مباحث تخصصی مهندسی برق - کنترل ابزاردقیق

میزان کل انرژی های شناخته شده در کره زمین ، در جدول زیر منعکس شده است:

 

بسادگی ملاحظه می شود که نفت و گاز طبیعی کمترین میزان ذخیره را دارا می باشند و ذغال سنگ در مرحله بعد قرار دارد . ذخیره اورانیوم 235 ، که تکنولوژی امروزی تولید انرژی از آن را امکان پذیر ساخته است کمی بیش از میزان ذخایر نفت می باشد. ذخیره گونه های دیگر مواد رادیو اکتیو سنگین هزاران برابر ذخیره نفت خام است . همانطوریکه از اطلاعات انتهای جدول نیز مشخص است میزان انرژی دو تریم موجود در طبیعت ، که با تبدیل آن به هلیوم انرژی کسب می گردد (پمپ های هیدروژنی ) ، به تنهائی هزاران برابر ذخایر کل مواد رادیو اکتیو می باشند.

 

 

اینگونه مولدها در مناطقی که دارای آب جاری فراوان باشند بکار گرفته می گردد. متناسب با میزان آب جاری رودخانه در طول سال و حداقل و حداکثر دبی آب رودخانه ، سدی بر روی رودخانه احداث می گردد و این سد توسط مجاری خاصی آب را از توربین عبور می دهد و محور آن را به گردش در می آورد . این محور گردان به نوبه خود ژنراتوری را که با آن کوپله است به چرخش در می آورد و بدین ترتیب جریان الکتریسیته تولید می شود. 
ظرفیت قابل بهره برداری لز تیرو گاههای آبی علاوه بر عامل نگهداری صحیح ، تابعی از میزان دبی رودخانه می باشد که آنهم متاثر از میزان ریزش باران است . ارتفاع موثر نیز عامل غیر قابل انکاری در این زمینه به شمار می آید . ظرفیت نیروگاههای آبی را سریعاٌٍ – که از چند دقیقه تجاوز نمی کند – می توان در اختیار شبکه قرار داد، در حالیکه این امر در مورد نیروگاههای حرارتی به مدت زمان بیشتری نیاز دارد .
از این نیروگاهها با توجه به میزان قدرت و انرژی قابل تولید و لزوم یا عدم لزوم و چگونگی کنترل آب برای مصارف کشاورزی ، صنعتی و شهری ، به عنوان مولد یکی از بارهای پایه ، میانی و یا پیک استفاده می گردد.
هزینه احداث اینگونه نیروگاهها در حدود هزار تا هزار و پانصد دلار به ازاء هر کیلو وات قدرت نصب شده می باشد ، لیکن به لحاظ ناچیز بودن هزینه های بهره برداری و نگهداری و تعمیرات ، هزینه تولید هر کیلو وات ساعت انرژی در این نوع نیروگاهها نصف هزینه تولید همین مقدار انرژی در نیروگاههای بخاری است .( با احتساب کلیه هزینه های تولید همچون هزینه استهلاک ، سود ، سوخت ، دستمزد و تعمیرات و ... )

 

www.poursalehi55eng.ir

این نوع نیروگاهها ( توربین ها ) از نظر فشار بخار تولیدی در بویلر و بخار مصرفی در توربین بدو دسته عمده تقسیم می گردند .
در توربین های از نوع فشار ثابت (constant pressure) بویلر و توربین هیچ نوع انعطافی از خودنشان نمی دهند و لذا از این نوع توربین ها ( نیروگاهها ) در جهت تولید بار پایه استفاده می گردد.
در توربین های از نوع فشار متغیر (sliding pressure ) می توان بر روی بویلر و توربین ، تغییرات فشار را اعمال نمود . این نوع مولدها معمولا جهت تولید بار میانی هفته بکار می روند .
قدرت قابل دسترسی این نوع مولدها از چند مگا وات تا یک هزار مگاوات متغیر است . هزینه سرمایه گذاری برای هر کیلو وات قدرت نصب شده متناسب با حجم تجهیزات کمکی و قدرت واحد و نوع آن از پانصد تا یک هزار دلار متغیر است و مدت زمان اجرای آن معمولاٌ پنج سال طول می کشد .

