راهكاری جديد براي توليد برق از انرژی خورشيدی

 مقدمه  :

     اساساً اگر بخواهید انرژیهای تجدید‌پذیر از كاربرد وسیعی برخوردار شوند   باید كه تكنولوژی‌های ارایه شده ساده و قابل اعتماد بوده و برای كشورهای كمتر  توسعه یافته نیز مشكلات فنی به همراه نداشته باشد و بتوان از منابع محدود مواد  خام   آنها نیز استفاده كرد. در مرحله بعدی نیز باید به آب زیاد نیاز نداشته باشد.
در همینجا باید گفت كه تكنولوژی دودكش دارای این شرایط  است. بررسیهای اقتصادی نشان داده است كه اگر این نیروگاهها در مقیاس بزرگ  (بزرگتر یا مساوی ۱۰۰ مگاوات) ساخته شوند، قیمت برق تولیدی آنها قابل مقایسه با برق نیروگاههای متداول است. این موضوع كافی است كه بتوان انرژی خورشیدی را در مقیاسهای بزرگ نیز به خدمت گرفت.
بر این اساس می‌توان انتظار داشت كه دودكشهای خورشیدی بتوانند در زمینه تولید برق برای مناطق پرآفتاب نقش مهمی را ایفا كنند.

بايد توجه داشت كه تكنولوژي دودكش خورشيدي در واقع از سه عنصر اصلي تشكيل شده است كه اولي جمع‌‌كننده هوا و عنصر بعدي برج يا همان دودكش و قسمت آخر نيز توربينهاي باد آن است و همه عناصر آن براي قرنها است كه بصورت شناخته شده درآمده‌اند و تركيب آنها نيز براي توليد برق در سال 1931 توسط گونتر مورد بحث قرار گرفته است.

تاریخچه :

در سال 84-1983 نيز نتايج آزمايشات و بحثهاي نمونه‌اي از دودكش خورشيدي كه در منطقه مانزانارس در كشور اسپانيا ساخته شده بود، ارايه شد. در سال 1990 شلايش و همكاران در مورد قابل تعميم بودن نتايج بدست آمده از اين نمونه دودكش بحثي را ارايه كردند. در سال 1995 شلايش مجدداً اين بحث را مورد بازبيني قرار داد. در ادامه در سال 1997 كريتز طرحي را براي قرار دادن كيسه‌هاي پر از آب در زير سقف جمع‌آوري كننده حرارت ارايه كرد تا از اين طريق انرژي حرارتي ذخيره‌سازي شود. گانون و همكاران در سال 2000 يك تجزيه و تحليل براي سيكل ترموديناميكي ارايه كردند و بعلاوه در سال 2003 نيز مشخصات توربين را مورد تجزيه و تحليل قرار دادند. در همين سال روپريت و همكاران نتايج حاصل از محاسبات ديناميك سيالاتي و نيز طراحي توربين براي يك دوربين خورشيدي 200 مگاواتي را منتشر ساختند. در سال 2003 دوز سانتوز و همكاران تحليلهاي حرارتي و فني حاصل از محاسبات حل شده به كمك كامپيوتر را ارايه كردند.
در حال حاضر در استراليا طرح نيروگاه دودكش خورشيدي با ظرفيت 200 مگاوات در مرحله طراحي و اجرا است http://www.enviromission. Com.au. بايد گفت كه استراليا مكان مناسبي براي اين فناوري است چون شدت تابش خورشيد در اين كشور زياد است. در ثاني زمينهاي صاف و بدون پستي و بلندي در آن زياد است و ديگر اينكه تقاضا براي برق از رشد بالايي برخوردار است ونهايتاً اينكه دولت اين كشور خود را به افزايش استفاده از انرژيهاي تجديد‌پذير ملزم كرده است و از اين رو به 9500 گيگاوات ساعت برق در سال از منابع تجديد پذير جديد نياز دارد.

اصول كار:

هوا در زير يك سقف شفاف كه تشعشع خورشيدي را عبور مي‌دهد، گرم مي‌شود. بايد توجه داشت كه وجود اين سقف و زمين زير آن بعنوان يك كلكتور يا جمع‌كننده خورشيدي عمل مي‌كند. در وسط اين سقف شفاف يك دودكش يا برج عمودي وجود دارد كه هواي زيادي از پايين آن وارد مي‌شود. بايد محل اتصال سقف شفاف و اين برج بصورتي باشد كه منفذي نداشته باشد و اصطلاحاً «هوا بند» شده باشد. بر همگان روشن است كه هواي گرم چون سبكتر از هواي سرد است به سمت بالاي برج حركت مي‌كند. اين حركت باعث ايجاد مكش در پايين برج مي‌شود تا هواي گرم بيشتري را به درون بكشد و هواي سرد پيراموني به زير سقف شفاف وارد شود. براي اينكه بتوان اين فناوري را بصورت 24 ساعته مورد استفاده قرارداد مي‌توان از لوله‌ها يا كيسه‌هاي پرشده از آب در زير سقف استفاده كرد. اين موضوع بسيار ساده انجام مي‌شود يعني در طول روز آب حرارت را جذب كرده وگرم مي‌شود و در طول شب اين حرارت را آزاد مي‌كند. قابل ذكر است كه بايد اين لوله‌ها را فقط براي يكبار با آب پر كرده و به آب اضافي نيازي نيست. بنابراين اساس كار بدين صورت است كه تشعشع خورشيدي در اين برج باعث ايجاد يك مكش به سمت بالا مي‌شود كه انرژي حاصل از اين مكش توسط چند مرحله توربين تعبيه شده در برج به انرژي مكانيكي تبديل و سپس به برق تبديل مي‌شود.

توان خروجي:
به زبان ساده مي‌توان توان خروجي برجهاي خورشيدي را بصورت حاصل‌ضرب انرژي خورشيدي ورودي (Qsolar) در راندمان مربوط به جمع‌‌كننده، برج و توربين بيان كرد:
در ادامه سعي مي‌شود پارامترهاي قابل محاسبه مشخص شوند ودر اين راستا بايد گفت كه Qsolar را مي‌توان بصورت حاصلضرب تشعشع افقي (Gh) درمساحت كلكتور (Acoll) نوشت.
در داخل برج جريان گرمايي ناشي از كلكتور به انرژي سينتيك (بصورت كنوكسيون) و انرژي پتانسيل (افت فشار در توربين) تبديل مي‌شود. بنابراين متوجه مي‌شويم كه اختلاف دانسيته هوا كه ناشي از افزايش دما در كلكتور است، بعنوان يك نيروي محركه عمل مي‌كند. هواي سبكتر موجود در برج در قسمت تحتاني و در قسمت فوقاني برج به هواي اطراف متصل است و از اين رو باعث ايجاد يك حركت روبه بالا مي‌شود. در يك چنين حالتي يك اختلاف فشار بين قسمت پايين برج (خروجي كلكتور) و محيط اطراف ايجاد مي‌شود كه فرمول آن بصورت زير است:
بر اين اساس با افزايش ارتفاع برج، ΔPtot افزايش خواهد يافت.
البته اين اختلاف فشار را مي‌توان (با فرض قابل صرفنظر كردن اتلافهاي اصطكاكي) به اختلاف استاتيك و ديناميك تقسيم كرد:
قابل ذكر است كه اختلاف فشار استاتيك در توربين افت مي‌كند و اختلاف فشار ديناميك بيانگر انرژي سينتيك جريان هوا است.
مي‌توان بين توان موجود دراين جريان و اختلاف فشار كل و جريان حجمي هوا وقتي كه ΔPs=0، رابطه‌اي نوشت:
راندمان برج را بصورت زير بيان مي‌كنند:
در عمل افت فشار استاتيك وديناميك ناشي از توربين است. در حالتي كه توربين وجود نداشته باشد مي‌توان به حداكثر سرعت جريان دست يافت و تمام اختلاف فشار موجود به انرژي سينتيك تبديل مي‌شود:
بر اساس تخمين Boussinesq حداكثر سرعت قابل دسترسي براي جريان جابجايي آزاد بصورت زير است:
كه دراين فرمول ΔT همان افزايش دما بين محيط و خروجي كلكتور (ورودي دودكش) است. معادل زير بيانگر راندمان برج و پارامترهاي موثر در آن است:
بر اساس اين نمايش ساده شده در بين پارامترهاي دخيل در دودكش خورشيدي، مهمترين عامل در راندمان برج، ارتفاع آن است. مثلاً براي برجي به ارتفاع 1000 متر اختلاف بين محاسبات دقيق و محاسبه تقريبي ارايه شده، قابل صرفنظر كردن است.
با دقت در معادلات (1)، (2) و (3) مي‌توان دريافت كه توان خروجي يك دودكش خورشيدي متناسب باسطح كلكتور و ارتفاع برج است.
مشخص شد كه توان توليد برق يك دودكش خورشيدي متناسب با حجم حاصل از ارتفاع برج و سطح كلكتور است يعني مي‌توان با يك برج بلند و سطح كم و يا يك برج كوتاه با سطح وسيع به يك ميزان برق توليد كرد. البته اگر اتلاف اصطكاكي وارد معادلات شود ديگر موضوع فوق صادق نيست. با اين وجود تا زماني كه قطر كلكتور بيش از حد زياد نشود مي‌توان از قاعده سرانگشتي فوق استفاده كرد.

كلكتور (جمع کننده ) :
هواي گرم مورد نياز براي دودكش خورشيدي توسط پديده گلخانه‌اي در يك محوطه‌اي كه با پلاستيك يا شيشه پوشانده شده و حدوداً چند متري از زمين فاصله دارد، ايجاد مي‌شود. البته با نزديك شدن به پايه برج، ارتفاع ناحيه پوشانده شده نيز افزايش مي‌يابد تا تغيير مسير حركت جريان هوا بصورت عمودي با كمترين اصطكاك انجام پذيرد. اين پوشش باعث مي‌شود كه امواج تشعشع خورشيد وارد شده و تشعشعهاي با طول موج بالا مجدداً از زمين گرم بازتاب كند. زمين زير اين سقف شيشه‌اي يا پلاستيكي، گرم شده و حرارت خود را به هوايي كه از بيرون وارد اين ناحيه شده است و به سمت برج حركت مي‌كند، پس مي‌دهد.

ذخيره‌سازي:
اگر به يك ظرفيت اضافي براي ذخيره‌سازي حرارت نياز باشد، مي‌توان از لوله‌هاي سياه رنگ كه با آب پر شده‌اند و بر روي زمين در داخل كلكتور قرار داده شده‌‌اند، بهره جست. اين لوله‌ها را بايد فقط يكبار با آب پر كرده و دو طرف آنها را بست و بنابراين تبخير نيز رخ نخواهد داد. حجم آب درون لوله‌ها بنحوي انتخاب مي‌شود كه بسته به توان خروجي نيروگاه لايه‌اي با ضخامت 20-5 سانتيمتري تشكيل شود.
در شب زماني‌كه هواي داخل كلكتور شروع به سرد شدن مي‌كند، آب داخل لوله‌ها نيز حرارت ذخيره شده در طول روز را آزاد مي‌كند. ذخيره حرارت به كمك آب بسيار موثرتر از ذخيره در خاك به تنهايي است چون همانطور كه مي‌دانيد انتقال حرارت بين لوله و آب بسيار بيشتر از انتقال حرارت بين سطح خاك و لايه‌هاي زيرين است و اين از آن بابت است كه ظرفيت حرارتي آب پنج برابر ظرفيت حرارتي خاك است.

برج:
برج به خودي خودنقش موتور حرارتي نيروگاه را بازي مي‌كند و همانند يك لوله تحت فشار است كه به دليل دارا بودن نسبت مناسب سطح به حجم از اتلاف اصطكاكي كمي برخوردار است. در اين برج سرعت مكش به سمت بالاي هوا تقريباً متناسب با افزايش دماي هوا (ΔT) در كلكتور و ارتفاع برج است. در يك دودكش خورشيدي چند مگاواتي، كلكتور باعث مي‌شود كه دماي هوا بين 35-30 درجه سانتيگراد افزايش يابد و اين به معني سرعتي معادل m/sec15 است كه باعث حركت شتابدار هوا نخواهد شد و بنابراين براي انجام عمليات تعمير و نگهداري مي‌توان براحتي وارد آن شد و ريسك سرعت بالاي هوا وجود ندارد.

توربین ها :

با بكارگيري توربينها، انرژي موجود در جريان هوا به انرژي مكانيكي دوراني تبديل مي‌شود. توربينهاي موجود در دودكش خورشيدي شبيه توربينهاي بادي نيستند و بيشتر شبيه توربينهاي نيروگاههاي برقابي هستند كه با استفاده از توربينهاي محفظه‌دار، فشار استاتيك را به انرژي دوراني تبديل مي‌كنند. سرعت هوا در قبل و بعد از توربين تقريباً يكسان است.. توان قابل حصول در اين سيستم متناسب با حاصلضرب جريان حجم هوا در واحد زمان و اختلاف فشار در توربين است. از نقطه نظر بهره‌وري بيشتر از انرژي، هدف سيستم كنترل توربين بحداكثر رساندن اين حاصلضرب در تمام شرايط عملياتي است.

مدل آزمايشي:
براي ساخت يك مدل ازمايشي، تحقيقات تئوريك مفصلي انجام شده كه آزمايشات تونل باد وسيعي را بهمراه داشت و نهايتاً در سال 1981 منجر به ساخت واحدي با توان توليد 50 كيلووات برق در منطقه مانزانارس (Manzanares) در 150 كيلومتري جنوب مادريد در كشور اسپانيا شد و اين واحد از كمك مالي وزارت تحقيق و فناوري آلمان برخوردار بود.
هدف از اين طرح تحقيقاتي، تطبيق، اندازه‌گيري محلي، مقايسه پارامترهاي تئوريك و عملي و بررسي تاثير اجزاء مختلف دودكش خورشيدي بر راندمان و نيز توان توليدي اين فناوري تحت شرايط واقعي و نيز شرايط خاص آب و هوايي بود.
پوشش سقف قسمت كلكتور نه تنها بايد شفاف يا حداقل نيمه شفاف باشد بلكه بايد محكم بوده و از قيمت قابل قبولي برخوردار باشد. براي اين پوشش نوعي از ورقه‌هاي پلاستيكي و نيز شيشه‌ مورد توجه قرار گرفتند تا مشخص شود در درازمدت كداميك از آنها بهتر بوده و صرفه اقتصادي دارد. بايد توجه داشت كه شيشه مي‌تواند ساليان سال در مقابل طوفان و باد مقاومت كرده وآسيب نبيند و در مقابل بارانهاي فصلي نيز نوعي خاصيت خود تميز كنندگي بروز مي‌دهد.
در عوض لايه‌هاي پلاستيكي را بايد درون يك قاب قرار داد و وسط آنها نيز اصطلاحاً به سمت زمين شكم مي‌دهد. هرچند هزينه اوليه سرمايه‌گذاري ورقه‌هاي پلاستيكي كمتر است ولي در مانزانارس با گذشت زمان اين لايه‌ها شكننده شدند و آسيب ديدند. البته با پيشرفت در ساخت لايه‌هاي مقاوم در برابر دما و اشعه ماوراء بنفش مي‌توان به استفاده از پلاستيكها نيز اميداور بود.
مدل ساخته شده در اسپانيا در سال 1982 تكميل گشت و هدف اصلي از ساخت آن نيز گردآوري اطلاعات بود. بين اواسط 1986 تا اوايل 1989 اين واحد بطور مرتب هر روز مورد استفاده قرار گرفت و برق توليدي آن نيز به شبكه برق سراسري متصل شد. طي اين دوره 32 ماهه اين واحد بصورت كاملاً اتوماتيك راهبري شد. در سال 1987 در اين منطقه حدود 3067 ساعت با شدت تابش w/m2 150 وجود داشته است.
يكي از مطالب قابل توجه در راهبري اين مدل آزمايشي آن بود كه اسپانيايي‌ها در زير قسمت كلكتور اقدام به كشاورزي كردند تا اين امكان را نيز در طرح خود مورد بررسي قرار دهند و اصطلاحاً از زمين بصورت بهينه استفاده كنند. نتيجه اين قسمت از تحقيق آن بود كه توانستند گياه مورد نظر خود را پرورش دهند و تاثير آن را بر رطوبت هواي زير سقف و ديگر پارامترهاي مربوطه مورد ارزيابي قرار دهند.
تمامي نتايج بدست آمده بيانگر آن بوده است كه اين فناوري از قابليت كافي جهت استفاده در مقياسهاي بزرگتر را دارا است. بر پايه اين نتايج يك سري تحقيقات توسط موسسات و دانشگاههاي مختلف انجام شد تا وضعيت آن را شبيه سازي و مدلسازي كند تا بتوان نتايج اين سيستم در مقياس بزرگتر را پيشگويي كرده و قابل بررسي كرد.

تحولات آينده:
همانطور كه در ابتداي مقاله اشاره شد در آينده نزديك قرار است يك نيروگاه دودكش خورشيدي با ظرفيت 200 مگاوات در استراليا ساخته شود كه ارتفاع برج آن 1000 متر خواهد بود. بر اساس اطلاعات بدست آمده كشور آفريقاي جنوبي نيز در نظر دارد با كمك سازمانهاي بين‌المللي و نيز نهادهاي سازمان ملل متحد يك نيروگاه با برجي به ارتفاع 1500 متر احداث كند تا از آن براي رفع كمبود برق خود استفاده كند. در اين ارتباط بايد متذكر شد كه دولت هند نيز براي اجراي اين طرح در ايالت گجرات اعلام آمادگي كرده است.
هر چند در ابتدا ساخت برجهاي مرتفع كاري سخت بنظر مي‌رسد ولي نبايد از نظر دور ساخت كه برج مرتفع شهر تورنتو كانادا در حال حاضر داراي 600 متر ارتفاع است و ژاپنيها در نظر دارند آسمانخراشهايي با ارتفاع 2000 متر در مناطقي بسازند كه امكان زمين لرزه آنها نيز زياد است و نهايتاً آنكه ساخت برج ميلاد در كشورمان ايران نيز تاييدي بر اين مدعاست كه امروزه ساخت يك چنين سازه‌هايي دور از دسترسي نيست و ضمناً ما در ساخت سازه‌ سدهاي آبي نشان داده‌ايم كه براحتي مي‌توانيم سازه‌هاي عظيم بتني را برپا سازيم.
جهت اطلاع بيشتر در جدول 2 اندازه‌هاي مختلف فناوري دودكش خورشيدي براي ظرفيتهاي مختلف توليد برق ذكر شده است.
نبايد از نظر دور داشت كه با افزايش قيمت سوختهاي فسيلي معادلات به نفع فناوريهاي مرتبط با انرژيهاي تجديد‌پذير تغيير خواهد كرد. در ثاني در كشورهايي كه دستمزد نيروي كار پايين است، هزينه توليد برق با اين روش كاهش خواهد يافت چون تقريباً نيمي از هزينه ساخت يك چنين نيروگاهي مربوط به هزينه ساخت كلكتور مي‌شود كه با كارگران ارزان و نسبتاً غيرماهر مي‌توان براحتي آن را ساخت.

نتيجه‌گيري:
با توجه به اجرايي شدن معاهده زيست‌محيطي كيوتو پس از پيوستن روسيه و عضويت ايران در اين معاهده، بنظر مي‌رسد كه بايد به دنبال راههايي جهت كاستن از ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي بود.
يكي از بهترين روشها جهت حصول به اين هدف، استفاده از انرژيهاي تجديد‌پذير است و در اين راستا براي كشورهاي در حال توسعه ميتوان فناوري «دودكش خورشيدي» را معرفي كرد. اين معرفي از آن جهت است كه قسمت عمده كار با نيروي نسبتاً غيرماهر قابل انجام است و اين سيستم قادر است بدون نياز به تعمير و نگهداري خاص براي مدت مديدي برق توليد كند و مناسب براي كشورهايي است كه ميزان تابش خورشيد در آنها زياد است. بعلاوه نبايد رشد بالاي تقاضا براي برق در كشوري مانند ايران را نيز از ياد برد.
در ضمن مي‌توان اينگونه طرحها را با استفاده از اعتبارات تعيين شده در معاهده كيوتو كه اصطلاحاً CDM
(Clean Development Mechanism)
خوانده مي‌شوند و حتي اعتبارات ديگر سازمانهاي بين‌المللي پيگيري كرد چون بسياري از سازمانها و كشورها حاضرند جهت استفاده از نتايج و نيز توسعه اينگونه فناوريها،‌كمكهايي را به كشورهاي داوطلب اعطا كنند.-.

مقاومت
Resistor

مقاومت قطعه اي است كه از جنس كربن ساخته مي شود و بمنظور كم نمودن ولتاژ و جريان مورد استفاده قرار مي گيرد . واحد مقاومت اُهم ( Ω ) است
هر هزار اهم برابر با يك كيلو اُهم و هر ميليون اُهم برابر با يك مگا اُهم است
محاسبه مقدار اُهمي يك مقاومت در مقاومتهاي با وات پائين معمولاً مقدار اُهمي مقاومت بصورت كدهاي رنگي و بر روي بدنه ان چاپ مي شود ولي در مقاومتهاي با وات بالا تر مثلاً ۲ وات يا بيشتر ، مقدار اُهمي مقاومت بصورت عدد بر روي آن نوشته مي شود .

محاسبه مقدار اُهم مقاومت هاي رنگي بر اساس جدول رمز مقاومتها و بسيار ساده انجام مي شود بر روي بدنه مقاومت معمولاً ۴ رنگ وجود دارد . براي محاسبه از نوار رنگي نزديك به كناره شروع مي كنيم و ابتدا شماره دو رنگ اول را نوشته و سپس به ميزان عدد رنگ سوم در مقابل دو عدد قبلي صفر قرار مي دهيم . اينك مقدار مقاومت بر حسب اُهم بدست مي آيد
شماره رنگ اول و دوم را مي نويسيم و سپس به تعداد عدد رنگ سوم در مقابل دو رقم قبلي صفر قرار مي دهيم .

درصد خطاي يك مقاومت
رنگ چهارم درصد خطاي مقاومت ( تلرانس ) را نشان مي دهد رنگ چهارم طلائي خطاي مثبت و منفي ۵ درصد است . يعني مقدار اين مقاومت ۵ درصد بيشتر يا ۵ درصد كمتر است . در زير ميزان خطا براي رنگ هاي قهوه اي ، قرمز ، طلائي و نقره اي نشان داده شده است
قهوه اي ±۱% قرمز ±۲% طلائي ±۵%

نقره اي ±۱۰%
۲۷۰۰R means 2.7K Ω
۵۶۰R means 560 Ω
۲K7 means 2.7 kΩ = ۲۷۰۰Ω
۳۹K means 39 kΩ
۱M0 means 1.0 MΩ = ۱۰۰۰ kΩ
مقاومت هاي وات بالا

جنس اين مقاومت ها معمولاً از كرم نيكل است و معمولاً داراي يك روكش گچي يا آجري مي باشند و به همين دليل به مقاومتهاي گچي يا آجري نيز معروف هستند . ظرفيت اُهمي و توان اين مقاومتها بصورت عدد بر روي آنها چاپ مي شود

مقاومتهای خودکار
تر ميسترهادر مدارات برای ممانعت ازآسيب رساندن فشار جريانی كه در ابتدای روشن نمودن آنها در مدار جريان پيدا ميكند بكار برده ميشود. با قرار دادن اين قطعه در ابتدای ورودجريان باعث می شود تا جريانی كه در ابتدای بكار انداختن مدار با فشار وارد ميشود مواجه با تر ميستر شده ومتوقف شود.تر ميستر در مقابل جريان وارده كم كم گرم شده وجريان را تد ريجا وارد مدار ميكند تاآنكه مقاومت خودش براثر گرما كم شده عبور جريان را بحالت عادی در می آورد.

