اند در حالی که برخی دیگر این ادعا را رد می کنند. مطالعات انجام شده بر روی افراد زیادی نشان داده است که هیچ رابطه واضحی بین تاثیرات بر روی سلامتی و نزدیکی به خطوط برق وجود ندارد. چگونه دستگاههای سه فاز را امتحان کنیم
دستگاه‌های سه فاز نظیر پمپها ، کمپرسورها و ... بایستی فازهایشان به ترتیب درستی وصل شود تا از خرابی آنها جلوگیری شود. این دستگاهها عموماً هنگامی که به اشتباه وصل شوند جریان کمتری را می‌کشند و می‌توانند به آسانی توسط یک آمپروب (گیره روی آمپر متر) برای میزان جریانی که از شبکه می‌کشند امتحان شوند. برای مثال آزمایش یک هوا ساز که دارای یک کمپرسور است، می‌توان فهمید که اگر این وسیله به صورت غلطی به برق سه فاز متصل شود، جریان بسیار کمی را خواهد کشید و بنابراین جای هر کدام از دو سیم برق را می‌توان برای تغییر فازها عوض کرد. موتورهای جیبی کوچکی وجود دارند که از جهت چرخش آنها می‌توان برای تشخیص توالی فازها استفاده کرد. این موتورها گران هستند. یک جایگزین ارزانتر استفاده از سه لامپ نئون و دیدن اینکه توالی فاز یا روشن شدن لامپ ها در چه جهتی می چرخد، است. موضوعاتی شامل آزمایش مقاومت سیم پیچ موتور و آزمایش مقاومت خطای زمین بیان شده اند.
برای اطلاعات بیشتر راجع به مدارات سه فاز کلید واژه زیر را مشاهده کنید:

  • ترانسفورماتورهای ستاره مثلث

پریزهای الکتریکی سه فاز
برق سه فاز را می‌توان با استفاده از یک پریز سه فاز یا با سه تایی کردن ، تغذیه کرد. اغلب پریزها ، پریزهای دوتایی‌اند. حفره‌های بالایی و پایینی را می‌توان در صورت تمایل از هم جدا کرد و برای مثال با مدار شکنهای مجزایی با یک نول مشترک تغذیه شوند. این کار را معمولاً در آشپزخانه‌ها انجام ‌می‌دهند که در آنها احتمالاً یک بار زیاد روی هر دو پریز اعمال می‌شود. در این صورت یک مدار شکن دو قطب تریپ (قطع کننده) مورد نیاز است. ایده دو برابر کردن را می‌توان به سه برابر کردن گسترش داد، تا اینکه سه پریز دوگانه را بتوان با یک نول مشترک از یک منبع سه فاز تغذیه کرد. عموماً یک مدار شکن سه قطب تریپ عمومی 15 میلی آمپر برای تغذیه چنین پریزی به کار می‌رود. این امر بارهای سه فاز تکی را قادر می‌سازد تا به صورت یک توالی فازی تغذیه شوند. مثالی از این بار یک لامپ با سه حباب است. برای داشتن عملکردی بدون چشمک زنی ، سه حباب هر کدام با یک دوشاخه جدا نصب می‌شوند و با اختلاف فاز 120 درجه‌ای نسبت به هم از یک پریز سه تایی راه اندازی می‌شوند. بالای پریزها لامپهای نئون قرار داده شده تا توالی فاز را در بارهای سه تایی که توالی صحیح فازها مورد نیاز است نشان دهد.

__________________

 

 

تولید پراکنده «dg»