 

www.poursalehi55eng.ir

کاربرد روز افزون توربین های گازی در صنایع مختلف ، به خصوص در صنایع نفت و الکترونیک، از قبیل به حرکت در آوردن پمپ های بزرگ در داخل خطوط لوله نفت و گاز ، تامین انرژی مورد نیاز کارخانجات و مناطق خاص جدا از شبکه بسیار چشم گیر و قابل توجه است .همچنین در صنعت تولید نیروی برق شبکه های سراسری ، با عنوان واحدهایی قادرند سریعاٌٍ در مدار قرار گیرند بسیار مورد توجه هستند .

این نوع مولدها با چند صد کیلووات تا دویست مگاوات به صورت سری سازی ساخته می شود. قدرت و مدل این نوع مولدها و مولدهای دیزلی که متعاقبا، معرفی خواهند شد،تابعیت چندانی از خریدار ندارد بلکه کلیه انواع آن از قبیل طراحی شده و به صورت سری با قبول سفارش ساخت ، تا حد امکان در کارخانه سازنده به صورت کامل بر روی شاسی سوار و سپس برای نصب به محل احداث حمل می گردد.
نصب این نوع مولدها پس از ورود به کارگاه بسیار سریع صورت می گیرد و سرعت راه اندازی آنها به لحاظ حداقل بودن تجهیزات کمکی بسیار زیاد است .
از آنجایی که قدرت های قابل ساخت این مولدها گسترده می باشد ، لذا متناسب با گستردگی شبکه از آن در تامین گونه های مختلف نیاز شبکه استفاده می گردد، بدین معنی که در شبکه های کوچک و متوسط به عنوان تولید کننده بار پایه و در شبکه های بزرگ به عنوان تولید کننده بار میانی و بار پیک مورد استفاده قرار می گیرد.لازم به توضیح است که در مجتمع های تولیدی بزرگ که قطع برق شبکه باعث به وجود آمدن خسارت های زیاد می شود ، از این نوع مولدها به عنوان تولید کننده برق اضطراری نیز ، استفاده می شود.

 

www.poursalehi55eng.ir

در توربین گاز جهت کنترل درجه حرارت در اتاق احتراق ضروری است که احتراق با هوای بسیار زیاد صورت پذیرد .دود خروجی از اگزوز توربین گاز ، علاوه بر اینکه دارای درجه حرارت بالایی است ، اکسیژن کافی نیز جهت احتراق دارد ولی در نیروگاههای سیکل ترکیبی از انرژی گاز خروجی از اگزوز به روش های مختلفی جهت تولید بخار استفاده می شود که در بخش های آتی به آن اشاره خواهیم کرد .

 

در سال 1980، شرکت Honeywell برای نخستین بار ، امکان سوار کردن سیگنالهای دیجیتال روی حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر را برای برخی از Field device های تولیدی خود فراهم کرد. این سرآغاز ایده ساختن فیلد باس شد. هر Field device برای ارتباطش از قواعد خاص خودش پیروی می کند که به سازنده اش بستگی دارد. اداره چنین دستگاههایی روز به روز مشکل تر و پیچیده تر می شود. به منظور حل این مسأله ، از شبکه های کامپیوتری الهام گرفته شده است. در این روش یک یا چند خط سریال، همه Fild device را به هم وصل می کند.

 

 

• Manual
• Pneumatic
• Electronic
• Direct Digital Control
• Digital Communication + Networking
• Distribute Control System
• Fieldbus Control System
• Hybrid Control System

 برای سیستم های اتوماسیون می توان 2 لایه کلی در نظر گرفت

1-لایه تجهیزات Field Level

2-لایه میزبان Host Level

تفاوت اساسی سیستمهای اتوماسیون در نوع لایه تجهیزات می باشد

 

سیستمهای که بر مبنای  FCS  کار می کنند به 3 دسته کلی تقسیم می شوند

1-HART

2-PROFIBUS

3-FOUNDATION Fieldbus

 

