دانشگاه آزاد سیرجان

کلاچ، تجهیزی مکانیکی است که در مکانیزم دارای دو محور دوار، کاربرد دارد. برای مثال، در یک دریل دستی یک محور به موتور دریل و محور دیگر به بخش مربوط به مته (مرغک) متصل است. وظیفه‌ی کلاچ ایجاد اتصال یا انفصال میان دو محور تعریف می‌شود؛ در حقیقت کلاچ می‌تواند دو محور را طوری به هم متصل کند که با سرعت و گشتاور برابر بچرخند یا با قطع اتصال دو محور سبب چرخش با سرعت‌های متفاوت دو محور شود. در خودرو محور خروجی پیشرانه به صورت مداوم در حال چرخش است، اما چرخ‌های خودرو همواره در حال چرخش نیستند. برای ایجاد اختیار روی حرکت خودرو دو راه وجود دارد، اول خاموش کردن پیشرانه و در نتیجه‌ی آن جلوگیری از چرخش تایرها و راه دیگر استفاده از کلاچ در سیستم انتقال قدرت خودرو است. راه‌حل منطقی برای ایجاد اختیار استفاده از کلاچ است.

کلاچ در حقیقت اولین قطعه‌ی مکانیکی در سیستم انتقال قدرت خودروها است که وظیفه‌ی قطع و وصل ارتباط محور خروجی پیشرانه با محور جعبه‌دنده را برعهده دارد. نیروی تولید شده توسط پیشرانه به‌طور مستقیم از طریق میل‌لنگ به چرخ طیار (Flywheel) منتقل می‌شود. فلایویل یا چرخ طیار یک دیسک فی بزرگ با جرم زیاد است که وظیفه‌اش انتقال گشتاور پیشرانه به جعبه دنده است و کلاچ دقیقاً میان این دو قسمت نصب می‌شود تا وظیفه‌ی قطع و وصل انتقال گشتاور را برعهده بگیرد. کلاچ به‌طور کلی از چهار بخش اصلی تشکیل شده است که در ادامه به معرفی هر یک پرداخته شده است.

مقاومت چیست؟

مقاومت قطعه ای است که ویژگی اصلی اون داشتن مقاومت الکتریکی هست که این خاصیت باعث محدود شدن جریان الکتریکی ( حرکت الکترون ها) در مدارات میشه .

مقاومتها قطعاتی Passive هستند به این معنی که اون ها فقط میتونند توان الکتریکی رو مصرف کنند و نمی تونند توانی رو تولید کنند. معمولا از مقاومتها در بخش هایی از مدار استفاده میشه که در اون بخش ها قطعات active مثل IC ها ، میکروکنترلرها ، آپ امپ ها وجود دارند و بیشتر کاربردش هم در محدود کردن جریان ، تقسیم ولتاژ و Pull-up کردن خطوط ورودی و خروجی است.

واحد اندازه گیری مقاومت :

مقدار مقاومتی که یک مقاومت الکتریکی از خودش نشون میده ، با واحد اهم(ohm) سنجیده میشه و نماد اون هم Omega بزرگ در یونانی هست. ( یعنی Ω ) . مقاومت 1 اهم بین دو نقطه وجود دارد ، اگر بین این دو نقطه ولتاژ 1 ولت وجود داشته باشه و از اون دو نقطه جریان 1 آمپر بگذرد. با استفاده از واحد های SI ( مثل کیلو ، مگا و گیگا) میشه مقدار مقاومتهای بزرگ رو خیلی ساده تر بیان کرد. مثلا خیلی اوقات ما میشنویم که میگن مقاومتی در حدود کیلواهم یا مگااهم یا … پس از این پس به جای این که بگیم مقاومت 4700 اهم ، میگیم مقاومت 4.7 کیلو اهم و یا به جای مقاومت 5600000 اهم یا 5600K اهم میگیم مقاومت 5.6 مگا اهم.

دیود یکی از قطعات پرکاربرد الکترونیک است که از مواد اولیه نیمه رسانا ساخته شده است. به همین جهت دیود را دروازه ورود به دنیای نیمه رسانا ها میدانند. از آنجایی که مشخصه ولتاژ-جریان دیود غیر خطی است برای سادگی تحلیل و طراحی مدارات الکترونیکی از مدل ایده آل دیود استفاده میکنیم. تحلیل و طراحی مدارات الکترونیکی با استفاده از مدل ایده آل دیود تفاوت چندانی با مدل واقعی ندارد و نتایج بدست آمده بسیار به هم نزدیک هستند.