تر ميستر در مدارات راديو وتلويزيون استفاده ميشود.البته موارد استفاده فراوانی دارد. كه شما ميتوانيد در مدارات طراحی شده خود تان هم از اين قطعه بكار ببريد وبه مدار خود امكان جديدی را بيافزايد.
البته چگونگی استفاده از اين قطعه بستگی به نياز مدار شما دارد
LDR مقاومت تابع نور

LD R مقاومت تابع نوريا همان ديود تابع نور در تاريکي، مقدار مقاومت الکتريکي اين قطعه بسيار زياد است يعني اجازه ي عبور جريان الکتريکي را از خود نمي دهد. ولي با تابيدن نور بر سطح آن، مقاومت آن کاهش مي يابد و هر چه نور شديدتر باشد، رسانا تر مي شود.
مقاومتهاي توان کم داراي ابعاد کوچک هستند، به همين دليل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسيله نوارهاي رنگي مشخص مي‌کنند که خود اين روش به دو شکل صورت مي‌گيرد:
روش چهار نواري

۱٫ روش پنج نواري
روش اول براي مقاومتهاي با تولرانس ۲% به بالا استفاده مي‌شود و روش دوم براي مقاومتهاي دقيق و خيلي دقيق تولرانس کمتر از ۲%) استفاده مي‌شود. در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم. به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند:

دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم. و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم. سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است. عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.

ساخت هر مقاومت با خطا همراه است. یعنی ممکن است ۵% یا ۱۰% یا ۲۰%خطا داشته باشیم . اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس ۵ % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای ۱۰% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را ۲۰ %در نظر می‌گیریم.
به مثال زیر توجه نمایید:

از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم. رنگ زرد معادل عدد ۴ ، رنگ بنفش معادل عدد ۷ ، رنگ قرمز معادل عدد ۲ ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪۵ می‌باشد. پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی ۴۷۰۰ اهم ، یا ۴٫۷ کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد۴۷۰۰ را ضربدر ۵ و تقسیم بر ۱۰۰ می‌کنیم، که بدست می‌آید: ۲۳۵

۴۹۳۵ = ۲۳۵ + ۴۷۰۰
۴۴۶۵ = ۲۳۵ – ۴۷۰۰

مقدار واقعی مقاومت چیزی بین ۴۴۶۵ اهم تا ۴۹۳۵ اهم می‌باشد. _
تعاريف ديگر
مقاومت الکتریکی
عبور جریان الکتریکی از هادی ها از بسیاری جهات شبیه عبور گاز از یک لوله است . اگر این لوله پر از پشم فلزی یا ماده مختلتی باشد ، این شباهت ها بیشتر می شود . اتم های نشکیل دهنده سیم هادی از عبور الکترون ها جلوگیری می کنند ، همانطور که الیاف پشم فلزی مانع عبور مولکولهای گاز می شوند . حال می خواهیم ببینیم که مقاومت هادی ها به غیر از جنس فلز به چه عواملی دیگری بستگی دارد .

تاثیر سطح مقطع بر مقاومت الکتریکی
مقاومت هر جسمی به الکترونهای آزاد آن بستگی دارد . می دانید که واحد شدت الکتریکی آمپر ( A ) است . یک آمپر یعنی این که ۶/۲۸ضرب در ۱۰ به توان ۱۸ الکترون آزاد در هر ثانیه از هر نقطه سیم عبور می کند . پس یک هادی خوب باید به مقدار کافی الکترون آزاد داشته باشد تا جریان الکتریکی با چندین آمپر بتواند از آن عبور کند .
بنا بر این طبق شکل هرگاه پهنای فلز افزایش یابد ، در حقیقت سطح مقطع زیادتر و در نتیجه ، مقاومت کم تر می شود . پس سطح مقطع عکس مقاومت عمل می کند

تاثیر طول هادی بر مقاونت الکتریکی :
شاید تصور کنیئ که با افزایش طول هادی عبور جریان راحت تر می شود ولی چنین نیست . اگر چه در یک قطعه مسیبلند تر تعداد بیشتری الکنرون آزاد وجود دارد ولی الکترونهای آزاد اضافی در طول سیم ، در اندازه گیری جریان الکتریکیداخل نمی شود . در واقع هر طول معین از هادی ، مقدار معینی مقاومت دارد و هر چه سیم طویل تر باشد ، مقاومت بیتر می شود .

تغییرات مقاومت به طول سیم
نکته : تغییر طول و سطح مقطع به میزان دو برابر مقاومت را تغییر نمی دهد .
اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار

مدارهای الکتریکی به دو نوع بسته می شوند : سری یا موازی
اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدارسری :
در مدار سری همانگونه که از نامش پیدا است مقاومت ها به دنبال هم بسته شده اند پس باید تمامی مقدار آنها را با هم جمع کرد

اندازه گیری مقاومت الکتریکی در مدار موازی :
در مدار موازی باید حاصل ضرب تمام مقاومت ها را تقسیم بر مجموع مقاومت ها کرد .
کاربرد مقاومت های الکتریکی
مقاومت های اهمی برای اضافه کردن مقاومت مدارهای الکتریکی به کار می روند . در حقیقت آنها اجسامی هستند که در مقابل عبور جریان مقاومت زیادی از خود نشان می دهند . موادی که غالباٌ در مقاومت ها به کار می روند عبارتند از کربن ،

آلیاژ مخصوص از فلزاتی از قبیل نیکروم کنستانتان و منگانان . مقاومت اهمی را طوری به مدار می بندیم که جریان همان طور که از بار الکتریکی و منبع ولتاژ عبور می کند ، از آن هم بگذرد . در این صورت مقاومت کل مدار مجموع مقاومت های بار الکتریکی ، منبع ولتاژ ، سیم های رابط و مقاومت اهمی است . توجه داشته باشید که فقط با اضافه کردن یک مقاومت اهمی مناسب به مدار می توان مقاومت کل مدار را به اندازه ی دلخواه تغییر داد .

انواع مقامت ها
۱- مقاومت های ترکیبی
۲- مقاومت های سیم پیچی
۳- مقاومت های لایه ای

خازن
خازن چیست و کاركرد آن چگونه است؟
خازن ها انرژي الكتريكي را نگهداري مي كنند و به همراه مقاومت ها ، در مدارات تايمينگ استفاده مي شوند . همچنين از خازن ها براي صاف كردن سطح تغييرات ولتاژ مستقيم استفاده مي شود . از خازن ها در مدارات بعنوان فيلتر هم استفاده مي شود . زيرا خازن ها به راحتي سيگنالهاي غير مستقيم AC را عبور مي دهند ولي مانع عبور سيگنالهاي مستقيم DC مي شوند

ظرفيت :
ظرفيت معياري براي اندازه گيري توانائي نگهداري انرژي الكتريكي است . ظرفيت زياد بدين معني است كه خازن قادر به نگهداري انرژي الكتريكي بيشتري است . واحد اندازه گيري ظرفيت فاراد است . ۱ فاراد واحد بزرگي است و مشخص كننده ظرفيت بالا مي باشد . بنابراين استفاده از واحدهاي كوچكتر نيز در خازنها مرسوم است . ميكروفاراد µF ، نانوفاراد nF و پيكوفاراد pF واحدهاي كوچكتر فاراد هستند .

µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF
انواع مختلفي از خازن ها وجود دارند كه ميتوان از دو نوع اصلي آنها ، با پلاريته ( قطب دار ) و بدون پلاريته ( بدون قطب ) نام برد .

خازنهاي قطب دار :
الف – خازن هاي الكتروليت
در خازنهاي الكتروليت قطب مثبت و منفي بر روي بدنه آنها مشخص شده و بر اساس قطب ها در مدارات مورد استفاده قرار مي گيرند . دو نوع طراحي براي شكل اين خازن ها وجود دارد . يكي شكل اَكسيل كه در اين نوع پايه هاي يكي در طرف راست و ديگري در طرف چپ قرار دارد و ديگري راديال كه در اين نوع هر دو پايه خازن در يك طرف آن قرار دارد . در شكل نمونه اي از خازن اكسيل و راديال نشان داده شده است .

در خازن هاي الكتروليت ظرفيت آنها بصورت يك عدد بر روي بدنه شان نوشته شده است . همچنين ولتاژ تحمل خازن ها نيز بر روي بدنه آنها نوشته شده و هنگام انتخاب يك خازن بايد اين ولتاژ مد نظر قرار گيرد . اين خازن ها آسيبي نمي بينند مگر اينكه با هويه داغ شوند

.
ب – خازن هاي تانتاليوم
خازن هاي تانتاليم هم از نوع قطب دار هستند و مانند خازنهاي الكتروليت معمولاً ولتاژ كمي دارند . اين خازن ها معمولاً در سايز هاي كوچك و البته گران تهيه مي شوند و بنابراين يك ظرفيت بالا را در سايزي كوچك را ارائه مي دهند .

در خازنهاي تانتاليوم جديد ، ولتاژ و ظرفيت بر روي بدنه آنها نوشته شده ولي در انواع قديمي از يك نوار رنگي استفاده مي شود كه مثلا دو خط دارد ( براي دو رقم ) و يك نقطه رنگي براي تعداد صفرها وجود دارد كه ظرفيت بر حست ميكروفاراد را مشخص مي كنند . براي دو رقم اول كدهاي استاندارد رنگي استفاده مي شود ولي براي تعداد صفرها و محل رنگي ، رنگ خاكستري به معني × ۰٫۰۱ و رنگ سفيد به معني × ۰٫۱ است . نوار رنگي سوم نزديك به انتها ، ولتاژ را مشخص مي كند بطوري كه اگر اين خط زرد باشد ۳/۶ ولت ، مشكي ۱۰ و

لت ، سبز ۱۶ ولت ، آبي ۲۰ ولت ، خاكستري ۲۵ ولت و سفيد ۳۰ ولت را نشان مي دهد .
براي مثال رنگهاي آبي – خاكستري و نقطه سياه به معني ۶۸ ميكروفاراد است .
آبي – خاكستري و نقطه سفيد به معني ۸/۶ ميكروفاراد است .
خازنهاي بدون قطب :

خازن هاي بدون قطب معمولا خازنهاي با ظرفيت كم هستند و ميتوان آنها را از هر طرف در مدارات مورد استفاده قرار داد . اين خازنها در برابر گرما تحمل بيشتري دارند و در ولتاژهاي بالاتر مثلا ۵۰ ولت ، ۲۵۰ ولت و … عرضه مي شوند .

پيدا كردن ظرفيت اين خازنها كمي مشكل است چون انواع زيادي از اين نوع خازنها وجود دارد و سيستم هاي كد گذاري مختلفي براي آنها وجود دارد . در بسياري از خازن ها با ظرفيت كم ، ظرفيت بر روي خازن نوشته شده ولي هيچ واحد يا مضربي براي آن چاپ نشده و براي دانستن واحد بايد به دانش خودتان رجوع كنيد .

براي مثال بر ۱/۰ به معني ۰٫۱µF يا ۱۰۰ نانوفاراد است . گاهي اوقات بر روي اين خازنها چنين نوشته مي شود ( ۴n7 ) به معني ۷/۴ نانوفاراد . در خازن هاي كوچك چنانچه نوشتن بر روي آنها مشكل باشد از شماره هاي كد دار بر روي خازن ها استفاده مي شود . در اين موارد عدد اول و دوم را نوشته و سپس به تعداد عدد سوم در مقابل آن صفر قرار دهيد تا ظرفيت بر حسب پيكوفاراد بدست ايد . بطور مثال اگر بر روي خازني عدد ۱۰۲ چاپ شده باشد ، ظرفيت برابر خواهد بود با ۱۰۰۰ پيكوفاراد يا ۱ نانوفاراد .
کد رنگی خازن ها :
در خازن هاي پليستر براي سالهاي زيادي از كدهاي رنگي بر روي بدنه آنها استفاده مي شد . در اين كد ها سه رنگ اول ظرفيت را نشان مي دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان مي دهد .
براي مثال قهوه اي – مشكي – نارنجي به معني ۱۰۰۰۰ پيكوفاراد يا ۱۰ نانوفاراد است .
خازن هاي پليستر امروزه به وفور در مدارات الكترونيك مورد استفاده قرار مي گيرند . اين خازنها در برابر حرارت زياد معيوب مي شوند و بنابراين هنگام لحيمكاري بايد به اين نكته توجه داشت .

تعاريف ديگر
همانطور كه ميدانيد خازن در حالت كلي از دو صفحه يا plate هادي جريان الكتريسيته
تشكيل شده كه عايقي تحت عنوان دي الكتريك بين دو صفحه قرار گرفته كه ميتونه هوا هم باشه.
ظرفيت خازن بستگي داره به مساحت صفحات روبرو هم٬ فاصله ۲ صفحه و جنس دي
الكتريك.

معمولا براي صحبت از ظرفيت خازنها از واحد ميكرو فاراد يا -۶^۱۰ فاراد استفاده ميشود.
زيرا ۱ فاراد آنقدر ظرفيت بزرگي است كه در اكثر مواقع كاربرد ندارد.

اينهم نماي شماتيكي از خازن

اين شكل ميتونه در فهم بهتر ظرفيت كمك كنه. در اين دياگرام شما ۲ منبع آب (بجاي خازن)
مشاهده ميكنيد كه اندازه شان متفاوت است. واضح است كه با اينكه ارتفاع آب ورودي
يكسان است(همان ولتاژ) خازن با ظرفيت بالاتر٬ بيشتر آب نگه ميدارد. در واقع همينطور است
كه خازن با ظرفيت بالاتر ميتواند بار بيشتر(الكترون بيشتر) در خودش جا بده.

DC Voltage:
هنگامي كه خازن به جريان مستقيم يا DC وصل است٬‌جريان برقرار مي شور و با آهنگ ثابتي خازن پر ميشود. هنگامي كه جريان ۲ سر خازن با ۲سر ترمينال هاي باتري يكي شد٬ جريان
قطع ميشود. در اين هنگام ميگوييم خازن شارژ شده است. حتي اگر باتري را از مدار خارج كنيم
خازن شارژ مي ماند و اختلاف پتانسيلي بين دو ترمينال آن ديده ميشود.
وقتي از خازنهاي با ظرفيت بالا استفاده ميشود (۲/۱ فاراد به بالا) در اتومبيل٬ هنگامي كه ولتاژ باتري يا دينام افت ميكند٬ خازن بداخل ورودي آمپليفاير تخليه ميشود و كمبود ولتاژ را جبران ميكند

خازن
مقدمه

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:
الف – صفحات هادی
ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک(

ساختمان خازن
هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا ۱ و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

انواع خازن
الف- خازنهای ثابت
• سرامیکی
• خازنهای ورقه‌ای
• خازنهای میکا
• خازنهای الکترولیتی
o آلومینیومی
o تانتالیوم
ب- خازنهای متغیر
• واریابل
• تریمر
انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها
۱٫ مسطح
۲٫ کروی
۳٫ استوانه‌ای

انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها
۱٫ خازن کاغذی
۲٫ خازن الکترونیکی
۳٫ خازن سرامیکی
۴٫ خازن متغییر

خازن مسطح

خازن کروی
خازن تخت)
دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود.
ظرفیت خازن (C)

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.
C = kε۰ A/d

C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخیره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت

ε۰ = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: ۸٫۸۵ × ۱۲-۱۰ _ C2/N.m2
k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریبا برای هوا و خلأ ۱=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن ۱
A = سطح خازن بر حسب m2

d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m

چند نکته

آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.
• بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد. یعنی: q
• a v

• ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. یعنی: C a 1/d
• ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K )نسبت مستقیم دارد. یعنی: C a A و C a K
شارژ یا پر کردن یک خازن
وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) و صفحه دیگر بار (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند.

خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلید همچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده است.

دشارژ یا تخلیه یک خازن
ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده است. اگر خازن کاملا پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازن کاملا تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.
تأثیر ماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن

وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوری شکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛

بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد.

میدان الکتریکی درون خازن تخت
در فضای بین صفحات خازن بار دار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد.
E=V/d

E: میدان الکتریکی
V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن
d: فاصله بین دو صفحه خازن
میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد.
به هم بستن خازنها
خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند:
۱٫ موازی
۲٫ متوالی (سری)
بستن خازنها به روش موازی
در بستن به روش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:
اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است.
بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها.

ظرفیت معادل در حالت موازی
مولد V = V1 = V2 = V3

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

CV = C1V1 + C2V2 + C3V3

ظرفیت کل : C = C1 + C2 + C3
اندیسها مربوط به خازنهای ۱ ؛ ۲ و ۳ می‌باشد. هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازنها.

بستن خازنها بصورت متوالی
در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد بار دریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق

متوالی:
بارهای روی صفحات هر خازن یکی است.
• اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازنها.
ظرفیت معادل در حالت متوالی:
بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

اختلاف پتانسیل کل V = V1 = V2 = V3

q/C = q1/C1 + q2/C2 + q3/C3

C-1 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

ظرفیت کل در حالت متوالی ، وارون ظرفیت معادل ، برابر است با مجموع وارون هریک از خازنها.

انرژی ذخیره شده در خازن
پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید.
کاربرد خازن
با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.

این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند:
خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.

خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد.

اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: “فاصله صفحات” ، “سطح صفحات” و “نوع دی الکتریک”. اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود

“واریابل” نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن “تریمر” گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای سرامیکی
خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود.

ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین ۵ پیکو فاراد تا ۱/۰ میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای
در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:
الف- خازن های کاغذی : دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد . برای جلوکیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ نا پذیر قرار می دهند .
خازن های کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آن ها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند اما از مزایای این خازن ها آن است که در ولتاژ ها و جریانهای زیاد می توان از آنها استفاده کرد .در شکل زیر ساختمان داخلی خازن کاغذی مشاهده می گردد:

ب – خازنهای پلاستیکی : در این نوع خازن از ورقه های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می شود. ورقه های پلاستیکی همراه با ورقه های نازک فلزی ( آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می شوند.

امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می روند . این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند ، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد . یکی از انواع دی الکتریک هایی که در این خازنها به کار می رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها ” پلی استر ” گفته می شود که از جمله رایج ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است .

در شکل زیر ساختمان داخلی خازن پلاستیکی را می بینید:
خازنهای کاغذی
دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

روشهاي كاهش مصرف انرژي الكتريكي الكتروموتورها

مقدمه
موتورها مصرف‎‎كننده‎‎هاي عمده برق در اغلب كارخانه‎‎ها هستند. وظيفه يك موتورالكتريكي تبديل انرژي الكتريسيته به‎ انرژي مكانيكي است. در يك موتور سه‎‎فاز AC جريان از سيم‎‎پيچ‎‎هاي موتور عبور كرده و باعث ايجاد ميدان مغناطيسي دواري مي‎شود كه اين ميدان مغناطيسي محور موتور را مي‎‎چرخاند. موتورها به‎‎‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه اين وظيفه را به‎‎‎خوبي انجام دهند. مهم‎‎ترين و ابتدايي‎‎ترين گزينه صرفه‎‎جويي در موتورها مربوط‎‎به‎ انتخاب آنها و استفاده از آنها مي‎‎باشد.

۱- هرزگردي موتورها
بيشترين صرفه‎‎جويي مستقيم برق را مي‎‎توان با خاموش كردن موتورهاي بي‎‎بار و درنتيجه حذف تلفات بي‎‎باري به‎‎‎دست آورد. روش ساده آن درعمل نظارت دايم يا كنترل اتوماتيك است. اغلب به‎ مصرف برق در بي‎‎باري اهميت چنداني داده نمي‎‎شود درحالي‎‎كه غالباً جريان در بي‎‎باري حدود جريان در بار كامل است.
مثالي از اين نوع تلفات را مي‎‎توان در واحدهاي بافندگي يافت، جايي‎‎كه ماشين‎‎هاي دوزندگي معمولاً براي دوره‎‎هاي كوتاهي كار مي‎‎كنند. اگرچه موتورهاي اين ماشين‎‎ها نسبتاً كوچك هستند (۱٫۳ اسب بخار) ولي چون تعداد آنها زياد است

(معمولاً تعداد آنها در يك كارخانه به‎ صدها عدد مي‎‎رسد) اندازه اين تلفات قابل‎‎ملاحظه است. اگر فرض كنيم ۲۰۰ موتور ۱٫۳ اسب‎‎بخار در ۹۰درصد زمان هرزگرد بوده و باري معادل ۸۰درصد بار كامل بكشند، هزينه كار بيهوده موتورها با درنظر گرفتن ۱۲۰ريال بهاي واحد انرژي الكتريكي ، به‎‎‎شكل زير محاسبه مي‎شود:
هزينه بي‎‎باري = ۲۰۰موتور×۳/۱ اسب‎‎بخار × ۸۰% بار × ۶۰۰۰ساعت در سال × ۹۰% بي‎‎باري ×۱۲۰ريال= ۲۵ميليون ريال

با اتصال يك سوئيچ به‎ پدال چرخ‎‎ها مي‎‎توان آنها را به‎‎‎طور اتوماتيك خاموش كرد.

۲- كاهش بازده در كم‎‎باري
وقتي از موتوري استفاده شود كه مشخصات نامي بالاتر از مقدار مورد نياز را داشته باشد، موتور در باركامل كار نمي‎‎كند و در اين‎‎حالت بازده موتور كاهش مي‎‎يابد.
استفاده از موتورهاي بزرگتر از اندازه موردنياز معمولاً به‎ دلايل زير است :
– ممكن است پرسنل مقدار بار واقعي را ندانند و بنابه احتياط موتوري بزرگتر از اندازه موردنياز انتخاب شود
– طراح يا سازنده براي اطمينان از اينكه موتور توان كافي را داشته باشد، موتوري بسيار بزرگتر از اندازه واقعي موردنياز پيشنهاد ‎‎كند و بار حداكثر درعمل به‎‎‎ندرت اتفاق ‎‎افتد. به‎‎‎علاوه اغلب موتورها مي‎‎توانند براي دوره‎‎هاي كوتاه در باري بيشتر از بار كامل نامي كار كنند. (درصورت تعدد اين وسايل اهميت مسئله بيشتر مي‎شود)

– وقتي موتور با مشخصات نامي موردنظر در دسترس نيست يك موتور بزرگتر نصب مي‎شود و حتي وقتي موتوري با اندازه نامي موردنظر پيدا مي‎شود جايگزين نشده و موتور بزرگ همچنان به‎ كار خود ادامه مي‎‎دهد.
– به‎‎‎خاطر افزايش غيرمنتظره در بار كه ممكن است هيچگاه هم رخ ندهد يك موتور بزرگتر انتخاب مي‎شود.
– نيازهاي فرآيند توليدي كاهش يافته است
در برخي بارها گشتاور راه‎‎انداز بسيار بيشتر از گشتاور دورنامي است و باعث مي‎شود موتور بزرگتر به‎‎‎كار گرفته شوند.
بايد مطمئن شد هيچ كدام از اين موارد موجب استفاده از موتورهايي بزرگتر از اندازه و درنتيجه كاهش بازده نشده باشند.

جايگزيني موتورهاي كم‎‎بار با موتورهاي كوچكتر باعث مي‎شود كه موتور كوچكتر با بار كامل داراي بازده بيشتري باشد. اين جايگزيني معمولاً براي موتورهاي بزرگتر وقتي در ۳/۱ تا نصف ظرفيت‎‎شان (بسته به‎ اندازه‎‎شان) كار مي‎‎كنند اقتصادي است.
براي تشخيص موتورهاي بزرگتر از ظرفيت مورد نياز به‎ اندازه‎گيري‎‎ الكتريكي احتياج است. وات‎‎متر مناسب‎‎ترين وسيله‎‎است.
روش ديگر، اندازه‎گيري سرعت واقعي و مقايسه آن با سرعت نامي است. بار جزئي به‎‎‎عنوان درصدي از بار كامل نامي را مي‎‎توان از تقسيم شيب(سرعت) عمليات بر شيب بار كامل به‎‎‎دست آورد. رابطه بين بار و شيب تقريباً خطي است. معمولاً در اين موارد مي‎‎توان براي جلوگيري از سرمايه‎‎گذاري جديد اينگونه موتورها را با ديگر موتورهاي موجود در كارخانه جايگزين نمود كه تنها هزينه آن اتصالات و صفحه‎‎هاي تنظيم‎‎كننده هستند. اگر اين تغييرات را بتوان همزمان با تعميرات برنامه‎‎ريزي‎‎شده در كارخانه انجام داد بازهم هزينه‎‎ها كاهش مي‎‎يابد.