 پروتکل Profibus در سه بخش PA ، DP و FMS برای دستیابی و غلبه بر نیازهای کنترل صنعتی توسط چند شرکت آلمانی و از جمله زیمنس معرفی و پشتیبانی میشوند و مجموعه ای از نیازمندیها را بطور جامع پوشش می دهند در حالی که پروتکل قدیمی MODBUS اساسا برای انتقال از یک Master به تعدادی Slave وبالعکس بر روی خط RS232 طراحی شده است . این پروتکل برای انجام کارهای شبکه ای کفایت نمی کند اما به لحاظ سادگی مورد استفاده زیادی در صنعت داشته است و حتی در سطح کنترل فرآیند ها به کار برده شده است . پروتکل CANاصولا برای انتقال حجم بسیار کم اطلاعات (8 بایت ) بطور وسیع طراحی شده وابتدا برای ارتباط سنسورها در داخل خودروها به کار گرفته شد . بعدها به عنوان یک Fieldbus وارد اتوماسیون صنعتی شد اما به دلیل اینکه نحوه آدرسدهی ، لایه های بالاتر ISO در آن تعریف نشده است معیار دوم را دارا نیست ولذا برای رفع مشکلات آن پروتکل های جدیدی مانند CAN Open ، Net Device وCan Sos توسط سازندگان به آن اضافه شده است که مشتقات زیادی دارند . این پروتکل ها توسط سازندگان آمریکایی به کار گرفته شده اند و نسبتا قدیمی تراز Profibus می باشند و از طرفی دارای سرعت انتقال 1Mb/s می باشند که نسبت به Profibus در حدود 12 برابر کمتر می باشد . همچنین Foundation Fieldbusدر تلاش برای یکسان سازی پروتکل های ارتباطی در سطح سنسورها و عمل کنندهها در فرآیندها و نه در سطح خطوط و سلول هایی که نیاز به سرعت ارتباطی زیاد دارند باز هم توسط سازندگان آمریکایی مطرح و مقبولیت یافته است که البته در مواردی که به کار برده شده است به دلیل نیاز به سرعت پاسخ کم درسطح فرآیند ، سرعتی حدود 31.25Kb/s این باس کفایت می کند . در جمع آوری ورودی ها و خروجی های سریع تر این استاندارد پاسخگو نمی باشد .

 

 

 

در این سنسورها دقت کار بالا نبود و فقط در حد تشخیص یک فاصله یا عمق یک مایع میتوان از آنها استفاده کرد. اما در سنسورهای صنعتی که در فرکانسهای در حد مگا هرتز کار میکنند به دلیل همین در فرکانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت.

 

 

 

محققان  موفق به طراحی و ساخت ربات نصاب اسپیسر Spacer بین فازی خطوط انتقال برق شدند که امکان نصب ایمن جداکننده های بین فازی (اسپیسرهای) عایق در مناطق صعب العبور را بدون نیاز به اعمال خاموشی فراهم می‌کند.

نصب اسپیسرهای عایق بین فازی از جمله راهکارهای متخصصان صنعت برق برای جلوگیری از خطاهای گذرا در شبکه‌های فشار متوسط هوایی، خصوصا در اسپان‌های طولانی در وضعیت جوی ناپایدار و توفانی است که در اثر نزدیک شدن فاصله هادی‌ها اتفاق می‌افتد. این معضل یکی از عوامل افزایش انرژی توزیع نشده و خسارت‌های وارده به شبکه و مشترکان برق به حساب می‌آید.

نصب اسپیسرهای عایق بین فازی طی چند سال گذشته توسط این روش در صنعت برق ، ارائه و در شبکه‌های فشار متوسط هوایی نصب و از ثمرات آن بهره‌برداری شده است. روش نصب اسپیسر بر روی شبکه در روش پیشنهادی تامین کنندگان، شامل استفاده از بالابر عایق و ابزارهای خط گرم و همچنین روش استفاده از طناب برای نصب اسپیسر است که در شبکه‌های هوایی واقع در مناطق عادی کاربرد داشته و عملا قابل بهره‌برداری است.

با این حال، نصب اسپیسر در اسپان‌های طولانی و در مناطق خاص و صعب‌العبور شامل اسپان‌های طولانی عبوری از دره‌های عمیق، رودخانه‌ها و جنگل‌ها با این روش، غیر ممکن و یا مخاطره‌آمیز و همراه با اعمال خاموشی بر روی شبکه است. در این راستا، کارشناسان  ابزارهایی را اختراع کرده اند که مشکل نصب اسپیسر در این گونه مناطق خاص را برطرف کرده است.