تولید پراکنده گرایش جدیدی در تولید توان الکتریکی است. این ایده به مصرف کننده های الکتریسیته که الکتریسیته مورد نیازشان را خودشان تولید می‌کنند، این اجازه را می‌دهد که اضافه توان الکتریکی‌شان را به شبکه توان بفرستند. تولید
بسیاری از کارخانجات، ادارات و خصوصاً بیمارستان‌ها نیاز به منابعی با قابلیت اطمینان بالا برای تولید الکتریسیته و سیستم‌های گرمایی هواساز و آب گرم دارند. برای بالا بردن قابلیت اطمینان منابع تغذیه و کاهش هزینه‌ها، برخی از ادارات و کارخانجات، از تولید ترکیبی یا کارخانجات انرژی کلی استفاده می‌کنند که اغلب از مواد اضافی نظیر آشغال چوب یا گرمای اضافی حاصل از یک فرایند صنعتی، برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کنند. در برخی موارد، الکتریسیته از یک سوخت تغذیه شده به صورت محلی مانند گاز طبیعی یا گازوئیل تولید می‌شود و سپس از گرمای اضافی منبع انرژی گرمایی ژنراتور برای فراهم آوردن آب داغ و نیز گرمایش صنعتی استفاده می‌کنند. هنگامی که یک فرایند صنعتی نیازمند مقادیر زیاد گرمایی است که از منابع غیر الکتریکی نظیر سوخت‌های فسیلی یا زیست جرمی تامین می‌شود، استفاده از یک کارخانه تولید ترکیبی مقرون به صرفه است. مسائل نظارتی و تکنولوژیکی
تاکنون مسایل نظارتی و تکنولوژیکی بدین مفهوم بوده است که الکتریسیته تولید شده توسط مصرف کننده‌های خانگی را نمی‌توان به راحتی و بدون خطر با تغذیه توان ورودی همراه کرد. شرکت‌های الکتریکی بایستی توانایی جداسازی بخش‌های شبکه برق را داشته باشند، وقتی که یک خط از کار می‌افتد، کارگران بایستی از قطع بودن برق قبل از کار روی آن مطمئن باشند. آنها همچنین وقت زیادی را صرف می‌کنند تا کیفیت برق را در شبکه‌شان حفظ کنند. تاسیسات پراکنده برق هم می‌تواند کنترل این موارد را مشکل‌تر کند. با ظهور تجهیزات الکترونیک قدرت با قابلیت اطمینان بالا، نصب تجهیزات تولید ترکیبی حتی با اندازه‌های خانگی، اقتصادی و بی‌خطر شده است. این تاسیسات می‌توانند آب داغ خانگی، الکتریسیته و گرمایش خانگی را تولید کنند و انرژی اضافی را به شرکت برق بفروشند. پیشرفت در الکترونیک موجب ساده شدن دسترسی به مسایل امنیتی و کیفی شرکت‌های الکتریکی شده است. برای برطرف کردن موانع رسیدن به افزایش سطوح تولید پراکنده، تنظیم کننده‌ها می‌توانند توسط تضمین عملکرد تولید‌های متمرکز و پراکنده بر روی یک زمینه با سطح متغیر، اقدام کنند. در ایالات متحده، قانون فدرال از شرکت‌های الکتریکی می‌خواهد که برق را از تولید کنندگان مستقل که تحت پوشش قوانین و بیمه هستند خریداری کنند. تولید پراکنده به سوخت فسیلی محدود نشده است. برخی از کشورها و مناطق در حال حاضر دارای منبع انرژی تجدید پذیر قابل توجهی در توربین‌های بادی و احتراق زیست جرمی هستند. افزایش تولید پراکنده نیازمند تغییر در فن‌آوری مورد نیاز برای مدیریت انتقال و توزیع الکتریسیته است. در این صورت نیاز فزاینده‌ای به اپراتورهای شبکه برای مدیریت شبکه‌ها به صورت فعال به جای غیر فعال وجود خواهد داشت. با افزایش مدیرت فعال، مزایای اضافی برای مصرف کننده‌ها به وجود خواهد آمد که این مزایا به صورت معرفی با حق انتخاب‌های بیشتری به نسبت خدمات تغذیه ی انرژی و رقابت بیشتر خواهد بود. اما به هر حال رفتن به سوی مدیریتی فعال‌تر، می‌تواند مشکل باشد. شبکه‌های توزیع الکتریسیته یک حق انحصار طبیعی هستند و بنابراین بشدت قانونمند شده‌اند تا هزینه زیادتری با کار مصرف کننده‌ها بدست نیاورند. سرمایه گذاری شبکه‌ یک معیار کلیدی برای تعیین هزینه‌هایی است که شبکه می‌تواند به مصرف کننده‌ها بدهد. شبکه‌ها سعی می‌کنند تا مزایای شان را در چارچوب کاری فراهم شده توسط قوانین شان، حداکثر کنند. در حال حاضر چنین قوانینی خیلی مناسب تشویق به انجام رفتارهای ابداعی توسط شبکه‌ها نیستند. به نظر می‌رسد که این امر هم برای توسعه شبکه‌ها و هم برای زیاد شدن سطح تولید پراکنده که به شبکه‌ها اضافه می‌شود، مانع ایجاد کند. اما نشانه‌هایی وجود دارد که مقامات نظارتی در حال آشنا شدن هر چه بیشتر با موانع بالقوه هستند و در حال ارائه قوانین هزینه‌های اتصال و شرایطی برای فعال کردن تولید کننده‌های پراکنده برای شرکت در بازار الکتریسیته هستند. اوفجم، تنظیم کننده گاز و الکتریسیته در بریتانیا، برای اپراتورهایی از شبکه توزیع الکتریسیته (dnoها) که روی تحقیق و توسعه راه‌ حل‌های ابداعی شبکه برای سازگار کردن تولید پراکنده سرمایه گذاری می‌کنند، تسهیلاتی فراهم کرده است. علی رغم وجود پتانسیل تولید، بخش عظیمی از تغذیه برق از طریق منابع انرژی غیر متمرکز، اعتبارات انرژی، کنترل جمعیت و پایداری سیستم کماکان موارد مهمی‌اند که گسترش این فن‌آوری را محدود می‌کنند. برای حفظ کنترل و پایداری سیستم قدرت در برخی از شبکه‌ها، مصرف کننده‌های همسایه بایستی تمامی توان الکتریکی‌ای را که ممکن است یک مصرف‌ کننده (که تولید کننده هم هست) تولید کند، استفاده کنند. این امر تضمین می‌کند که یک جریان توان الکتریکی خالص از ژنراتور به مصرف کننده در شبکه توزیع وجود دارد، حتی اگر در توزیع محلی یک برون ریزی محلی وجود داشته باشد.