۳- موتورهاي پربازده
بازگشت سرمايه قيمت اضافي پرداختي جهت خريد موتورهاي پربازده، معمولاً كمتراز دو سال كاركرد موتور به‎‎‎ازاي ۴۰۰۰ ساعت كاركرد سالانه و در ۷۵درصد بار مي‎باشد. (بازگشت سرمايه نسبت به‎ موتورهاي قديمي و غير استاندارد به‎ كمتر از شش ماه نيز مي‎‎رسد) درمواردي كه بار موتور سبك يا ساعت كاركرد آن كم است يا بارهاي تناوبي استثنائاتي وجود دارد. بيشترين صرفه‎‎جويي در رنج موتورهاي ۱ تا ۲۰ اسب‎‎بخار به‎‎‎دست مي‎‎آيد. در توان بيشتر از ۲۰ اسب‎‎بخار افزايش بازده كاهش مي‎‎يابد و موتورهاي موجود بيش از ۲۰۰ اسب‎‎بخار تقريباً داراي بازده كافي هستند.
سازندگان معمولاً موتورهاي با طراحي استاندارد و قيمت تمام‎‎شده كم‎‎تر را عرضه مي‎‎كنند. به‎‎‎خاطر رقابت شديد اين نوع موتورها بازده كمي دارند. آنها ضريب قدرت پايين‎‎تري دارند، قابل تعمير نبوده و نمي‎‎توان به‎‎‎راحتي سيم‎‎پيچ آنها را مجدداً پيچيد.

در موتورهاي پربازده با استفاده از ورقه‎‎هاي استيل نازكتر در استاتور و روتور، استفاده از استيل با خواص الكترومغناطيسي بهتر، استفاده از فن‎‎هاي كوچكتر با بازده بيشتر و بهبود طراحي شكاف روتور بازده افزايش يافته است. تمام اين روش‎‎ها باعث افزايش مصرف مواد اوليه و درنتيجه افزايش هزينه‎‎ مواد يا هزينه‎‎هاي ساخت مي‎شود و بنابراين قيمت تمام شده موتور زياد مي‎شود. بااين وجود ۳۰-۲۰ درصد اضافه هزينه اوليه با كاهش هزينه‎‎هاي عملياتي جبران مي‎شود. از ديگر مزاياي موتورهاي پربازده اثر كم بر عملكرد موتور به‎‎‎هنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئي است.

محاسبه بازگشت هزينه اين موتورها به‎‎‎خاطر متغيرهاي درگير پيچيده است. براي تعيين هزينه عملياتي موتور بايد توان مصرفي توسط موتور در ساعات كار آن و قيمت انرژي الكتريكي ضرب شود. هريك از اين فاكتورها متغيرهاي مخصوص به‎‎‎خود را دارند كه شامل تغيير در برنامه زمانبندي توليد، تغيير در بار موتور و جريمه‎‎هاي ديماند مي‎‎باشند. پرداختن به‎ برخي از اين عوامل مشكل است.
حتي وقتي ميزان صرفه‎‎جويي محاسبه مي‎شود از آنجاكه بازده واقعي يك موتور معمولاً ناشناخته است ممكن است اين محاسبات دچار خطا شوند. چون همه سازنده‎‎ها از تكنيك‎‎‎‎هاي يكساني براي اندازه‎گيري بازده موتورها استفاده نمي‎‎كنند ، بنابراين مشخصات نامي درج‎‎شده بروي پلاك را نمي‎‎‎توان با هم مقايسه كرد. به‎عنوان نمونه در آمريكا منظور بيشتر سازنده‎‎ها‎‎ از بازده نامي رنجي از بازده‎‎ها است كه بازده موتور در آن قرار مي‎‎گيرد. از تكنيك‎‎هاي آماري مختلفي براي تعيين حداقل بازده يك موتور با هر بازده نامي استفاده مي‎شود. به‎‎‎عنوان مثال يك موتور با بازده نامي ۹۰٫۲ % داراي حداقل بازده نامي ۸۸٫۵ % است.

عده زيادي موتورهاي پربازده را بدون اينكه درصدد توجيه برگشت هزينه آن باشند ، استفاده مي‎كنند ، مگر درمورد موتورهاي بزرگتر. معمولاً مدت بازگشت هزينه تقريباً يك سال است.

بازده موتورها از مشخصات نامي آنها متفاوت است(به‎‎‎دست نمي‎‎آيد). مثلاً يك موتور ۱۰۰-hp.1800-rpm سرپوشيده با فن خنك‎‎ساز از يك سازنده داراي يك حداقل بازده تضمين‎‎شده معادل ۹۰٫۲درصد در بار كامل در مدل استاندارد و ۹۴٫۳درصد در مدل بازده بالا است. موتور هم‎‎اندازه آن از يك سازنده ديگر داراي همان بازده ۹۰٫۲درصد در مدل استاندارد و حداقل بازده ۹۱درصد در مدل بازده بالا است. براي تعيين بازده واقعي يك موتور خاص بايد از تجهيزات تست پيچيده‎‎اي استفاده كرد.
به‎‎‎خاطر اين اختلاف‎‎ها، به‎‎‎هنگام ارزيابي ميزان صرفه‎‎جويي، استفاده از حداقل بازده تضمين‎‎شده قابل اطمينان‎‎تر است چون همه موتورها بايد برابر يا بزرگتر از اين اندازه باشند.

۴- درايوهاي تنظيم سرعت
وقتي تجهيزات بتوانند در سرعت كاهش‎‎يافته كار كنند چند گزينه قابل انتخاب است.
مثال‎‎هاي ذيل نمونه‎‎هايي براي همه صنايع هستند

۱-۴- موتورهاي AC فركانس متغير (با تنظيم فركانس)
وقتي پمپ‎‎هاي گريز از مركز، فن‎‎ها و دمنده‎‎ها در سرعت ثابت كار مي‎‎كنند و خروجي با استفاده از والوها و مسدود‎‎كننده‎‎ها كنترل مي‎شود موتور صرفنظر از مقدار خروجي در نزديكي بار كامل كار مي‎‎كند كه باعث مي‎شود انرژي زيادي توسط اين مسدودكننده‎‎ها و والوها تلف شود. اگر اين تجهيزات بتوانند همواره در سرعت مورد نياز كار كنند مقدار زيادي انرژي صرفه‎‎جويي مي‎شود.

درايوهاي تنظيم سرعت باعث مي‎شوند تجهيزات باتوجه به نياز سيستم در حالت بهينه عمل كنند.
كنترلرهاي AC تنظيم فركانس (فركانس متغيير) وسايل پيچيده‎‎اي بوده و گرانقيمت هستند. بااين‎‎حال مي‎‎توانند به‎‎‎راحتي به‎ موتورهاي القايي AC استاندارد اضافه شوند. با هزينه تجهيزات كمتر و هزينه‎‎هاي الكتريكي بيشتر (با كاهش هزينه تجهيزات و افزايش هزينه‎‎هاي الكتريكي) كاربرد اين وسايل در اغلب موارد اقتصادي مي‎شود. بسياري از انواع پمپ‎‎ها، فن‎‎ها، ميكسچرها، نقاله‎‎ها، خشك‎‎كننده‎‎ها، خردكننده‎‎ها (سنگ‎‎شكن‎‎ها) آسياب‎‎ها، صافي‎‎ها و برخي انواع كمپرسورها، دمنده‎‎ها و همزن‎‎ها در سرعت‎‎هاي مختلف با وسايل تنظيم سرعت كار مي‎‎كنند.

تجهيزات مجهز به‎ تنظيم سرعت كمتراز نصف تجهيزات مجهز به‎ مسدودكننده انرژي مصرف مي‎‎كنند.
در عمل بايد براي محاسبه دقيق صرفه‎‎جويي حاصل براساس كيلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زير۵۰درصد ظرفيت نامي افت مي‎‎كند.

۲-۴-درايوهاي DC حالت جامد (نيمه‎‎هادي)
مي‎‎توان با تنظيم سرعت با استفاده از درايوهاي DC صرفه‎‎جويي‎‎هاي مشابهي را انجام داد. هزينه اوليه نسبت‎‎به‎ درايوهاي AC تنظيم فركانس بيشتر است به‎‎‎خصوص وقتي مستقيماً بتوان از كنترلرهاي الكتريكي در موتور ACاستفاده كرد. تعمير و نگهداري كموتاتور و زغال نيز هزينه زيادي در درايوهاي DC دربردارد. همچنين سيستم‎‎هاي DC نسبت‎‎به‎ هواي خورنده و كثيف (مملو ازذرات) كه در يك محيط صنعتي معمول است حساس‎‎ترند.

بنابراين درايوهاي AC معمولاً ترجيح داده مي‎شوند مگر در مواردي كه شرايط عملياتي برخي از مشخصه‎‎هاي سيستم‎‎هاي DC از قبيل تنظيم سرعت خيلي دقيق، معكوس كردن سريع جهت، يا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامي مورد نياز باشد.از اين درايوها در ماشين‎‎هاي حديده ((drawing machins، پوشش‎‎دهنده‎‎ها (لعاب‎‎دهنده‎‎ها coaters) ماشين‎‎هاي تورق (laminators)، دستگاه‎‎هاي سيم‎‎پيچي (winders) و ساير تجهيزات استفاده مي‎شود.

ساير تكنيك‎‎هاي تغيير سرعت موتور عبارت است از درايوهاي لغزش (slip) الكترومكانيكي، درايوهاي سيال. و موتورهاي القايي (موتورهاي با روتور سيم‎‎پيچي‎‎شده). اين درايوها با تغيير درجه لغزش بين درايو و عنصر درحال حركت سرعت را كنترل مي‎‎كنند. چون قسمتي از انرژي مكانيكي كه تبديل به‎ بار نمي‎‎شود به‎ حرارت تبديل مي‎گردد اين درايوها داراي بازده كمي بوده و معمولاً به‎‎‎خاطر مشخصه‎‎هاي خود در كاربردهاي خاصي به‎‎‎كار برده مي‎‎شوند. مثلاً ممكن است از درايوهاي سيال در سنگ‎‎شكن‎‎ها (خردكننده‎‎ها) استفاده شوند چون داراي ظرفيت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانايي مقاومت دربرابر بارهاي شوك، قابليت مقاومت در سيكل‎‎هاي سكون (ازكارافتادگي)، ماهيت ايمني آن و قابليت تحمل هواي ساينده را دارند.
چون درايوهاي AC وDC سرعت چرخنده اصلي را تغيير مي‎‎دهند براي صرفه‎‎جويي در انرژي ترجيح داده مي‎‎شوند.

۳-۴-درايوهاي مكانيكي
درايوهاي تنظيم سرعت مكانيكي ساده‎‎ترين و ارزانترين وسايل تغيير سرعت هستند. اين نوع چرخ‎‎هاي قابل تنظيم مي‎‎توانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتيجه ميزان تماس چرخ را با تسمه تنظيم كنند.
مزيت عمده درايوهاي مكانيكي سادگي آنها ، سهولت تعمير و نگهداري و هزينه پايين آنها است. يك سرويس تعمير و نگهداري درحد متوسط و كنترل سرعت با دقت كم (معمولاً ۵درصد) از خصوصيات اين درايوها است.

درايوهاي تسمه‎‎اي براي گشتاورهاي كم تا متوسط (۱۰۰اسب‎‎بخار) در دسترس هستند. بازده درايوهاي تسمه‎‎اي ۹۵ درصد است و نسبت كاهش سرعت تا ۱۰به‎ ۱ مي‎‎رسد.
از درايوهاي زنجيري فلزي در گشتاور زياد استفاده مي‎شود. اين درايوها مشابه درايوهاي تسمه‎‎اي هستند فقط به‎‎‎جاي تسمه‎‎هاي لاستيكي از تسمه‎‎هاي فلزي استفاده شده است.

۴-۴-كاهش يك سرعته
وقتي فقط با يك كاهش سرعت به‎ نتيجه رضايت‎‎بخش برسيم گزينه ارزانتري را مي‎‎توانيم انتخاب كنيم. اگرچه سرعت‎‎هاي متغيير اين مزيت را دارند كه در وضعيت‎‎هاي مختلف مي‎‎توان سرعت بهينه را به‎‎‎كار برد، در مواقعي كه رنج تغيير سرعت محدود است و زماني كه موتور بايد در سرعت پايين‎‎تري كار كند نسبت ‎‎به‎ زمان كل كار موتور كم است احتمالاً يك كاهنده تك‎‎سرعته ازنظر هزينه و اثربخشي به‎‎‎صرفه‎‎تر است.
درايوهاي تسمه‎‎اي: در اين درايوها يك (يك‎‎بار) كاهش سرعت با كمترين هزينه همراه است چون به‎‎‎راحتي مي‎‎توان چرخ‎‎ها را عوض كرد. ازآنجاكه با نصب دوباره چرخ‎‎هاي قديمي براحتي مي‎‎توان تغييرات را بازگرداند از اين روش وقتي استفاده مي‎شود كه كاهش خروجي براي يك دوره معين موردنياز است. مثلاً وقتي سطح توليد براي يك زمان نامشخص كاهش يافته ولي ممكن است در آينده نياز باشد كه به‎ ظرفيت اوليه برگرديم.
كاهش دور توسط چرخ‎‎دنده: حالت‎‎هاي مشابه‎‎اي را توسط تغيير چرخ‎‎دنده مي‎‎توان به‎‎‎كار برد.

تعويض موتور: درمواردي كه يك بار كاهش سرعت موردنياز است يك موتور با سرعت كم‎‎تر را نيز مي‎‎توان جايگزين‎‎نمود.

۵-۴-موتورهاي دوسرعته
موتور دوسرعته يك راه‎‎حل اقتصادي ميانه درمقايسه با استفاده از‎ درايوهاي چندسرعته و سرعت ثابت است.
همانطوركه در مثال‎‎هاي قبلي بيان شد چون توان مصرفي با مكعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفه‎‎جويي در انرژي اهميت زيادي دارد. درعمل يك افزايش جزئي به‎‎‎خاطر تلفات اصطكاك رخ مي‎‎دهد. از اين روش و استفاده از روش‎‎هاي كنترلي ديگر مي‎‎توان خروجي را در يك رنج محدود كنترل كرد.
دوسرعت را مي‎‎توان از يك سيم‎‎پيچ به‎‎‎دست آورد ولي سرعت پاييني بايد نصف سرعت بالايي باشد. مثلاً سرعت‎‎هاي موتور به‎ اين شكل است ۹۰۰/۱۸۰۰ ، ۶۰۰/۱۲۰۰ ، ۱۸۰۰/۳۶۰۰

وقتي به نسبت‎‎هاي ديگري از سرعت نياز است استفاده از يك استاتور دو سيم‎‎پيچه ضروري است. از موتورهاي قفسي چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نيز كه داراي سه يا چهار سرعت همزمان هستند مي‎‎توان استفاده نمود.
قيمت موتورهاي دوسرعته تقريباً دو برابر موتورهاي تك‎‎سرعته است. اگر يك موتور بتواند در دوره‎‎هاي زماني محسوسي با سرعت كم‎‎تر كار كند صرفه‎‎جويي حاصله سرمايه‎‎گذاري اضافي را توجيه مي‎‎كند. در موتورهاي چندسرعته استارترهاي گرانقيمتي موردنياز است چون اندازه محافظ‎‎هاي اضافه‎‎بار در سرعت‎‎هاي مختلف متفاوت است.

۵-كاهش بار
مسلماً كاهش بار موتور يكي از بهترين روش‎‎هاي كاهش هزينه‎‎هاي الكتريكي است. تعمير و نگهداري مناسب تجهيزات نيز مي‎‎تواند با ازبين بردن تلفات ناشي از اصطكاك در تجهيزات ناميزان (غير هم‎‎محور)، ياتاقان‎‎هاي سخت‎‎شده و نقاله‎‎ها، بار موتور را كاهش دهد. روغن‎‎كاري مناسب قسمت‎‎هاي متحرك مانند ياتاقان‎‎ها و زنجيرها تلفات ناشي از اصطكاك را به‎ حداقل مي‎‎رساند. جايگزيني ياتاقان‎‎هاي غلطكي و بلبرينگ‎‎ها با ياتاقان‎‎هاي تخت به‎‎‎خصوص در شافت‎‎هاي انتقال نيز روش مؤثري است.

۶- گشتاور راه‎‎اندازي زياد
در بارهايي كه گشتاور استارت بزرگي نياز دارند بايد از يك موتورB -NEMA (رايج‎‎ترين موتور مورد استفاده در صنعت) يا موتورA -NEMA استفاده كرد. درجايي‎‎كه بارهاي با اينرسي زياد وجود دارد مي‎‎توان از موتورهاي كوچكتري كه به‎‎‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه قابليت گشتاور زياد را دارند استفاده كرد. يك موتور NEMA-B مي‎‎تواند ازعهده بار زياد استارت برآيد ولي وقتي بار به‎ سرعت نهايي رسيد موتور در كمتراز ظرفيت نامي كار مي‎‎كند. ولي انتخاب يك موتور كوجكتر از از نوع C-NEMA يا NEMA-D ضمن اينكه همان گشتاور راه‎‎انداز را توليد كرده ، در شرايط معمول عملياتي نيز نزديك بار كامل نامي كار مي‎‎كند.

۷- موتورهايي كه مجدداً پيچيده مي‎‎شوند (موتورهاي سوخته‎‎اي كه سيم‎‎پيچي آنها عوض مي‎شود)
بازده موتورهايي كه براي بار دوم پيچيده مي‎‎شوند كاهش مي‎‎يابد كه البته مقدار اين كاهش بستگي به‎ كارگاهي دارد كه موتور در آن پيچيده شده‎‎است، چون كارگاه‎‎هاي سيم‎‎پيچي لزوماً از بهترين روشي كه عملكرد اوليه موتور را حفظ كند استفاده نمي‎‎كنند. در برخي موارد به‎‎‎دليل بازده كم به‎‎‎خصوص در موتورهاي كوچك پيچيدن دوباره موتور توجيه‎‎پذير نيست.

درحالت ايده‎‎آل بايد بازده موتور قبل و بعد از پيچيدن آن با هم مقايسه شود. يك روش تقريباً ساده براي ارزيابي كيفيت موتور پيچيده‎‎شده مقايسه جريان بي‎‎باري موتور است، اين مقدار در موتورهايي كه به‎‎‎خوبي پيچيده نشده باشند افزايش مي‎‎يابد، بررسي روشي كه دركارگاه سيم‎‎پيچي استفاده مي‎شود، نيز مي‎‎تواند كيفيت كار را مشخص كند. در زير برخي نكاتي كه بايد موردتوجه قرارگيرد آمده است :
– وقتي موتوري را براي پيچيدن مجدد باز مي‎‎كنند، عايق بين ورقه‎‎ها خراب شده و باعث افزايش تلفات جريان گردابي مي‎‎گردد مگر اينكه بازكردن (سوزاندن) عايق در كوره‎‎اي با دماي قابل تنظيم انجام شده و ورقه‎‎هاي عايق غيرآلي جايگزين گردد.

– گداختن و سوزاندن سيم‎‎پيچ كهنه (خراب‎‎شده) در دماي كنترل نشده يا استفاده از يك مشعل دستي براي نرم‎‎كردن و خردكردن لاك بين سيم‎‎ها به‎‎‎منظور بازكردن آسان‎‎تر سيم‎‎پيچ به‎ اين معني است كه كار در اين كارگاه به‎‎‎خوبي انجام نمي‎‎شود و بايد به‎ كارگاه ديگري براي پيچيدن موتور مراجعه كرد.
– اگر در نتيجه بازكردن و سوزاندن نامناسب تلفات هسته افزايش يابد، موتور در دماي بيشتري كار مي‎‎كند و زودتر از موعد خراب مي‎شود.
– اگر تعداد دورهاي سيم‎‎پيچ در استاتور كاهش يابد تلفات هسته استاتور افزايش مي‎‎يابد اين تلفات درنتيجه جريان نشتي (هارمونيك) القا شده توسط جريان بار به‎‎‎وجود مي‎‎آيد و اندازه آن برابر با توان دوم جريان بار است.

– در پيچيدن موتور اگر از سيم‎‎هاي با قطر كوچكتر استفاده شود، مقاومت و درنتيجه تلفات افزايش مي‎‎يابد.
روش‎‎هاي پيچيدن موتور در كارگاه‎‎هاي مختلف تعميراتي متفاوت است بنابراين قبل‎‎از تصميم‎ به‎ پيچيدن دوباره موتور بايد كارگاه‎‎ها كاملاً بررسي و بهترين كارگاه انتخاب شود.
شركت Wanlass يك روش پيچيدن موتور ارائه كرده كه مدعي است بازده را تا ده درصد افزايش مي‎‎دهد اين روش برمبناي جايگزيني سيم‎‎پيچ موجود با دو سيم‎‎پيچ است كه به‎گونه‎‎اي طراحي شده‎‎اند كه سرعت موتور را متناسب‎‎با بار تغيير دهد. درمورد ادعاي بهبود بازده بحث‎‎هاي زيادي صورت گرفته و درحالي‎‎كه از عرضه موتورهاي Wanlass بيش‎‎از يك دهه مي‎‎گذرد استفاده كننده‎‎هاي عمده معتقدند اين نوع طراحي بهبودي را كه مي‎‎توان ازطريق تكنيك‎‎هاي متعارف طراحي موتور و سيم‎‎پيچ به‎‎‎دست آورد در صنعت موتور ارائه نكرده است.

۸- ژنراتور موتورها
يكسوكننده‎‎هاي نيمه‎‎هادي يك منبع مناسب جريان مستقيم DC براي موتورهاي DC يا ديگر استفاده‎‎هاي از جريان DC هستند، ژنراتور موتورهايي كه معمولاً براي جريان مستقيم به‎‎‎كار مي‎‎روند قطعاً نسبت‎‎به‎ يكسوكننده‎‎هاي نيمه‎‎هادي بازده كمتري دارند بازده موتور ژنراتور در بار كامل حدود ۷۰ درصد است در حاليكه بازده يكسوكننده‎‎هاي نيمه‎‎هادي تقريباً ۹۶ دصد در بار كامل است. وقتي ژنراتور موتوري در كمتراز بار نامي كار كند بازده آن به‎‎‎طور قابل‎‎ملاحظه‎‎اي كاهش مي‎‎يابد چون بازده آن برابر با حاصل‎‎ضرب بازده ژنراتور و موتور است.

۹- تسمه‎‎ها (Belts)
بازده درايوهاي V-belt تأثير زيادي در بازده موتور دارد. عوامل تأثيرگذار در بازده V-belt عبارتنداز:
۱- Overbelting: تسمه‎‎هاي با مشخصات نامي بالاتر باعث افزايش كارايي مي‎شوند
۲- تنش (فشار): فشار نامناسب باعث كاهش بازده تا ۱۰ درصد مي‎شود. بهترين فشار براي يك V-belt كمترين فشاري است كه در آن تسمه در بار كامل نلغزد.

۳- اصطكاك: تلفات اصطكاك اضافي درنتيجه ناميزان بودن(غيرهم‎‎محوري)، فرسودگي چرخ‎‎ها تهويه نامطلوب يا ماليده شدن تسمه‎‎ها به‎ چيزي به‎‎‎وجود مي‎‎آيند.
۴- قطر چرخ: هرچه قطر چرخ بزرگتر باشد بازده افزايش مي‎يابد.
جايگزيني V-beltهاي شياردار با V-beltهاي متعارف صرفه‎‎جويي زيادي دربردارد. يك V-belt درمعرض تنش فشاري بزرگي متناسب با قطر چرخ قراردارد. ازآنجاكه در V-beltهاي شياردار در قسمت تحت‎‎فشار از ماده كمتري استفاده شده تغيير شكل لاستيك و تنش‎‎هاي فشاري به‎ حداقل مي‎‎رسد بنابراين بازده عملياتي در V-beltهاي شياردار بيشتر مي‎شود.

