جزوه مدار1

pdf جزوه درس مدارهای الکتریکی1 نت برداری شده از کلاس درس استاد گرانقدر خانم رضایی توانا.

دانلود جزوه مدار1

جزوه الکترو مغناطیس

   pdf جزوه درس الکترومغناطیس نت برداری شده از کلاس درس استاد گرانقدر آقای دکتر نظرپور.

   

 دانلود جزوه الکترومغناطیس

کتاب الکترونیکی

 

  کتاب آموزش مقدماتی برق و الکترونیک:

McGraw-Hill-Teach Yourself Electricity and Electronic.

کنکور کارشناسی ارشد

کتابهای تدریس شده مهندسی برق در ایرا ن و مفید برای کنکور کارشناسی ارشد  (کتاهای مشخص شده با رنگ قرمز مخصوص گرایش قدرت میباشد) 1- الکترومغناطیس- الکترومغناطیس ویلیام هیت - الکترو مغناطیس میدان موج- چنگ- ترجمه دکتر جبه دار مارالانی - رهیافت حل مسأله در الکترومغناطیس- محمود دیانی 2- ریاضی مهندسی A- ریاضیات مهندسی دکتر حاجی جمشیدی B- دکتر شیدفر (یک جلد) C- مجموعه تست های طبقه بندی شده ریاضی کارشناسی ارشد دکتر نیکوکار -D ریاضیات مهندسی پیشرفته وایلی E- ریاضیات مهندسی کرویت سیگ  3- الکترونیک - الکترونیک 1- دکتر اشرفیان- مدارهای الکترونیک سدرا  - مدارهای الکترونیک گری میر - الکترونیک میملن -  مجموعه تستهای کارشناسی ارشد مهندسی برق دانشگاه تهران -  الکترونیک تقی شفیعی (2 جلد) 4- مدار    - نظریه اساسی مدارها و شبکه ها چارلز دسور  جلد 1 و2  - تحلیل مهندسی مدار هیت ترجمه دیانی  5- کنترل A- کنترل، دکتر زرگر B- کنترل خطی اوگاتا C- کنترل خطی دورف -D کنترل خطی بنجامین کو -E کنترل خطی دکتر خاکی صدیق  6- ماشین های الکتریکی    - ماشین های الکتریکی سلمون  - ماشین های الکتریکی پ س سن  -  ماشین های الکتریکی فیتز جرالد  -  ماشین های الکتریکی بیمباهارا  -  ماشین های الکتریکی چاپمن  7- آمار و احتمالA- آمار و احتمال مهندسی، دکتر هژبر B- کتاب آمار و احتمال، تألیف جان فروند، ترجمه دکتر وحیدی C- مجموعه تستهای طبقه بندی شده کارشناسی ارشد دکتر نیکوکار  8- معادلات دیفرانسیل A- معادلات دیفرانسیل دکتر حاجی جمشیدی B- معادلات دیفرانسیل، دکتر یوسفی- دکتر عزیزی C- بویس -D مجموعه تستهای طبقه بندی شده کارشناسی ارشد دکتر نیکوکار -E سیمونز 9- تجزیه و تحلیل سیگنالها و سیستمها A- تجزیه و تحلیل سیستم، مهندس اکبری B- تجزیه و تحلیل اپنهایم C- سری شومز DS ۱۰-بررسی سیستم‌های قدرت - بررسی سیستم‌های قدرت، گلاور- بررسی سیستم‌های قدرت، الگرد - بررسی سیستم‌های قدرت، استیونسون - بررسی سیستم‌های قدرت، احد كاظمی   -نمونه هایی از کارنامه های داوطلبان کنکور ارشد سال 87  (ارائه شده توسط موسسه نصیر) برای کسب اطلاعات از آزمون کارشناسی ارشد برق دانشگاه آزاد به لینک زیر مراجعه کنید: http://www.msc-rostami.blogfa.com/

مطالبی در مورد الکترو مغناطیس

 

 دو قطبی الکتریکی

 پلاریزاسیون عایق ها

 چگالی شار مغناطیسی

 شدت میدان مغناطیسی

 فرمولهای اساسی الکترومغناطیس

نمونه سوالات الكترومغناطيس 1(دانشگاه تهران)

نمونه سوالات الكترومغناطيس 2(دانشگاه تهران)

مهندسی برق- قدرت

 

 از زماني كه انسانها پديده ي رعد و برق را در آسمان ديده اند و به خصوص از زماني كه يونانيها نيرو ي بين كاه و كهربا را كشف كردند تا قرن 19 معماي الكتريسيته در ذهن آدميان وجود داشته است.همان پديده اي كه امروزه بيشترين نقش را در تامين نياز يشر به انرزي دارد.پيشرفت علم و تكنولوزي بشر مديون همين انرزي است.به دليل عالم بودن دوستان نسبت به مفاهيم  پديده ي الكتريسيته،روشهاي توليد آن،بار الكتريكي،جريان الكتريكي،اختلاف پتانسيل الكتريكي،ميدان مغناطيسي،توليد ميدان مغناطيسي توسط سيم حامل جريان،توليد جريان در سيم پيچ در اثر تغيير ميدان درون آن،ايجاد جريان الكتريكي در اثر واكنشي شيميايي در يك پيل الكتريكي و ديگر مفاهيم پايه پرهيز كرده و مي خواهم مباحث اين وبلاگ را روي صنعت برق و به معناي دقيق تر روي توليد،انتقال و توزيع انرزي برق متمركز كنيم.اين سه مفهوم يكي از پر كاربردترين علوم مهندسي و يكي از شاخه هاي اصلي مهندسي برق يعني مهندسي برق قدرت را تشكيل مي دهند.

" تولید برق در دنیا هر سال حدود 4/2درصد افزایش می یابد. بنابراین طبق برآوردهای صورت گرفته از 16 میلیارد و 424 میلیون کیلووات ساعت در سال 2004 به 30 میلیارد و 346 میلیون کیلووات ساعت در سال 2030 می رسد"- (روزنامه دنياي اقنصاد چهارشنبه 9 بهمن 1387) .

در دنياي امروز اهميت انرزي برق براي همگان آشكار است و نيازي به گفتن ندارد.

مهندسی برق قدرت (Power engineering): یکی از زیر شاخههای اصلی مهندسی برق است که با سیستمهای قدرت به ویژه تولید, انتقال, توزیع توان الکتریکی, تبدیل انرژی الکتریکی به شکلهای دیگر انرژی و تجهیزات الکترومکانیکی سروکار دارد. این رشته همچنین شامل راهاندازی و تعمیر و نگهداری سیستمهای حرارتی برودتی و تجهیزات تولید توان الکتریکی مانند ژنراتورها و دیگر تجهیزات الکتریکی مورد استفاده در صنایع و یا ساختمانها بزرگ نیز میشود. شناسایی دیگر منابع جدید انرژی الکتریکی نیز از زیر شاخههای این رشته‌است.