__________________

 

تولید الکتریسته


تولید الکتریسیته اولین فرایند در ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. سه فرایند دیگر انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسیته و فروش الکتریسیته است. اهمیت تولید الکتریسیته، انتقال و توزیع آن زمانی کشف شد که معلوم شد الکتریسیته برای تهیه گرما، روشنایی و توان مورد نیاز برای دیگر فعالیت های انسانی، مفید است. تولید الکتریسیته غیر متمرکز نیز زمانی ممکن شد که کارشناسان فهمیدند خطوط برق جریان متناوب می توانند الکتریسیته را با قیمت ارزان در طول فواصل بلند و توسط بهره برداری از مزیت قابلیت تبدیل ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورهای توان، انتقال دهند. برای مدت 120 سال، الکتریسیته از منابع مختلف انرژی پتانسیل و به منظور فراهم آوردن انرژی فن آوری های بشر، تولید می شده است. اولین نیروگاه برق توسط چوب راه اندازی شد، در حالی که امروزه نیروگاه ها با نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، سیستم برق آبی و انرژی هسته ای و به میزان کمی با هیدروژن، انرژی خورشیدی، کنترل جزر و مد و ژنراتورهای بادی کار می کنند. تولید و توزیع الکتریسیته اغلب در دستان بخش خصوصی یا دولتی که خدمات رفاهی عمومی را در اختیار دارند، بوده است. در سالهای اخیر برخی دولت ها به عنوان بخشی از حرکتی برای اعمال فشار بازار به حقوق انحصاری، شروع به خصوصی سازی یا شرکتی کردن این خدمات رفاهی کرده اند. بازار الکتریسیته نیوزیلند مثالی از این نوع است. تقاضای الکتریسیته را می توان به دو صورت ارضاء کرد. روش اول که تا کنون برای خدمات رفاهی به کار می رفته است، ساختن پروژه های بزرگ تولید و ارسال الکتریسیته لازم به اقتصادهای سوختی در حال رشد، است. بسیاری از این پروژه ها دارای تاثیرات زیست محیطی نامطلوب نظیر آلودگی هوا یا آلودگی تشعشعی و آب گرفتگی بخش وسیعی از زمین، هستند. تولید پراکنده به عنوان روش جدیدی (روش دوم) برای برطرف کردن تقاضای الکتریکی، در نزدیکی مصرف کننده ها شناخته شده است. پروژه های کوچک تر پراکنده دارای خصوصیات زیر هستند: ـ حفاظت در برابر خاموشی های برق ناشی از متوقف کردن نیروگاه های غیر متمرکز یا خطوط انتقال به منظور تعمیر، فریب بازار یا توقفهای اضطراری. ـ کاهش آلودگی. ـ اجازه دادن به بازیگران کوچک تر برای ورود به بازارهای انرژی. روش های تولید الکتریسیته
روش های تبدیل توان های دیگر به توان الکتریکی
توربین های دوار که به ژنراتورهای الکتریکی متصل شده اند، اکثر الکتریسیته تجاری موجود را تولید می کنند. توربین ها عموماً توسط بخار، آب، باد یا دیگر مایعات به عنوان یک واسطه حامل انرژی، گردانده می شوند. پیل های سوختی که برای تولید الکتریسیته از مواد شیمیایی مختلفی استفاده می کنند، توسط برخی از مردم مناسب ترین منبع برق برای بلند مدت شناخته می شوند، خصوصاً اگر بتوان از هیدروژن به عنوان ماده تغذیه در این پیل ها استفاده کرد. اما به هرحال هیدروژن معمولاً تنها یک حامل انرژی است و بایستی توسط منابع توان دیگری ایجاد شود. ژنراتورهای کوچک قابل حمل نیز عموماً توسط موتورهای دیزل کار می کنند که خصوصاً در کشتی ها، مکان های مسکونی دور افتاده و برق اضطراری استفاده می شوند. منابع انرژی اولیه، بکار رفته در تولید انرژی الکتریکی