اگر هزينه عملياتي سالانه يك موتور ۶۰ اسب‎‎بخار (براي ۶۰۰۰ساعت) ۱۸۰۰۰ دلار باشد حتي يك درصد بهبود در بازده موتور باعث ۱۸۰ دلار صرفه‎‎جويي در سال مي‎شود. هزينه اضافي براي ۶ تسمه با اندازه ۱۲۸ تقريباً ۷ دلار است.

خطرات برق در خانه
آيامي‌توانيد يك روز بدون استفاده از برق زندگي كنيد؟
حتي تصور زندگي بدون برق مشكل است برق يكي از نعمات خداست كه با همت و زحمت كاركنان مجموعه صنعت برق توليد و توزيع مي‌شود و در اختيار مصرف كنندگان قرار ميگيريد.
استفاده از برق بايد با رعايت نكات ايمني همراه باشد و بايد افراد خانواده با خطرات برق و روش صحيح استفاده از برق آشنا باشند.

خطرات استفاده غيراصولي از برق عبارتنداز:
برق گرفتگي،سوختگي،آتش سوزي و صدمات ناشي از پرتاب شدن

برق گرفتگي چيست؟
قرار گرفتن دو نقطه از بدن در مسير جريان برق موجب عبور جريان از بدن مي‌شود و با توجه به شدت و مدت عبور جريان برق گرفتگي بوجود ميآيد و ممكن است عواقب مختلفي نظير مرگ ناشي از ايست قلبي- سوختگي داخلي- سوختگي خارجي بدنبال داشته باشد. بعد از برق گرفتگي ممكن است كليه ها از كار بيفتد يا دست ها بدليل سوختگي داخلي قطع شوند و يا بعلت پرتاب شدن(بعلت لرزش ناشي از برق گرفتگي)استخوانها دچار شكستگي گردند.

چگونه برق گرفتگي بوجود ميآيد
تمامي سطح زمين- ديوارها- كف اتاقها در تمامي طبقات بعنوان يك نقطه از سيستم برق محسوب مي‌شود و اگر نقطه اي از بدن موجود زنده از يك طرف به زمين يا ديوارها وصل باشد و از طرف ديگر به سيم برق (فاز يا نول)يا بدنه فلزي دستگاه برقي (يخچال – كولر- چرخ گوشت …)تماس داشته باشد جريان برق از بدن عبور مي‌كند

.بنابراين براي جلوگيري از برق گرفتگي بايستي اولاً از تماس مستقيم با سيمهاي برق (فازيا نول).با تماس غير مستقيم (بدنه فلزي دستگاههاي برقي كه ممكن است اتصال داخلي داشته باشند)جلوگيري كنيم و ثانياً اينكه هر وقت با وسايل برقي تماس داشته باشيم(درب يخچال- بدنه-كولر- چرخ گوشت و..) سعي كنيم از تماس دست يا پا به ديوار يا كف اتاق يا بدنه فلزي كابينت ها خودداري كنيم.

رعايت موارد ذيل از برق گرفتگي جلوگيري مي‌كند
۱- سيستم وسايل برقي بايد كاملاً سالم باشنداگر طول سيم يا دو نقطه انتهايي كه به دو شاخه يا مادگي وصل شده دچار بريدگي شده باشد استفاده از آن سيم بسيار خطرناك مي‌باشد.
۲- هنگام وصل كردن سيم دستگاه برقي اول انتهاي سيم(مادگي)كه به دستگاه وصل مي‌شود در محل خود نصب گردد و بعد از آن دو شاخه به پريز برق وصل شود.
۳- هنگام وصل نمودن دو شاخه به پريز بدنه سخت دو شاخه را با دو انگشت بگيريد و از تماس كف دست با سيم خودداري كنيد.

۴- هنگام بيرون كشيدن دو شاخه از پريز اول دستگاه را خاموش كنيد ثانياً دو انگشت دست چپ را در دو طرف پريز قرار دهيد و با دو انگشت دست ديگر قسمت سخت دو شاخه را بگيريد و از پريز برق جدا كنيد (از كشيدن سيم جداً خودداري كنيد)
۵- هنگام باز كردن درب يخچال و يا استفاده از لوازم برقي در آشپزخانه حتماً دمپايي لاستيكي بپوشيد و از تماس همزمان هر دو دست بوسيله برقي و ديوارها خودداري كنيد.
۶- هنگام شستشوي كف آشپزخانه كليه وسايل برقي را از برق جدا كنيد و سعي كنيد از پاشيده شدن آب به روي وسايل برقي خودداري شود و تازماني كه كاملاً كف آشپزخانه خشك نشده از وصل مجدد وسيله برقي به برق خودداري كنيد.

۷- براي شستن ديوارهاي آشپزخانه از پاشيدن آب خودداري كنيد فقط با دستمال خيس روي ديوار بكشيد و در نزديكي پريزها و كليدها دستمال بايد مرطوب باشد.
۸- براي تعويض لامپها ابتدا كليد را روي حالت خاموش قراردهيد و با استفاده از چهارپايه سالم و مناسب به نحوي كه با استقرار روي آن دستها كاملاً آزاد باشد با يك دست قسمت عايق سر پيچ (هلدر)را نگه داريد و با دست ديگر لامپ را باز كنيد و يا لامپ را نصب كنيد.

۹- اگر سيم هاي شبكه برق كه در كوچه و خيابانها روي پايه ها نصب شده اند پاره شده و روي زمين افتاده از دست زدن به آنها خودداري كنيد و موضوع را به اتفاقات برق اطلاع دهيد.
۱۰-اگر سيم هاي شبكه نزديك دريچه يا پشت بام باشد و امكان دسترسي به آنها وجود دارد از دست زدن به آنها خودداري كنيد و به اتفاقات برق اطلاع دهيد.

خطرات برق در پارك‌هاي بازي
پاركهاي بازي و شادي كه عموماً جهت تفريح بزرگسالان و بازي و جنب و جوش جوانان و خردسالان طراحي شده بعضاً خطراتي براي استفاده كنندگان دارد و لازم است مسئولين ذيربط (مسئولين شهرداري ها)اين خطرات را شناسايي و نسبت به حذف اين خطرات اقدام نمايند.
مسئولين بايستي با استفاده از دانش فني افراد آگاه و طبق برنامه زمانبندي از طريق تكميل نمودن برگ هاي كنترل(چك ليست)به صورت مستمر شرايط فني تأسيسات موجود در پاركها را تحت كنترل داشته باشند.

از جمله مخاطراتي كه عامه مردم را در پاركها تهديد مي‌كند خطر برق گرفتگي است كه متأسفانه بيشتر بچه ها را قرباني مي‌كند.
لازم است هنگام طراحي فضاي داخلي پاركها و تعيين محل استقرار وسايل بازي برقي و پايه‌هاي روشنايي و تعيين مسير عبور كابلهاي برق درخصوص سيستم زمين حفاظتي پيش‌بيني هاي لازم معمول گردد.

شبكه زمين حفاظتي بايستي در سطح وسيعي در زمين محوطه پارك به صورت شبكه شطرنجي سيم(با مقطع حساب شده)طراحي و اجراء شده باشد. اين شبكه بايستي در يك يا چند نقطه مناسب كه رطوبت و عمق مورد نياز را داشته باشد به جرم زمين وصل شود.بعد از اجراي شبكه حفاظتي بايستي بدنه فلزي تمامي تأسيسات (مثل پايه چراغهاي روشنايي و بدنه دستگاههاي برقي و بدنه جعبه هاي تقسيم برق كه در كنار باغچه ها يا كنار محوطه هاي بازي نصب شده اند)را بوسيله سيم با مقطع حساب شده به اين شبكه وصل نمود.

در اين شرايط چنانچه به هر دليل بدنه فلزي تأسيسات برقدار شوند سريعاً وسايل حفاظتي (نظير كليد و يا فيوز)عمل كرده و برق را قطع خواهند كرد.
از جمله دلايلي كه موجب بروز اتصالي و برقدار شدن پايه هاي روشنايي يا بدنه فلزي دستگاهها مي‌شوند عبارتند از :
۱- انشعاب گرفتن از پايه هاي چراغ روشنايي جهت استفاده در دكه ها يا محوطه ها
۲- انشعاب گرفتن غيراصولي از شبكه هاي توزيع برق كه از اطراف پارك عبود داده شده
۳- باز ماندن درب جعبه فيوز پايه هاي روشنايي داخل پارك و در دسترس بودن نقاط برقدار
۴- باز ماندن درب جعبه هاي تقسيم برق داخلي پارك
۵- فرسوده شدن نقاط وصل نمودن سيم ها و ترمينالها و باز شدن آنها
۶- باز شدن سيمها از داخل ترمينال بدليل ضربه خوردن بدنه جعبه هاي تقسيم برق كه در محوطه داخلي پارك نصب شده
براي كسب اطمينان از بي خطر بودن تأسيسات پارك ها لازم است مسئولين ذيربط علاوه بر احداث سيستم هاي حفاظتي كه توضيح داده شده با استفاده از خدمات مهندسين و تكنسين هاي مجرب وضعيت اين تأسيسات را تحت كنترل داشته باشند.همچنين در پاركها يا ميادين كه از سيستم هاي پخش نور در زير آب استفاده شده خطر برقدار شدن آب نما وجود دارد كه بايستي در صورت امكان با استفاده از وسايل مورد نياز ولتاژ اين سيستم را تعديل و بي خطر نمود.

فراموش نكنيد
با توجه به وضعيت و شرايط فعلي سعي كنيد از تماس دست با بدنه فلزي تأسيسات خصوصاً در زمان بارندگي و در محل هاي مرطوب مثل محوطه چمن و يا دست زدن به آب داخل استخرهايي كه سيستم پخش نور در آنها تعبيه شده خودداري نموده و با راهنمايي كودكان و نوجوانان آنان را از خطر دور كنيم.

تست هاي غير مخرب (Non Destructive Tests) آزمايش‎هايي هستند که براي انجام آنها نيازي به تخريب قطعه و نمونه برداري نيست و در صورت لزوم مي‎توان 
تست هاي غير مخرب را بدون اينکه به قطعه آسيبي برسد، روي تمامي قسمت هاي آن انجام داد. از اين رو است که اين آزمون‎ ها را آزمايش غير مخرب ناميده‎اند.

با استفاده از تست هاي غير مخرب مي‎توان عيوب موجود در قطعات از جمله تخلخل و حفره‎هاي داخلي، ترک و ناپيوستگي‎هاي سطحي و داخلي، 
ناخالصي‎ها و انواع عيوبي که در حين توليد و يا در حين کار تحت شرايط ويژه محيط کار ايجاد و شکل مي‎گيرند را شناسايي نمود. 
عملکرد و طول عمر هر قطعه در حين کار به نوع، اندازه، موقعيت عيب موجود در آن و عيوبي که در شرايط کاري در آن ايجاد مي‎شود بستگي دارد. 
در مواردي تعيين حد قابل قبول يا حد مجاز عيوب ضرورت مي‎يابد. اندازه حد مجاز عيوب به حساسيت موقعيت کاري قطعه بستگي داشته و از اهميت بيشتري برخوردار است. 
در مواردي اهميت آزمايش‎هاي غير مخرب براي اندازه‎گيري ترک و مقايسه آن با اندازه مجاز و برآورد طول عمر در ارتباط با آهنگ رشد و گسترش ترک، 
بويژه براي قطعاتي که در معرض بارهاي متناوب و يا در شرايط خوردگي قرار مي‎گيرند، مشخص مي‎شود. اگر اندازه ترک بسيار کوچکتر از حد مجاز باشد، 
در شرايطي اين ترک تحت تاثير بار اعمال شده مي‎تواند گسترش نيابد و در نتيجه قطعه قادر به ادامه سرويس دهي خواهد بود. از اين جهت براي کسب اطمينان 
از نرسيدن اندازه ترک به انداره بحراني و وقوع شکست ناگهاني در آنها اين گونه قطعات بايد در حين کار و سرويس دهي بطور متناوب مورد بازرسي قرار گيرند.

 آزمايش هاي غير مخرب،تست هاي غير مخرب،NDT
آزمايش‎هاي غير مخرب فقط براي شناسايي عيوب به کار نمي‎روند، بلکه تعدادي از آنها براي تعيين نوع ساختار شبکه کريستالي، اندازه‎گيري ابعاد و ضخامت پوشش‎ها نيز به کار مي‎روند.


ويژگي‎ها و مزاياي آزمونهاي غير مخرب 


- امکان انجام آزمايش‎هاي غير مخرب روي تمامي قطعات توليدي،

- امکان انجام آزمايش‎هاي غير مخرب مختلف به صورت همزمان يا متعاقبا يکي بعد از ديگري روي يک قطعه،

- امکان تکرار آزمايش‎ها روي يک قطعه،

- کاهش هزينه‎هاي توليد با انجام اين آزمايش‎ها در حين فرآيند توليد و شناسايي به موقع عيوب و جلوگيري از اتلاف بيشتر مواد و نيروي انساني،

- افزايش ايمني با شناسايي به موقع عيوب در قطعات حساس و جلوگيري از شکست زودرس آنها که مي‎تواند به از بين رفتن تجهيزات و زيان‎هاي مالي و در مواردي حتي زيان‎هاي جاني منجر شود،

- افزايش کيفيت توليد و بالا بردن درصد اطمينان در ارتباط با توليد قطعات سالم،

- قابليت حمل و نقل تجهيزات مربوط به اين گونه آزمون‎ها و استفاده از آنها در محل کار.




نکات قابل توجه قبل از انجام آزمايش هاي غير مخرب 



قبل از انجام آزمايش‎هاي غير مخرب به منظور افزايش درصد اطمينان نسبت به شناسايي عيوب لازم است نکات زير مورد توجه قرار گيرند:

- جنس قطعه، فاز يا نوع فازهاي موجود در قطعه، داشتن يا نداشتن قابليت هدايت الکتريکي و مغناطيسي پذيري،

- روش توليد ( ريخته‎گري، نورد، کشش، فورج و ...)،

- داشتن يا نداشتن پوشش سطحي روي قطعه و نوع فرآيند پوشش‎دهي،

- نوع عمليات حرارتي انجام گرفته روي قطعه ( در صورتي که قطعه تحت عمليات حرارتي قرار گرفته باشد)،

- شکل هندسي قطعه و ابعاد آن به منظور پيشگويي اوليه از نوع عيب و موقعيت مکاني آن،

- منشا عيب ( مواد اوليه، فرآيند توليد) و علل آن،

- عيوب ممکن و مورد انتظار از لحاظ نوع، اندازه و موقعيت،

- عيوب مجاز در قطعه از لحاظ نوع، انداره و موقعيت،

- کسب هر گونه اطلاعات در ارتباط با شناسنامه قطعه و شرايط محيط کار که مي‎تواند به شناسايي دقيق عيب کمک کند.


 مبناي کار در آزمايش‎هاي غير مخرب 


مبناي اين کار مبتني بر اساس استفاده از اصول فيزيکي به منظور آشکارسازي و شناسايي عيوب و ناهمگني‎هاي موحود در قطعه است. مراحل اساسي آزمايش‎هاي غير مخرب عبارتند از:

- کاربرد يکي از خواص فيزيکي ماده‎اي که قطعه از آن ساخته مي‎شود،

- آشکارسازي و مشاهده تغييرات ايجاد شده در اين خاصيت فيزيکي در ارتباط با وجود عيب يا ناهمگني موجود در قطعه به کمک وسيله مناسب،

- تعيين تغييرات ايجاد شده و تبديل آنها به نتايج قابل تفسير،

- تفسير نتايج بدست آمده و اظهار نظر در مورد کيفيت قطعه.

در بررسي‎هاي غير مخرب از روش‎هاي مختلفي استفاده مي‎شود. انتخاب روش به عواملي از قبيل جنس قطعه مورد بررسي، نوع، شکل، اندازه و 
موقعيت عيب و همچنين درجه اطمينان در ارتباط با قابليت روش آزمون غير مخرب انتخابي براي آشکارسازي عيب بستگي دارد.

انتخاب هر روش آزمون غير مخرب به اختلاف بين قابليت آشکارسازي کوچکترين اندازه عيب مثل ترک با توجه به اندازه مجاز و همچنين 
ميزان حساسيت و ايمني قطعه در شرايط کاري آن  بستگي دارد.

به کارگيري آزمون‎هاي غير مخرب مناسب براي قطعات ريخته‎گري و يا آهنگري شده با توجه به هزينه آنها، بايد قبل از عمليات ماشينکاري بر روي آنها انجام گيرد 
و اگر داراي عيوبي بوده و قابل پذيرش نيستند کنار گذاشته شوند، البته چنانچه عيوب آنها سطحي  و ريز باشد در مرحله ماشينکاري قابل برطرف شدن است.

انواع آزمون‎هاي غير مخرب 

- بازرسي چشمي

- آزمون نشت

- آزمون مايع نافذ

- آزمون ذرات مغناطيسي

- آزمون جريان الکتريکي

- آزمون جريان گردابي

- آزمون ماوراءصوت يا اولتراسونيک

- آزمون راديوگرافي

- آزمون نشر صوت

- آزمون حرارتي

روش‌ها
در اين بخش متداول‌ ترين روش‌هاي مورد استفاده در آزمون‌هاي غيرمخرب معرفي مي‌شوند.

آزمون انتشار امواج صوتي

وقتي که ماده‌اي جامد تحت تنش مي‌باشد، عيوب موجود در آن باعث ايجاد امواج صوتي با بسامد بالا مي‌گردند. 
اين امواج در ماده منتشر شده و مي‌توان توسط حسگرهاي خاصي آنها را دريافت کرد و با تجزيه و تحليل اين امواج مي‌توان نوع عيب، مکان و شدت آن را تعيين نمود. 
تست نشرآوايي ( اکوستيک اميشن ) يک روش نوين در زمينه تستهاي غير مخرب است. از اين روش مي‎توان براي تشخيص و موقعيت يابي 
عيوب مختلف در سازه هاي تحت بار و اجزاي آنها استفاده کرد . تخليه سريع انرژي از يک منبع متمرکز در درون جسم 
باعث ايجاد امواج الاستيک گذرا و انتشار آنها در ماده مي‎شود.اين پديده را اکوستيک اميشن مي‎نامند.با توجه به انتشار امواج از منبع تا سطح ماده، 
مي‎توان آنها را توسط سنسورهايي ثبت کرد و از اين طريق اطلاعاتي در مورد وجود و محل منبع انتشار امواج به دست آورد. 
اين امواج مي‎توانند فرکانسهايي تا چند MHz داشته باشند. براي شنيدن صداي مواد و شکست سازه ها از سنسورهاي التراسونيک 
در محدوده kHz 20 تا MHz 1 استفاده مي‎شود و فرکانسهاي متداول در اين روش در محدوده kHz 300 - 150 هستند . 
دستگاههاي مورد استفاده با توجه به نوع کاربردشان مي‎توانند به صورت يک دستگاه کوچک قابل حمل تا يک دستگاه بزرگ دهها کاناله باشند. 
يک سنسور منفرد به همراه ابزارهاي وابسته براي کسب و اندازه‎گيري سيگنالهاي اکوستيک اميشن تشکيل يک کانال اکوستيک اميشن را مي‎دهد. 
از سيستم چندکاناله براي اهدافي نظير موقعيت يابي منابع و يا آزمون نواحي که براي يک سنسور منفرد خيلي بزرگ است استفاده مي‎شود . 
اجزايي که در تمامي دستگاهها براي دريافت سيگنال وجود دارد عبارتند از : سنسور، پيش تقويت کننده، فيلتر و تقويت کننده.

آزمون بصري و نوري

اين روش پايه‌اي‌ترين، ابتدايي‌ترين و معمولاً ساده‌ترين روش آزمون کنترل کيفيت و پايش تجهيرات مي‌باشد. 
در اين روش مسئول کنترل کيفيت مي‌بايست مواردي را بطور بصري چک کند. البته گاهي اوقات از دوربين‌هايي استفاده مي‌شود 
که تصاوير را به رايانه فرستاده و رايانه عيوب را تشخيص مي‌دهد. روش سورتينک که مخصوصاً در کنترل کيفيت پيچها از آن استفاده ميشود مثالي از روش کنترل بصري توسط رايانه ميباشد.

آزمون راديوگرافي

آزمون راديوگرافي به استفاده از امواج گاما و ايکس، که قابليت نفوذ در بسياري از مواد را دارا مي‌باشند، براي بررسي مواد و تشخيص عيوب محصولات گفته مي‌شود. 
در اين روش اشعه ايکس و يا راديواکتيو به سمت قطعه هدايت مي‌شود و پس از عبور از قطعه بر روي فيلم منعکس مي‌شود. 
ضخامت و مشخصه‌هاي داخلي باعث مي‌شوند نقاطي در فيلم تاريکتر و يا روشن‌تر ديده شوند.

آزمون ذرات مغناطيسي

در اين روش ذرات آهن بر روي ماده‌اي با خاصيت آهنربايي ريخته مي‌شود و ميدان مغناطيسي در آن القا مي‌شود. 
در صورت وجود خراش و يا ترکي بر روي سطح و يا در نزديکي سطح، در محل عيب قطب‌هاي مغناطيسي تشکيل مي‌شود 
و يا ميدان مغناطيسي در آن ناحيه دچار اعوجاج مي‌گردد. اين قطب‌هاي مغناطيسي باعث جذب ذرات آهن مي‌شوند. در نتيجه وجود عيب را مي‌توان از تجمع ذرات آهن تشخيص داد.

آزمون فراصوت

در اين روش امواج فراصوت با بسامد بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده مي‌شوند. اين امواج پس از برخورد به هر گسستگي بازتابيده مي‌شوند 
و قسمتي از اين امواج به سمت حسگر رفته و حسگر آن را دريافت مي‌کند. از روي دامنه و زمان بازگشت اين امواج مي‌توان به مشخصه‌هاي اين گسستگي پي برد. 
از کاربردهاي اين روش مي‌توان به اندازه‌گيري ضخامت و تشخيص عيوب موجود در قطعات نام برد.

آزمون مايعات نافذ

در اين روش سطح قطعه با مايعي رنگي قابل مشاهده و يا فلورسنت پوشيده مي‌شود. پس از مدتي اين مايع در درون شکاف‌ها 
و حفره‌هاي سطحي قطعه نفوذ مي‌کند. پس از آن مايع از سطح جسم زدوده مي‌شود و ماده ظاهر کتتده به روي سطح پاشيده مي‌شود. 
اختلاف روشنايي مايع نافذ و ظاهر کننده باعث مي‌شود که عيوب سطحي به راحتي مشاهده شوند.

اين تست براي ظاهر سازي عيوبي به کار ميرود که به سطح راه داشته باشد وبر روي اکثر مواد از هر جنس که باشد مي توان استفاده نمود
در ضمن زبري سطح مورد آزمايش بايد در حد مناسب باشد .در اين روش ابتدا بايد سطح رااز چربي وآلودگي تميز کرد سپس مايع نافذ را بر روي سطح پاشيده 
وحداقل به مدت پنج دقيقه صبر مي کنيم تا مايع نافذ به درون عيب نفوذ کند سپس سطح را تميز کرده وماده ظاهر ساز را بر روي سطح مي پاشيم که 
اين ماده معمولا سفيد رنگ است اگر عيبي در سطح وجود داشته باشد اثر آن بر روي سطح مشخص ميگردد .

آزمون الکترومغناطيس

در اين روش با استفاده از يک ميدان مغناطيسي متغير در يک ماده رسانا جريان الکتريکي گردابي القا مي‌شود و اين جريان الکتريکي اندازه‌گيري مي‌شود. 
وجود گسستگي‌هايي مانند ترک در ماده باعث ايجاد وقفه در اين جريان مي‌شود و بدين طريق مي‌توان به وجود چنين عيبي پي برد. در ضمن مواد مختلف 
داراي رسانايي الکتريکي نفوذپذيري متفاوتي هستند. بنابراين مي‌توان بعضي از مواد را با اين روش رده‌بندي نمود.

آزمون نشتي

روش‌هاي مختلفي براي تشخيص نشتي در مخازن تحت فشار و مانند آن، استفاده مي‌شود که مهم‌ترين آنها عبارت‌اند از: گوشي‌هاي الکتريکي، گيج فشار، گاز 
و يا مانع نافذ و همينطور تست حباب صابون.