تاريخچه اي از توليد برق:

"اگرچه که الکتریسته به عنوان نتیجه واکنش شیمیایی ای که در یک پیل الکترولیک از زمانی که الساندرو ولتا در سال1800م این آزمایش را انجام داد، شناخته می شده است، اما تولید آن به این روش گران بوده و هست. در سال 1831م، میشل فارادی ماشینی ابداع کرد که از حرکت چرخشی تولید الکتریسته می کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشید تا این فن آوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس ادیسون جایگزین عملی تجاری ای را برای روشنایی های گازی و سیستم های حرارتی ایجاد کرد و به فروش رساند که از الکتریسته جریان مستقیمی استفاده می کرد که بطور منطقه ای تولید و توزیع شده بود، استفاده می کرد. در سیستم جریان مستقیم ادیسون، ایستگاه های تولید توان اضافی می بایست نصب می شدند. بدلیل اینکه ادیسون قادر نبود سیستمی را تولید کند که به ژنراتورهای چندگانه اجازه بدهد که به یکدیگر متصل شوند، گسترش سیستم او نیاز داشت که تمامی ایستگاه های تولید جدید مورد نیاز ساخته شوند. نیاز به نیروگاه های اضافی ابتدا توسط قانون اهم بیان شده است: بدلیل اینکه تلفات با مربع جریان یا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل های طولانی در سیستم ادیسون به مفهوم داشتن ولتاژهای خطرناک در برخی نقاط یا کابل های بزرگ و گران قیمت و یا هر دوی اینها بود. نیکولا تسلا که مدت کوتاهی برای ادیسون کار می کرد و تئوری الکتریسته را بگونه ای درک کرده بود که ادیسون درک نکرده بود، سیستم جایگزینی را ابداع کرد که از جریان متناوب استفاده می کرد. تسلا بیان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جریان را نصف می کند و منجر به کاهش تلفات به میزان 4/3 می شود و تنها یک سیستم جریان متناوب اجازه انتقال بین سطوح ولتاژ را در قسمت های مختلف آن سیستم ممکن می سازد. او به توسعه و تکمیل تئوری کلی سیستم اش ادامه داد و جایگزین تئوری و عملی ای را برای تمامی ابزارهای جریان مستقیم آن زمان ابداع کرد و ایده های بدیعش را در سال 1887م در 30 حق انحصاری اختراع به ثبت رساند. در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستینگهاوس که حق انحصاری اختراع یک ترانسفورماتور را در اختیار داشت و یک کارخانه روشنایی را از سال 1886م در گریت بارینگتون، ماساچوست راه اندازی کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سیستم وستینگهاوس می توانست از روشنایی های ادیسون استفاده کند و دارای گرم کننده نیز بود، اما این سیستم دارای موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستینگهاوس یک سیستم قدرت برای یک معدن طلا در تلورید، کلورادو در سال 1891 ساخت که دارای یک ژنراتور آبی 100 اسب بخار(75 کیلو وات) بود که یک موتور 100 اسب بخار (75 کیلو وات) را در آنسوی خط انتقالی به فاصله 5/2 مایل )4 کیلومتر ( تغذیه می کرد. سپس در یک قرارداد با جنرال الکتریک که ادیسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت یک نیرگاه در نیاگارا فالس کرد که دارای سه ژنراتور تسلای 5000 اسب بخار بود که الکتریسته را به یک کوره ذوب آلومینیوم در نیاگارا ، نیویورک و به شهر بوفالو، نیویورک به فاصله 22 مایل (35 کیلومتر) انتقال می داد. نیروگاه نیاگارا در 20 آوریل 1895م شروع به کار کرد."

منبع: http://www.pezeshkian.ir/T.html

 

تعاريفي كلي از توليد؛انتفال و توزيع برق:

1.تولید:

تولید انرژی الکتریکی فرآیندی است که درطول آن دیگر شکل‌های انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شوند.   كه رايج ترين آن تبديل انرزي مكانيكي به  انرژی الکتریکی  است. از تبدیل الکترومکانیکی معمولا در مواردی استفاده می‌شود که منبع انرژی زغال سنگ (نیروگاه سوخت فسیلی), نفت, گاز طبیعی, اورانیوم(انرژی هسته‌ای), جریان آب یا جریان باد باشد و در تمام این موارد به جز انرژی بادی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از ژنراتورهای سنکرون AC که به توربین بخار, گازی یا آبی متصل هستند استفاده می‌شود

 2.انتقال:

شاخه انتقال شامل جابجایی توان در طول مسیرهای معمولاطولانی میشود. این مسیر طولانی, فاصله محل تولید تا نزدیکی محل مصرف است. انتقال معمولاً طوری صورت میپذیرد که ولتاژ در طول خطوط انتقال از ولتاژ محل مصرف کننده یا تولید کننده بیشتر باشد. شاخه انتقال همچنین شامل اتصال شبکههای برقرسانی مختلف با سیستمهای متفاوت, بین چند شرکت تولیدکننده برق, چند استان یا چند کشور می شود

3.توزیع:

توزیع انرژی الکتریکی در واقع دریافت برق از شبکه انتقال و رساندن آن به مصرف کنندههاست. تبدیل ولتاژ وارد شده به سیستم توزیع به ولتاژ مورد نیاز مصرف کنندهها نیز در حوزه توزیع برق قرار میگیرد.

حال ببينيم مهندسي برق-قدرت به عنوان يك رشته ي فني با چه تاسيسات و تجهيزاتي سر و كار دارد:

 

مولد

در تولید انرژی الکتریکی مولد به ماشینی گفته می‌شود که از طریق القای الکترومغناطیسی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. تبدیل بالعکس انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی به وسیله موتور الکتریکی صورت می‌گیرد. موتورها و مولدهای الکتریکی از جهات مختلفی دارای شباهت‌های زیادی با یکدیگر هستند. منبع تامین کننده انرژی مکانیکی ممکن است توربین بخار، توربین آبی، توربین بادی و یا یک موتور احتراق داخلی باشد.

 قبل از اینکه رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس کشف شود مولدهای الکترواستاتیکی کشف شدند که از اصول الکترواستاتیک برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کردند. این مولدهای توان را در ولتاژ بسیار بالا و جریان الکتریکی اندک تولید می‌کردند. این ماشین‌ها از یکی از این دو مکانیزم برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کردند: 

۱- القای الکترواستاتیک

۲- تولید برق بر اثر اصطکاک (تریبوالکتریسیته)

به دلیل بهره‌وری پایین این مولدها و نیاز آنها برای استفاده از عایق کاری پر هزینه به علت ولتاژ بالا این مولدها هرگز در کاربردهای عملی و برای تولید میزان قابل توجهی از انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار نگرفتند. ماشین ویمشاست (Wimshurst) و مولدهای ون دی گراف (Van de Graaff) مثال‌هایی از این مولدها هستند که هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

مولد جريان متناوب

مهندسی جدید تقریبا و منحصرا جریان الکتریکی از نوع القایی را به کار می‌گیرد، یعنی ماشین‌هایی را که در آنها نیروی محرکه الکتریکی در نتیجه القای الکترومغناطیسی ایجاد می‌شود

ساختمان مولد ها :

قسمت‌های اساسی هر مولد جریان عبارتند از :

· القاگر :
یعنی آهنربا یا آهنربای الکتریکی که میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند.

