• بازدید : 40 views
  • بدون نظر
این فایل در ۴۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

ماشین سنکرون همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی الکتریکی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است.
تاریخچه وساختار 
ماشین سنکرون همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی الکتریکی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است. 
ژنراتور سنکرون تاریخچهای بیش از صد سال دارد
اولین تحولات ژنراتور سنکرون در دهه ۱۸۸۰ رخ داد. در نمونههای اولیه مانند ماشین جریان مستقیم، روی آرمیچر گردان یک یا دو جفت سیمپیچ وجود داشت که انتهای آنها به حلقههای لغزان متصل میشد و قطبهای ثابت روی استاتور، میدان تحریک را تامین میکردند
هاسلواندر اولین ژنراتور سنکرون سه فاز را در سال ۱۸۸۷ ساخت که توانی در حدود ۸/۲ کیلووات را در سرعت ۹۶۰ دور بر دقیقه (فرکانس ۳۲ هرتز) تولید میکرد. این ماشین دارای آرمیچر سه فاز ثابت و رتور سیمپیچی شده چهار قطبی بود که میدان تحریک لازم را تامین میکرد. این ژنراتور برای تامین بارهای محلی مورد استفاده قرار میگرفت. 
در سال ۱۸۹۱ برای اولین بار ترکیب ژنراتور و خط بلند انتقال به منظور تامین بارهای دوردست با موفقیت تست شد. انرژی الکتریکی تولیدی این ژنراتور توسط یک خط انتقال سه فاز از لافن به نمایشگاه بینالمللی فرانکفورت در فاصله ۱۷۵ کیلومتری منتقل میشد. ولتاژ فاز به فاز ۹۵ ولت، جریان فاز ۱۴۰۰ آمپر و فرکانس نامی ۴۰ هرتز بود. رتور این ژنراتور که برای سرعت ۱۵۰ دور بر دقیقه طراحی شده بود، ۳۲ قطب داشت. قطر آن ۱۷۵۲ میلیمتر و طول موثر آن ۳۸۰ میلیمتر بود. جریان تحریک توسط یک ماشین جریان مستقیم تامین میشد. استاتور آن ۹۶ شیار داشت که در هر شیار یک میله مسی به قطر ۲۹ میلیمتر قرار میگرفت. از آنجا که اثر پوستی تا آن زمان شناخته نشده بود، سیمپیچی استاتور متشکل از یک میله برای هر قطب / فاز بود. بازده این ژنراتور ۵/۹۶% بود که در مقایسه با تکنولوژی آن زمان بسیار عالی مینمود. طراحی و ساخت این ژنراتور را چارلز براون انجام داد. 
در آغاز، اکثر ژنراتورهای سنکرون برای اتصال به توربینهای آبی طراحی میشدند، اما بعد از ساخت توربینهای بخار قدرتمند، نیاز به توربوژنراتورهای سازگار با سرعت بالا احساس شد. در پاسخ به این نیاز اولین توربورتور در یکی از زمینههای مهم در بحث ژنراتورهای سنکرن، سیستم عایقی است. مواد عایقی اولیه مورد استفاده مواد طبیعی مانند فیبرها، سلولز، ابریشم، کتان، پشم و دیگر الیاف طبیعی بودند. همچنین رزینهای طبیعی بدست آمده از گیاهان و ترکیبات نفت خام برای ساخت مواد عایقی مورد استفاده قرارمیگرفتند. در سال ۱۹۰۸ تحقیقات روی عایقهای مصنوعی توسط دکتر بایکلند آغاز شد. در طول جنگ جهانی اولی رزینهای آسفالتی که بیتومن نامیده میشدند، برای اولین بار همراه با قطعات میکا جهت عایق شیار در سیمپیچهای استاتور توربوژنراتورها مورد استفاده قرار گرفتند. این قطعات در هر دو طرف، با کاغذ سلولز مرغوب احاطه میشدند. در این روش سیمپیچهای استاتور ابتدا با نوارهای سلولز و سپس با دو لایه نوار کتان پوشیده میشدند. سیمپیچها در محفظهای حرارت میدیدند و سپس تحت خلا قرار میگرفتند. بعد از چند ساعت عایق خشک و متخلخل حاصل میشد. سپس تحت خلا، حجم زیادی از قیر داغ روی سیمپیچها ریخته میشد. در ادامه محفظه با گاز نیتروژن خشک با فشار ۵۵۰ کیلو پاسکال پر و پس از چند ساعت گاز نیتروژن تخلیه و سیمپیچها در دمای محیط خنک و سفت میشدند. این فرآیند وی پیآی نامیده میشد. 
در اواخر دهه ۱۹۴۰ کمپانی جنرال الکتریک به منظور بهبود سیستم عایق سیمپیچی استاتور ترکیبات اپوکسی را برگزید. در نتیجه این تحقیقات، یک سیستم به اصطلاح رزین ریچ عرضه شد که در آن رزین در نوارها و یا وارنیش مورد استفاده بین لایهها قرار میگرفت. 
در دهههای ۱۹۴۰ تا ۱۹۶۰ همراه با افزایش ظرفیت ژنراتورها و در نتیجه افزایش استرسهای حرارتی، تعداد خطاهای عایقی به طرز چشمگیری افزایش یافت. پس از بررسی مشخص شد علت اکثر این خطاها بروز پدیده جدا شدن نوار یا ترک خوردن آن است. این پدیده به علت انبساط و انقباض ناهماهنگ هادی مسی و هسته آهنی به وجود میآمد. برای حل این مشکل بعد از جنگ جهانی دوم محققان شرکت وستینگهاوس کار آزمایشگاهی را بر روی پلیاسترهای جدید آغاز کرده و سیستمی با نام تجاری ترمالاستیک عرضه کردند. 
نسل بعدی عایقها که در نیمه اول دهه ۱۹۵۰ مورد استفاده قرار گرفتند، کاغذهای فایبرگلاس بودند. در ادامه در سال ۱۹۵۵ یک نوع عایق مقاوم در برابر تخلیه جزیی از ترکیب ۵۰ درصد رشتههای فایبرگلاس و ۵۰ درصد رشتههای PET بدست آمد که روی هادی پوشانده میشد و سپس با حرارت دادن در کورههای مخصوص، PET ذوب شده و روی فایبرگلاس را میپوشاند. این عایق بسته به نیاز به صورت یک یا چند لایه مورد استفاده قرار میگرفت. عایق مذکور با نام عمومی پلیگلاس و نام تجاری داگلاس وارد بازار شد. 