آزمون ترموگرافي

يکي از اين روشهاي مراقبت وضعيت و پيش بيني عيوب ماشين آلات مکانيکي و الکتريکي بهره گيري از آناليزهاي حرارتي مي باشد 
زيرا عملکرد هر دستگاه همواره با انتشار گرما همراه است و معمولا هر ايراد مکانيکي و الکتريکي در تجهيزات با افزايش و يا کاهش دما بروز مي نمايد. 
گرماي منتشر شده از سطح بيروني اجسام به صورت تشعشعات مادون قرمز که توسط چشم انسان قابل رويت نيستند آزاد مي گردد. 
اما اين تشعشات را مي توان از طريق دوربين هاي ترموگرافي که پيشرفته ترين و کامل ترين تجهيزات در زمينه آناليز حرارتي محسوب مي شوند ، مشاهده نمود.

از آناليزهاي حرارتي مي توان جهت شناسائي و تشخيص عيوبي مانند اتصالات الکتريکي نامناسب ، شل بودن قطعات و تجهيزات ، تغييرات متالورژي ، 
بار بيش از حد ، خنک کاري نامناسب ، ولتاژ نامناسب ، اتصال و رسانائي نامناسب ، کثيف بودن تجهيزات ، وجود آلودگي محيطي ، اکسيده شدن اتصالات ، 
ظرفيت نامناسب ، خوردگي و فرسايش خارجي ، عدم هم محوري و ارتعاشات بيش از حد و بسياري عيوب ديگر را که در نهايت باعث معيوب شدن قطعات و تجهيزات مي گردند ، استفاده نمود.

آزمون نشت شار مغناطيسي

تصويربرداري مغناطيسي از سطوح فلزي توسط حسگرهاي ميدان مغناطيسي يک تکنيک پر کاربرد در تست غير مخرب 
سطح براي تشخيص وجود نقص در نمونه هاي فلزي است. در ميان تکنيکهاي تصويربرداري مغناطيسي، روش تست نشت شار مغناطيسي يک روش پرکاربرد 
در تست غير مخرب سطوح فلزي فرومغناطيسي همانند لوله هاي انتقال و مخازن ذخيره نفت و گاز است. در اين روش نمونه فرومغناطيس توسط آهنرباي دايمي و 
يا يک سيم پيچ تا نزديکي ناحيه اشباع مغناطيده ميشود. وجود هر گونه ناپيوستگي در ماده مانند ترك، موجب تغيير موضعي شار نشتي در محل ترك مي شود. 
توزيع و شدت شار نشتي اطلاعات مفيدي در باره موقعيت و ابعاد ترك با خود به همراه دارد. اين شار نشتي توسط يک حسگر مغناطيسي قابل اندازهگيري است. 
خواص حسگر مغناطيسي بر توانايي سيستم تست در تشخيص ترکها و خوردگيها با ابعاد مختلف بسيار موثر است.

ذرات مغناطيسي (MT)


تست ذرات مغناطيسي (MT) يکي از روشهاي NDT جهت تشخيص ترک و ديگر ناپيوستگيهاي سطحي و زير سطحي در مواد فرومغناطيس ميباشد. 
در اين روش حداکثر حساسيت تست در سطح قطعات بوده و با افزايش عمق عيوب به مراتب از حساسيت تست کاسته ميشود.

چگونگي تشخيص عيوب در روش تست ذرات مغناطيسي (MT) بدين ترتيب است که هنگام تشکيل يک ميدان مغناطيسي در قطعه عيوبي که در جهت عمود بر ميدان قرار گرفته اند 
باعث انحراف و پيچيدگي خطوط ميدان مغناطيسي شده و يک نشتي در آن منطقه ايجاد ميکنند. مقداري از ذرات پودر آهن اعمال شده بر روي قطعه 
در محل نشتي ميدان تجمع پيدا کرده و علائمي را تشکيل ميدهند که نمايانگر محل، شکل و اندازه ناپيوستگيها ميباشد.

Mt

فاکتورهايي از قبيل جهت و قدرت ميدان مغناطيسي، خواص  مغناطيسي  قطعه، محل و جهت قرارگيري ناپيوستگيها 
و نوع پودر مغناطيسي اعمال شده تأثير بسزايي بر تشکيل و تجمع پودر مغناطيسي در محل نشتي ميدان و از اين رو تعيين نوع و محل دقيق ناپيوستگي با اين روش خواهد داشت.
تجهيزات مدرن تست ذرات مغناطيسي (MT) شامل يوک هاي الکترومغناطيس AC و DC.
تجهيزات روش پراد با قابليت حمل.
تجهيزات ايستگاهي تست ذرات مغناطيسي (MT) نظير Coil ، Head shot و Central Conductor جهت تست قطعات با توليد انبوه.
کيت هاي نور ماوراي بنفش با شدت زياد جهت تست به روش فلورسنت و تجهيزات مغناطيس زدايي.



راديوگرافي (RT)


تست راديوگرافي (RT) يا پرتونگاري صنعتي يکي از روشهاي موثر جهت رديابي عيوب داخلي در مواد مختلف بوده و به صورت ويژه اي به منظور تضمين کيفيت 
قطعات جوشکاري شده، ريخته گري شده و آهنگري شده و … استفاده ميشود.

در روش تست راديوگرافي (RT) يک فيلم راديوگرافي مناسب در پشت قطعه مورد تست قرار ميگيرد و از قسمت ديگر قطعه، پرتو ايکس يا گاما به فيلم تابانده ميشود.
شدت پرتو ايکس يا گاما پس از عبور از قطعه بر اساس ساختار داخلي قطعه مورد تست، تعديل شده و سپس به فيلم راديوگرافي ميرسد.

در مناطقي که ضخامت کمتر بوده و يا دانسيته کمتري دارند جذب پرتو کمتر بوده و نفوذ آن از قطعه بيشتر است. پرتوهايي که از قطعه عبور ميکنند تصويري از آن روي فيلم ايجاد مينمايند.

مناطقي از قطعه کار که جذب کمتري داشته و يا نفوذ پرتو بيشتر است تصوير سياهتري روي فيلم ايجاد ميکنند و مناطقي که جذب پرتو بيشتري دارند 
تصوير روشن تري روي فيلم ايجاد ميکنند. سپس تصوير ايجاد شده بر روي فيلم جهت به دست آوردن اطلاعات و بررسي عيوب موجود در قطعه مورد تفسير قرار ميگيرد.



التراسونيک (UT)


تست التراسونيک (UT) يا فراصوتي يکي از روشهاي تست هاي غير مخرب ميباشد که عمدتاً جهت تشخيص عيوب داخلي مواد، قطعات و سازه ها استفاده ميگردد.

محدوده شنوايي انسان، امواج صوتي با فرکانس بين 20هرتز تا 20کيلو هرتز بوده و اين در صورتي است که فرکانس مورد استفاده در تست فلزات، سراميک ها، شيشه، کامپوزيت 
و ديگر مواد مهندسي، به روش التراسونيک بين ?/? تا ?? مگاهرتز ميباشد.

UT

در اين روش امواج فراصوتي توسط يک ترنسديوسر (مولد صوتي) وارد قطعه تحت تست شده و در صورت برخورد عمود با ناپيوستگيهاي داخلي 
بخشي از انرژي آن به سمت ترنسديوسر بازتاب ميگردد. امواج بازتاب شده توسط ترنسديوسر دريافت شده و به پالسهاي الکتريکي تبديل ميگردد 
و نهايتاً روي صفحه نمايش A-Scan يک سيگنال عمودي ظاهر ميگردد. اپراتور با توجه به موقعيت سيگنال روي محور افقي صفحه، 
ارتفاع و شکل ظاهري آن به اطلاعات مختلفي از جمله مکان و عمق ناپيوستگي، نوع و ابعاد آن پي ميبرد.

تست التراسونيک (که يکي از تست هاي غير مخرب ميباشد) قدرت نفوذ بسيار بالاتري نسبت به تست راديوگرافي داشته و گاهي اوقات ميتواند عيوب 
را تا عمق 2  متر در فولادها نمايان سازد . همچنين حساسيت اين روش در آشکار سازي عيوب صفحه اي و بحراني نظير ترک ها، LOF و Lamination بيشتر از RT ميباشد.UTdEVICE

تست التراسونيک به طور معمول جهت بازرسي قطعات توليدي به روشهاي ريخته گري، نورد، فورج، اکسترود، ورقهاي نازک، انواع جوش هاي نفوذي 
و اندازه گيري ميزان کاهش ضخامت لوله ها و مخازن استفاد ميشود.

بازرسي جوش

بازرسي جوش :
براي حصول اطمينان از مرغوبيت جوش و مطابقت آن با نيازمندي هاي طرح بايد کليه عوامل مؤثر در جوشکاري در مراحل مختلف اجرا مورد بازرسي قرار گيرد.بازرسي جوش را مي توان به سه مرحله اصلي تقسيم نمود :
1- بازرسي قبل از جوشکاري :
اعمال يک بازرسي چشمي مسؤلانه مي تواند از پيدايش 80 تا 90 درصد از عيوب معمول در جوشکاري پيشگيري کند.اين بازرسي شامل اطلاع از کيفيت مورد نظر کار و شرايط بهره برداري از قطعات و مجموعه کار،مطالعه دقيق نقشه ها و مشخصات فني،انتخاب استانداردهاي اجرايي،انتخاب و ارزيابي روش هاي جوشکاري،انتخاب و بازرسي مصالح و مواد مصرفي،بررسي تجهيزات جوشکاري و آزمون جوشکاران و اپراتور ها و … مي باشد.
2- بازرسي در حين جوشکاري :
اين بازرسي به منظور اجراي صحيح عمليات جوشکاري ساخت و نصب و اطمينان از به کاربردن مصالح و مواد مصرفي درست و جلوگيري از تخلف ها ضروري است.بازرسي قطعات متصل شونده و درزهاي آماده جوشکاري،بازرسي محل هاي جوش و سطوح مجاور به منظور اطمينان از تميزي و عدم آلودگي به موادي که اثرات زيان بخش بر جوش دارند،بازرسي سطوح برشکاري شده با شعله،بازرسي ترتيب و توالي جوشکاري،استفاده از قيد و گيره ها و ساير تجهيزات به منظور کنترل پيچيدگي ناشي از جوشکاري و … از جمله بازرسي هاي در حين جوشکاري هستند.
3- بازرسي بعد از جوشکاري :
اين بازرسي به منظور درستي مجموعه ساخته شده يا نصب شده و کنترل کيفيت جوش انجام مي گيرد.بازرسي چشمي از نظر وجود عيوب جوش مانند ترک هاي سطحي،ابعاد جوش و قطعه جوشکاري شده،بازرسي تنش زدايي و سختي سنجي پس از تنش زدايي،بازرسي هاي غير مخرب و … از جمله فعاليت هاي بازرسي بعد از جوشکاري مي باشند.
وظايف بازرس جوش :
بازرس جوش بايد داراي شخصيتي حرفه اي و باشعور خوب باشد و در همه موارد ساعات کار و مقررات کاري سازمان هاي مربوطه را رعايت نمايد.بي معطلي و با اتکا به حقايق مختلف و بدون تحت تأثير قرار گرفتن نظر ديگران تصميم بگيرد.
برخي از وظايف بازرس جوش عبارتند از :
· تفسير نقشه هاي جوشکاري و مشخصات
· بررسي ترکيب شيميايي و خواص مکانيکي از روي گزارش نورد طبق نيازمندي هاي معين شده
· بررسي فلز مبنا از نظر عيوب و انحرافات مجاز
· بررسي نحوه انبار کردن فلز پرکننده و ديگر مواد مصرفي
· بررسي تجهيزات مورد استفاده
· بررسي آماده سازي اتصال جوش
· بررسي ارزيابي صلاحيت جوشکاران و اپراتورهاي جوشکاري
· ارزيابي نتايج آزمايشات
· تهيه و تنظيم گزارش

آزمايشات مخرب:
     آزمايشاتي هستند که پس از انجام ، قطعه کارايي اوليه خود را از دست مي دهد اين روش ها اغلب رفتار مواد را تحت اعمال نيرو تا مرز شکست نشان مي دهند.
انواع آزمايشات مخرب :
 1-تست کشش 2-تست سختي 3-تست ضربه 4- تست سلامت 5-تست خستگي 6-آزمايشات مخرب جهت تعيين خواص شيميايي 7-آزمايشات متالوگرافي
1-آزمايش کشش:
پس از آزمون سختي، آزمون کشش معمولي ترين روش براي تعيين خواص مکانيکي معين ماده است. نمونه اي با شکل استاندارد در گيره هاي دستگاه قرار مي گيرد و نيروي محوري توسط سيستم بارگذاري هيدروليکي يا مکانيکي بر آن اعمال مي شود. مقدار نيرو توسط عقربه صفحه مدرج يا به صور ت ديجيتال بر روي صفحه نمايشگر رايانه متصل به دستگاه کشش، نشان داده  مي شود. در صورتي که سطح مقطع اوليه نمونه معلوم باشد، تنش حاصل از هر ميزان نيرو را ميتوان محاسبه کرد.

تغيير شکل يا کرنش را در يک طول معين که معمولاً 5 سانتي متر است توسط يک صفحه ي عقربه دار که کشيدگي سنج نام دارد، اندازه ميگيرند. کرنش واحد را نيز ميتوان از تقسيم تغيير طول اندازه گيري
شده بر طول اوليه نمونه به دست آورد. گاهي با استفاده از کرنش سنجهاي برقي ميتوان کرنش کل را اندازه گرفت.

خواص کششي

خواصي که طي آزمون کشش به دست مي آيند، به ترتيب عبارتند از:                                       
حد تناسب : مشخص شده است که در بيشتر مواد ساختاري، بخش اول نمودار تنش-کرنش تقريباً به صورت خطي است که در شکل با OP نشان داده شده است. در اين گستره تنش و کرنش باهم متناسب اند. با هر مقدار افزايش تنش، کرنش نيز به همان نسبت، افزايش مي يابد. مقدار تنش در آخرين نقطه تناسب، P را حد تناسب مي نامند.
حد کشسان : اگر بار کم اعمال شده بر نمونه اي را قطع کنيم، عقربه کشيدگي سنج به صفر باز خواهد گشت که نشان دهنده کشسان بودن کرنش در اثر آن ميزان نيرو است. اگر با افزايش پيوسته و سپس قطع نيرو کشيدگي سنج را بررسي کنيم، در نهايت به نقطه اي مي رسيم که ديگر عقربه کشيدگي سنج به صفر باز نخواهد گشت که نشان دهنده ايجاد تغيير شکل دائمي در ماده است. بنابراين حد کشسان را به صورت حداقل تنشي که طي آن اولين تغيير شکل پايدار روي مي دهد، تعريف مي کنيم. در اغلب مواد ساختاري، حد کشسان، عددي نزديک به مقدار حد تناسب است.

نقطه تسليم : با افزايش نيرو و گذشتن از حد کشسان تنش به حدي مي رسد که ماده بدون افزايش نيرو به صورا پيوسته، شروع به تغيير شکل مي کند. تنش در نقطه Y در شکل 5 را نقطه تسليم مي نامند. اين پديده فقط در بعضي از مواد داکتيل روي مي دهد. در عمل ممکن است تنش به سرعت افت کند و در نتيجه ما نقطه تسليم بالا و پايين خواهيم داشت. چون تعيين نقطه تسليم نسبتاً ساده است و تغيير شکل دائمي حاصل نيز مقداري کم است، اين نکته در طراحي اجزايي از ماشين آلات که با تغيير شکل دائم خراب مي شوند بسيار مهم است. البته اين مسأله فقط در مورد موادي صدق مي کند که نقطه تسليم مشخصي دارند.

استحکام تسليم : بيشتر مواد غير آهني وفولادهاي استحکام بالا، نقطه تسليم مشخصي ندارند. براي اين مواد حداکثر استحکام مفيد، استحکام تسليم آنها است. استحکام تسليم ، تنشي است که ماده در آن تنش، حد مشخصي انحراف از رابطه خطي تنش– کرنش پيدا مي کند. اين مقدارمعمولاً با روش کرنش قراردادي تعيين مي شود.

استحکام نهايي : اگر نيروي وارد برنمونه آن قدر افزايش يابد که تنش و کرنش زياد شوند، به نقطه M يا تنش حداکثر مي رسيم، اين مطلب در شکل 5 در قسمتي ازمنحني XY مربوط به ماداي داکتيل ديده مي شود. استحکام نهايي  يا استحکام کششي، حداکثر تنشي است که قطعه آن را تحمل مي کند و اين تنش بر اساس سطح مقطع اوليه نمونه است. مواد ترد هنگام رسيدن به استحکام نهايي مي شکنند در حالي که مواد داکتيل به افزايش طول ادامه مي دهند.



استحکام شکست : در مواد داکتيل تا رسيدن به استحکام نهايي، تغيير شکل در سراسر طول نمونه يکنواخت است. در تنش حداکثر، تغيير شکل موضعي يا گلويي شدن در نمونه روي ميدهد و با کاهش سطح مقطع، نيرو نيز افت ميکند. تغيير طول در اثر گلويي شدن  غيريکنواخت است و سريعاً منجر به رسيدن به نقطه پارگي مي شود. که استحکام شکست حاصل تقسيم نيروي شکست بر سطح مقطع اوليه است، استحکام شکست هميشه کمتر از استحکام نهايي است. در مواد ترد، استحکام نهايي و استحکام شکست، يکي است.                                                    

داکتيل بودن: داکتيل بودن مواد از ميزان تغيير شکل ممکن تا حد شکست مشخص مي شود. اين کميت در آزمون کشش با دو اندازه گيري به دست مي آيد.

ازدياد طول:اين مقدار با چسباندن قطعات نمونه بعد از آنکه شکست رخ داد و اندازه گيري فاصله بين نشانه هاي سنجه اوليه به دست مي آيد:

درصد ازدياد طول=

که ، طول نهايي نمونه،  طول اوليه نمونه (که معمولاً 5 سانتي متر است).در بيان درصد ازدياد طول، طول اوليه نمونه بايد مشخص باشد، زيرا با تغيير اين مقدار، درصد ازدياد طول نيز تغيير مي کند.
کاهش سطح مقطع : اين کميت نيز با اندازه گيري سطح مقطع حداقل نيمه هاي شکسته شده نمونه کششي و از رابطه زير، به دست مي آيد:

 درصد کاهش سطح مقطع=
مدول کشساني يا مدول يانگ : با توجه به قسمت خطي منحني تنش-کرنش، شيب، ثابت و تا قبل از حد تناسب برابر نسبت تنش به کرنش است و مدول کشساني يا مدول يانگ نام دارد.
مدول کشساني که مشخص کننده سفتي يک ماده است، با واحد کيلوگرم بر ميلي متر مربع يا نيوتن بر ميلي متر مربع اندازه گيري مي شود.
 گاهي اوقات هدف اصلي از انجام آزمايش کشش روي نمونه جوشکاري شده، مقايسه عملکرد ناحيه جوش نسبت به فلز پايه مي باشد دو نمونه از تست کشش جوش در شکل روبرو نمايش داده شده است.
2-آزمايش سختي:
تعريف خاصيت سختي، به جز در رابطه با آزمون ويژه اي که براي تعيين مقدار آن به کار مي رود، مشکل است. مقدار سختي را نميتوان مانند استحکام کششي مستقيماً در طراحي به کار برد، زيرا مقدار سختي به تنهايي اهميت ندارد.
سختي خاصيت اساسي ماده نيست و به خواص کشسان و مومسان آن ارتباط دارد. مقدار سختي به دست آمده در يک آزمون ويژه، فقط مقداري براي مقايسه مواد يا عمليات انجام شده است. طريقه آماده سازي نمونه و آزمون، معمولاً ساده است و نتايج را ميتوان براي تخمين ديگر خواص مکانيکي به کار برد. سختي سنجي، به طور گسترده اي براي بازرسي و کنترل به کار ميرود. عمليات گرمايي يا کار روي فلز، معمولاً به تغيير سختي منجر مي شود. اگر طي فرآيند مشخصي روي يک ماده معين عملياتي انجام شود که به سخت شدن ماده بيانجامد، سختي سنجي، وسيله سريع و ساده اي براي بازرسي و کنترل آن ماده و فرآيند است.
آزمونهاي مختلف سختي سنجي، به سه دسته تقسيم مي شوند.

سختي کشسان

مقاومت در برابر برش يا سايش

مقاومت در برابر فرو رفتن

سختي کشسان : اين نوع سختي توسط يک اسکلروسکوپ اندازه گيري مي شود. به اين طريق که وزنه اي نوک الماسي در اثر وزن خود از ارتفاع معيني رها مي شود و پس از برخورد به نمونه تا ارتفاع ديگري مي جهد. دستگاه يک صفحه مدرج دارد که ارتفاع برگشت وزنه را به طور خودکار نشان مي دهد. وقتي وزنه را به نقطه رهايش مي بريم، مقدار معيني انرژي پتانسيل دارد. در هنگام رهاشدن، اين انرژي به انرژي جنبشي تبديل مي شود تا وزنه به نمونه برخورد کند.در اين لحظه مقداري از انرژي به صورت تغيير شکل نمونه جذب آن و بقيه صرف برگشت وزنه مي شود. ارتفاع برگشت توسط عديي در مقياس دلخواه نشان داده مي شود، به طوري که هر چه ارتفاع برگشت بيشتر باشد، عددي بزرگتر و قطعه سخت تر است.در اين آزمون در واقع روشي براي اندازه گيري برجهندگي ماده، يعني انرژي قابل جذب در گستره کشسان ماده است.
مقاومت در برابر برش يا سايش : در آزمون خراش، مقياس شامل 10 ماده مختلف معدني است که به ترتيب افزايش سختي مرتب شده اند و عبارتند از شماره 1، تالک، شماره 2، گچ و غيره تا شماره 10 الماس. اگر ماده نامعلومي توسط ماده شماره 6 خراشيده شود، ولي توسط شماره 5  خراشيده نشود سختي  آن بين 5 و 6 است. اين آزمون در متالورژي رايج نيست، اما هنوز در کاني شناسي به کار ميرود. وقتي سختي کانيها توسط روشهاي ديگر سختي سنجي بررسي مي شود، ميتوان دريافت که در اين بررسي مقادير سختي بين 1 و 9 فشرده شده اند در حالي که فاصله زيادي از  لحاظ سختي بين 9 و 10 وجود دارد.
در آزمون سوهان، نمونه آزمون توسط سوهاني با سختي معين، سوهان زده مي شود تا معلوم ميشود تا معلوم شود سايش مشهودي صورت مي گيرد. آزمونهاي مقايسه اي توسط سوهان، به شکل، اندازه و سختي سوهان و نيز سرعت، فشار و زاويه سوهان زني و همچنين ترکيب شيميايي و عمليات گرمايي نمونه آزمون بستگي دارد. اين آزمون عموماً در صنعت و براي قبول يا رد (ماده يا عمليات انجام شده) به کار ميرود. در بسياري از موارد، به ويژه در مورد فولادهاي ابزار، وقتي فولاد به گونه مناسب عمليات گرمايي شود، چنان سخت مي شود که هيچ سوهاني نميتواند سطح نمونه را بسايد. ميتوان چرخه هاي عمليات کرمايي اي يافت که ماده را در مقابل سوهانکاري مقاوم کند. يک کنترلگر ميتواند به سرعت با کشيدن سوهان روي سطح فلز، تعداد زيادي از قطعات عمليات گرمايي شده را بررسي و کيفيت عمليات را ارزيابي کند.


مقاومت در برابر فرورفتن : اين آزمون غالباً با اثرگذاري بر نمونه اي انجام مي شود که بر تکيه گاه صلبي قرار مي گيرد؛ فرورونده نيز با شکل ثابت و مشخص، نسبت معکوس دارد يا با ميانگين بار وارد بر سطح اثر متناسب است. روشهاي معمول آزمون سختي معمول آزمون سختي شامل سختي برينل (فرورونده ساچمه اي)، سختي راکول (فرورونده ساچمه اي و فرورونده الماسي)،ويکرز (فرورونده هرمي مربع القاعده) و روش نوپ.