جهان امروز برای تولید انرژی بر زغال سنگ و گاز طبیعی تکیه می کند. هزینه های بالای مورد نیاز برای انرژی هسته ای و ترس از خطرات این انرژی، از دهه 1970م جلوی تاسیس نیروگاه های جدید هسته ای را در آمریکای شمالی گرفته است. توربین های بخار را می توان توسط بخارهای ناشی از منابع زمین گرمایی، انرژی خورشیدی، مایعات، سوخت های فسیلی گازی و جامد، به راه انداخت. راکتورهای هسته ای از انرژی ناشی از شکافت اورانیوم یا پلوتونیوم رادیواکتیو برای تولید آزمایش‌های مربوط به گرما استفاده می کنند. این راکتورها اغلب از دو مدار بخار اولیه و ثانویه تشکیل شده تا یک لایه حفاظتی اضافی را بین محل قرار گرفتن سوخت هسته ای و اتاق ژنراتور قرار دهد. نیروگاه های برق آبی از آبی که مستقیماً از توربین ها عبور می کند، برای راه اندازی ژنراتورها استفاده می کنند. کنترل جزر و مد از نیروی ماه بر روی بدنه آب دریاها برای گرداندن یک توربین استفاده می کنند. ژنراتورهای بادی از باد برای گرداندن توربین هایی که با یک ژنراتور مرتبط اند، استفاده می کنند. نیروگاه برق آبی ذخیره شده با پمپ برای هم سطح کردن تقاضاها روی یک شبکه برق به کار می رود. تولید الکتریسیته توسط هم جوشی آزمایش‌های مربوط به گرما هسته ای به عنوان راه حلی ممکن برای تولید الکتریسیته پیشنهاد شده است. در حال حاضر برخی موانع فنی و مسایل زیست محیطی در مسیر این راه وجود دارد که اگر برطرف شوند هم جوشی، یک منبع انرژی الکتریکی نسبتاً تمیز و بی خطر را تامین خواهد کرد. پیش بینی می شود که یک راکتور آزمایشی بزرگ «iter) در سال 2005-2006 شروع به کار کند. بهبود کارایی
نیروگاه های تولید مختلط «برق و گرمای ترکیب شده)، با استفاده از برق خورشیدی، سوخت های فسیلی، گازهای سنتزی، تراکم زیست یا زیست گاز به عنوان یک منبع سوختی، تولید الکتریسیته و آزمایش‌های مربوط به گرما را انجام می دهند. این نیروگاه ها می توانند به کارایی به میزان 80 درصد برسند اما انتظار می رود بسیاری از این نیروگاه ها که امروزه ساخته می شوند تنها به کارایی معادل حداکثر 55 درصد برسند. بخار گرم شده یک توربین را می گرداند و سپس گرمای اضافی برای گرم کردن فضاهای داخل ساختمان ها، فرآیندهای صنعتی یا گرم کردن گلخانه ها بکار می رود. تمامی مردم می توانند از گرمای توزیع شده از طریق یک طرح گرمایی منطقه ای بهره ببرند. توانایی دستیابی به تولید سه گانه با استفاده از سوخت های فسیلی یا انرژی خورشیدی برای تولید گرما، الکتریسیته و سرمایش تبخیری نیز وجود دارد. این نیروگاه های ترکیبی بهترین نسبت تبدیل انرژی را بعد از نیروگاه های برق آبی دارند. آرایه های کوچک فتو ولتایی، آسیاب های بادی و دوچرخه های مرتبط با یک توربین، همگی می توانند برای تولید الکتریسیته قابل حمل بکار برد. اصلاحات الکتریکی در سرتاسر جهان در حال جدا کردن تولید الکتریسیته از مبانی کنترل شده حق انحصار انتقال و توزیع الکتریسیته است، بازار الکتریسیته را مشاهده کنید.