مهمترین استرسهای وارد بر عایق استرسهای حرارتی است. بنابراین سیستمهای عایقی همواره در ارتباط تنگاتنگ با سیستمهای خنکسازی بودهاند. خنکسازی در ژنراتورهای اولیه توسط هوا انجام میگرفت. بهترین نتیجه بدست آمده با این روش خنکسازی یک ژنراتور MVA۲۰۰ با سرعت rpm۱۸۰۰ بود که در سال ۱۹۳۲ در منطقه بروکلین نیویورک نصب شد. اما با افزایش ظرفیت ژنراتورها نیاز به سیستم خنکسازی موثرتری احساس شد. ایده خنکسازی با هیدروژن اولین بار در سال ۱۹۱۵ توسط ماکس شولر مطرح شد. تلاش او برای ساخت چنین سیستمی از ۱۹۲۸ آغاز و در سال ۱۹۳۶ با ساخت اولین نمونه با سرعت rpm۳۶۰۰ به نتیجه رسید. در سال ۱۹۳۷ جنرال الکتریک اولین توربوژنراتور تجاری خنک شونده با هیدروژن را روانه بازار کرد. این تکنولوژی در اروپا بعد از سال ۱۹۴۵ رایج شد. در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ روشهای مختلف خنکسازی مستقیم مانند خنکسازی سیمپیچ استاتور با گاز، روغن و آب پا به عرصه ظهور گذاشتند تا آنجا که در اواسط دهه ۱۹۶۰ اغلب ژنراتورهای بزرگ با آب خنک میشدند. ظهور تکنولوژی خنکسازی مستقیم موجب افزایش ظرفیت ژنراتورها به میزان MVA۱۵۰۰ شد. 
یکی از تحولات برجستهای که در دهه ۱۹۶۰ به وقوع پیوست تولید اولین ماده ابررسانای تجاری یعنی نیوبیوم- تیتانیوم بود که در دهههای بعدی بسیار مورد توجه قرار گرفت. 
● تحولات دهه ۱۹۷۰ 
در این دهه تحول مهمی در فرآیند عایق کاری ژنراتور رخ داد. قبل از سال ۱۹۷۵ اغلب عایقها را توسط رزینهای محلول در ترکیبات آلی فرار اشباع میکردند. در این فرآیند، ترکیبات مذکور تبخیر و در جو منتشر میشد. با توجه به وضع قوانین زیست محیطی و آغاز نهضت سبز در اوایل دهه ۱۹۷۰، محدودیتهای شدیدی بر میزان انتشار این مواد اعمال شد که حذف آنها را از این فرآیند در پی داشت. در نتیجه استفاده از مواد سازگار با محیط زیست در تولید و تعمیر ماشینهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفت. استفاده از رزینهای با پایه آبی یکی از اولین پیشنهاداتی بود که مطرح شد، اما یک راهحل جامعتر که امروزه نیز مرسوم است، کاربرد چسبهای جامد بود. در همین راستا تولید نوارهای میکای رزین ریچ بدون حلال نیز توسعه یافت. 
از دیگر پیشرفتهای مهم این دهه ظهور ژنراتورهای ابررسانا بود. یک ماشین ابررسانا عموماًاز یک سیمپیچ میدان ابررسانا و یک سیمپیچ آرمیچر مسی تشکیل شده است. هسته رتور عموماً آهنی نیست، چرا که آهن به دلیل شدت بالای میدان تولیدی توسط سیمپیچی میدان اشباع میشود. فقط در یوغ استاتور از آهن مغناطیسی استفاده میشود تا به عنوان شیلد و همچنین منتقل کننده شار بین قطبها عمل کند. عدم استفاده از آهن، موجب کاهش راکتانس سنکرون (به حدود pu۵/۰- ۳/۰) در این ماشینها شده که طبعاً موجب پایداری دینامیکی بهتر میشود. همانطور که اشاره شد، اولین ماده ابررسانای تجاری نیوبیوم- تیتانیوم بود که تا دمای ۵ درجه کلوین خاصیت ابررسانایی داشت. البته در دهههای بعد پیشرفت این صنعت به معرفی مواد ابررسانایی با دمای عملکرد ۱۱۰ درجه کلوین انجامید. براین اساس مواد ابررسانا را به دو گروه دما پایین مانند نیوبیوم – تیتانیوم و دما بالا مانند BSCCO-۲۲۲۳ تقسیم میکنند. از اوایل دهه ۱۹۷۰ تحقیقات بر روی ژنراتورهای ابررسانا با استفاده از هادیهای دما پایین آغاز شد. در این دهه کمپانی وستینگهاوس تحقیقات برای ساخت یک نمونه دوقطبی را با استفاده هادیهای دماپایین آغاز کرد. نتیجه این پروژه ساخت و تست یک ژنراتور MVA۵ در سال ۱۹۷۲ بود. 
در سال ۱۹۷۰ کمپانی جنرال الکتریک ساخت یک ژنراتور ابررسانا را با استفاده از هادیهای دماپایین، با هدف نصب در شبکه آغاز کرد. 
ساخت و تست این ژنراتور MVA۲۰، دو قطب و rpm۳۶۰۰ در سال ۱۹۷۹ به پایان رسید. در این ماشین از روش طراحی هسته هوایی بهره گرفته شده بود و سیمپیچ میدان آن توسط هلیم مایع خنک میشد. این ژنراتور، بزرگترین ژنراتور ابررسانای تست شده تا آن زمان (۱۹۷۹) بود. 
در سال ۱۹۷۹ وستینگهاوس و اپری ساخت یک ژنراتور ابررسانای MVA۳۰۰ را آغاز کردند. این پروژه در سال ۱۹۸۳ به علت شرایط بازار جهانی با توافق طرفین لغو شد. 
در همین زمینه کمپانی زیمنس ساخت ژنراتورهای دماپایین را در اوایل دهه ۱۹۷۰ شروع کرد. در این مدت یک نمونه رتور و یک نمونه استاتور با هسته آهنی برای ژنراتور MVA ۸۵۰ با سرعت rpm۳۰۰۰ ساخته شد، اما به دلیل مشکلاتی تست عملکرد واقعی آن انجام نشد. 
در این دهه آلستوم نیز طراحی یک رتور ابررسانا برای یک توربو ژنراتور سنکرون را آغاز کرد. این رتور در یک ماشین MW۲۵۰ به کار رفت. 