3-آزمايش ضربه:
در انواع تست هاي ضربه از نمونه مخصوصي که يک شيار روي سطح آن ماشين کاري شده است استفاده مي شودو نيرو به صورت ناگهاني وارد مي شود.
با يد به خاطر داشت که دماي قطعه تاثير به سزايي در آزمايش دارد بنابراين آزمايش در يک دماي معين انجام مي شود.
اگر چه آزمايشات ضربه متنوعي وجود دارد ولي معمول ترين آنها تست چارپي ميباشد.قطعه استانداردي که در اين آزمايش استفاده مي شود شمشي با 55ميليمتر طول و سطح مقطعي به ابعاد 10*10 ميليمتر مي باشد روي يکي از سطوح بلند شياري با عمق 2 ميليمتر با دقت ماشين کاري مي شود به طوريکه در قسمت انتهايي شيار قوسي به شعاع 0.25 ميليمتر وجود دارد.
در اين آزمايش مقدار انرژي لازم براي شکست اندازه گيري مي شود هم چنين مي توان با انجام آزمايش در دماهاي مختلف دماي تبديل شکست ترد به نرم را به دست آورد.
4-آزمايشات سلامت:
   اين نوع آزمايشات به منظور تعيين سلامت فلز و عاري بودن آن از ناپيوستگي ها طراحي شده است که به منظور تاييد صلاحيت جوشکار نيز به کار مي رود.
  آزمايشات سلامت از نوع مخرب به سه دسته تقسيم بندي مي شوند:
الف)آزمايش خمش ب)آزمايش شکست شکاف دار ج)آزمايش شکست در جوش هاي نبشي
   الف)آزمايش خمش: به سه دسته تقسيم مي شوند:خمش سطحي، خمش ريشه و خمش جانبي

نامگذاري نوع آزمايش بر مبناي قسمتي از جوش مي باشد که تحت کشش قرار گرفته است
در اين آزمايش قسمتي از جوش که بايد تحت کشش قرار بگيرد رو به سمت پايين روي ماتريس قرار گرفته و سمبه تا جاييکه نمونه 180 درجه خم شود به آن نيرو وارد مي کند
محدوده پذيرش در آزمايش خمش معمولا به سايز و يا تعداد ناپيوستگي هاي مشخص شده بروي سطح محدب بستگي دارد که در کدها و استانداردهاي مختلف به طور دقيقي مطرح شده است.
  ب)آزمايش شکست شکاف دار:اين آزمايش تقريبا به طور انحصاري در صنعت خطوط لوله مورد استفاده قرار مي گيرد.دراين آزمايش با شکستن نمونه از محل جوش در مورد سلامت آن قضاوت مي شود بطوريکه سطح شکست مي تواند به منظور حضور ناپيوستگي ها مورد ارزيابي قرار گيرد. گسترش شکست از طريق ايجاد شيار با اره از دو يا سه سطح نمونه ، در ناحيه جوش محدود مي گردد.
پس از آماده سازي نمونه و شيارزني آن با اره نونه توسط ماشين آزمايش کشش کشيده مي شود. گاهي اوقات دو انتهاي نمونه مهار شده و با چکش به مرکز آن ضربه وارد مي شود و گاهي يک طرف نمونه مهار شده و طرف ديگر تحت ضربه قرار مي گيرد  
 در اين آزمايش نحوه شکستن نمونه اهميتي ندارد زيرا هدف اصلي شکستن نمونه از محل جوش به منظور بررسي حضور يا عدم حضور عيوب در سطح مقطع جوش است.
  ج) آزمايش شکست در جوش هاي نبشي: پس از آماده سازي نمونه با اعمال ضربه شکست اتفاق مي افتد و سطح شکست به منظور اطمينان از ذوب کامل ريشه اتصال،عدم وجود ذوب ناقص فلز پايه و عدم وجود حفرات گازي با سايز بزرگتر از32/3 اينچ بررسي مي شود.
5-آزمايش خستگي:
 توسط اين آزمايش استحکام خستگي يک فلز تعيين ميگردد و نمونه تحت بارگذاري متناوب قرار مي گيرد و آزمايش تحت تنش هاي مختلف انجام مي شود تا نهايتا حداکثر تنشي که در مقادير کمتر ازآن فلز عمر خستگي نامحدود دارد مشخص گردد.  در اين روش آماده سازي سطح نمونه به دليل جوانه زني ترک خستگي از سطح نمونه، بسيار مهم است.
نحوه بارگذاري در اين آزمايش ممکن است به صورت خمش مسطح ، خمش دوراني، پيچشي، کشش محوري، فشار محوري يا ترکيبي از اين نيروها باشد.
6- آزمايشات مخرب جهت تعيين خواص شيميايي:
 سه روش متداول براي تعيين ترکيب فلز پايه يا فلز جوش  عبارتند از:
 الف)طيف سنجي ب) احتراق ج)آناليز شيميايي تر   
آزمايش خوردگي را نيز مي توان در گروه آزمايش هاي شيميايي تقسيم بندي نمود.
7-آزمايش متالوگرافي:
اين آزمايش شامل نمونه برداري از يک فلز و پوليش کردن آن تا درجات بالا مي باشد سپس با چشم غير مسلح يا بزرگنمايي آن را مورد بررسي قرار مي دهند.اين آزمايش به دو گروه ماکرو وميکرو تقسيم بندي مي شوند.اين دو گروه از ديدگاه مقدار بزرگنمايي دارند.آزمايشات ماکرو اغلب با بزرگنمايي هاي 10 برابر يا کمتر سروکار دارد در حالي که آزمايشات ميکرو بزرگنمايي 100 يا بيشتر دارد.
خصوصيات متفاوتي از فلز در آزمايش ماکرو قابل دستيابي است. در يک نمونه ماکرو تهيه شده از مقطع جوش مي توان خصوصياتي از قبيل عمق ذوب، عمق نفوذ، گلويي موثر، سلامت جوش، شکل هندسي جوش و تعداد پاس ها را مورد ارزيابي قرار داد .
نمونه هاي ميکرو نيز جهت تعيين خصوصيات مختلف فلز از جمله ريز ساختارهاي اصلي، درصد ناخالصي ها، درصد عيوب ميکروسکوپي و طبيعت ترک مورد استفاده قرار مي گيرند

جوشکاری

جوشکاري

از سه نوع اتصالات موقت،نيمه موقت و دائم،جوشکاري اتصالي دائمي است که در آن بين اتم هاي دو جسم(با حرارت يا بدون آن،با فشار يا بدون فشار،با ماده کمکي يا بدون آن)پيوند ايجاد مي شود.فرآيند هاي جوشکاري از نظر ذوب به دو دسته کلي جوشکاري هاي ذوبي و غير ذوبي تقسيم مي شوند که توسط اين فرآيند ها مي توان انواع اتصال(اتصال بين دو فلز هم جنس يا غير هم جنس،اتصال بين فلز و غير فلز و يا اتصال بين دو ماده غير فلزي) را انجام داد.در جوشکاري هاي ذوبي لبه هاي اتصال دو قطعه پس از ذوب شدن و با استفاده يا بدون استفاده از ماده کمکي(الکترود،فيلر و…) به هم متصل مي شوند.
جوشکاري اکسي استيلن (Oxy Gas Welding)

يک نوع از جوشکاري هاي ذوبي ، جوشکاري به کمک گاز اکسيژن و يک گاز سوختني (Oxygen Fuel Welding) مي باشد.گاز سوختني بايد با سرعت احتراق زياد خود در اثر سوختن با اکسيژن بتواند دماي شعله حاصل را بالا ببرد و انرژي حرارتي بالايي توليد نمايد.علاوه بر آن،کمترين اثر مخرب را بر روي جوش داشته و تهيه آن نيز ساده و ارزان باشد.در بين تمام گازهاي موجود استيلن داراي همه خصوصيات ذکر شده بوده لذا بيشترين استفاده را در بين بقيه گازها(متان،پروپان،پروپلين و…)دارد که در صورت استفاده از آن به عنوان گاز سوختني به آن جوشکاري Oxy Acetylen Welding (OAW) گفته مي شود.
در جوشکاري اکسي گاز،اکسيژن و گاز سوختني در دو کپسول ذخيره گاز به صورت جداگانه قرار دارند که با باز شدن رگلاتورهاي روي کپسول ها،گازها توسط شيلنگ هاي با رنگ هاي متفاوت (معمولاً شيلنگ قرمز براي گاز سوختني و شيلنگ آبي براي اکسيژن) به تورچ جوشکاري هدايت شده،سپس در يک نازل مخلوط کننده گازها اختلاط مي شوند و بسته به مقادير متفاوت گازهاي اکسيژن و استيلن(يا گاز سوختني ديگر) شعله هاي متفاوتي جهت عمليات جوشکاري توليد مي گردد.در صورتي که مقدار گاز اکسيژن بيشتر باشد،شعله ي اکسيد کننده،اگر مقدار استيلن بيشتر باشد شعله ي احياءکننده و در صورت برابري گازها شعله ي خنثي توليد مي شود.
جوشکاري قوس الکتريکي با گاز محافظ (Gas Shielded Arc Welding)

در اين جوشکاري ها حوضچه مذاب جوش به وسيله گازها محافظت مي شوند و بسته به مصرف الکترود مي توان آن ها را به دو نوع جوشکاري به کمک گاز محافظ و با استفاده از الکترود مصرف شدني فلزي (GMAW) و جوشکاري به کمک گاز محافظ و با استفاده از الکترود تنگستني (GTAW) تقسيم کرد.
در اين فرآيندها از گازهاي خنثي آرگون(Ar)،هليوم(He) و يا مخلوطي از اين گازها با (کربن دي اکسيد) جهت حفاظت از حوضچه جوش استفاده مي شود.
جوشکاري قوسي با الکترود تنگستني و به کمک گاز محافظ(Tungsten Inert Gas يا Gas Tungsten Arc Welding) : TIG يا GTAW
در اين نوع جوشکاري ذوبي، الکترود تنگستني غير مصرفي در تورچ قرار گرفته که با ايجاد قوس،به طور همزمان گاز محافظ خنثي يا غير خنثي هدايت شده از طريق تورچ اطراف حوضچه جوش را گرفته و از ورود هوا به آن جلوگيري مي کند.از مزاياي اين نوع جوشکاري مي توان به کيفيت جوش بسيار بالا،کنترل عالي در نفوذ جوش پاس ريشه،جوشکاري ورق هاي نازک با سرعت بالا،جوشکاري فلزات غير مشابه به هم و … اشاره کرد.نرخ رسوب کم،نياز به مهارت بالاي جوشکار،غير قابل استفاده بودن در مکان هاي بادي،آخال هاي تنگستني و … از معايب اين نوع جوشکاري اند.
در اين نوع جوشکاري به دليل حرارت بالايي که ايجاد مي شود مشعل هايي توليد شده اند که داراي سيستم آبگرد بوده و باعث خنک شدن تورچ(مشعل) مي شوند.براي پر کردن درز اتصال در اين جوشکاري مي توان از سيم جوش مصرف شدني براي پر کردن درز اتصال نيز استفاده کرد.
الکترودهاي تنگستني مورد استفاده در اين فرآيند داراي قطرهاي متفاوت (0.5 – 1 – 1.6 ميلي متر و …) ، طول هاي متفاوت ( 50 – 75 – 150 ميلي متر و …) و همين طور عناصر آلياژي متفاوت (توريم،سريم،لانتانيم،زيرکونيم و…) مي باشند که با گذشت زمان،بر اثر حرارت زياد،نوک آن ها بر اثر برخورد با حوضچه مذاب و ديگر عوامل،آلوده شده و عوامل خارجي از قبيل مذاب بر روي آن مي نشيند که بر قوس و ايجاد آن تأثير مي گذارد لذا با سنباده زني،سنگ زني و ديگر روش ها نوک آن ها را گرد و تميز مي کنند.
جوشکاري MIGو MAG :

در جوشکاري قوسي با گاز محافظ و الکترود مصرف شدني(GMAW)،الکترود سيمي است که بصورت دائم و با يک سرعت معين به حوضچه جوش تغذيه مي گرددو به عنوان فلز پر کننده استفاده مي شود.گاز محافظ بسته به شرايط جوشکاري مي تواند خنثي(Inert) يا فعال(Active) باشد.اگر از گاز خنثي به عنوان گاز محافظ در اين جوشکاري استفاده گردد به آن جوشکاري MIG (Metal Inert Gas) و اگر از گاز فعال استفاده شود به آن MAG (Metal Active Gas) گفته مي شود.
در اين نوع جوشکاري پس از ايجاد قوس،سيستم تغذيه سيم،سيم جوش را با يک سرعت معين از طريق تورچ به حوضچه جوش هدايت مي نمايد،سيستم گاز محافظ با هدايت گاز وظيفه حفاظت از حوضچه مذاب را بر عهده دارد و عمليات جوشکاري انجام مي گيرد.
سرعت بيشتر و نرخ رسوب بالا مزيت اين نوع جوشکاري نسبت به جوشکاري قوسي الکتريکي دستي است.در اين جوشکاري بسته به نوع قطعات جوشکاري از گازهاي آرگون(Ar)،هليوم(He)،دي اکسيد کربن( )،اکسيژن( )،هيدروژن ( ) و يا ترکيبي از اين گازها جهت حفاظت از حوضچه جوش استفاده مي شود.
براي ثيت نام در دوره آموزش بازرسي جوش 1و2 کليک کنيد.
نرخ رسوب در اين جوشکاري با استفاده از رابطه زير بر حسب کيلوگرم بر ساعت محاسبه مي شود :
جوشکاري به روش الکترود دستي (Shielded Metal Arc Welding يا SMAW) :

در اين جوشکاري از دو کابل متصل به دستگاه جوش،يکي به انبر اتصال و ديگري با انبر الکترود گير متصل شده،الکترود در انبر الکترود گير قرار مي گيرد و با برقراري قوس بين نوک الکترود و سطح کار،جوشکاري شروع شده و الکترود ذوب مي شود و درز اتصال را پر مي نمايد.
در اين جوشکاري بسته به نوع روپوش الکترود از دو نوع جريان متناوب (AC) و مستقيم (DC) استفاده مي شود.به دليل وجود دو قطب مثبت و منفي در جريان مستقيم،از دو نوع قطبيت در اين جريان مي توان استفاده نمود:
1- قطب مستقيم (DCSP يا DCEN) : انبر الکترود به قطب منفي و انبر اتصال به قطب مثبت دستگاه وصل مي شود و حرکت الکترون ها از سمت نوک الکترود به قطعه کار است.
2- قطب معکوس (DCRP يا DCEP) : انبر الکترود به قطب مثبت و انبر اتصال به قطب منفي دستگاه متصل مي شود و حرکت الکترون ها از سمت قطعه کار به نوک الکترود است.
جوشکاري به روش زير پودري ( Submerged Arc Welding يا SAW) :
در اين جوشکاري،از طريق تغذيه مداومسيم جش فلزي جامد،يک قوس پايدار برقرار مي شود که همواره حين جوشکاري در زير لايه اي از سطح پودر محافظ قرار مي گيرد و به همين دليل اين فرآيند را زيرپودري مي گويند.فرآيند سيم رساني در اين جوشکاري مشابه فرآيندهاي GMAW و FCAW مي باشد با اين تفاوت که نحوه محافظت منطقه جوش در اين روش ها متفاوت است.

آنچه كه از برق بايد بدانيم

آشنايي مختصري با خازن و انواع كاربرد آن در لوازم خانگي
ساختمان خازن از دو صفحه هادي تشكيل شده كه به آنها جوش گفته مي شود جوش ها به وسيله دي الكتريك از يكديگر جدا شده اند.
خازن هاي مورد استفاده در صنعت برق عموماً به يكي از دو نوع زير تقسيم مي شوند:
الف – خازن الكتروليتي – خازن روغني
انواع كاربرد آن در لوازم خانگي
در لوازم خانگي به اشكال مختلف و در ابعادي بسيار گسترده استفاده شده ولي مي توان كاربرد خازن در اين لوازم را به يكي از سه نوع زير تقسيم كرد.

الف – خازن اصلاح ضريب قدرت
ب- خازن پارازت گير
ج – خازن هاي راه انداز
آشنايي با موتورهاي الكتريكي
۱- موتورهاي يونيور سال: يونيور سال يعني عمومي اين موتورها به اين جهت عمومي ناميده مي شوند كه علاوه بر جريان متناوب در جريان مستقيم نيز به راحتي كار مي كنند.
عامل حركت آرميچر در واقع تئوري بيو ؟؟ است. به عقيده وي هرگاه سيم دو ميدان بر يكديگر ايجاد مي گردد توانايي حركت مي يابد در صورت فراهم بودن شرايط لازم آرميچر به گردش درآمده و مي توان از چرخش آن در انجام يك عمل مكانيكي بهره ببرد.

فصل دوم : سشوار

۱-۲- ساختمان سشوار
۱- بدنه :

بدنه سشوارها را از فلز يا پلاستيك مي سازند. نوع فلزي معمولاً از جنسي استيل انتخاب مي شود تا علاوهبر استحكام حرارتي بالا، زيبايي ظاهري را نيز به همراه داشته باشد اما در اين نوع بدنه سشوار، همواره خطر اتصال بدنه، مصرف كننده را تهديد مي كند. در سشوارهاي ديگر بدنه را از پلاستيك مي سازند تا در صورت برخورد سيم فاز با بدنه، مصرف كننده با خطر جدي مواجه نشود. متأسفانه جنس نامرغوب اين نوع از بدنه ها، آنها را در برابر حرارت بسيار ناپايدار ساخته و پس از آن مدت محدودي تغيير شكل مي يابند.
۲- دسته سشوار:

جنس دسته سشوار را از كائوچو يا انواع مشتقات پلاستيك مي سازند تا اولاً در برابر اتصال بدنه، مصون باشد و دوماً وزن سشوار از حد معيني تجاوز نكند. قسمت عمده اي از مدار در داخل دسته سشوار جاي داده شده و علاوه بر آن كليدها نيز در قسمتي از دسته، تعبيه شده اند. براي آنكه سشوار از قابليت حمل بالايي برخوردار شود، كارخانجاتي مانند «بيم» ، دسته سشوار را به گونه اي مي سازند تا در صورت لزوم بر روي بدنه تا شود.
۳- دو شاخه و سيم رابط :
دو شاخه و سيم رابط به يكديگر متصل بوده و دو شاخه پرسي مي باشد. رم سيم كمتر از mm21 انتخاب نمي شود تا براحتي جريان مورد نياز دستگاه را تأمين كند. اكثر توليدكندگان سشوار، عايق سيم رابط را ضخيم مي سازند تا در برابر ضربات و يا حرارت بدنه دستگاه مقاوم بوده و سريع آسيب نبيند و مصرف كننده را با خطر اتصال بدنه يا برق گرفتگي مواجه نسازد.
۴- موتور:

در سشوار، دو نوع موتور، مورد استفاده قرار مي گيرد. اگر موتور از نوع يونيورسال باشد، قطعاً با المنت به صورت موازي بسته مي شود زيرا ولتاژ مورد نياز موتور ۲۲۰ ولت يا به عبارتي همان ولتاژ شبكه است. جهت آشنايي بيشتر با اين موتورها به مبحث ۱-۱۲-۱ رجوع فرماييد. از آنجا كه موتور يونيورسال وزن سشوار را بالا مي برد و از نظر اقتصادي هزينه توليد را افزايش مي دهد و نياز مداوم به سرويس و نگهداري دارد، امروزه به ندرت مورد استفاده قرار مي گيرد.
۵- كليد

بدون استثناء مي توان گفت در اكثر لوازم خانگي نول مستقيماً به مصرف كننده داده شده، فاز از كليد عبور مي كند و به مصرف كننده مي رسد و توسط كليد، عملكرد دستگاه كنترل مي شود. در سشوار نيز كليد وظيفه مذكور را بر عهده دارد.

۶- ديود

در مبحث ۱۴-۱ ساختمان ديود و مطالب ديگري در اين خصوص آورده شده است. در اين فصل به كاربرد ديود در سشوار خواهيم پرداخت.
ديود در سشوار، دو كاربرد متفاوت دارد. گاهي از اوقات ديود پرآمپر پشت كليد جاي داده مي شود تا در صورت باز بودن كليد، جريان از ديود عبور نموده و يكسوسازي نيم موج شود. به اين ترتيب ولتاژ ورودي كاهش يافته و دستگاه ضعيف كار مي كند. با بسته شدن كليد، ديود از مدار خارج شده و از آنجا كه ولتاژ به طور كامل به دستگاه مي رسد عملكرد آن شتاب و قدرت بيشتري خواهد يافت (شكل ۱۳-۲).
قبلا اشاره شد كه ديودها داراي شماره هايي هستند كه در واقع ولتاژ و جريان نامي آنها را بيان مي كند و كارخانجات سازنده سشوار، از شماره هاي متنوعي به همين منظور بهره مي برند با اين وجود ديودهايي كه معرفي شده از كاربرد بيشتري برخوردارند.
جريان نامي ولتاژ نامي شماره ديود
۳A 200v 5402 1N
3A 300v 5403 1N
3A 400v 5404 1N
3A 500v 5405 1N
3A 600v 5406 1N
3A 800v 5407 1N
قبلا ذكر شد كه در اكثر سشوارها ، امروزه از موتورهاي ۱۲ ولت جريان مستقيم استفاده مي شود (تبديل جريان متناوب به برق يكسو شده تمام موج توسط پل ديود در مبحث ۱۴-۱ شرح داده شده است). از آنجا كه ولتاژ جرياني كه در اختيار پل ديود قرار مي گيرد كم است، در اين قسمت از مدار، ديودهايي كم آمپر به كار مي روند. معمولاً ديودهايي با شماره هاي زير به اين منظور انتخاب مي شوند.
جريان نامي ولتاژ نامي شماره ديود
۱A 50v 4001 1N
1A 100v 4002 1N
1A 200v 4003 1N
1A 400v 4004 1N
1A 600v 4005 1N
1A 800v 4006 1N
1A 1000v 4007 1N

۷- المنت (گرم كننده – هيتر)
وظيفه المنت ايجاد گرما در مسير باد توليد شده (توسط موتور) مي باشد. المنت در واقع سيم كرم نيكل و يا كرم آلومينيوم است كه به دور مقواي نسوز پيچيده شده.
كاربرد المنت در سشوارها، در واقع مدارات جالب و متنوعي را به وجود مي آورد. به عنوان مثال با كاربرد المنت دو پايه، مدار مي تواند از نوع جانسون موازي و يا جانسون سري (شكل باشد. المنت سه سيم در سشوارهاي با مدار سري – موازي مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين المنت ها R2 و R1 به صورت موازي اتصال مي يابد.

المنت چهار سيم (شكل ۸-۲) درسشوارهاي ديانا مورد استفاده قرار گرفته است. المنت R3 به صورت موازي با مجموعه موتور ۱۲ ولت + المنت هاي R1 و R2 بسته مي شود. در سشوارهايي كه المنت چهار سيم دارند، ديود يكسوساز نيم موج پشت كليد كاربردي ندارد زيرا كنترل دور موتور به توسط خروج قسمتي از المنت صورت مي گيرد

در برخي از سشوارها، المنت داراي ابعاد و اشكال و همچنين سر سيم هاي متنوعي است. با اين وجود كاربرد آن در مدار،‌دقيقاً مشابه ساير انواع المنت هاست.

۸- ترموستات
ترموستات در واقع يك كليد اتومات حرارتي است و هرگاه حرارت محيط داخلي سشوار از حد معيني تجاوز نمايد، توسط اين كليد، مدار براي مدتي قطع مي شود و پس از كاهش دما،‌مجدداً ترموستات به حالت وصل باز مي گردد. ترموستات سشوار متشكل از دو كنتاكت اتصال برق ورودي و خروجي و همچنين يك تيغه حساس است، ترموستات همواره در مسير نول اصلي مدل قرار مي گيرد تا با عملكرد خود برق دستگاه را قطع نمايد. با افزايش حرارت داخل دستگاه، تيغه حساس ترموستات انبساط طولي يافته و با جدا شدن از كنتاكت دوم مانع عبور نول به طرف ساير اجزاء مدار مي شود.