__________________

 

برق اضطراری : توان الکتریکی ای که توسط یک منبع متناوب ایجاد شده و به عنوان یک پشتیبان برای منبع برق اولیه در باس اصلی یا یک زیر باس مقرر نیروگاه به کار می رود. یک واحد خارج از خط (offline)، بین منبع برق اولیه و بار فنی بحرانی، ایزولاسیون بوجود می آورد در حالی که یک واحد روی خط (online) چنین ایزولاسیونی را بوجود نمی آورد.

 

کلاس ها

  • کلاس A: یک منبع برق کلاس A یک منبع برق اولیه است یعنی یک تغذیه برق پیوسته ضروری را تضمین می کند.

انواع برق اضطراری شامل کلاس های زیر می شود:

  • کلاس B: یک نیروگاه برق آماده باش (standby) برای پوشش دادن به قطعی های بلند مدت برای چند روز.
  • کلاس C: یک واحد شروع سریع 10 تا 60 ثانیه ای برای پوشش دادن به قطعی های کوتاه مدت برق برای حدود چند ساعت.
  • کلاس D: یک واحد بی وقفه که از انرژی ذخیره شده برای فراهم آوردن برق پیوسته تحت ولتاژ و خطای مجاز فرکانس خاص.

__________________

 

کنترل توان


کنترل توان (الکتریکی) با از بین بردن توان الکتریکی، کنترل کیفیت آن و کنترل دستگاه‌هایی که به یک خط برق متصلند، مرتبط است. فن‌آوری‌های متعددی برای استفاده از سیم‌پیچی قدرت به منظور روشن و خاموش کردن دستگاه‌های متصل به خط برق، کنترل دستگاه‌های متصل و کارهای مشابه، توسعه و تکمیل یافته است. یک عبارت کلی برای یک دسته از این فن‌آوری‌ها ساختمان‌های هوشمند است. باید گفته شود که تا سال 2002 فن‌آوری ساختمان هوشمند کمتر از یک موفقیت قاطع بوده است. مشکلات شامل این موارد هستند: قابلیت اطمینان، هزینه، سوالاتی در مورد اینکه نیاز به چه میزان است و این واقعیت که بسیاری از موارد ساختمان هوشمند مانند روشن کردن یک لامپ در غروب می‌تواند به همان صورت و توسط دستگاه‌های مکانیکی و الکترومکانیکی ارزانتر، ساده ‌تر و اغلب مطمئن‌تر انجام شود. بهترین فن‌آوری‌های شناخته شده ساختمان هوشمند، X10 و Cebus هستند.

__________________

 

فارادی
در سال 1831–1832م کشف کرد که بین دو سر یک هادی الکتریکی که بصورت عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، اختلاف پتانسیلی ایجاد می‌شود. او اولین ژنراتور الکترومغناطیسی را بر اساس این اثر ساخت که از یک صفحه مسی دوار بین قطبهای یک تشکیل شده بود. این وسیله یک کوچک را تولید می کرد. دینامو
دینامو اولین ژنراتور الکتریکی قادر به تولید برق برای صنعت بود و کماکان مهمترین ژنراتور مورد استفاده در قرن بیست و یکم است. دینامو از اصول

برای تبدیل چرخش مکانیکی به یک جریان الکتریکی متناوب ، استفاده می‌کند. اولین دینامو بر اساس اصول فارادی در سال 1832 توسط هیپولیت پیکسی که یک سازنده تجهیزات بود، ساخته شد. این وسیله دارای یک آهنربای دائم بود که توسط یک هندل گردانده می‌شد. آهنربای چرخنده بگونه‌ای قرار داده می‌شد که یک تکه آهن که با سیم پوشانده شده بود، از قطبهای شمال و جنوب آن عبور می‌کرد. پیکسی کشف کرد که آهنربای چرخنده ، هر بار که یک قطبش از سیم پیچ عبور می‌کند، تولید یک پالس جریان در سیم می‌کند. به علاوه قطبهای شمال و جنوب آهنربا جریانها را در جهتهای مختلف القا می‌کنند. پیکسی توانست با اضافه کردن یک کموتاتور جریان متناوب تولیدی به این روش را به جریان مستقیم تبدیل کند. دیناموی گرام
به هر حال هر دوی این طرحها دارای مشکل یکسانی بودند: آنها پرشهای جریانی القا می‌کردند که از هیچ چیز پیروی نمی‌کرد. یک دانشمند ایتالیایی به نام آنتونیو پاسینوتی این مسأله را با جایگزینی سیم پیچ چرخنده توسط یک سیم پیچ حلقه‌ای که او با سیم پیچی یک حلقه آهنی درست کرده بود، حل کرد. این بدان معنی بود که آهنربا همواره از بخشی سیم پیچ عبور می‌کرد که این مسأله موجب یکنواختی جریان خروجی می‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حین طراحی اولین نیروگاه تجاری در پاریس در دهه 1870م ، این طرح را دوباره ابداع کرد. طراحی وی با نام دینامی گرام معروف است. نسخه‌های مختلف و تغییرات زیادی از آن هنگام تا کنون در این طراحی بوجود آمده است، اما ایده اصلی چرخش یک حلقه بی پایان از سیم ، کماکان قلب تمامی دیناموهای پیشرفته باقی ماند. مفاهیم
دانستن این مطلب مهم است که ژنراتور تولید جریان الکتریکی می‌کنند و نه بار الکتریکی که در سیمهای سیم پیچی‌اش وجود دارد. این تا حدودی شبیه یک پمپ آب است که ایجاد یک جریان آب می‌کند اما خود آب را ایجاد نمی‌کند. ژنراتورهای الکتریکی دیگری هم وجود دارند، اما بر اساس دیگر پدیده‌های الکتریکی نظیر: پیزو الکتریسته و هیدرو دینامیک مغناطیسی ، ساختار یک دینامو شبیه یک