 · آرمیچر :
یعنی سیم پیچی که در آن بر اثر تغییر شار مغناطیسی نیروی محرکه الکتریکی القا می شود.

 · حلقه‌های لغزان زغالی :
یعنی حلقه‌های لغزانی با تیغه‌های تماس)زغال‌ها) که روی حلقه‌ها می‌لغزند و منظور از آنها گرفتن یا رساندن جریان به قسمت چرخان مولد است.

· قسمت چرخان مولد ، چرخانه روتور  مولد نامیده می‌شود،

· قسمت بی حرکت پوسته  استاتور  نام دارد.

مکانیزم کار مولد جریان متناوب :

وقتی که آرمیچر در میدان مغناطیسی القاگر می‌چرخد نیروی محرکه الکتریکی القا می شود. البته می‌توان القاگر را چنان چرخاند که آرمیچر ساکن بماند. پس هم چرخانه و هم پوسته می‌توانند نقش القاگر و آرمیچر را ایفا کنند. در هر دو مورد ، چرخانه باید به حلقه‌های لغزان و زغالها مجهز باشد که در مدت چرخش آن تماس دائمی برقرار باشد. ولی مناسب‌تر است که از طریق تماس‌های لغزشی جریان نسبتا ضعیف لازم برای آهنربا کرن القاگر تامین می‌شود. از طرف دیگر ، جریان حاصل در مولد مقادیر عظیمی به دست می‌آورد، و به این دلیل بهتر است که این جریان از پیچه‌های ساکن گرفته شود که مستلزم تماس‌های لغزشی نیست. بنابر‌این ، در مولدهای پر قدرت قسمت‌های ساکن ترجیحا به صورت آرمیچر و چرخانه‌ها به صورت القاگر به کار برده می‌شوند.

 آهنربا در مولد‌ها :

برای اینکه شارهای مغناطیسی شدید از سیم پیچ‌های آرمیچر بگذرد و در نتیجه تغییرات این شارها شدید باشد، آرمیچر هسته‌ای آهنی دارد که دو انتهای آن به شکلی است که فقط فاصله کوچکی که برای چرخش لازم است بین قطب‌های مغناطیس و هسته وجود دارد. در مولدهای صنعتی ، القاگرهایی که میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کنند بطور عمده آهنرباهای الکتریکی هستند.

در طرح مولدهای کم توان ، گاهی از آهنرباهای دایمی به عنوان القاگر استفاده می‌شود.

مولد جريان مستقيم

اگر چه در صنعت بیشتر جریانهای متناوب بکار می‌روند، گاهی جریان مستقیم نیز مورد نیاز است. چنین جریانی را یا توسط تبدیل جریان متناوب شبکه اصلی به کمک یکسو کننده‌ها و یا با استفاده از مولدهای dc خاصی بدست می‌آورند. اغلب روش دوم در کل راحت‌تر است.

تعریف مولدهای dc

مولدهای dc همان مولدهای القایی مرسوم هستند که با وسیله خاصی (به نام جابجاگر) مجهز هستند که در قطبها (زغالها) تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ مستقیم را امکان پذیر می‌سازند.

اصول کار مولد dc :

این مولد نیز مانند مولد ac کار می‌کند با این تفاوت که در آن دو انتهای آرمیچر سیم پیچ  در مولد dc با حلقه‌های منفرد به هم وصل نشده‌اند بلکه با دو نیم حلقه که با ماده عایقی از هم جدا و بر استوانه مشترکی جفت شده‌اند و حول محور قاب می‌چرخند، به هم وصل می‌شوند. اتصالهای انعطاف پذیر (زغالها) که به نیم حلقه‌های چرخان فشار داده می‌شوند. برای این منظور هستند که جریان القایی را به مدار خارجی برسانند.

پس از هر نیم دور چرخش قاب ، دو انتهای آن که به نیم حلقه‌ها جوش داده شده‌اند از یک زغال روی زغال دیگر تکیه می‌کنند. ولی پس از هر نیم دور چرخش قاب ، جهت جریان القایی نیز عوض می‌شود. بنابراین ، اگر تعویض در جابجاگر در همان لحظاتی صورت گیرد که جریان قاب جهتش را تغییر می‌دهد، همواره یک زغال قطب مثبت و دیگری قطب منفی آن خواهد بود، یعنی جریان در مدار خارجی جهت یک می‌خواهد داشت. بنابراین ، می‌توان گفت که جریان القایی در آرمیچر مولد به کمک جابجاگر یکسو شده است.

با بررسی منحنی ولتاژ بین دو سر قطبهای مولد dc که آرمیچرش شامل یک حلقه تنها و جابجاگرش شامل دو نیم حلقه است، می‌بینیم که اگر چه ولتاژ بین دو سر قطبهای مولد تقسیم است، یعنی جهتش تغییر نمی‌کند، ولی بطور پیوسته مقدارش از صفر تا مقدار ماکزیمم در تغییر است.

 

موتور الکتریکی

یک موتور الکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته‌است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

 ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستنند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه یا روتور و بخش ثابت ایستانه یا استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده‌است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند.

 

 

ژنراتور

یک ژنراتور الکتریکی دستگاهی است که از یک منبع انرژی مکانیکی تولید انرژی الکتریکی می‌کند. این فرآیند را تولید الکتریسته می‌نامند 

 قبل از اینکه ارتباط بین مغناطیس و الکتریسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتیک بهره می‌بردند. ماشین ویمشارت از القای الکتروستاتیک یا تأثیر کردن استفاده می‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تریبوالکتریک برق مالشی برای جدا سازی بارهای الکتریکی با استفاده از اصطکاک بین عایقها استفاده می‌کرد. ژنراتورهای الکتروستاتیک کارآمد نیستند و تنها برای آزمایشات علمی که نیازمند ولتاژهای بالا است، مناسب هستند.

در سال 1831–1832م مایکل فارادی کشف کرد که بین دو سر یک هادی الکتریکی که بصورت عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، اختلاف پتانسیلی ایجاد می‌شود. او اولین ژنراتور الکترومغناطیسی را بر اساس این اثر ساخت که از یک صفحه مسی دوار بین قطبهای یک آهنربای نعل اسبی تشکیل شده بود. این وسیله یک جریان مستقیم کوچک را تولید می کرد.