با توجه به اهمیت خنکسازی در کارکرد مناسب ژنراتورهای ابررسانا، همگام با توسعه این صنعت، طرحهای خنکسازی جدیدی ارایه شد. در ۱۹۷۷ اقای لاسکاریس یک سیستم خنکسازی دوفاز (مایع- گاز) برای ژنراتورهای ابررسانا ارایه کرد. در این طرح بخشی از سیمپیچ در هلیم مایع قرار میگرفت و با جوشش هلیم دردمای ۲/۴ کلوین خنک میشد. جداسازی مایع ازگاز توسط نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش رتور صورت میگرفت. 
● جمعبندی تحولات دهه ۱۹۷۰ 
تمرکز اکثر تحقیقات بر روی کاربرد مواد ابررسانا در ژنراتورها بوده است. 
۱) استفاده از روشهای کامپیوتری برای تحلیل و طراحی ماشینهای الکتریکی آغاز شد. 
۲) حلالها از سیستمهای عایق کاری حذف شدند و تکنولوژی رزین ریچ بدون حلال ارایه شد. 
● تحولات دهه ۱۹۸۰ 
در این دهه نیز همچون دهههای گذشته سیستمهای عایقی از زمینههای مهم تحقیقاتی بوده است. در این دهه آلستوم یک فرمول جدید اپوکسی بدون حلال کلاس F در ترکیب با گلاس فابریک و نوع خاصی از کاغذ میکا با نام تجاری دورتناکس را ارایه داد. این سیستم عایق کاری دارای استحکام مکانیکی بیشتر، استقامت عایقی بالاتر، تلفات دیالکتریک پایینتر و مقاومت حرارتی کمتری نسبت به نمونههای قبلی بود. 
در ادامه کار بر روی پروژههای ابررسانا، در سال ۱۹۸۸ سازمان توسعه تکنولوژی صنعتی و انرژیهای نو ژاپن پروژه ملی ۱۲ ساله سوپر جیام را آغاز کرد که نتیجه آن در دهههای بعدی به ثمر رسید. 
سیستمهای خنکسازی ژنراتورهای ابررسانا هنوز در حال پیشرفت بودند. در این زمینه میتوان به ارایه طرح سیستم خنکسازی تحت فشار توسط انستیتو جایری ژاپن اشاره کرد. این طرح که در سال ۱۹۸۵ ارایه شد دارای یک مبدل حرارتی پیشرفته و یک مایعساز هلیم با ظرفیت ۳۵۰ لیتر بر ثانیه بود. 
در این مقطع شاهد تحقیقاتی در زمینه مواد آهنربای دائم بودیم. استفاده از آهنرباهای نئودیمیوم – آهن- بورون در این دهه تحول عظیمی در ساخت ماشینهای آهنربای دائم ایجاد کرد. مهمترین خصوصیت آهنرباهای نئودیمیوم- آهن- بورون انرژی مغناطیسی (BHmax) بالای آنهاست که سبب می شود قیمت هر واحد انرژی مغناطیسی کاهش یابد. علاوه بر این، انرژی زیاد تولیدی امکان به کارگیری آهنرباهای کوچکتر را نیز فراهم میکند، بنابراین اندازه سایر اجزا ماشین از قبیل قطعات آهن و سیمپیچی نیز کاهش مییابد و در نتیجه ممکن است هزینه کل کمتر شود. شایان ذکر است حجم بالایی از تحقیقات انجام شده این دهه در زمینه ژنراتورهای بدون جاروبک و خودتحریکه برای کاربردهای خاص بوده که به علت عمومیت نیافتن در صنعت ژنراتورهای نیروگاهی از شرح آنها صرفنظر می شود. 
جمعبندی تحولات دهه ۱۹۸۰ 
با بررسی مقالات IEEE این دهه (۴۱ مقاله) در موضعات مختلف مرتبط با ژنراتور سنکرون به نتایج زیر میرسیم: 
۱) تمرکز موضوعی مقالات در شکل نشان داده شده است. 
۲) روشهای قبلی عایق کاری به منظور کاهش مقاومت حرارتی عایق بهبود یافت. 
۳) مطالعات وسیعی روی ژنراتورهای سنکرون بدون جاروبک بدون تحریک صورت گرفت. 
۴- فعالیت روی پروژههای ژنراتورهای ابررسانای آغاز شده در دهه قبل ادامه یافت. 
۵) سیستمهای خنکسازی جدیدی برای ژنراتورهای ابررسانا ارایه شد. 
۶) روش اجزای محدود در طراحی و تحلیل ژنراتورهای سنکرون خصوصاً ژنراتورهای آهنربای دائم به شکل گستردهای مورد استفاده قرار گرفت. 
● از ابتدای دهه ۱۹۹۰ تاکنون 
مهندس مهدی ثواقبی فیروزآبادی- دکتر ابوالفضل واحدی- مهندس حسین هوشیار 
هدف از انجام این تحقیق بررسی سیر تحقیقات انجام شده با موضوع طراحی ژنراتور سنکرون است. به این منظور، بررسی مقالات منتشر شده در IEEE که با این موضوع مرتبط بودند، در دستور کار قرار گرفت. به عنوان اولین قدم کلیه مقالات مرتبط در دهههای مختلف جستجو و بر مبنای آنها یک تقسیمبندی موضوعی انجام شد. سپس سعی شد بدون پرداختن به جزییات، سیر تحولات استخراج شود. رویکرد کلی این بوده که تحولات دارای کاربرد صنعتی بررسی شوند. 
با توجه به گستردگی موضوع و حجم مطالب این گزارش در دو بخش ارایه شده است. در بخش اول پیشرفتهای ژنراتورهای سنکرون از آغاز تا انتهای دهه ۱۹۸۰ بررسی شد. در این بخش تحولات این صنعت از ابتدای دهه ۱۹۹۰ تاکنون مورد توجه قرار گرفته است. در پایان هر دهه یک جمعبندی از کل فعالیتهای صورت گرفته ارایه و سعی شده است ارتباط منطقی بین پیشرفتهای هر دهه با دهههای قبل و بعد بیان شود. 
در پایان گزارش با توجه به تحقیقات انجام شده و در حال انجام، تلاش شده نمایی از پیشرفتهای عمده مورد انتظار در سالهای آینده ترسیم شود. 
● تحولات دهه ۱۹۹۰ 
در این دهه نیز همچون دهههای گذشته تلاشهای زیادی در جهت بهبود سیستمهای عایقی صورت گرفت. در این میان میتوان به ارایه سیستمهای عایق میکاپال که توسط کمپانی جنرال الکتریک از ترکیب انواع آلکیدها و اپوکسیها در سال ۱۹۹۰ بدست آمده بود، اشاره کرد. درسال ۱۹۹۲ شرکت وستینگهاوس الکتریک یک سیستم جدید عایق سیمپیچ رتور کلاس F را ارایه کرد. 
  • بازدید : 32 views
  • بدون نظر
این فایل در ۳۴صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