ربات طراحی و ساخته شده توسط مهندسین که قابلیت کنترل از راه دور را دارا می‌باشد، قادر است بدون اعمال خاموشی و در کمترین زمان، اسپیسرها را بر روی شبکه نصب و یا در صورت لزوم جمع‌آوری کند. همچنین اسپیسرهای طراحی شده، ضمن داشتن قابلیت تغییر طول، در مقابل تنش‌های مکانیکی ناشی از دمپینگ و حرکات ناشی از طوفان در شبکه دوام بیشتری خواهد داشت.

در نمونه‌های موجود بر اثر تنش‌های مکانیکی در بلند مدت، علاوه بر معیوب شدن اسپیسرها، هادی‌ها نیز به علت آسیب ناشی از خستگی فلز معیوب خواهند شد. در اسپیسرهای ارائه شده مشکلات یاد شده نیز برطرف شده است. 

 

 

 

یکی از اجزاء مهم شبکه های فشار قوی ، مقره ها می باشد که بر حسب ولتاژ مورد استفاده و شرایط محیطی از نظر آلودگی و رطوبت ، شکل خاصی به خود می گیرند. وظایف مقره ها در شبکه ها را می توان به صورت زیر بیان نمود :1. تحمل وزن هادی های خطوط انتقال و توزیع برای نگهداری سیم های هوایی روی پایه ها و دکل ها در بدترین شرایط (یعنی موقعی که ضخامت یخ و برف تشکیل شده روی سیم ها در حداکثر مقدار باشد) را داشته باشد و اصولاً باید بتوانند بیشترین نیروهای مکانیکی وارد شده بر ان ها را تحمل کنند.2. عایق بندی هادی ها و زمین و بین هادی ها با یکدیگر به عهده مقره است. یعنی مقره ها باید از استقامت الکتریکی کافی برخوردار باشند تا بتوانند بین فازهای شبکه و دکل ها که متصل به زمین هستند ایزولاسیون کافی برای تحمل ولتاژ فازها را داشته باشند. استقامت الکتریکی آن ها باید در حدی باشد کهدر بدترین شرایط (یعنی در حضور رطوبت ، باران ، آلودگی و بروز صاعقه با ولتاژ بالا) دچار شکست کامل الکتریکی نشوند.

 

 

 

پژوهشگران دانشگاه ایالتی «پنسیلوانیا» و دانشگاه «نوتردام» اعلام کردند که موفق به تولید ترانزیستور اثر میدان تونلی جدیدی شده‌اند. این ترانزیستورها از مزیت حرکت سریع الکترون‌ها در سطح کوانتومی برخوردار هستند و گرمای تولید شده در آن‌ها نسبت به ترانزیستورهای فعلی بسیار کمتر است. ترانزیستورها واحدهای سازنده ادوات الکترونیکی بوده که به دنیای دیجیتال قدرت می‌دهند. در طول دهه‌‌های اخیر امکان افزایش تعداد ترانزیستورها و قرار دادن آنها روی یک تراشه فراهم شده است؛ اما با این سرعت رشد، بزودی فناوری رایج به انتهای خود خواهد رسید.

برخی گمان می‌کنند که این صنعت بزودی به محدودیت فیزیکی کوچک سازی ترانزیستور‌ها می‌رسد. مشکل اصلی در این مسیر آن است که میلیاردها ترانزیستور مدرن که در کنار هم قرار دارند، گرمای زیادی تولید می‌کنند.

اخیرا پژوهشگران دانشگاه ایالتی «پنسیلوانیا» و دانشگاه «نوتردام» نشان دادند که ترانزیستور اثر میدان تونلی عملکردی مشابه ترانزیستورهای فعلی دارند؛ اما کارایی آنها به‌ مراتب بهتر است.

این تیم تحقیقاتی از توانایی تونل‌زنی الکترون میان جامدات استفاده کردند، اثری که در دنیای معمولی مانند یک شعبده‌بازی می‌ماند، اما رفتاری نرمال در سطوح کوانتومی است.

این تیم تحقیقاتی از توانایی تونل‌زنی الکترون میان جامدات استفاده کردند، اثری که در دنیای معمولی مانند یک شعبده‌بازی می‌ماند، اما رفتاری نرمال در سطوح کوانتومی است.