۹- پروانه فن
با سوار نمودن يك پروانه سبك بر روي محور موتور، مي توان به سادگي باد فراواني را توليد نمود تا گرماي توليد شده در المنت را به طرف لوله خروجي سشوار هدايت نمايد. در صورت هرزگرد شدن پروانه، حرارت المنت به خارج از سشوار راهي ندارد و اگر دستگاه مجهز به ترموستات نباشد، با خطر جدي مواجه خواهد شد.
گاهاً ديده مي شود كه خروج يكي از هاديهاي مدار و در نتيجه برخورد آن با پروانه فن صداي خشني را به وجود مي آورد. حتي در مواردي، درگيري مذكور، مانع از حركت موتور خواهد شد كه اجباراً مي بايست نسبت به رفع عيب مذكور اقدام نمود.

۴-۲- عيب يابي در سشوار:
عيب ۱ : سشوار اصلا روشن نمي شود.
در مواردي مشابه حالت فوق الزاميست، عيب يابي را از مبدأ آغاز نماييد يعني از خود منبع انرژي الكتريكي و سپس بررسي و تست قطعات را تا آنجا كه عملكردشان به اين عيب مربوط مي شود ادامه دهيد. قطعاً به نتيجه مطلوب خواهيد رسيد.

علت ۱ : پريز برق ندارد.
رفع عيب: دستگاه را از برق جدا كنيد و سپس به وسيله قسمت ولتاژ آومتر،‌اختلاف سطح الكتريكي پريز را اندازه گيري نماييد. اگر عقربه منحرف نشود مشكل از پريز است و در صورتي كه عقربه منحرف شده و ۲۲۰ ولت را نشان دهد، مشكل از قطعه ديگري است كه در ادامه شرح داده مي شود. در هنگام انتخاب رنج به ياد داشته باشيد كه نمي‌توان جهت سنجش ولتاژ برق رنجي كمتر از ۲۵۰ ولت را به كار برد زيرا منجر به آسيب ديدگي دستگاه مي شود.
علت ۲ : سيم رابط و يا دو شاخه خراب است.

رفع عيب: ابتدا دستگاه را از برق خارج نموده و سپس ورودي برق در داخل دستگاه را از ساير اتصالات جدا سازيد. سيمهاي ورودي به دستگاهرا به يكديگر متصل كنيد. در اين وضعيت با اتصال رابطهاي آومتر (در حالي كه رنج بر روي ۱*R تنظيم شده است) به دو شاخه دستگاه، بايد عقربه منحرف شده و تقريباً صفر را نشان دهد.در صورت عدم انحراف عقربه بايد دو شاخه و سيم رابط، يكجا تعويض شوند زيرا دو شاخه از نوع پرسي است (در عموم سشوارها).

علت ۳ : فاز يا نول اصلي در داخل دستگاه دچار مشكل شده
رفع عيب: گاهاً ديده مي شود كه برق به داخل دستگاه مي رسد اما از آنجا كه فاز از كليد جدا شده و يا اتفاق مشابهي براي نول صورت گرفته، برق عملاً به مدار الكتريكي سشوار راه نمي يابد كه در صورت مشاهده اين عيب سيم جدا شده را در نقطه اصلي خود قلع كاري نماييد.

علت ۴ : كليد سشوار خراب است.
رفع عيب: معمولاً در اكثر سشوارها ، حتي با وجود چند كليد مانند شكل ۲۴-۲ ، يك كليد به منظور كنترل اصلي دستگاه تعبيه شده است. در صورت خراب شدن اين قطعه الكتريكي، دستگاه روشن نخواهد شد. حداقل يكي از سيم هاي متصله به كليد فوق را از آن جدا نموده و توسط آومتر (۱*R ) به تست آن بپردازيد. اگركليد سالم باشد در حالت بستن كليد عقربه منحرف شده و تقريباً صفر را نشان مي دهد و در حالت باز بودن كليد، عقربه بر روي بي نهايت ( ) خواهد ايستاد. در صورت خرابي كليد، آن را تعويض كنيد تا مشكل حل شود.

علت ۵ : عيب را در خود مدار جستجو كنيد.
رفع عيب: پس از بررسي قطعات مذكور به اين نتيجه منطقي خواهيد رسيد كه عيب در خود مدار به وجود آمده. اگر مدار مانند شكل ۱۰-۲ از نوع سري باشد، خرابي هر يك از اجزاء مدار به خاموشي مطلق دستگاه مي انجامد. اين مسئله از عيوب عمده مدار سري است. به عنوان مثال در صورت قطع شدن ديود در شكل ۱۰-۲ مدار به حالت باز در مي آيد و عيب ۱ بروز خواهد نمود.
در سشوار با مدار سري تست تمامي قطعات الزامي است. اما اگر مدار از نوع سري – موازي است (شكل ۱۳-۲) تنها قطع شدن فاز و يا نول اصلي در داخل مدار مي تواند سشوار را دچار خاموشي كامل نمايد.
به ياد داشته باشيد در برخي از سشوارها مانند ۱۳-۲ از ترموستات استفاده شده و چون جايگاه ترموستات در سر راه نول اصلي مدار است، توجه به صحت عملكرد آن شما را در نتيجه گيري سريع و يافتن عيب ياري خواهد نمود.

عيب ۲ : بدنه سشوار در حال كار بسيار داغ مي شود اما ترموستات مدار را قطع نمي كند.
علت : كنتاكت هاي ترموستات به يكديگر جوش خورده اند.

رفع عيب: اكثر توليدكنندگان سشوار، جهت حفاظت از بدنه پلاستيكي دستگاه توليد شده، در مدار الكتريكي از ترموستات استفاده مي كنند تا هر گاه حرارت از حد معيني تجاوز نمود، توسط اين قطعه دستگاه به حالت خاموش در آيد. بر اثر رطوبت محيط و حرارت داخل دستگاه،‌كنتاكت هاي ترموستات فرسوده شده و در برابر حرارت ناشي از جرقه هاي قطع و وصل، پايداري خود را از دست داده در نتيجه دچار جوش خوردگي مي شوند. مي توان كنتاكت ها را از يكديگر جدا نمود و پس از سمباده كاري آنها، از رفع عيب مطمئن بود اما تجربه نشان داده كنتاكت هاي جوش خورده، پس از تعمير مدت زيادي دوام نخواهند داشت و پس از گذشت چند روز ، مجدداً به يكديگر متصل مي شوند از اين رو بهتر است ترموستات را يكسره كنيد زيرا ترموستات قابل تعويض نيست مگر آنكه المنت با نوع مشابه خود كه مجهز به ترموستات است، تعويض شود.
عيب ۳ :‌موتور سشوار در حال كار است اما باد گرم خارج نمي شود.

علت: پروانه هرز گرد شده
رفع عيب: پروانه هاي فن از پلاستيك هاي معمولي ساخته مي شوند تا از وزن بسيار كمي برخوردار باشند وبه همين دليل ، دوام چنداني نداشته و پس از مدتي به اشكال مختلف تغيير حالت مي دهند. در صورت هرزگرد شدن پروانه فن، هرگز از چسب جهت اتصال مجدد آن به محور موتور استفاده نكنيد زيرا تعمير آن را مشكل خواهيد نمود. بهتر است فن ديگري را جايگزين آن نماييد كه متناسب با قطر محور موتور باشد.
عيب ۴ : با بستن كليد مخصوص حرارت اضافي، گرماي سشوار تغيير نمي كند.
علت ۱ : المنت حرارت اضافي قطع شده.

رفع عيب: دستگاه را از برق جدا كنيد و پس از باز نمودن بدنه سشوار، توسط آومتر، اهم المنت موازي را بسنجيد. اگر عقربه منحرف نشد، المنت قطع شده است. توصيه مي شود از گره زدن نقاط پاره شده به يكديگر پرهيز كنيد. زيرا اتصالات المنت به اين شكل از دوام چنداني برخوردار نخواهد بود بهتر است المنت را با نوع مشابه خود تعويض كنيد.

علت ۲ : به المنت موازي برق نمي رسد.
رفع عيب: اگر در اندازه گيري اهم المنت موازي، متوجه صحت آن شديد، بدون شك به المنت برق نمي رسد كه اين مشكل يا از جدا شدن سيم متصل به المنت موازي است و يا خرابي كليد مربوطه. ابتدا به صحت اتصالات المنت بپردازيد و در صورت مثبت بودن اين بررسي، كليد را توسط آومتر تست نماييد. اگر با بسته شدن كليد عقربه به طرف صفر و در حالت باز بودن كليد بر روي بي نهايت ايستاد كليد سالم است. در غير اينصورت مشكل از كليد است. در تست كليد و يا هر قطعه ديگر، بهتر است حداقل يكي از سيم هاي آن را جدا نماييد.
عيب ۵ : با بستن كليد، المنت داغ مي شود اما در سشوار باد توليد نمي شود.
اين عيب تنها مي تواند در سشوارهاي موازي (شكل ۱۹-۲) و يا سشوارهايي كه داراي مدار سري – موازي (شكل ۱۸-۲) هستند به وجود آيد كه در ادامه به بررسي هر كدام خواهيم پرداخت. لازم است توضيح داده شود كه در مدار سري قطع المنت و يا خرابي هر كدام از قطعات ديگر مدار، كل دستگاه را خاموش نموده و به همين جهت عيب مورد نظر در سشوارهاي سري (شكل ۱۵-۲) هرگز به وجود نمي آيد.
علت ۱ :‌قسمت سري سشوار آسيب ديده است.

رفع عيب: اين علت به يكي از سشوارهاي سري – موازي مانند شكل ۱۸-۲ اشاره دارد. در واقع المنتي كه داغ مي شود، المنت موازي است و مستقل از قسمت سري مدار عمل مي كند. اما از آنجا كه موتور در قسمت سري قرار دارد، تمامي اجزاء از سري حتي خود موتور مي بايست كنترل شود تا قطعه يا قطعات معيوب شناسايي شده و نسبت به رفع عيب اقدام شود.

ماشین های DC

ماشین های DC به انواع زیر تقسیم می شوند که هر کدام می توانند در حالت موتوری یا ژنراتوری استفاده شوند:
انواع ماشین های DC:
• تحریک مستقل
• تحریک شنت
• تحریک سری
• تحریک کمپوند
ماشین های DC فوق از لحاظ ساختاری , می توان گفت که تفاوتشان در تحریک آنهاست.اما از لحاظ کاربردی , هر کدام از آنها کاربرد خاصی را با توجه به مشخصه های گشتاور-سرعت(در حالت موتوری) و ولتاژ-جریان(برای حالت ژنراتوری) دارند.

ماشین های کمپوند به انواع زیر تقسیم بندی می شوند:
١-کمپوند بلند:
• فوق کمپوند
• کمپوند تخت
• زیر کمپوند
٢-کمپوند کوتاه:
• فوق کمپوند
• کمپوند تخت
• زیر کمپوند
« انواع ماشین های AC »
ماشین های AC به ماشین های سنکرون و آسنکرون(القایی) تقسیم می شوند.
عموما از ماشین های القایی در حالت موتوری و از ماشین های سنکرون در حالت ژنراتوری بهره برداری می کنیم.
از آنجایی که در حالت موتوری سرعت های متفاوتی را نیازمندیم , از موتور القایی استفاده می کنیم و به دلیل اینکه در ژنراتورها به فرکانس ثابتی (به نوعی به سرعت ثابت) نیاز داریم از ژنراتور های سنکرون استفاده می کنیم.
چیزی حدود ۹۵ درصد ژنراتور های دنیا را ژنراتور های سنکرون تشکیل داده اند.
از ماشین های القایی , استفاده محدودی به عنوان ژنراتوری می شود, به طور مثال در نیروگاههای بادی که سرعت باد در اختیار ما نیست , از آنها استفاده می شود.

مصارف جزئی تر هر کدام از ماشین ها را انشاءالله در پست های بعدی ارائه خواهم کرد.

نکته قابل توجه : ماشین های الکتریکی , تنها به موتور و ژنراتور محدود نمی شوند , بلکه ترانسفورماتورها و… را نیز شامل می شود.

کنترل ماشینهای AC , DC

به منظور کاهش خطای انسانی و افزایش کارایی سامانه هچارهای به جزامروزه ماشينهاي الكتريكي نقش عمده‌اي در زندگي بشر دارند. مقوله الكترونيك قدرت نيز در تغذيه، بهره‌برداري و كنترل ماشينهاي الكتريكي از اهميت بسيار برخوردار است.مي‌توان گفت كه دانش علمي وفني اين دو موضوع مكمل يكديگر هستند. در اين تحقيق توضيحاتي درتحليل و تشريح كار ماشينها و عملكرد آنها و همچنين در شرايطي كه با مبدل‌هاي الكترونيك قدرت تغذيه و كنترل مي‌شوند، در نوع خود شايدكم نظيرباشد. اصول مشترك و اساسي محركه‌هاي الكتريكي (موتور مبدل تغذيه كننده آنها) را در بر مي‌گيرد. موتورهاي dc تغذيه شده با يكسو كننده‌هاي كنترل شده و برشگرها، موتورهاي القايي قفس سنجابي كنترل شده با اينورترها، كنترل‌كننده‌هاي ولتاژ ac و سيكلوكنورترهاي، موتورهاي القايي رتور سيم پيچي شده با كنترل از طرف رتور. هر دو نوع سيستم‌هاي كنترل حلقه باز و حلقه بسته بحث شده‌اند. در فصل اول درمورد موتورهاي جريان سيستم DC بحث شده است كه برخي از كاربردهاي مهم اين محركه‌ها عبارتند از: غلطكهاي نورد را منابع فلزي، غلطكهاي كاغذ، ماشين‌هاي ابزار و موتورهاي كششي نظير قطارها. در فصل دوم و سوم درمورد كنترل موتورهاي DC با يكسوكننده‌هاي قابل كنترل با برشگرها توضيح داده شده است و در فصل چهارم كنترل حلقه بسته محركهاي DC مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرد. موتورهاي القايي بخصوص موتورهاي قفس سنجابي مزايايي نسبت به موتورهاي dc دارند كه در مورد اين موتورها در فصل پنجم بحث شده است. كنترل موتورهاي القايي با كنترل كننده‌هاي ولتاژ AC و محركه‌هاي موتور القايي كنترل شده با فركانس در فصلهاي ششم و هفتم به آنها پرداخته‌ايم. در فصل آخر نيز محركه‌هاي موتور القايي رتور سيم‌بندي شده با كنترل قدرت لغزش بحث شده است.

ماشین DC
ماشین جریان مستقیم یک وسیله تبدیل انرژی با کاربرد بسیار در صنعت است که توانایی تولید گشتاور و راه‌اندازی بالا و متغیر برای بارهای مورد استفاده را دارد. ماشین‌های جریان مستقیم به دلیل استفاده از نیروی الکتریکی DC در خودروها، درصد زیادی از تولید ماشین‌های الکتریکی را به خود تخصیص می‌دهند. همچنین این نوع ماشین در کاربردهای صنعتی که کنترل دقیق سرعت و گشتاور مورد نیاز است، استفاده‌های فراوان دارد.
کموتاسیون
برای تبدیل کمیت چرخان (گردش آرمیچر) به کمیت مستقیم (ولتاژ و جریان) و ساکن نگه‌داشتن نیروی محرکهٔ مغناطیسی آرمیچر به کموتاتور نیاز است. مهترین کار کموتاتور همان طور که گقته شد یکسوکردن کمیت متناوب در پیچک آرمیچر به کمیت مستقیم در جاروبک‌های یک ژنراتور می‌باشد.

نیروی محرکهٔ تولید شده در آرمیچر
ولتاژ یکسوشده به وسیلهٔ جمع‌کردن عرض موج‌های تولیدشده از پیچک‌های سری به وجود می‌آید. هرچه تعداد پیچک‌های سری افزایش یابد مقدار ولتاژ DC افزایش و تضاریس موج کاهش می‌یابد، اما به طور کلی شکل موج ولتاژ یکسوشده توسط جاروبک نمی‌تواند به شکل موج ولتاژ مستقیم تولیدشده از یک باتری برسد.
میانگین ولتاژ تولیدشده در یک پیچک با تعداد دور NC از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:
EC = 2NCpnφ
که در آن p تعداد قطب، φ شار عبوری و n سرعت چرخش روتور است.
اگر C را تعداد کل پیچک‌های آرمیچر و a را تعداد مسیرهای موازی بین جاروبک‌ها بدانیم تعداد پیچک‌های سری بین جاروبک‌ها C / a می‌شود و با احتساب Z به عنوان هادی‌های موجود در آرمیچر، نیروی محرکهٔ موجود در آرمیچر این‌گونه محاسبه می‌شود:
با محاسبه ضریب سیم‌پیچی kw، که برای ماشین‌های DC معمولاً تنها از ضریب توزیع kd تشکیل شده‌است، ولتاژ القایی آرمیچر بدین‌گونه خواهد بود:

گشتاور ماشین جریان مستقیم
با توجه به برابری توان‌های تبدیل‌شده و با احتساب شرایط ایده‌آل تبدیل توان، گشتاور مکانیکی ماشین این گونه محاسبه می‌شود: که با توجه به آن که مقادیر Z ،p و a برای ماشین ثابت است، نشان می‌دهد که گشتاور رابطه‌ای مستقیم با تغیرات Ia و φ دارد.

تحریک آرمیچر
ماشین جریان مستقیم به جز دز مواردی که از مغناطیس دائم در روتور خود استفاده می‌کند برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و یا بالعکس به یک سیم پیچ تحریک که جریان مستقیم از آن عبور می‌کند، احتیاج دارد. به این سیم‌پیچ، سیم‌پیچ میدان گفته می‌شود.

تحریک جداگانه
پیچک تحریک جداگانه که از صدها دور سیم نازک تشکیل شده، به منبع خارجی یا جداگانه‌ای از آرمیچر متصل است و ولتاژ آن منبع هیچ‌گونه وابستگی با ولتاژ آرمیچر ندارد.

تحریک خودی
تحریک سیم‌پیچ میدان به وسیلهٔ آرمیچر ماشین را تحریک خودی می‌نامند. در این ماشین قطب‌های میدان باید پس‌ماند مغناطیسی داشته باشند تا هنگام چرخش آرمیچر ولتاژ پس‌ماندی در جاروبک‌ها تولید شود.
۱٫ تحریک سری: سیم پیچ میدان در این نوع ماشین از سیم‌های ضخیم با دور اندک (مقاومت کم) تشکیل شده که به طور سری به آرمیچر متصل شده‌است و جریان میدان سری به جریان آرمیچر بستگی دارد.
۲٫ تحریک شنت: پیچک میدان از سیم‌های نازک با تعداد دور زیاد تشکیل شده که به طور موازی به آرمیچر متصل شده‌است.
۳٫ تحریک کمپوند: شامل هر دو سیم‌پیچ تحریک سری و تحریک شنت می‌باشد، البته در مواقعی به جای تحریک شنت از تحریک جداگانه استفاده می‌شود. در صورتی که شار میدان تحریک سری در جهت شار میدان تحریک شنت باشد ماشین را کمپوند اضافی و در غیر این صورت به آن ماشین کمپوند نقصانی می‌گویند.

راه‌اندازی موتور جریان مستقیم
در لحظهٔ شروع راه‌اندازی سرعت موتور صفر است و بنابرین نیروی ضد محرکه Ea نیز صفر می‌باشد، در نتیجه با اعمال ولتاژ پایانه Vt به دو سر ماشین جیان عبوری از آرمیچر از رابطهٔ در ماشین‌های سری و در ماشینهای سری و کمپوند به دست می‌آید که در این صورت جریان ورودی زیادی وارد موتور می‌شود که نتایج زیر را دربر دارد:
۱- ایجاد جرقهٔ زیان‌آور هنگام کموتاسیون
۲- آسیب‌دیدن سیم‌پیچ آرمیچر و از بین رفتن عایق بر اثر گرمای بیش از اندازه
۳- گشتاور راه‌اندازی بالا و شتاب سریع که به قسمت‌های متحرک ماشین آسیب می‌رساند.
۴- افت زیاد ولتاژ تغذیه
بنابراین برای راه‌اندازی مناسب ماشین لازم است که جریان راه‌اندازی محدود شود، که این کار با قرار دادن مقاومت خروجی بر سر مدار آرمیچر انجام می‌شود. البته این مقاومت باید به تدریج از سر راه مدار برداشته شود، زیرا در هنگام کار عادی ماشین باعث کاهش سرعت کار ماشین و تلفات سلفی انرژی و در نتیجه کاهش بازدهی ماشین می‌شود.
از انواع راه‌اندازهای سری می‌توان راه‌اندازهای سه‌سر، راه‌اندازهای چهارسر و راه‌اندازهای اتوماتیک را نام برد.

چگونگی راه‌اندازی موتور
راه‌اندازی موتورهای جریام مستقیم با قراردادن مقاومت در مدار ارمیچر انجام می‌گیرد که این مقاومت خود از مقاومت‌های کوچک‌تری که هر کدام در بخش مجزایی هستند تشکیل می‌شود و هر کدام از این اجزا به تدریج در هنگام راه‌اندازی از مدار ماشین خارج می‌شود تا مقاومت موجود در مدار آرمیچر تنها مقاومت آرمیچر یا مقاومت سیم‌پیچ سری باشد. روش دیگری نیز وجود دارد

طراحی راه‌انداز
مقاومت راه‌انداز بین دکمه‌های مختلف یک راه‌انداز به قسمت‌های نامساوی تقسیم می‌شود تا از ضربات غیرعادی جریان به خصوص در آخرین دکمهٔ اتصالی جلوگیری شود. در این فرایند جریان ماکزیمم آرمیچر Ia1 باید به گونه‌ای باشد تا کموتاسیون خوب به وجود بیاید (جرقه‌های خطرناک هنگام کموتاسیون رخ ندهد).

ماشين DC داراي قابليت انعطاف زيادي است و ميتوان با اتصالات مختلف مدتر تحريك آن به مشخصه هاي گوناگون گشتاور و سرعت و ولتاژ جريان دست يافت.

از ماشينهاي dc مي توانيم به صورت موتور يا ژنراتور بهره برداري كرد. اما امروزه براي ايجاد برق dc از سيستمهاي يكسو ساز الكترونيك قدرت استفاده مي شود لذا ژنراتورهاي dc رفته رفته جاي خود را در صنعت از دست مي دهند. در حاليكه موتورهاي dc به خاطر امكان كنترل سرعت خوب كاربرد فراواني دارند
امروزه همچنان موتورهاي dc بزرگ در صنايع نورد، نساجي،چاپ، جرثقيل سازي كاربرد فراوان دارند موتورهاي dc كوچك هم در سيستمهاي كنترل به وفور يافت مي شوند. كه مي توان از تاكومتر(سرعت سنج) نام برد.

ماشينهاي الكتريكي از دو بخش اساسي تشكيل شده اند:

الف)قسمت متحرك ودوار به نام رتور

ب) قسمت ساكن به نام استاتور

بين اين دو قسمت ،شكاف هوايي وجود دارد .
استاتو و رتور از مواد فرومغناطيسي ساخته مي‌شوند تا چگالي شار بيشتر گردد و در نتيجه اندازه و حجم ماشين كمتر شود.
نكته: اگر شار در رتور و استاتور متغير با زمان باشد ،هسته اهني لايه‌به‌لايه ساخته مي‌شود تا جريان گردابي كاهش يابد.
در بسياري از ماشينها محيط داخلي استاتور و محيط بيروني رتور حاوي شيارهاي متعددي است كه داخل آنها هادي‌ها جاسازي ميشوند، اين هاديها بهم وصل مي شوند و سيم پيچي حاصل مي شود.به سيم پيچي هايي كه در آنها ولتاژ القا مي شود ،سيم پيچي آرميچر اطلاق مي گردد. به سيم پيچ هايسي كه ار آنها جريان ميگذرد تا ميدان مغناطيسي و شار اصلي را پديد آورند، سيم پيچ تحريك يا سيم پيچ ميدان گفته مي شود.
سيم پيچ آرميچر تامين كننده تمام قدرتي است كه تبديل شده و يا انتقال مي يابد. قدرت نامي سيم پيچ آرميچر،‌هم در ماشين هاي DC و هم در ماشين هاي AC فقط با جريان متناوب كارمي كند.