است و تمام انواع عمومی دیناموها می‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنین تمامی انواع عمومی موتورهای الکتریکی می‌توانند مانند یک ژنراتور کار کنند.

__________________

 

ترانسفورماتور


مقدمه
قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان ، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری ، آبی و هسته‌ای تولید می‌شود. این مراکز دارای توربینها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که بوسیله ژنراتورها تولید می‌شود، باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهی چندین مرکز تولید بوسیله شبکه‌ای به هم مرتبط می‌شوند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز را بطور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند. در محلهای توزیع برای اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می‌شود. بدیهی است توزیع انرژی بین تمام مصرف کننده‌های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکانپذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود. لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر (پستهای داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر (پست منطقه‌ای) تقسیم می‌شود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانسهای توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می‌کنند.
بطور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری روبرو هستند. مسلما‌ این به آن معنی نیست که می‌توان از توجه به حفاظتها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد. در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می‌شود، سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می‌شود. تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله‌ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه‌هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می‌گیرند. مقره‌ها یا بوشینگها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور. کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ و جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می‌کند. انواع ترانسفورماتورها
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ) ، ترانس قدرت می‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می‌دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می‌شود.
این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می‌گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می‌گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه (حد متوسط) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.
ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می‌شوند. در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند. در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می‌شود. در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می‌روند (بصورت سه فاز یا یک فاز).
ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ، ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می‌رود. ترانسهای مخصوص آزمایش ،‌ اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.

__________________

 