اگرچه که الکتريسته به عنوان نتيجه واکنش شيميايي اي که در يک پيل الکتروليک از زماني که الساندرو ولتا در سال۱۸۰۰م اين آزمايش را انجام داد، شناخته مي شده است، اما توليد آن به اين روش گران بوده و هست. در سال ۱۸۳۱م، ميشل فارادي ماشيني ابداع کرد که از حرکت چرخشي توليد الکتريسته مي کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشيد تا اين فن آوري از نظر اقتصادي مقرون به صرفه شود. در سال ۱۸۷۸م، توماس اديسون جايگزين عملي تجاري اي را براي روشنايي هاي گازي و سيستم هاي حرارتي ايجاد کرد و به فروش رساند که از الکتريسته جريان مستقيمي استفاده مي کرد که بطور منطقه اي توليد و توزيع شده بود، استفاده مي کرد. در سيستم جريان مستقيم اديسون، ايستگاه هاي توليد توان اضافي مي بايست نصب مي شدند. بدليل اينکه اديسون قادر نبود سيستمي را توليد کند که به ژنراتورهاي چندگانه اجازه بدهد که به يکديگر متصل شوند، گسترش سيستم او نياز داشت که تمامي ايستگاه هاي توليد جديد مورد نياز ساخته شوند. 
نياز به نيروگاه هاي اضافي ابتدا توسط قانون اهم بيان شده است: بدليل اينکه تلفات با مربع جريان يا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل هاي طولاني در سيستم اديسون به مفهوم داشتن ولتاژهاي خطرناک در برخي نقاط يا کابل هاي بزرگ و گران قيمت و يا هر دوي اينها بود. 