«آلن سیباق» از محققان این پروژه می‌‌گوید: ترانزیستور مانند سدی با دروازه متحرک است، مقدار آبی که از این سد سرازیر می‌شود، به ارتفاع دروازه بستگی دارد. در این ترانزیستورها، ما از یک دروازه جدید استفاده کردیم، با استفاده از تنظیم ضخامت این دروازه ما می‌توانیم جریان را قطع و وصل کنیم.

ادوات تونل زنی الکترونی تاریخچه طولانی در تجاری‌سازی دارد، شما احتمالا میلیاردها از این ادوات را در USB فلش خود دارید. از اساس تونل زنی مکانیکی کوانتومی در حال حاضر برای ذخیره سازی اطلاعات استفاده می‌شود. در مقاله‌ای که اخیرا این گروه تحقیقاتی به چاپ رسانده‌اند، رکورد جدید برای کارایی ترانزیستور اثر میدان تونلی ارائه کردند.

«سومان داتا»، استاد رشته مهندسی الکترونیک دانشگاه ایالتی «پنسیلوانیا» می‌گوید: ما برای تولید این ترانزیستور از ترکیب نیمه‌هادی‌ها استفاده کردیم. اگر ما در این کار موفق شویم، تاثیر زیادی روی مدارات الکترونیکی کم مصرف خواهیم داشت. از سوی دیگر امکان تولید مداراتی با قابلیت تولید انرژی بوجود می‌آید، در این مدارات بخش‌هایی که می‌توانند انرژی را جمع‌آوری کنند، با مدار الکترونیکی ادغام می‌شود. مزیت دیگر این ترانزیستورهای تونل زنی آن است که در صورت استفاده از آنها نیاز به تغییر عمده در صنعت نیمه‌هادی وجود ندارد، در واقع با زیرساخت‌های تولید فعلی می‌توان از این ترانزیستورها استفاده کرد.

 

 

 

محققان دانشگاه استنفورد نوعی ژل رسانای جریان الکتریسیته طراحی کرده‌اند که ساخت آن آسان و سریع است و می‌توان با استفاده از یک چاپگر جوهرافشان آن را بر روی سطوح مختلف الگوبندی کرد. ژل جدید موسوم به Jell-O عملکرد الکتریکی بی‌سابقه‌ای از خود نشان داده است.

این ماده که توسط پروفسور ژنان بائو و همکارانش ابداع شده، نوعی هیدروژل رسانا است و مانند بافت‌های بیلوژیکی رفتار می‌کند اما همچون یک فلز یا نیمه‌رسانا می‌تواند هادی جریان الکتریسیته باشد. 

ترکیب این دو مشخصه امیدهای زیادی در خصوص ساخت حسگرهای بیولوژیکی و ابزار ذخیره انرژی در مهندسان ایجاد کرده است.

بائو و تیم تحقیقاتی‌اش ژل مزبور را با اتصال زنجیره‌های طولانی ترکیب آلی آنیلین با اسید فیتیک که به طور طبیعی در بافت‌های گیاهی یافت می‌شود، تولید کردند. این اسید قابلیت نگه‌داشتن تا شش زنجیره پلیمری به طور همزمان و خلق یک شبکه صلیب‌مانند درهم‌تنیده وسیع را داراست.

پلیمرهای هادی هم‌اکنون در بازار قابل دسترس‌اند اما همگی آن‌‌ها یک فیلم یکپارچه فاقد هر نوع ساختار نانو را تشکیل می‌دهند؛ اما شبکه صلیب‌مانند ژل جدید به یک ساختار اسفنج‌مانند پیچیده منجر می‌شود. یکی از مشخصه‌های هیدروژل، وجود روزنه‌‌های ریز بی شمار است که ناحیه سطحی ژل را منبسط می‌کند. این امر میزان شارژی که ماده می‌تواند نگه دارد، توانایی در حس مواد شیمیایی و سرعت پاسخ الکتریکی آن را افزایش می‌دهد؛ با این حال، می‌توان به آسانی در این ژل تغییر ایجاد کرد. به این دلیل که ماده تا آخرین لحظه سنتز جامد و سفت نمی‌شود، می‌تواند به عنوان یک مایع چاپ یا افشانه شده و پس از نشستن بر روی سطح به ژل تبدیل شود. این مشخصه تولیدکنندگان را قادر به تولید الکترودهای دارای الگوهای پیچیده و با بهای نازل می‌کند. همچنین ساختار غیرمعمول به ژل ویژگی‌های الکترونیکی قابل توجهی می‌دهد.