جریان الکتریکی


جریان الکتریکی در الکتریسته ، جریان سرعت عبور الکترونها در یک سیم مسی یا جسم رسانا است. جریان قراردادی در تاریخ علم الکتریسته ابتدا به صورت عبور بارهای مثبت تعریف شد. هر چند امروزه می‌دانیم که در صورت داشتن رسانای فلزی ، جریان الکتریسته ناشی از عبور بارهای منفی ، الکترون ، در جهت مخالف است. علیرغم این درک اشتباه ، کماکان تعریف قراردادی جریان تغییری نکرده است. نمادی که عموما برای نشان دادن جریان الکتریکی (میزان باری که در ثانیه از مقطع هادی عبور می‌کند) در مدار بکار می‌رود، I است.
مقدمه در یک هادی عایق شده مانند قطعه‌ای سیم مسی ، الکترونهای آزاد شبیه مولکولهای گازی که در ظرفی محبوس شده‌اند، حرکات کاتوره‌ای انجام می‌دهند و مجموعه حرکات آنها در طول سیم هیچ گونه جهت مشخصی ندارد. تعداد الکترونهایی که به چپ حرکت می‌کنند با تعداد الکترونهایی که به راست حرکت می‌کنند، یکی است و برآیند آنها صفر می‌باشد. ولی اگر دو سر سیم را به باتری وصل کنیم، این برآیند دیگر صفر نیست. تاریخچه تاریخ الکتریسیته به 600 سال قبل از میلاد می‌رسد. در داستانهای میلتوس (Miletus) می‌خوانیم که یک کهربا در اثر مالش کاه را جذب می‌کند. مغناطیس از موقعی شناخته شد که مشاهده گردید، بعضی از سنگها مثل مگنیتیت ، آهن را می‌ربایند. الکتریسیته و مغناطیس ، در ابتدا جداگانه توسعه پیدا کردند، تا این که در سال 1825 اورستد (Orested) رابطه‌ای بین آنها مشاهده کرد. بدین ترتیب اگر جریانی از سیم بگذرد می‌تواند یک جسم مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهد. بعدها فاراده کشف کرد که الکتریسیته و مغناطیس جدا از هم نیستند و در مبحث الکترومغناطیس قرار می‌گیرد. مشخصات جریان الکتریکی از نظر تاریخی نماد جریان I ، از کلمه آلمانی Intensit که به معنی شدت است، گرفته شده است. واحد جریان الکتریکی در دستگاه SI ، آمپر است. به همین علت بعضی اوقات جریان الکتریکی بطور غیر رسمی و به دلیل همانندی با واژه ولتاژ ، آمپراژ خوانده می‌شود. اما مهندسین از این گونه استفاده ناشیانه ، ناراضی هستند. آیا شدت جریان در نقاط مختلف هادی متفاوت است؟ شدت جریان در هر سطح مقطع از هادی مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی که در هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتی اگر سطح مقطعها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می‌شود. در هیچ نقطه‌ای بار الکتریکی نمی‌تواند روی هم متراکم شود و یا از هادی بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای بار الکتریکی وجود ندارد. سرعت رانش میدان الکتریکی که بر روی الکترونهای هادی اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی‌کند. چون الکترونها پیوسته با یونهای هادی برخورد می‌کنند. لذا انرژی حاصل از شتاب الکترونها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترونها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی بدست می‌آورند. چگالی جریان الکتریکی جریان I یک مشخصه برای اجسام رسانا است و مانند جرم ، حجم و ... یک کمیت کلی محسوب می‌شود. در حالی که کمیت ویژه‌ دانستیه یا چگالی جریان j است که یک کمیت برداری است و همواره منسوب به یک نقطه از هادی می‌باشد. در صورتی که جریان الکتریسیته در سطح مقطع یک هادی بطور یکنواخت جاری باشد، چگالی جریان برای تمام نقاط این مقطع برابر j = I/A است. در این رابطه A مساحت سطح مقطع است. بردار j در هر نقطه به طرفی که بار الکتریکی مثبت در آن نقطه حرکت می‌کند، متوجه است و بدین ترتیب یک الکترون در آن نقطه در جهت j حرکت خواهد کرد. اشکال مختلف جریان الکتریکی در هادیهای فلزی ، مانند سیمها ، جریان ناشی از عبور الکترونها است، اما این امر در مورد اکثر هادیهای غیر فلزی صادق نیست. جریان الکتریکی در الکترولیتها ، عبور اتمهای باردار شده به صورت الکتریکی (یونها) است، که در هر دو نوع مثبت و منفی وجود دارند. برای مثال، یک پیل الکتروشیمیایی ممکن است با آب نمک (یک محلول از کلرید سدیم) در یک طرف غشا و آب خالص در طرف دیگر ساخته شود. غشا به یونهای مثبت سدیم اجازه عبور می‌دهد، اما به یونهای منفی کلر این اجازه را نمی‌دهد. بنابراین یک جریان خالص ایجاد می‌شود.
جریان الکتریکی در پلاسما عبور الکترونها ، مانند یونهای مثبت و منفی است. در آب یخ زده و در برخی از الکترولیتهای جامد ، عبور پروتونها ، جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. نمونه‌هایی هم وجود دارد که علیرغم اینکه در آنها ، الکترونها بارهایی هستند که از نظر فیزیکی حرکت می‌کنند، اما تصور جریان مانند 'حفره‌های (نقاطی که برای خنثی شدن از نظر الکتریکی نیاز به یک الکترون دارند) مثبت متحرک ، قابل فهم تر است. این شرایطی است که در یک نیم هادی نوع p وجود دارد. اندازه گیری جریان الکتریکی جریان الکتریکی را می‌توان مستقیما توسط یک گالوانومتر اندازه گیری کرد. اما این روش نیاز به قطع مدار دارد که گاهی مشکل است. جریان را می‌توان بدون قطع مدار و توسط اندازه گیری میدان مغناطیسی که جریان تولید می‌کند، محاسبه کرد. ابزارهای مورد نیاز برای این کار شامل سنسورهای اثر هال ، کلمپ گیره‌های جریان و سیم پیچهای روگووسکی است. مقاومت الکتریکی اگر اختلاف پتانسیل معینی را یک بار به دو انتهای سیم مسی و بار دیگر به دو انتهای میله چوبی وصل کنیم، شدت جریانهای حاصل در هر لحظه با هم اختلاف زیادی خواهند داشت. خاصیتی از هادی را که اختلاف مزبور را باعث می‌شود، مقاومت الکتریکی گویند، که آن را با R نشان می‌دهند و مقدار آن برابر R = V/I است که در آن V اختلاف پتانسیل بین دو سر سیم و I جریان الکتریکی است. واحد مقاومت الکتریکی اهم یا ولت بر آمپر می‌باشد. توان الکتریکی یک مدار الکتریکی را در نظر می‌گیریم که حامل جریان I و ولتاژ V بوده و یک مقاومت Rدر آن قرار دارد. بار الکتریکی dq موقع عبور از مقاومت به اندازه Vdq ، از انرژی پتانسیل الکتریکی خود را از دست می‌دهد. طبق قانون بقای انرژی ، این انرژی در مقاومت به صورت دیگری ، مثلا گرما ظاهر می‌شود. گر در مدت زمان dt ، انرژی du حاصل شود، در این صورت داریم:

P=du/dt


در این رابطه P ، توان الکتریکی است که دارای واحد وات می‌باشد. برای یک مقاومت می‌توان توان را به صورت زیر:

P = RI2


نوشت.

__________________

 

 

 

رله استند بای

وقتی که یک اتصال زمین بر روی فیدرهای خروجی باقیمانده و حفاظت فیدرهای مذکور عمل نکند این رله به عنوان پشتیبان حفاظت ها عمل کرده وفرمان قطع را به طرف اولیه و ثانویه ترانس داده و باعث خارج شدن ترانس

می شود

رله بوخهلتس

این رله بین مخزن ترانس و کنسرواتور نصب می گردد.در اتصالی های شدید داخلي ترانس گازهای زیاد همراه با جهش روغن ایجاد شده که فشار حاصله در رله بوخهلتس باعث عملکرد رله و تریپ ترانس می شود

رله تانک پروتکشن

برای حفاظت ترانس در مقابل اتصالی با بدنه از آن استفاده می شو

رله جریان زمین

رله اي است که مانند رله جریان زیاد عمل می کند و اتصالیهای فاز به زمین را تشخیص داده و عمل می کند

رله جریان زیاد

وقتی که جریان ورودی رله از ستینگ آن بالاتر رود این دستگاه بدون تاخیر فرمان لازم را صادر می کند

رله جهتی

از جنس رله های توانی می باشند که بر اساس زاویه بین بردارهای ولتاژ وجریان عمل می کند.مانند رله جریان توان که برای جلوگیری کردن از موتوری شدن ژنراتور به کار می رو

رله حفاظتی

دستگاهی که به طور خودکار جهت تشخیص خطا در شبکه، حس کردن خطا،نشان دادن خطا وفرمان جدا کردن بخش معیوب بکار می رود

رله دیستانس

از لحاظ هر پست هر نقطه از شبکه دارای یک امپدلنس می باشد.که با به وجود آمدن خطا جای این نقاط در صفحه جابجا می شود باشناسایی جابجایی این نقاط می توان به خطا پی برد وآن را شناسایی کرد.این رله معمولا دارای سه ناحیه عملکرد می باشدو بر روي خطوط انتقال نصب ميگردد و نقطه اتصالي بوجود آمده بر روي خط را مشخص مي نمايد

 

 

 

 

 

رله دیفرانسیل

با نمونه برداری از جریانهای دو طرف ناحیه حفاظت شده و مقایسه آن با یک مقدار مشخص شده می تواند خطا را شناسایی و فرمان لازم را صادر کند

رله ريکلوزر

اين رله بر روي خطوط نصب ميگردد تا درهنگام قطع در صورتي که علت قطع گذرا و لحظه اي بوده بعد از مدت زمان تعريف شده روي آن فرمان وصل را به صورت اتوماتيک صادرنمايد

رله فشار شکن

در صورتيکه فشارروغن يا گاز از حد تعريف شده بيشتر شود اين رله باعث تخليه اضافه فشار مي شود

رله های توانی

این رله ها بر اساس توان عمل می کنند به عنوان مثال رله هایی که جهت توان را اندازه گیری می کنندیا رله هایی که توان اکتیو و راکتیو را اندازه گیری می کند

رله کمبود ولتاژ

 

 

نظر ها
جستجو
تنها کاربران عضو شده می توانند نظر ارسال کنند!

 

نماد اعتماد الکترونیک

مباحث جدید سمپوزیم مجازی IUE

تعاملات حیطه مهندسی

تعاملات دپارتمان مهندسي مكانيك

حامی رخدادهای مهندسی

دپارتمان مهندسي مكانيك حامي رخدادهای مهندسی