نيکولا تسلا که مدت کوتاهي براي اديسون کار مي کرد و تئوري الکتريسته را بگونه اي درک کرده بود که اديسون درک نکرده بود، سيستم جايگزيني را ابداع کرد که از جريان متناوب استفاده مي کرد. تسلا بيان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جريان را نصف مي کند و منجر به کاهش تلفات به ميزان ۴/۳ مي شود و تنها يک سيستم جريان متناوب اجازه انتقال بين سطوح ولتاژ را در قسمت هاي مختلف آن سيستم ممکن مي سازد. او به توسعه و تکميل تئوري کلي سيستم اش ادامه داد و جايگزين تئوري و عملي اي را براي تمامي ابزارهاي جريان مستقيم آن زمان ابداع کرد و ايده هاي بديعش را در سال ۱۸۸۷م در ۳۰ حق انحصاري اختراع به ثبت رساند. 

در سال ۱۸۸۸م کار تسلا مورد توجه جرج وستينگهاوس که حق انحصاري اختراع يک ترانسفورماتور را در اختيار داشت و يک کارخانه روشنايي را از سال ۱۸۸۶م در گريت بارينگتون، ماساچوست راه اندازي کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سيستم وستينگهاوس مي توانست از روشنايي هاي اديسون استفاده کند و داراي گرم کننده نيز بود، اما اين سيستم داراي موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستينگهاوس يک سيستم قدرت براي يک معدن طلا در تلوريد، کلورادو در سال ۱۸۹۱ ساخت که داراي يک ژنراتور آبي ۱۰۰ اسب بخار(۷۵ کيلو وات) بود که يک موتور ۱۰۰ اسب بخار (۷۵ کيلو وات) را در آنسوي خط انتقالي به فاصله ۵/۲ مايل (۴ کيلومتر) تغذيه مي کرد. سپس در يک قرارداد با جنرال الکتريک که اديسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستينگهاوس اقدام به ساخت يک نيرگاه در نياگارا فالس کرد که داراي سه ژنراتور تسلاي ۵۰۰۰ اسب بخار بود که الکتريسته را به يک کوره ذوب آلومينيوم در نياگارا ، نيويورک و به شهر بوفالو، نيويورک به فاصله ۲۲ مايل (۳۵ کيلومتر) انتقال مي داد. نيروگاه نياگارا در ۲۰ آوريل ۱۸۹۵م شروع به کار کرد. 