دینامو اولین ژنراتور الکتریکی قادر به تولید برق برای صنعت بود و کماکان مهمترین ژنراتور مورد استفاده در قرن بیست و یکم است. دینامو از اصول الکترومغناطیس برای تبدیل چرخش مکانیکی به یک جریان الکتریکی متناوب ، استفاده می‌کند. اولین دینامو بر اساس اصول فارادی در سال 1832 توسط هیپولیت پیکسی که یک سازنده تجهیزات بود، ساخته شد. این وسیله دارای یک آهنربای دائم بود که توسط یک هندل گردانده می‌شد. آهنربای چرخنده بگونه‌ای قرار داده می‌شد که یک تکه آهن که با سیم پوشانده شده بود، از قطبهای شمال و جنوب آن عبور می‌کرد. پیکسی کشف کرد که آهنربای چرخنده ، هر بار که یک قطبش از سیم پیچ عبور می‌کند، تولید یک پالس جریان در سیم می‌کند. به علاوه قطبهای شمال و جنوب آهنربا جریانها را در جهتهای مختلف القا می‌کنند. پیکسی توانست با اضافه کردن یک کموتاتور جریان متناوب تولیدی به این روش را به جریان مستقیم تبدیل کند.

دیناموی گرام

به هر حال هر دوی این طرحها دارای مشکل یکسانی بودند: آنها پرشهای جریانی القا می‌کردند که از هیچ چیز پیروی نمی‌کرد. یک دانشمند ایتالیایی به نام آنتونیو پاسینوتی این مسأله را با جایگزینی سیم پیچ چرخنده توسط یک سیم پیچ حلقه‌ای که او با سیم پیچی یک حلقه آهنی درست کرده بود، حل کرد. این بدان معنی بود که آهنربا همواره از بخشی سیم پیچ عبور می‌کرد که این مسأله موجب یکنواختی جریان خروجی می‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حین طراحی اولین نیروگاه تجاری در پاریس در دهه 1870م ، این طرح را دوباره ابداع کرد. طراحی وی با نام دینامی گرام معروف است. نسخه‌های مختلف و تغییرات زیادی از آن هنگام تا کنون در این طراحی بوجود آمده است، اما ایده اصلی چرخش یک حلقه بی پایان از سیم ، کماکان قلب تمامی دیناموهای پیشرفته باقی ماند.

 دانستن این مطلب مهم است که ژنراتور تولید جریان الکتریکی می‌کنند و نه بار الکتریکی که در سیمهای سیم پیچی‌اش وجود دارد. این تا حدودی شبیه یک پمپ آب است که ایجاد یک جریان آب می‌کند اما خود آب را ایجاد نمی‌کند. ژنراتورهای الکتریکی دیگری هم وجود دارند، اما بر اساس دیگر پدیده‌های الکتریکی نظیر: پیزو الکتریسته و هیدرو دینامیک مغناطیسی ، ساختار یک دینامو شبیه یک موتور الکتریکی است و تمام انواع عمومی دیناموها می‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنین تمامی انواع عمومی موتورهای الکتریکی می‌توانند مانند یک ژنراتور کار کنند.

 

توربین

واژهٔ توربین برای اولین بار به وسیلهٔ (Claude Burdin (۱۷۹۰-۱۸۷۳ در سال ۱۸۲۸ به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سر گردان مشتق شده‌است. توربین موتوری چرخنده‌است که می‌تواند از یک سیال انرژی به‌دست آورد.

 ساده‌ترین توربین‌ها یک بخش چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شده‌است سیال به پره‌ها برخورد می‌کند و بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن آن استفاده می‌کند به عنوان اولین توربین‌ها می‌توان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد.

 توربین‌های گاز، بخار و آب معمولاً پوشش محافظی در اطراف پره‌هایشان دارند که سیال را کنترل می‌کنند پوشش‌ها و پره‌ها می‌توانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هر کدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است.

روتور یک توربین بخار

 

انیمیشن ساختار توربین  بادی

انیمیشن ساختار  توربین گازی

 

نیروگاه

نیروگاه برق (که با نام‌های کارخانه برق یا پست نیرو هم شناخته می‌شود) مجوعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.

 وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هسته‌ای، انرژی پتانسیل گرانشی و... به انرژی الکتریکی است. وظیفه اصلی در تقریباً همه نیروگاه‌ها بر عهده مولد یا ژنراتور است؛ ماشینی دوار که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های مختلفی تامین می‌شود و عموماً به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

 طبقه‌بندی نیروگاه‌ها براساس نوع سوخت مصرفی و عامل محرک به صورت زیر است.

 - طبقه بندی از نظر نوع منبع انرژی :

نیروگاه هسته‌ای که از یک راکتور هسته‌ای برای تولید گرما و چرخاندن توربین‌های بخار استفاده می‌کند.

نیروگاه سوخت فسیلی که انرژی گرمایی مورد نیاز را از سوزاندن سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز طبیعی یا زغال سنگ تامین می‌کند.

نیروگاه‌هایی که از منابع انرژی‌های تجدید پذیر استفاده می‌کنند وانرژی مورد نیاز خود را از انرژی بادی ،انرژی خورشیدی، انرژی جزر و مد دریا ،انرژی حرارتی موجود در آبهای اعماق زمین ،سوزاندن ضایعات مزارع نیشکر, زباله‌های شهری، بیوگازها و دیگر منابع این چنینی تامین می‌کند.

 

- طبقه‌بندی از نظر نوع عامل محرک:

توربین بخار: در این دستگاه‌ها از فشار دینامیکی بخار برای چرخاندن پره‌های دستگاه استفاده می‌شود. تقریباً همه توربین‌های بزرگ غیر آبی از این نوع هستند.

توربین گازی: در این دستگاه‌ها از گاز به عنوان عامل محرک استفاده می‌شود. به عبارت دیگر این توربین‌ها از فشار گازهای ناشی از سوختن سوخت‌ها برای به حرکت درآمدن استفاده می‌کنند. مزیت این توربین‌ها در قابلیت راه‌اندازی سریع آنهاست و از این رو برای جبران مصرف بالا در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) از آنها استفاده می‌شود اما با این حال هزینه‌های مربوط به این توربین‌ها بالاست و بنابراین استفاده از آنها محدود است.

چرخه مرکب: در این چرخه از ترکیبی از توربین‌های گازی و بخار استفاده می‌شود به این ترتیب که با سوختن سوخت از گازهای ایجاد شده برای به حرکت درآوردن توربین‌های گازی و از گرمای تولیدی از سوختن برای بخار کردن آب و به حرکت درآوردن توربین‌های بخار استفاده می‌شود. استفاده از این روش به علت بازده بالای آن به سرعت در حال افزایش است.