مدل ایده‌آل دیود

مهمترین و کلیدی ترین نکته در مورد وظیفه دیودها کنترل جهت جریان عبوری از شاخه می باشد. در مسیری که دیود در آن استفاده شده، جریان فقط در یک مسیر می تواند عبور کند که اصطلاحا به این جریان، جریان مستقیم یا Forward Current میگویند.

در مقابل جریانی که سعی در عبور از دیود در جهت مخالف دارد به وسیله دیود بلوکه شده و اجازه عبور داده نمیشود. ساده ترین مثال برای یک دیود تصور جاده ای یک طرفه برای الکترون ها است!

یک دیود معمولی در مدار مطابق شکل زیر نمایش داده میشود. هر دیود شامل دو پایه است که یکی از آن ها آند” و دیگری کاتد” نام دارد. جریان الکتریکی در صورتی عبور خواهد کرد که از سر آند وارد و از کاتد خارج شود یعنی در جهت فلش دیود عبور خواهد کرد. در نتیجه ولتاژ پایه آند باید بیشتر” از ولتاژ پایه کاتد باشد. برای تشخیص پایه ها در دیود معمولا کارخانه سازنده یک نوار با رنگ متفاوت سمت پایه کاتد ایجاد میکند که قابل شناسایی است.

تعریف و اصول کار ترانسفورماتور

ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ زیاد و بلعکس تبدیل نماید . ترانسفورماتور امروز یکی از وسایل لازم و حیاتی در سیستم های الکتریکی و همچنین سیستم های تبدیل انرژی می باشد و از دو بخش اصلی زیر تشکیل می گردد :

هسته که از ورقه های نازک فولادی ساخته می شود .

دو یا چند سیم پیچ که در ترانسفورماتور های معمولی با هم رابطه مغناطیسی و در اتوترانسفورماتورها دیگر رابطه الکتریکی و مغناطیسی دارند .

ماشینهای DC از سه قسمت عمده به صورت زیر تشکیل شده اند.

۱- استاتور

۲- روتور

۳ جاروبک و نگهدارنده 

۱- استاتور موتور DC

سیم پیچ میدان به دو سیم پیچ سری و شنت تقسیم می گردد هسته آهنی و فریم موتور اجزای اصلی استاتور هستند در موتورهای بزرگتر قطب کمکی و سیم پیچی جبرانگر نیز به این اجزا افزوده می گردد.

۲- روتور موتور DC

روتور موتور DC که به عنوان آرمیچر نیز شناخته می شود در شکل مقابل آورده شده است. اجزای اصلی روتور هسته سیم پیچی و یاتاقان ها هستند. روتور قسمت گردان ماشین DC است. 

۳- مکانیزم های جاروبک و نگهدارنده جاروبک

جاروبک وظیفه انتقال جریان به کلکتور گردان را بر عهده دارد. جاروبک و کلکتور عامل یکسو کردن گشتاور در موتورهای الکتریکی DC هستند.

راه اندازی موتورهای DC:

در هنگام راه اندازی موتور های جریان مستقیم به دلیل صفر بودن نیروی ضد محرکه Ea جریان زیادی وارد موتور می شود.که این جریان زیاد می تواند مشکلات زیر را به جود آورد:

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.

با توجه به مزیت های مهم انرژی الکتریکی بر سایر انرژی ها، به دلیل سادگی و راحتی توزیع و قابلیت انتقال برای مسافت های طولانی، امروزه پیش بینی می گردد که بیشترین مصرف انرژی در قرن آینده کماکان به صورت انرژی الکتریکی باشد و شبکۀ توزیع که عهده دار ارائه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان می باشد، به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم قدرت از اهمیت و ارزش قابل ملاحظه ای برخوردار می گردد.

در شکل کلی می توان ساختار شبکه های الکتریکی را در قالب سه گروه به صورت زیر معرفی کرد:

۱- تولید (Generation)

۲- انتقال (Transmission)

۳- توزیع (Distribution)

تولید انرژی الکتریکی:

تولید الکتریسیته فرایندی است که طی آن از یک منبع انرژی استفاده می شود تا انرژی الکتریکی تولید شود. اصول پایه برای تولید الکتریسیته توسط دانشمند انگلیسی مایکل فارادی در دهۀ ۱۸۲۰ تا اوایل دهه ۱۸۳۰ میلادی کشف شد. روش پایۀ او هنوز هم برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد:

الکتریسیته با حرکت یک دور سیم یا یک استوانۀ مسی بین قطب های یک آهنربا (ژنراتور) تولید می شود.