انرژي الکتريکي در حال حاضر 

امروزه سيستم انرژي الکتريکي جريان متناوب تسلا کماکان مهمترين ابزار ارايه انرژي الکتريکي به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جريان مستقيم ولتاژ بالا (HVXC) براي ارسال مقادير عظيم الکتريسته در طول فواصل بلند بکار مي رود، اما قسمت اعظم توليد الکتريسته، انتقال توان الکتريکي، توزيع الکتريسته و داد و ستد الکتريسته با استفاده از جريان متناوب محقق مي شود. 

در بسياري از کشورها شرکت هاي توان الکتريکي کليه زيرساخت ها را از نيروگاه ها تا زيرساخت هاي انتقال و توزيع در اختيار دارند. به همين علت، توان الکتريکي به عنوان يک حق انحصاري طبيعي در نظر گرفته مي شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قيمت ها کنترل مي شود و معمولا مالکيت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخي کشورها بازارهاي الکتريسته وسيع با توليد کننده ها و فروشندگان الکتريسته، الکتريسته را مانند پول نقد و سهام معامله مي کنند.
ترانسفورماتور   

مهندسي و فن‌آوري > مهندسي > مهندسي برق
علوم طبيعت > فيزيک > الکتريسيته م مغناطيس > الکتريسيته
علوم طبيعت > فيزيک > فيزيک جامد و الکترونيک > فيزيک الکترونيک
(cacheX) 
________________________________________
مقدمه 
قسمت اعظم انرژي الکتريکي مورد نياز انسان در تمام کشورهاي جهان ، توسط مراکز توليد مانند نيروگاههاي بخاري ، آبي و هسته‌اي توليد مي‌شود. اين مراکز داراي توربينها و آلترناتيوهاي سه فاز هستند و ولتاژي که بوسيله ژنراتورها توليد مي‌شود، بايد تا ميزاني که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهي چندين مرکز توليد بوسيله شبکه‌اي به هم مرتبط مي‌شوند تا انرژي الکتريکي مورد نياز را بطور مداوم و به مقدار کافي در شهرها و نواحي مختلف توزيع کنند. 
در محلهاي توزيع براي اينکه ولتاژ قابل استفاده براي مصارف عمومي و کارخانجات باشد، بايد ولتاژ پايين آورده شود. اين افزايش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام مي‌شود. بديهي است توزيع انرژي بين تمام مصرف کننده‌هاي يک شهر از مرکز توزيع اصلي امکانپذير نيست و مستلزم هزينه و افت ولتاژ زيادي خواهد بود. لذا هر مرکز اصلي به چندين مرکز يا پست کوچکتر (پستهاي داخل شهري) و هر پست نيز به چندين محل توزيع کوچکتر (پست منطقه‌اي) تقسيم مي‌شود. هر کدام از اين مراکز به نوبه خود از ترانسهاي توزيع و تبديل ولتاژ استفاده مي‌کنند.

بطور کلي در خانواده و توزيع انرژي الکتريکي ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضاي اصلي هستند و اهميت آنها کمتر از خطوط انتقال و يا مولدهاي نيرو نيست. خوشبختانه به دليل وجود حداقل وسايل ديناميکي در آنها کمتر با مشکل و آسيب پذيري روبرو هستند. مسلما‌ اين به آن معني نيست که مي‌توان از توجه به حفاظتها و سرويس و نگهداري آنها غفلت کرد. در اين مقاله نخست مختصري از تئوري و تعاريفي از انواع ترانسفورماتورها بيان مي‌شود، سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه توليد و توزيع نيرو و در نهايت شرحي در مورد سرويس و تعمير ترانسها ارائه مي‌شود. 
تئوري و تعاريفي از ترانسفورماتورها 
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اوليه وسيله‌اي است که تشکيل شده از دو مجموعه سيم پيچ اوليه و ثانويه که در ميدان مغناطيسي و اطراف ورقه‌هايي از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار مي‌گيرند. مقره‌ها يا بوشينگها يا ايزولاتورها و بالاخره ظرف يا محفظه ترانسفورماتور. 
کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژي الکتريکي از سيستمي با يک ولتاژ و جريان معين به سيستم ديگري با ولتاژ و جريان ديگر است. به عبارت ديگر ترانسفورماتور دستگاهي است استاتيکي که در يک ميدان مغناطيسي جريان و فشار الکتريکي را بين دو سيم پيچ يا بيشتر با همان فرکانس و تغيير اندازه يکسان منتقل مي‌کند. 
انواع ترانسفورماتورها 
سازندگان و استانداردها در کشورهاي مختلف هر يک به نحوي ترانسفورماتورها را تقسيم بندي کرده و تعاريفي براي درجه بندي آنها ارائه داده‌اند. برخي ترانسها را بنا بر موارد و ترتيب بهره برداري آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهاي انتقال قدرت ، اتو ترانس و يا ترانسهاي تقويتي و گروهي از ترانسها را به غير از ترانسفورماتور اينسترومنتي(ترانس جريان و ولتاژ) ، ترانس قدرت مي‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهايي مي‌دانند که در سمت ثانويه آنها فشار الکتريکي توليد مي‌شود.