موتور احتراق داخلی: به طور کلی از این موتورها برای تولید انرژی الکتریکی در مقیاس‌های کوچک استفاده می‌شود. کاربرد این موتورها تنها به مناطق دورافتاده و سیستم‌های پشتیبانی مورد استفاده در بیمارستان‌ها، ساختمان‌های اداری و مراکز حساس محدود می‌شود. سوخت مورد استفاده در این موتورها را گازوئیل، نفت سنگین، گاز طبیعی و بیوگاز تشکیل می‌دهد.

به عنوان مثال مشخصات فنی نیروگاه سد کرخه را ملاحظه فرمایید:

http://pme-pnut.blogfa.com/post-177.aspx       

نیروگاه برق آبی

نیروی برق‌آبی یا هیدروالکتریسیته اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطلاق می‌شود. در حال حاضر هیدروالکتریسیته چیزی در حدود ۷۱۵۰۰۰ مگاوات یا ۱۹٪ (۱۶٪ در سال ۲۰۰۳) از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را پوشش می‌دهد. نیروی برق‌آبی همچنین ۶۳٪ از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل می‌شود.

تولید انرژی الکتریکی

بیشتر نیروگاه‌های برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین می‌کنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش می‌دهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی می‌کند.

 

                                    برشی از یک سد و یک نیروگاه آبی

                                       

               

 

.نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفه یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا می‌کند. در ساعاتی که تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل می‌کند. در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری می‌شود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه می‌گردد. این نیروگاه‌ها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی می‌شوند.

 از دیگر انواع نیروگاه‌های آبی می‌توان به نیروگاه‌های جزر و مدی اشاره کرد. همانطور که از نام این نیروگاه‌های مشخص است این نیروگاه‌ها نیروی مورد نیاز خود را از اختلاف ارتفاع آب در بین شبانه روز تامین می‌کنند. منابع در این دسته از نیروگاه‌ها نسبت به بقیه کاملاً قابل پیشبینی هستند. این نیروگاه‌ها همچنین می‌توانند در مواقع اوج مصرف به عنوان پشتیبان شبکه عمل کنند.

 برخی نیروگاه‌های آبی که تعداد آنها زیاد هم نیست از انرژی جنبشی آب جاری استفاده می‌کنند. در این دسته از نیروگاه‌ها نیازی به احداث سد نیست توربین این نیروگاه‌ها شبیه یک چرخ آبی عمل می‌کند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسبتاً جدیدی از علم جنبش مایعات است.

 یک معادله ساده برای محاسبه تقریبی انرژی الکتریکی در یک نیروگاه برق آبی وجود دارد که به صورت زیر است:

                                                                 P = h * r * k

 در معادله بالا P توان خروجی در واحد وات، h ارتفاع فشاری در واحد متر، r میزان آب خارج شده در واحد مترمربع در ثانیه و K ضریب تبدیل در ۷۵۰۰ وات است (با پیش شرط راندمان ۷۶٪ ،شتاب ثقل ۹٫۸۱ متر بر مجذور ثانیه و آب تازه با چگالی ۱۰۰۰ کیلوگرم به ازای هر متر مربع. البته در توربین‌های بزرگ و پیشرفته راندمان معمولاً بالاتر این مقدار است و در توربین‌ها فرسوده این راندمان کمتر است).

 میزان تولید انرژی الکتریکی در یک نیروگاه آبی به شدت به میزان آب موجود وابسته‌است و در فصول مختلف میزان تولید می‌تواند به نسبت ۱۰ به ۱ متفاوت باشد.

 

نیروگاه هسته‌ای

                                

نیروگاه هسته‌ای (به انگلیسی: Nuclear power plant) به تأسیساتی صنعتی و نیروگاهی می‌گویند که بر پایهٔ فناوری هسته‌ای و با کنترل فرآیند شکافت هسته‌ای، از گرمای تولید شده آن اقدام به تولید انرژی الکتریکی می‌کند. کنترل انرژی هسته‌ای با حفظ تعادل در فرآیند شکافت هسته‌ای همراه است که با استفاده از گرمای تولیدی برای تولید بخار آب (مانند بیشتر نیروگاه‌های گرمایی) اقدام به چرخاندن توربین‌های بخار و به دنبال آن ژنراتورها می‌کند.

 منابع تامین انرژی الکتریکی در بین سال‌های ۱۹۸۰ تا ۲۰۳۰:

.  مایعات

· ذغال سنگ

·  گاز طبیعی

·   قابل بازیافت

 ·  هسته ای

  در سال ۲۰۰۴ انرژی هسته‌ای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶٫۵٪، و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵٫۷٪ داشته‌است

در بسیاری از کشتی‌ها و زیردریایی‌های نظامی و یا حتی غیرنظامی (کشتی‌های یخ شکن) از انرژی هسته‌ای به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌شود.

 به دلیل مزیت‌های بی‌شمار انرژی هسته‌ای، امروزه استفاده از این فناوری روز به روز گسترش بیشتری می‌یابد و بر روش‌های استفاده‌ صلح‌آمیز از آن (مانند استفاده از انرژی هسته‌ای برای گرمایش یا نمک‌زدایی آب) افزوده می‌شود

 انرژی هسته‌ای نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاه‌های دانشگاه شیکاگو تولید شد

 در۱۹۵۱ برای اولین بار در یک پایگاه آزمایشگاهی با نام EBR-I از راکتور هسته‌ای برای تولید انرژی الکتریکی (در حدود ۱۰۰ کیلووات) استفاده شد.

 در ۱۹۵۴ اولین نیروگاه هسته‌ای جهان که به شبکه برق متصل گردید در اتحاد جماهیر شوروی به بهره ‌برداری رسید. این نیروگاه توانی در حدود ۵ مگاوات تولید می‌کرد.   در ۱۹۵۶ اولین نیروگاه تجاری هسته‌ای جهان در انگلستان به بهره‌برداری رسید که توانی در حدود ۵۰ مگاوات تولید می‌کرد.  