انواع ماشين‌هاي الكتريكي:

۱- ماشين جريان مستقیم
۲- ماشين القايي
۳- ماشين سنكرون
ماشين جريان مستقيم :(DC)

در ماشينهاي DCسيم پيچ تحريك بر روي استاتور قرار دارد و رتور حاوي سيم پيچ آرميچير است. از سيم پيچي تحريك جريان DC مي گذرد تا شار درون ماشين شكل گيرد.

ولتاژ القا شده در سيم پيچي آرميچر يك ولتلژ متناوب است براي يكسو كردن ولتاژ متناوب در پايانه رتور از كموتاتور و جاروبك استفاده مي شود. استاتور مي تواند بگونه اي باشد كه سيم پيچ تحريك بيش از دو قطب ايجاد نمايد.
نكته: مي توان يك ماشين DC را معادل يك ماشين AC دانست كه يكسو كننده مكانيكي به آن اضافه شده است.سيم پسچ تحريك فقط يك ميدان مغناطيسي براي ما ايجاد ميكند.

انواع ماشينهاي جريان مستقيم:

۱- ژنراتورهاي ( مولد ) DC
2- موتورهاي DC

انواع ژنراتورهاي DC :
1-مولد DC با تحريك جداگانه :
سيم پيچ ميدان اين ژنراتور به وسيله يك منبع ولتاژ مستقل تحريك ميشود.
اين ژنراتور هنگاميكه يك حوزه وسيعي از تغييرات ولتاژ خروجي مورد نياز باشد استفاده ميشود.
كاربرد : بدليل قابليت تنظيم ولتاژ در محدوده وسيع در تنظيم دور موتورها وتحريك مولدهاي بزرگ در نيروگاهها مورد استفاده قرار ميگيرد.
۲-مولد شنت :
سيم پيچ ميدان با سيم پيچ آرميچر موازي بسته ميشودو به همين دليل به آن سيم پيچ شنت يا موازي ميگويند. تعداد حلقه هاي سيم پيچ شنت بسيار زياد است و جريان اين سيم پيچ كم حدود ۵ درصد جريان اسمي آرميچر ميباشد. ( جريان بايد كم باشد تا در جريان اصلي اثر كمي بگذارد.)
كاربرد: از اين مولد در شارژ باطري ها و تامين برق روشنايي اضطراري و تغذيه سيم پيچ مولد هاي نيروگاهي استفاده مي شود.
۳- مولد سري: كه سيم پيچ ميدان (سيم پيچ سري تحريك) با سيم پيچ آرميچر سري بسته مي شود. سيم پيچ سري داراي تعداد حلقه هاي كمتر بوده ولي جريان عبوري آن نسبتاُ زياد است.(زيرا جريان آن همان جريان اصلي است) تا معادل mmf سيم پيچ شنت توليد شود.
كاربرد مولد سري :
بدليل داشتن گشتاور راه اندازي زياد در وسايل حمل و نقل مانند مترو و جرثتقيلهاي برقي استفاده ميشود.
۴-مولد كمپوند :

اگر از هر دو سيم پيچ شنت وسري جهت تحديك مولد استفاده شود، مولد DC يا كمپوند ميگويند ، كه داراي دو نوع كمپوند اضافي و نقصاني ميباشند.

كمپوند اضافي :
اگر نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ سري ، نيرو محركه مغناطيسي سيم پيچ شنت را تحريك كند، مولد كمپوند اضافي گويند. كه داراي دو نوع شنت بلند و شنت كوتاه ميباشد

مولد كمپوند اضافي بسته به تعداد دورهاي سيم پيچ سري ميتواند يكي از سه حالت زير باشد :
الف) فوق كمپوند : (تعداد دهر سيم پيچ سري زياد است) در مواردي استفاده ميشود كه بايستي ولتاژ بار ثابت باشد. ولي به علت وجود فاصله بين مولد و مصرف كننده در سيمها افت ولتاژ به وجود مي آيد. در اين حالت افزايش ولتاژ خروجي مولد، افت ولتاژ خط را جبران ميكند و به مصرف كننده ولتاژ ثابت ميرسد.

ب)تخت : نيروي محركه مغناطيسي سيم پيچ سري و موازي با هم برابر بوده و جايي استفاده ميشود كه نياز به ولتاژ ثابتي باشدو فاصله بين مولد و مصرف كننده كم باشد

ج)زير كمپوند : اثر آمپر دور سيم پيچ سري ناچيز مي باشد(ـبه علت تعداد دور كم سيم پيچ سري) و در تحريك مولد هاي نيروگاهي نقش موثري دراد
كمپوند نقصاني :

كمپوند نقصاني هنگامي كه شار سيم پيچ سري باعث كاهش و نقصان اثر شار سيم پيچ شنت شود و در جوشكاري قوس الكتريكي استفاده مي شود.

تذكر : كمپوند نقصاني و كمپوند اضافي داراي دو نوع شنت بلن و شنت كوتاه مي باشند
كه اگر سيم پيچ سري با سيم پيچ ارميچر با هم سري بسته شوند شنت بلند گفته و اگر سيم پيچ شنت با سيم پيچ ارميچر موازي قرار گيرد شنت كوتاه مي گويند.

ژنراتورها
ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است . ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن ۱۹ برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول ، یک هیدروژنراتور سه فاز ۲۱۰ کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیتها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتورها ، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک سازی بود .در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک سازی و بهینه سازی روشهای خنک سازی با هوا نتایج موفقیت آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از ۱۶۰۰DC افزایش یافته است. در جهت افزایش ولتاژ ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور ، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.
همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده ، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند.ژنراتورها:ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می نماید.کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است ، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می رود.

دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتورها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد میشود یا القاء می شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته ، عبور کند میدان ، نیروی مکانیکی بر آن وارد می کند.

ژنراتور ها دارای دو اصل هستند: قسمتها و میدان که آهنربای الکترو مغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است . آرمیچر معمولا” هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القائی که دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند ، است .
ژنراتور ها از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می گویند . رتور ها نیز از نظر ساختمان دو دسته اند: ماشین های قطب صاف و ماشین های قطب برجسته.

همچنین ژنراتورها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آنها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شوند:۱) توربو ژنراتورها: در این وسیله گرداننده رتور ، توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابراین توربوژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانائی ایجاد دورهای بسیاربالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربوژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر وارزان ترتمام می شود.۲)

هیدرو ژنراتور ها : در آن وسیله گرداننده رتور توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدروژنراتور دارای قطب برجسته بوده و دارای سرعت کم می باشد.۳) دیزل ژنراتور ها : در قدرت های کوچگ و اظطراری وسیله گرداننده رتور دیزل است که در این موره هم قطب های رتور آن برجسته می باشد.ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون:در یک ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس رتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده میشود ، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید.این میدان مغناطیسی ، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ های میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می نماید و عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود . برای ماشین های سنکرون ، سیم پیچ های میدان در رتور است.
رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است . قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد . کلمه برجسته به معنی قلمبیده است و قطب برجسته ، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. ازطرف دیگر ، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است . یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولا” برای موارد ۲ یا ۴ قطبی بکار می روند . در حالی که رتورهای برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات ، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود ، چون رتور می چرخد ، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد برای انجام این کار ۲ روش موجود است :

۱) تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
۲) فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما” روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می شود.ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکروندر یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخاند می شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید . این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.

در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ ها ی میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می کند. عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود

برای ماشین های سنکرون، سیم پیچ های میدان در رتور است.روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن ربای الکتریکی بزرگ است. قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی (قلمبیده )است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد ۲ یا چهار قطبی به کار می روند. در حالی که رتور های برجسته برای ۴ قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغییر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد.برای انجام این کار ۲ روش موجود است :۱- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .

۲- فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC ، که مستقیما” روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.رینگ های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هررینگ لغزان سر می خورد . جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ ها خوردگی بوجود نمی آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگروصل می شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ ، جدااز مکان و سرعت زاویه ای آن ، میدان درتمام مدت اعمال می شود. رینگ های لغزان و جاروبک ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون تولید می کنند آنها نگهداری را در ماشین افزایش می دهند ، زیرا جاروبک بایدمرتبا” به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه برآن ، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد . علیرغم این مشکلات رینگ های لغزان روی همه ماشین های

سنکرون کوچک تر بکار میرود. زیرا راه اقتصادی تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست .در موتور ها و ژنراتورهای بزرگ تر ، از محرک های بی جاروبک استفاده می شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی جاروبک ، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو

شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال میگردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی آید ، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه های لغزان و جاروبک ها ، به نگهداری کمتری نیاز دارد. برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ میگردد . محرک پیلوت ، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت های (آهن ربا ) دائمی نصب شده

بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است . این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می نماید . اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست .بسیاری از ژنراتور های سنکرون که دارای محرک های بی جاروبک هستند ، دارای رینگ های لغزان و جاروبک نیز هستند بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است . استاتور ژنراتور های سنکرون معمولا” در دو لایه ساخته می شوند : خود سیم پیچ توزیع شده و گام های کوچک دارد تا

مولفه های هارمونیک ولتاژ ها و جریان های خروجی را کاهش دهد .چون رتور باسرعتی برابر باسرعت میدان مغناطیسی می چرخد ، توان الکتریکی با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز تولید می شود و از ژنراتور بسته به تعداد قطب ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا” برای تولید توان ۶۰هرتز در یک ماشین دو قطب رتور باید با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه بچرخد . برای تولید توان ۵۰هرتز در یک ماشین ۴ قطب ، رتور باید با سرعت ۱۵۰۰ دور دردقیقه دوران کند .

مقاله اسيلوسکوپ چيست؟

اسيلوسکوپ  دستگاه را مي توان به چهار قسمت طبقه بندي کرد

1.    گروه کنترل

2.    گروه کنترل عمودي

3.    گروه کنترل افقي

4.    گروه کنترل تريگر

گروه کنترل شامل:

الف)کليد روشن وخاموش: اين کليد که باpower مشخص مي شود براي روشن وخاموش کردن است. پس از روشن کردن چند ثانيه طول مي کشد تا اسيلوسکوپ به حالت عاديخود برگردد.

ب)کليد شدت(Intensity): اين کليد براي کنترل ميزان روشنايي نقطه نوراني است

پ)کليد تمرکزاشعه: اين کليد با FOCUS نمايان است و براي تنظيم نقطه نوراني بکار مي رود.

گروه کنترل عمودي:

که براي موقعيت ووضعيت عمودي اشعه است شامل:

الف) کليد INPUT : اين کليد محل ورودي سيگنال به اسيلوسکوپ است و به صورت يک سوکتBNC مي باشد.سيگنال توسط يک سيم کواکسيال به اين رابط BNC وصل مي شود.

ب) کليد انتخاب ورودي: اين کليد داراي سه وضعيت AC-GND-DC است و نحوه ارتباط سيگنال ورودي ره به داخل اسيلوسکوپ تعيين مي کند.اگر کليد در حالت AC قرار گيرد تنها قسمت متناوب سيگنال ورودي به مدارات اسيلوسکوپ ميرود.

اگر در حالت DC قرار گيرد مقادير DC موج را که به همراه داردبه مدارهاي داخلي وصل مي کند در حالت GNC ورودي تقويت کننده بهزمين وصل مي شود.

پ)موقعيت عمودي:که با کليد position مشخص شده است ميتواند اشعه را در راستايعمودي حرکت دهد.

ت) کليد VOLTS/DIV يا زمان بر قسمت يا تضعيف کننده مرحله اي: ميدانيم که بهره تقويت کنندهاسيلوسکوپ بايستي قابل تغيير باشد تا بتواند سيگنال هاي مختلف با دامنه هاي متفاوترت روي صفحه نمايش دهد و از صفحه خارج نشود. اين کليد که باVOLTS/DIV مشخص شده است وقتي سيگنال به ورودي اعمال شود و روي صفحه اسيلوسکوپ نمايش داده شود، مقدار واقعي آن به بعداد تقسيمات که روي صفحه اشغال شده و مقدار تضعيف کننده بستگي دارد. براي مثال يک سيگنال به شرح زير بدست مي آيد.

تقسيم6.4 = دامنه پيکتا پيک روي صفحه.

(قسمت/ولت)0.2 =مقدار تضعيف کننده.    

1.28 = 0.2 * 6.4 =مقدار واقعي.

علاوه بر تضعيف کننده مر حله ايي که بصورت پله ايي تغيير مي کند روي اين کليد، يک ولوم قرمز رنگ وجوددارد که به صورت پيوسته تغيير مي کند که هميشه بايستي در وضعيتي قرار گيرد که موجرا يک برابر کند، تا بتوانيم اندازه گيري دقيقي داشته باشيم.

گروه کنترل افقي:

اين گروه کليد هاتعيين کننده وضعيت انحرافي افقي اشعه و نحوه جاروب صفحه اسيلوسکوپ هستند و شامل کليد هاي زير است.

الف)جاروب افقي:که با SEC/DIV يا زمان بر قسمت مشخص شده است اين کليد اصليترين کليد کنتري افقي است و براي کنترل زمان حرکت اشعه در مسير افقي صفحه است ونشان مي دهد که چقدر زمان طول مي کشد تا اشعه يک قسمت روي صفحه را طي کند اين کليدبر حسب ثانيه به تقسيم(SEC/DIV) يا ميلي ثانيه به تقسيم(MSEC/DIV) و ميکرو ثانيه به تقسيم(mSEC/DIV)تنظيم شده است. و به صورتناپيوسته حرکت داده مي شود بدين ترتيب مي توان با اندازه گيري تعداد تقسيمات افقيکه يک موج کامل اشغال کرده طول موج و در نتيجه فرکانس موج را محاسبه کرد، مثلا درهمان شکل قبلي محاسبات چنين است:

تقسيم 4.8 = تعدادتقسيمات يک موج.

ثانيه 0.2 = کليدکنترل جاروب افقي.

ثانيه0.096 = 4.8 *0.2 =زمان تناوب يک سيکل کامل.

هرتز 1.04 =0.096/1=زمان تناوب/1 = فرکانس.

البته روي کليد جاروبافقي(SEC/DIV) يک کليد پيچشي قرمز رنگ ديگر وجود دارد کهبجاي تغييرات پله ايي امکان تغييرات پيوسته را ايجاد مي کند.

ب)موقعيت افقي:اين کليد position نشان داده شده است که براي تغيير افقي سيگنال به چپ و راست به کار مي رود و از آن براي دقت در اندازه گيري تقسيمات افقي يک سيگنال بکار مي برند.

پ)چند برابر کننده:اگر جاروي افقي بر روي اين کليد قرار داشته باشد مثلا(10MEG * ) آنگاه جاروب با سرعت 10 برابر يعني 1MSEC/DIVحرکت مي کند.

ت)کليد SWEEP MODE يا حالت هاي مختلف جاروب: که با MODE مشخص شده است اين کليدداراي سه حالت AUTO و NORM و X-Y است.

 در حالت AUTO حتي اگر سيگنال ورودي وصل نباشد جاروب افقي به صورت متناوب انجاممي گردد و در حالت NORM حتما بايد سيگنال وروديباشد تا جاروب افقي انجام شود وگرنه صفحه اسيلوسکوپ تاريک است در حالتX-Y مدار تريگر قطع شده و از کانال هاي 1 و 2 به عنوان محور X (افقي) و محور Y (عمودي) استفاده مي شود.

گروه کنترل تريگر:

تريگر در الکترونيک به آتش کردن و يا تحريک کردن معني شده است در اسيلوسکوپ به معني زمان شروع جاروبا فقي است. در مدل هاي قديمي اسيلوسکوپ اين زمان به صورت ثابت صورت مي گيرد يعني مدار تريگر را طوري تنظيم مي کردند که هرگاه سيگنال ورودي در جاي خاصي باشد؛ مثلادر حال عبور از صفر به سمت يک مقدار مثبت(شروع سيکل مثبت) است مدار تريگر تحريکشده و جاروب افقي صورت مي گيرد. در نتيجه هميشه سيگنال ورودي از شروع سيکل مثبت برروي صفحه نمايش داده مي شود. به اين گونه اسيلوسکوپ نوع تريگر داخلي ثابت مي گوينددر مدار هاي جديد تريگر قابل کنترل است و مي توان در يک زاويه مشخص از سيگنال ورودي مدار تريگر را به کار انداخت ات سيگنال ورودي از آن لحظه به بعد ديده شود.

قسمت کنترل تريگرداراي کليدهاي زير است:

الف)سطح تريگر که با LEVEL مشخص مي شود. توسط اين کليد چرخان مي توان زمان شروع تريگر راطوري تنظيم کرد که مطابق باشد با زمان يک دامنه مشخص از سيگنال ورودي، دامنهسيگنال مورد نظر ميتواند منفي؛مثبت يا صفر باشد.

ب)کليد نوع اتصال تريگرکه با SOURCE نشان داده شده است داراي پنج حالت است.

1.    V.MODE اگر چنانچه دکمه در وضعيت V.MODE قرار گيرد موج دندانه اره اي به صفحات انحراف افقي وصل مي باشد. واز اين کليد وقتي استفاده مي شود که از هر دو کانال استفاده شود.

2.    CH₁ در اين حالت کليد MODE بايد در وضعيت CH₁ يا CH₂ قرار گيرد

3.     CH₂  سمت چپ درهمان وضعيت قرار گيرد.

4.    LINE اين وضعيت وقتي است که برق شهر بجاي موجدندانه اره اي بکار مي رود.

5.    EXT در اين حالت موج دندانه اره اي داخلي قطعشده و مي توان از خارج توسط ورودي EXT به صفحات افقي موج دلخواهوصل کرد.

ج)کليدهاي کوپلينگ(coupling) سه حالت، AC و FRAME و LINE دارد که در دو حالت اخيربراي کارهاي ويدئويي و تلويزيون انتخاب مي شود سطح LEVEL اثر ندارد و از يک سطح ولتاژ مشخص از موج دستگاه خود به خود نزديکمي کند. حالتAC وقتي است که براي فرکانس هاي خيلي بالااستفاده مي شود. کليدهاي مدهاي ورودي که با (MODE ) مشخص شده است چهار حالت دارد:

الف)کانال يک(CH₁) و کانال دو(CH₂ ) که نشان دهنده ايناست که چه کانالي روي صفحه ديده شود.

ب)ALT يا (Alternate) براي ديدن همزمان دو موجکه با کانال هاي 1 و 2 وارد شده اند، در اين حالت بايستي فرکانس موج ها زياد باشدتا چشمک بر روي صفحه ديده ديده نشود. زيرا الکترون يک بار موج کانال 1 و يک بارموج کانال 2 را نشان مي دهد.

پ)(CHOPE) اين حالت براي ديدن همزمان دو کانال ولي براي موج هاي با فرکانسکم مي باشد زيرا در اين حالت يک لحظه از کانال 1 و يک لحظه از کانال 2 نمايش ميدهد.

انجام آزمايش هاي مربوط به اسيلوسکوپ

نام آزمايش: کار بااسيلوسکوپ

هدف آزمايش:شناخت پانل اسيلوسکوپ، کاليبره کردن اسيلوسکوپ، کاليبره کردن پروب نحوه اعمال سيگنال به اسيلوسکوپ، اندازه گيري دامنه ولتاژ، اندازه گيري زمان تناوب و محاسبه فرکانسسيگنال.

قبل از شروع آزمايش به ياد داشته باشيد که کليه دستگاه هاي اندازه گيري از جمله اسيلوسکوپ بسيار حساس هستند؛ لذا هنگام کار کردن با اسيلوسکوپبه نکات زير دقيقا توجه کنيد.

1.    هنگام تغيير رنج کليدسلکتورها، به آرامي و با دقت، رنج ها را عوض کنيد زيرا کنتاکت ثابت اکثر سلکتورهااز نوع مدار چاپي است و احتمال خراب شدن آنها زياد است.

2.    شدت نور را، مخصوصاهنگامي که اسيلوسکوپ روي X-Y قرار دارد بيش از اندازهزياد نکنيد، در اين حالت موج جاروب صفحات انحراف افقي قطع مي شود و روي صفحه حساسفقط يک نقطه نقش مي بندد. در اين حالت اشعه به طور مداوم به صفحه مي تابد و موادفسفرسانس آن نقطه را خراب مي کند. اين خرابي منجر به ايجاد يک لکه سياه روي صفحهمي شود.

3.    کليد هاي فشاري روي پانل اسيلوسکوپ را هنگام تغييرحالت به آرامي فشار دهيد.

4.    اسيلوسکوپ را درمکاني قرار دهيد که امکان افتادن آن به طور مطلق وجود نداشته باشد.

5.    اسيلوسکوپ را درمکاني قرار دهيد که اطراف آن حرارت زياد(مانند بخاري و ...) وجود دارد يا نورخورشيد مستقيما به آن مي تابد قرار ندهيد.

6.      سيم پروب راهيچگاه نکشيد.

7.    چنانچه ولتاژ مورداندازه گيري در ابتدا مشخص نيست از حالت10* (ضربدر 10) پروب استفاده کنيد رنج کليدسلکتورVolt/Div را در بيشترين مقدار خود قرار دهيد.

8.    چنانچه بعد از روشنکردن اسيلوسکوپ اشعه روي صفحه حساس ظاهر نشد از مربي آزمايشگاه کمک بگيريد.

رنج کليد سلکتور Time/Div *تعداد خانه هاي در بر گرفته شده ي يک سيکلکامل=زمان تناوب T

با داشتن زمان تناوبيک سيگنال مي توان با استفاده از رابطه فوق فرکانس را محاسبه کرد.

بنابراين توسط اسيلوسکوپ هاي معمولي نمي توان فرکانس را به طور مستقيم اندازه گيري کرد؛ بلکه ابتدا بايد زمان تناوب آن را از روم صفحه حساس محاسبه کرد و سپس به کمک رابطه بالامقدار فرکانس را به دست آورد.

ث) حال دامنه وفرکانس سيگنال ژنراتور را به دلخواه تغير دهيد و کليد سلکتور هاي Time/Div را طوري تنظيم کنيد که حدود دو سيکل کامل و دامنه 3 خانه روي صفحه حساس نقش بندد.

ج)شکل موج روي صفحهحساس را در شکل رسم کنيد.

چ)دامنه و فرکانس موج رسم شده در شکل را محاسبه کنيد.

سوال: به طور مشروح توضيح دهيد که از اين آزمايش ها چه نتيجه ايي گرفته ايد.

منحني هاي ليساژور:

اگر دو نيرو درامتداد هاي عمود بر هم به جسمي وارد شوند و هر کدام از آنها يک حرکت نوساني به جسم بدهند جسم تحت تاثير اين دو نيرو مسير بسته ايي را طي مي کند که شکل آن مسير ها راليساژور گويند.

موقعي که پرتوالکتروني از ميان صفحه هاي خازني عبور کند تحت اثر ميدان الکتريکي داراي حرکتنوساني خواهد بود و روي صفحه اسيلوسکوپ يک خط مشاهده مي شود. اکنون اگر به دو خازندو ولتاژ نوساني متصل شود الکترون ها در دو سطح عمودبرهم نوسان خواهند داشت. درحالتي که نسبت بسامد دو ولتاژ متغيير دو عدد درست باشد يکي از اشکال ليساژور رويصفحه اسيلوسکوپ تشکيل مي شود.

اندازه گيري اختلاف فاز به روش اشکال ليساژور:

روش اندازه گيرياختلاف فاز توضيح داده شده، يکي از دقيق ترين روش هاي اندازه گيري اختلاف فاز است.روش ديگري نيز وجود دارد که بيشتر در اسيلوسکوپ هاي يک کاناله از آن استفاده ميشود.

در شکل زير در اينروش از اشکال ليساژور استفاده مي شود.يک نمونه از اشکال ليساژور رسم شده است دراين روش MODE بايد روي X-Y قرار گيرد.