اين نوع تقسيم بندي در عمل دامنه وسيعي را در بر مي‌گيرد که در يک طرف آن ترانسفورماتورهاي کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعيف براي لامپهاي دستي و مشابه آن قرار مي‌گيرند و طرف ديگر شامل ترانسهاي خيلي بزرگ براي تبديل ولتاژ خروجي ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نيرو است. در بين اين دو اندازه (حد متوسط) ترانسهاي توزيع و يا انتقال در مؤسسات الکتريکي و ترانسهاي تبديل به ولتاژهاي استاندارد قرار دارند.

ترانسها اغلب به صورت هسته‌اي يا جداري طراحي مي‌شوند. در نوع هسته‌اي در هر يک از سيم پيچها شامل نيمي از سيم پيچ فشار ضعيف و نيمي از سيم پيچ فشار قوي هستند و هر کدام روي يک بازوي هسته‌اي قرار دارند. در نوع جداري ، سيم پيچها روي يک هسته پيچيده شده‌اند و نصف مدار فلزي مغناطيسي از يک طرف و نصف ديگر از طرف هسته بسته مي‌شود. 
در اکثر اوقات نوع جداري براي ولتاژ ضعيف و خروجي بزرگ و نوع هسته‌اي براي ولتاژ قوي و خروجي کوچک بکار مي‌روند (بصورت سه فاز يا يک فاز).

ترانسهاي تغذيه و قدرت مانند ترانس اصلي نيروگاه ترانس توزيع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهاي قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهي ممکن است در قدرتهاي بالا به دليل حجم و وزن زياد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانسهاي صنعتي مانند ترانسهاي جوشکاري ، ترانسهاي راه اندازي و ترانسهاي مبدل ترانس براي سيستمهاي کشش و جذب که در راه آهن و قطارهاي الکتريکي بکار مي‌رود. ترانسهاي مخصوص آزمايش ،‌ اندازه گيري ، حفاظت مصارف الکتريکي و غيره. 
مباحث مرتبط با عنوان 
مقدمه 
قبل از اينکه ارتباط بين مغناطيس و الکتريسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتيک بهره مي‌بردند. ماشين ويمشارت از القاي الکتروستاتيک يا تأثير کردن استفاده مي‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تريبوالکتريک برق مالشي براي جدا سازي بارهاي الکتريکي با استفاده از اصطکاک بين عايقها استفاده مي‌کرد. ژنراتورهاي الکتروستاتيک کارآمد نيستند و تنها براي آزمايشات علمي که نيازمند ولتاژهاي بالا است، مناسب هستند. 
فارادي 
در سال ۱۸۳۱–۱۸۳۲م مايکل فارادي کشف کرد که بين دو سر يک هادي الکتريکي که بصورت عمود بر يک ميدان مغناطيسي حرکت مي‌کند، اختلاف پتانسيلي ايجاد مي‌شود. او اولين ژنراتور الکترومغناطيسي را بر اساس اين اثر ساخت که از يک صفحه مسي دوار بين قطبهاي يک آهنرباي نعل اسبي تشکيل شده بود. اين وسيله يک جريان مستقيم کوچک را توليد مي کرد. 
دينامو 
دينامو اولين ژنراتور الکتريکي قادر به توليد برق براي صنعت بود و کماکان مهمترين ژنراتور مورد استفاده در قرن بيست و يکم است. دينامو از اصول الکترومغناطيس براي تبديل چرخش مکانيکي به يک جريان الکتريکي متناوب ، استفاده مي‌کند. اولين دينامو بر اساس اصول فارادي در سال ۱۸۳۲ توسط هيپوليت پيکسي که يک سازنده تجهيزات بود، ساخته شد. اين وسيله داراي يک آهنرباي دائم بود که توسط يک هندل گردانده مي‌شد. آهنرباي چرخنده بگونه‌اي قرار داده مي‌شد که يک تکه آهن که با سيم پوشانده شده بود، از قطبهاي شمال و جنوب آن عبور مي‌کرد. پيکسي کشف کرد که آهنرباي چرخنده ، هر بار که يک قطبش از سيم پيچ عبور مي‌کند، توليد يک پالس جريان در سيم مي‌کند. به علاوه قطبهاي شمال و جنوب آهنربا جريانها را در جهتهاي مختلف القا مي‌کنند. پيکسي توانست با اضافه کردن يک کموتاتور جريان متناوب توليدي به اين روش را به جريان مستقيم تبديل کند. 
ديناموي گرام 
به هر حال هر دوي اين طرحها داراي مشکل يکساني بودند: آنها پرشهاي جرياني القا مي‌کردند که از هيچ چيز پيروي نمي‌کرد. يک دانشمند ايتاليايي به نام آنتونيو پاسينوتي اين مسأله را با جايگزيني سيم پيچ چرخنده توسط يک سيم پيچ حلقه‌اي که او با سيم پيچي يک حلقه آهني درست کرده بود، حل کرد. اين بدان معني بود که آهنربا همواره از بخشي سيم پيچ عبور مي‌کرد که اين مسأله موجب يکنواختي جريان خروجي مي‌شد. زنوب گرام چند سال بعد در حين طراحي اولين نيروگاه تجاري در پاريس در دهه ۱۸۷۰م ، اين طرح را دوباره ابداع کرد. طراحي وي با نام دينامي گرام معروف است. نسخه‌هاي مختلف و تغييرات زيادي از آن هنگام تا کنون در اين طراحي بوجود آمده است، اما ايده اصلي چرخش يک حلقه بي پايان از سيم ، کماکان قلب تمامي ديناموهاي پيشرفته باقي ماند. 
مفاهيم 
دانستن اين مطلب مهم است که ژنراتور توليد جريان الکتريکي مي‌کنند و نه بار الکتريکي که در سيمهاي سيم پيچي‌اش وجود دارد. اين تا حدودي شبيه يک پمپ آب است که ايجاد يک جريان آب مي‌کند اما خود آب را ايجاد نمي‌کند. ژنراتورهاي الکتريکي ديگري هم وجود دارند، اما بر اساس ديگر پديده‌هاي الکتريکي نظير: پيزو الکتريسته و هيدرو ديناميک مغناطيسي ، ساختار يک دينامو شبيه يک موتور الکتريکي است و تمام انواع عمومي ديناموها مي‌توانند مانند موتورها کار کنند. همچنين تمامي انواع عمومي موتورهاي الکتريکي مي‌توانند مانند يک ژنراتور کار کنند.
موتور الکتريکي   