 با راه‌اندازی اولین نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده از این نیروگاه‌ها شتاب گرفت به طوری که استفاده از برق هسته‌ای از کمتر از ۱ گیگاوات در دهه ۱۹۶۰ به بیش از ۱۰۰ گیگاوات در دهه ۱۹۷۰ و نزدیک به ۳۰۰ گیگاوات در اواخر دهه ۱۹۸۰ رسید. البته در اواخر دهه ۱۹۸۰ از شتاب رشد استفاده از برق هسته‌ای به شدت کاسته شد و به این ترتیب به حدود ۳۶۶ گیگاوات در سال ۲۰۰۵ رسید که بیشترین گسترش پس از دهه ۱۹۸۰ مربوط به جمهوری خلق چین است

در طول دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ کاهش قیمت سوخت‌های فسیلی و افزایش قیمت ساخت یک نیروگاه هسته‌ای از تمایل دولت‌ها برای ساخت نیروگاه هسته‌ای به شدت کاست 

   تمامی نیروگاه‌های گرمایی متداول از نوعی سوخت برای تولید گرما استفاده می‌کنند برای مثال گاز طبیعی، زغال سنگ یا نفت. در یک نیروگاه هسته‌ای این گرما از شکافت هسته‌ای که در داخل راکتور صورت می‌گیرد تامین می‌شود. هنگامی که یک هسته نسبتاً بزرگ قابل شکافت مورد برخورد نوترون قرار می‌گیرد به دو یا چند قسمت کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در این فرآیند که به آن شکافت هسته‌ای می‌گویند تعدادی نوترون و مقدار نسبتاً زیادی انرژی آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده از یک شکافت هسته‌ای در مرحله بعد خود با برخورد به دیگر هسته‌ها موجب شکافت‌های دیگری می‌شوند و به این ترتیب یک فرآیند زنجیره‌ای به وجود می‌آید. زمانی که این فرآیند زنجیره‌ای کنترل شود می‌توان از انرژی آزاد شده در هر شکافت (که بیشتر آن به صورت گرماست) برای تبخیر آب و چرخاندن توربین‌های بخار و در نهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد

 یکی از مسائل نیروگاه هسته‌ای هزینه ساخت آن است که شامل هزینه ساخت راکتور، هزینه مسائل امنیتی، هزینه ساخت مراکز معدنی، هزینه ساخت مراکز تبدیل مواد خام به سوخت هسته‌ای، هزینه ساخت مراکز بازپروری هسته‌ای و انبارهای هسته‌ای برای دفن ضایعات هسته‌ای است.

 خرج تولید الکتریسیته با نیروی هسته‌ای در سال ۲۰۰۷ حدود ۰٫۰۱۷۶ دلار برای هر کیلووات ساعت بود، در صورتیکه این مقدار برای ذغال سنگ، گاز طبیعی، و نفت بترتیب ۰٫۰۲۴۷ دلار، ۰٫۰۶۷۸ دلار، و ۰٫۱۰۲۶ دلار بود.

 ناو هواپیمابر با رانش هسته‌ای در سال ۱۹۶۴یکی از وسیعترین کاربردهای نیروگاه‌های هسته‌ای، استفاده از انرژی هسته‌ای جهت رانش ناوها و زیردریایی‌ها است.

نیروگاه حرارتی

نیروگاه حرارتی

نیروگاه گرمایی نوعی از نیروگاه است که از بخار به عنوان سیال و عامل محرک استفاده می‌کند. آب پس از گرم شدن به سمت توربین بخار که به یک ژنراتور متصل شده می‌رود و با استفاده از انرژی جنبشی خود آن را به حرکت در می‌آورد. پس از عبور بخار از توربین, بخار در کندانسور فشرده می‌شود. بزرگترین اختلاف در طراحی نیروگاهذهای گرمایی نیز به نوع سوخت مصرفی در نیروگاه مربوط است. تقریباً تمامی نیروگاه‌هایی که با استفاده از زغال سنگ, انرژی هسته‌ای, انرژی زمین گرمایی یا انرژی گرمایی خورشید کار می‌کنند نیروگاه حرارتی محسوب می‌شوند. گاز طبیعی نیز برخی اوقات در بویلرها یا توربین‌های گازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.این نیروگاه‌ها معمولا در اندازه‌های بزرگ و برای استفاده مداوم ساخته می‌شوند.

تا قرن ۱۸ میلادی از موتورهای بخار که توسط ادیسون اختراع شده بود برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شد. اولین نیروگاه‌های بزرگ تولید برق در نیویورک و لندن نیز از موتورهای بخار استفاده می‌کردند. زمانی که اندازها ژنراتورها رفته رفته بزرگ شد استفاده از توربین‌های بخار به دلیل بهره‌وری بالا و قیمت ساخت پایین‌ترشان گسترش یافت. پس از دهه ۱۹۲۰ تمامی نسبتا بزرگ با توان تولیدی حدود چند کیلووات نیز از توربین‌های بخار استفاده می‌کردند.

بهره‌وری الکتریکی یک نیروگاه حرارتی مرسوم با استفاده از نسبت برق تحویلی به شین‌های اصلی و حرارت تولیدی در کوره به دست می‌آید و معمولا بین ۳۳ تا ۴۸ درصد است. میزان بهره‌وری نیروگاهذهای حرارتی نیز مانند تمامی موتورهای گرمایی محدود به قانون ترمودینامیک (چرخه کارنو) است و بنابراین بقیه انرژی به صورت گرما از نیروگاه خارج می‌شود. این گرمای اضافی را معمولا با استفاده از آب یا برج‌های خنک‌ کننده از نیروگاه خارج می‌کنند. اگر از این گرما برای کاربردهای دیگر مانند گرمایش محیط یا ... استفاده شود به این چرخه, «چرخه ترکیبی» می‌گویند. یکی از کاربردهای اصلی این گرما در تاسیسات نمک زدایی است که بیشتر در کشورهای کویری که دارای منابع گاز طبیعی هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این ترتیب آب شیرین و الکتریسیته با هم در چرخه‌هایی و.ابسته ایجاد می‌شوند.

با این حال که بهره‌وری این نیروگاه‌های از نظر قوانین ترمودینامیک محدود است اما با افزایش حرارت و به مثابه آن افزایش فشار بخار می‌توان کارایی این نیروگاه‌ها را افزایش داد

                                              نمودار یک نیروگاه حرارتی با سوخت زغال سنگ

 

۱. برج خنک‌کننده ۲. پمپ آب سرد ۳. خطوط انتقال سه فاز ۴. ترانسفورماتور افزایش ولتاژ

 ۵. ژنراتور الکتریکی۶. توربین بخار کم فشار ۷. پمپ آب بویلر ۸. تقطیر کننده سطحی

 ۹. توربین بخار فشار متوسط  ۱۰. دریچه کنترل بخار۱۱. توربین بخار فشار بالا ۱۲. دگازور

۱۳. گرم‌کننده آب۱۴. حمل‌کننده زغال سنگ ۱۵. قیف زغال‌سنگ ۱۶. پودرساز زغال سنگ

۱۷. سیلندر دود بویلر۱۸. قیف خاکستر  ۱۹ . سوپر هیتر  ۲۰. پمپ هوا  ۲۱. پس‌گرم‌کن 

 ۲۲. سوپاپ هوای احتراق  ۲۳. پیش‌گرم‌کن  ۲۴. پیش‌گرم‌کن هوا  ۲۵. ته نشین‌کننده الکترواستاتیکی

۲۶. پمپ هوا  ۲۷. دودکش

انتقال انرژي الكتريكي

فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه, از انرژی الکتریکی استفاده کنیم. حال آنکه در بسیاری موارد موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.