 

www.poursalehi55eng.ir

 

بسیاری از حیوانات می‌توانند میدان مغناطیسی زمین را حس کنند و از آن برای تشخیص جهت و حتی شکار استفاده کنند. به عنوان مثال، روباه‌ها تنها جانورانی هستند که از میدان مغناطیسی برای تشخیص مسافت و جهت استفاده می‌کنند.

گروهی از پژوهشگران مشاهده کرده‌اند هنگامی که طعمه روباه قابل مشاهده باشد، روباه می‌تواند از هر جهت به سمت آن پریده تا طعمه را شکار کند، اما زمانی که طعمه مخفی شده است، روباه تنها در جهت شمال شرقی به سمت طعمه حمله می‌کند. این پژوهشگران معتقدند که جهتگیری خاص روباه به علت اثر میدان مغناطیسی زمین است. در واقع، عامل اصلی توانایی روباه‌ها در تشخیص میدان مغناطیسی، پروتئینی به نام کریپتوکروم است که از ابتدای سلطه گیاهان و جانوران بر زمین وجود داشته است. این پروتئین قدرت تشخیص میدان‌مغناطیسی زمین را به بسیاری از گونه‌ها می‌دهد. پروتئین مذکور با ریتم شبانه‌روزی جانوران و گیاهان در ارتباط است و تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که ظاهرا این پروتئین، از نور به‌عنوان عامل شناسایی میدان مغناطیسی استفاده می‌کند.

الکترون‌ها در مولکول‌های کریپتوکروم به حالت جفت‌های مرکب ظاهر می‌شوند و میدان مغناطیسی زمین ممکن است باعث حرکت یکی از این الکترون‌ها شود. براساس یک تئوری که تابستان سال گذشته به چاپ رسید، امکان دارد واکنش شیمیایی بر اثر عوض شدن جهت چرخش الکترون روی دهد و در نتیجه آن پرندگان توانایی دیدن میدان مغناطیسی زمین را به صورت رنگی به دست آورند. این نظریه براساس تغییر جهت چرخش الکترون‌ها بنا شده است و عنوان می‌کند هنگامی که نور خورشید به انتهای یکی از الکترون‌ها برخورد می‌کند، واکنشی شیمیایی به وجود می‌آید و پرندگان می‌توانند میدان مغناطیسی را به صورت رنگی مشاهده کنند. اما پژوهشگران دریافته‌اند که کریپتوکروم کمک چندانی به جهت‌یابی انسان نمی‌کند. در نتیجه نوع بشر برای تعیین وضعیت خود نسبت به 4 جهت اصلی نیازمند استفاده از اجرام سماوی یا امروزه جی.پی.اس است. اخیرا مشخص شده است که این پروتئین در شبکیه چشم انسان وجود دارد. متخصصان علوم اعصاب دانشگاه ماساچوست نمونه‌ای از کریپتوکروم انسان را برداشته و آن را به مگس میوه که فاقد کریپتوکروم بودند، تزریق کردند. نتایج نشان داد که قدرت تشخیص میدان مغناطیسی در مگس‌ها به شکل قابل توجهی افزایش یافت.

البته ممکن است بشر دیگر هیچ‌گاه قادر به استفاده از این مکانیزم برای دیدن میدان مغناطیسی زمین نباشد، ولی حتی امروزه گزارشاتی دریافت می‌شود که نشان می‌دهند برخی می‌توانند با نگاه کردن میدان مغناطیسی را مشاهده کنند، اما ممکن است اجداد ما به طور عام دارای این قابلیت بوده باشند و از این توانایی برای جهت‌یابی استفاده می‌کرده‌اند. شاید روزی پژوهشگران دریابند چگونه می‌توان از این قابلیت مجددا بهره برد و انسان دیگر نیازمند به سیستم جی.پی.اس برای جهت‌یابی نباشد!

 

www.poursalehi55eng.ir