مهندسي و فن‌آوري > مهندسي > مهندسي برق
مهندسي و فن‌آوري > مهندسي > مهندسي الکترومکانيک
علوم طبيعت > فيزيک > فيزيک جامد و الکترونيک > فيزيک الکترونيک
(cacheX) 
________________________________________
مقدمه 
يک موتور الکتريکي ، الکتريسيته را به حرکت مکانيکي تبديل مي‌کند. عمل عکس آن که تبديل حرکت مکانيکي به الکتريسيته است، توسط ژنراتور انجام مي‌شود. اين دو وسيله بجز در عملکرد ، مشابه يکديگر هستند. اکثر موتورهاي الکتريکي توسط الکترومغناطيس کار مي‌کنند، اما موتورهايي که بر اساس پديده‌هاي ديگري نظير نيروي الکتروستاتيک و اثر پيزوالکتريک کار مي‌کنند، هم وجود دارند.

ايده کلي اين است که وقتي که يک ماده حامل جريان الکتريسيته تحت اثر يک ميدان مغناطيسي قرار مي‌گيرد، نيرويي بر روي آن ماده از سوي ميدان اعمال مي‌شود. در يک موتور استوانه‌اي ، روتور به علت گشتاوري که ناشي از نيرويي است که به فاصله‌اي معين از محور روتور به روتور اعمال مي‌شود، مي‌گردد. 
اغلب موتورهاي الکتريکي دوارند، اما موتور خطي هم وجود دارند. در يک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده مي‌شود. موتور شامل آهنرباهاي الکتريکي است که روي يک قاب سيم پيچي شده است. گر چه اين قاب اغلب آرميچر خوانده مي‌شود، اما اين واژه عموماً به غلط بکار برده مي‌شود. در واقع آرميچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودي اعمال مي‌شود يا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجي ايجاد مي‌شود. با توجه به طراحي ماشين ، هر کدام از بخشهاي روتور يا استاتور مي‌توانند به عنوان آرميچر باشند. براي ساختن موتورهايي بسيار ساده کيتهايي را در مدارس استفاده مي‌کنند. 
انواع موتورهاي الکتريکي 
موتورهاي XC 
يکي از اولين موتورهاي دوار ، اگر نگوييم اولين ، توسط مايکل فارادي در سال ۱۸۲۱م ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه‌ور بود، مي‌شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتي که جرياني از سيم عبور مي‌کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي‌آمد و نشان مي‌داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايره‌اي اطراف سيم مي‌شود. اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس نشان داده مي‌شود، اما گاهاً بجاي ماده سمي جيوه ، از آب نمک استفاده مي‌شود.

موتور کلاسيک XC داراي آرميچري از آهنرباي الکتريکي است. يک سوييچ گردشي به نام کموتاتور جهت جريان الکتريکي را در هر سيکل دو بار برعکس مي کند تا در آرميچر جريان يابد و آهنرباهاي الکتريکي، آهنرباي دائمي را در بيرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور XC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي ، بستگي دارد.

عتیقه زیرخاکی گنج