به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث, ترانسفورماتورها معمولاً در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل طولانی به وسیله خطوط هوایی اتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.

 امروزه خطوط انتقال ولتاژ, بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بلاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر, نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام "ولتاژهای بسیار بالاً (extra high voltage) یاد می‌شود چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.

تاریخچه

سال‌ها پیش یعنی در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی, انتقال توان با همان ولتاژمصرف کننده‌ها انجام می‌گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت DC بود, چراکه در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاژ DC وجود نداشت و از آنجا که انواع مختلف مصرف کنندهها مثل لامپها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده میشد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کننده‌ها را از بین می‌برد.

 در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می‌۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقالهای را با نام «سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب» ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت «وستینگ هوس» پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد.

 با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکههای محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشناییها و موتورها ایجاد میشد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپهای قوس جیوه و دیگر یکسو کنندههای جریان امکان اتصال مصرف کنندههای DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کنندههای با فرکانسهای متفاوت هم میتوانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاههای متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفهجویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کنندهها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کننده‌ها پدید آمد.

 با استفاده از نیروگاههای چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند, قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاههای با راندمان بالاتر فراهم شد که میتوانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاههای هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست, بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوختها فراهم شد.

انتقال انرژی در مقیاس‌های کلان

مهندسین طراح خطوط انتقال در محاسبات مربوط به طراحی این خطوط, میزان توان انتقال یافته را تا جای ممکن افزایش می‌دهند, البته ملاحظات و محدودیت‌هایی نیز مانند ایمنی شبکه, امکان گسترش شبکه, محدودیت‌های مربوط به مسیر و... در طراحی شبکه‌ها مدنظر قرار داده می‌شود.

 راندمان خطوط انتقال با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد, چراکه این کار باعث کاهش یافتن جریان می‌شود. در انتقال توان با مقیاس زیاد راندمان دارای اهمیت بسیار بالایی است و تلفات بیشتر از استاندارد می‌تواند خسارت زیادی به یک شبکه وارد کرده و یا حتی اسفاده از آن را غیر اقتصادی کند و این اهمیت محاسبات و استانداردهای مربوط به تلفات را افزایش می‌دهد. بنابر این تلفات خطوط انتقال از پارامترهای اصلی محاسبات شبکه هستند.

 به طور کلی شبکه انرژی الکتریکی از نیروگاه یا تولیدکننده, مدار یا شبکه انتقال و پست‌های تغییر ولتاژ تشکیل شده‌است. انرژی معمولاً در طول خطوط انتقال به صورت سه فاز AC جابه‌جا می‌شود. استفاده از جریان DC برای انتقال نیازمند تجهیزات پرهزینه برای تبدیل نوع جریان است. البته استفاده از این تجهیزات برای بعضی طرح‌های بزرگ قابل توجیه‌است. استفاده از انرژی الکتریکی به صورت تک فاز AC تنها در توزیع به مصرف کننده‌های خانگی و اداری کاربرد دارد چراکه در صنایع به دلیل استفاده از موتورهای سه فاز استفاده از انرژی الکتریکی به صورت سه فاز به‌صرفه‌تر است. البته استفاده از سیستم‌های با بیشتر از سه فاز نیز برای برخی کاربردهای خاص رایج است.

 توان ورودی شبکه

در نیروگاه‌ها توان الکتریکی با ولتاژ نسبتاً کمی (در نهایت ۳۰ کیلوولت) تولید می‌شود و سپس به وسیله ترانسفورماتورهای پست قدرت با توجه به طول مسیر و دیگر ملاحظات شبکه تا ولتاژی بین ۱۱۵ تا ۷۶۵ کیلوولت (در ایران این ولتاژ معمولاً ۴۰۰ کیلو ولت است) افزایش می‌یابد تا امکان انتقال آن در طول مسیرهای طولانی فراهم شود.

 خروجی شبکه انتقال

با نزدیک شدن خطوط انتقال به شهرها و مراکز تجمع جمعیت برای ایجاد ایمنی, ولتاژ در چند مرحله کاهش می‌یابد. مراحل کاهش یافتن ولتاژ در شبکه‌های استاندارد ایران به ترتیب از kV۲۳۰/۴۰۰, kV۱۳۲/۲۳۰, kV۶۳/۱۳۲ و kV۲۰/۶۳ است. در مرحله نهایی یا مرحله توزیع ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را از kV۲۰ به برق مصرفی یا ۲۳۱/۴۰۰ ولت کاهش می‌دهند. در دیگر کشورها نیز ولتاژ مصرف‌کننده‌ها بین ۱۰۰ تا ۶۰۰ ولت است.

 محدودیت‌ها

مقدار توان قابل انتقال در یک خط انتقال یک مقدار محدود است و این محدودیت به ویژه با توجه به طول خط انتقال تغییر می‌کند. برای یک خط انتقال کوتاه حرارت تولید شده بر اثر عبور جریان محدودیتی را ایجاد می‌کند چراکه هرچه حرارت سیم‌ها بیشتر شود بیشتر خم می‌شوند و بیشتر به زمین نزدیک می‌شوند که این نزدیکی به زمین در نهایت می‌تواند خطر آفرین شود همچنین ممکن است هادی‌ها بر اثر عبور جریان بالا ذوب شوند.

 برای خطوط انتقال با طول متوسط (حدود ۱۰۰ کیلومتر) محدودیت بیشتر دررابطه با میزان افت ولتاژ در طول خط است و در خطوط انتقال طولانی مهمترین مسئله حفظ ثبات در شبکه‌است. زاویه بین فازها در یک سیستم سه فاز مقدیری ثابت است که تغییر بیش از حد آن در قسمتی از شبکه می‌تواند به بی‌ثباتی در کل شبکه الکتریکی بیانجامد و در طول خطوط انتقال بسیار طولانی اختلاف فاز با توجه به توان و تولید شبکه تغییر می‌کند و این نکته موجب محدودیت در میزان جریان قابل انتقال در یک خط طولانی انتقال خواهد شد. برای بهبود ضریب توان در طول خطوط انتقال از تجهیزات اصلاح ضریب توان مانند خازن‌ها استفاده می‌شود. در خطوط انتقال HVDC محدودیتی در رابطه با ضریب توان خط وجود ندارد و تنها محدودیت مربوط به افت ولتاژ و تلفات ژولی خط می‌شود. 

HVDC( انتقال انرژی الکتریکی به صورت DC):

انتقال با جریان مستقیم یا HVDC برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس‌های بسیار بزرگ و در طول مسیرهای طولانی یا برای اتصال دو شبکه ناهماهنگ AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که انتقال انرژی الکتریکی باید در مسیرهای طولانی صورت گیرد, انتقال به صورت DC به علت کمتر بودن تلفات اقتصادی‌تر است. در این حالت کاهش تلفات و هزینه‌های مربوط به آن می‌تواند هزینه تبدیل انرژی الکتریکی از AC به DC را جبران کند.

از دیگر مزایای استفاده از با ثبات کردن دو شبکه اتصال AC متفاوت است. در صورتی که دو شبکه AC متفاوت برای مثال متعلق به دو کشور متفاوت به هم اتصال پیدا می‌کنند به علت ناهماهنگی شبکه‌ها ممکن است این اتصال با مشکلاتی نظیر ایجاد بی ثباتی در شبکه همراه باشد اما با استفاده از سیستم HVDC این مشکل بر طرف خواهد شد, بدین ترتیب که در کشور فروشنده انرژی, انرژی الکتریکی به صورت DC درآمده و پس از طی مسیر انتقال در کشور مصرف کننده دوباره به صورت AC بازمی‌گردد.

 خطوط انتقال هوايي:

                                       

خط انتقال هوایی نوعی از خط انتقال است که در آن از دکل‌ها و تیرها برای نگه داشتن کابل‌ها بالای سطح زمین استفاده می‌شود. از انجایی که در این گونه خطوط از هوا به عنوان عایق کابل‌ها استفاده می‌شود این روش انتقال یکی از کم هزینه‌ترین و رایج‌ترین روش‌های انتقال است. دکل‌ها و تیرهایی که برای نگهداشتن کابل‌ها استفاده می‌شود می‌توانند از جنس چوب, فولاد, بتون, آلمینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلمینیوم هستند (که البته با نواری از فولاد در داخل مسلح شده‌اند). از کابل‌های مسی در برخی خطوط انتقال ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین و محل اتصال به مصرف‌کننده استفاده می‌شود.

 

ترانسفورماتور

ترانسفورماتور (Transformer): وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را به وسیله دو سیم‌پیچ و از طریق القای الکتریکی از یک مدار به مداری دیگر منتقل می‌کند. به این صورت که جریان جاری در مدار اول (اولیه ترانسفورماتور) موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ اول می‌شود, این میدان مغناطیسی به نوبه خود موجب به وجود آمدن یک ولتاژ در مدار دوم می‌شود که با اضافه کردن یک بار به مدار دوم این ولتاژ می‌تواند به ایجاد یک جریان در ثانویه بینجامد.

ولتاژ القا شده در ثانویه VS و ولتاژ دو سر سیم‌پیچ اولیه VP دارای یک نسبت با یکدیگرند که به طور ایده‌آل برابر نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به سیم‌پیچ اولیه است.

به این ترتیب با اختصاص دادن امکان تنظیم تعداد سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور, می‌توان امکان تغییر ولتاژ در ثانویه ترانس را فراهم کرد.

یکی از کاربرد‌های بسیار مهم ترانسفورماتورهای کاهش جریان پیش از خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی‌های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند, این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطه مستقیم دارد و بنابر این با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های انتقال انرژی نیز کاهش می‌یابد.

 معمولاً برق از طریق یک جریان متناوب سه فاز انتقال می یابد. در نیروگاه ها، برق را در سطح ولتاژی نسبتاً پایین در حدود 10 تا 15 کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (220 تا 440 کیلو ولت) جریان متناوب می رسانند تا آن را به یک پست برق که نقطه خروجی شبکه است و در فواصل دور قرار دارد، انتقال دهند.

:

 

پست برق

پست الکتریکی ایستگاهی فرعی است که در مسیر تولید، انتقال یا توزیع انرژی الکتریکی ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتور به مقادیر بالاتر یا پایین‌تر تغییر می‌دهد. توان الکتریکی ممکن است از میان تعداد زیادی پست بین نیروگاه و مصرف کننده عبور کند و ولتاژ آن در طول مسیر بارها تغییر کند.

پست‌هایی که از ترانسفورماتورهای افزاینده استفاده می‌کنند باعث افزایش ولتاژ و به این ترتیب کاهش جریان می‌شوند، در حالیکه پست‌هایی که از ترانسفورماتورهای کاهنده استفاده می‌کنند برای افزایش ایمنی، ولتاژ را کاهش داده و جریان را افزایش می‌دهند.

 اجزای یک پست:

یک پست به طور کلی دارای یک یا چند ترانسفورماتور و همچنین از سیستم‌های محافظت کننده و تجهیزات کنترل است. یک پست الکتریکی شامل تجهیزات نگهدارنده پایان خط، تابلوی فشار قوی، یک یا چند ترانسفورماتور قدرت، تابلوی فشار ضعیف، جرقه‌گیر، سیستم کنترل، سیستم زمین و سیستم‌های اندازگیری می‌شود، همچنین ممکن است از تجهیزات دیگری مانند خازن‌های اصلاح ضریب توان یا تنظیم کننده ولتاژ نیز در پست استفاده شود.

انواع پست برق بر حسب كاركردشان:

1. پست انتقال

2. پست توزیع

3.پست جمع‌کننده

 

رله

رله نوعی کلید الکتریکی است که با هدایت یک مدار الکتریکی دیگر باز و بسته می‌شود.                    رله را جوزف هنری در سال ۱۸۳۵ اختراع کرد.                                                                               از آنجا که رله می‌تواند جریانی قوی‌تر از جریان ورودی را هدایت کند، به معنی وسیع‌تر می‌توان آن را نوعی تقویت کننده دانست.در گذشته رله‌ها معمولاً با سیم‌پیچ ساخته می‌شد و از جریان برق برای تولید میدان مغناطیسی و باز و بسته کردن مدار سود می‌برد.                                

۱.رله سنجشی:  

رله ایست که بادقت و حساسیت معینی در موقع تغییر کردن یک کمیت الکتریکی مانند جريان، شروع به کار کند. چنین رله‌ای برای مقدار معینی از یک ‏کمیت مشخص تنظیم می‌شود.

2. رله زمانی:

این نوع رله در حفاظت و خود کار کردن تأسیسات الکتریکی به كار مي رود.و تنظيم آن با زمان سنجي است.

3. رله جهت یاب:

برای کنترل و سنجش جهت توان و نیرو در شبکه الکتریکی و یا قسمتی از شبکه ‏جریان متناوب از رله جهت یاب استفاده می‌شود.

 

کنکور کارشناسی ارشد 85 و 86

 

سئوالات کنکور کارشناسی ارشد سال ۸۵ گروه مهندسی برق

سئوالات کنکور کارشناسی ارشد سال ۸۶ گروه مهندسی برق

 

نرم افزار pspice

    

فايل نصب نرم افزار رو از اينجا دريافت كنيد:                          Download PSPICE 9.1 student version

  اين هم جزوه آموزش نرم افزارPspice :

دانلود فایل 

 اين جزوه به صورتpdf باز ميشه.اگهpdf reader ندارين ابتدا از لينك زير برنامه Adobe Readerرو دريافت و نصب كنيد: 

click here to download.