برای شرکت هایی که در زمینۀ الکتریسیته فعال هستند تولید الکتریسیته اولین مرحله در رساندن الکتریسیته به دست شما است و در مراحل بعدی انتقال و توزیع قرار دارند. الکتریسیته معمولاً در نیروگاه توسط ژنراتور ها تولید می شود. ژنراتور ها برای تولید الکتریسیته نیاز به یک محرک مکانیکی نیاز دارند این محرک می تواند یک توربین یا یک موتور دیزل باشد. محل نصب ژنراتور و تجهیزات مربوط به آن را نیروگاه می نامند. نیروگاه های برق در دو نوع جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) می باشند.

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

۱- نیروگاه حرارتی

۱.۱. نیروگاه هسته‌ای

۱.۲. نیروگاه با سوخت زغال سنگ

۱.۳. نیروگاه با سوخت زغال نفت

۱.۴. نیروگاه با گاز طبیعی

۲- منابع انرژی تجدیدپذیر

۲.۱. نیروگاه برق‌آبی

۲.۲. نیروگاه خورشیدی

۲.۳. نیروگاه بادی

۳- انرژی دریایی

۴- زیست‌سوخت

۵- توان اسمزی

از سال ۱۸۸۱ تاکنون و برای بیش از ۱۳۰ سال انرژی الکتریکی به منظور تغذیۀ مصرف کننده‌های انسانی به وسیلۀ منابع مختلف تأمین می‌شود. اولین مولدهای الکتریکی با انرژی آب و ذغال سنگ کار می‌کردند و امروزه بخش عظیمی از انرژی الکتریکی به وسیلۀ انرژی حاصل از سوخت های فسیلی (حرارت)، انرژی هسته‌ای، انرژی حاصل از هوای فشرده (گاز طبیعی)، هیدروالکتریک و نفت تولید می‌شود که البته در این میان منابعی مانند انرژی خورشیدی، انرژی حاصل از جزر و مد آب دریا، انرژی جنبشی باد و انرژی زمین گرمایی نیز نقش کوچکی ایفا می‌کنند.

شبکه های الکتریکی که برای تأمین ولتاژ و جریان مورد نیاز مصرف کننده ها به دو صورت: تک فاز و سه فاز مورد استفاده قرار می گیرند.

انتقال انرژی الکتریکی:

فرایند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی می گویند. این فرایند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولیدکننده به پست های توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌ها در محدودۀ توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه می دهد تا به سادگی و بدون پذیرفتن هزینۀ حمل سوخت ها و هم چنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوخت ها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی بهره بگیریم. حال آن که در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیرممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.

در شبکۀ برق رسانی سراسری، نزدیک بودن محل تولید انرژی با محل مصرف دیگر ضروری نبوده و مطرح نمی باشد چرا که احداث نیروگاه ها و تولید انرژی الکتریکی دارای محدودیت هایی است. لذا این جا است که اهمیت خطوط انتقال انرژی مشخص می شود. در شبکۀ برق رسانی برای انتقال انرژی الکتریکی در فاصلۀ بین نیروگاه ها تا شهرها (محل مصرف) از خطوطی استفاده می شود که دارای سطح ولتاژ بالایی هستند و معمولاً از پایه های فی و یا تیرهای بتونی بزرگ استفاده می شود چراکه توان انتقالی زیاد بوده و به دلیل بالا بودن جریان انتقالی و بزرگ بودن سطح مقطع یا زیاد بودن تعداد رشته سیم ها و هم چنین افزایش وزن سیمی که پایه سیم ها باید تحمل کنند از پایه های محکم فی به نام دکل استفاده می شود.

سطح ولتاژ در خطوط انتقال انرژی الکتریکی شبکۀ ایران عبارت اند:

۶۳KV – 132KV – 230KV – 400KV

بخشی از انرژی الکتریکی به هنگام انتقال به حرارت تبدیل می شود که آن را تلفات انرژی در شبکه می گویند. به منظور کاهش تلفات انرژی ولتاژ شبکه های انتقال نیرو توسط پست افزاینده زیاد می شود و در انتهای شبکۀ انتقال نیرو توسط پست کاهنده کاهش می یابد. برای کاهش یا افزایش ولتاژ از ترانسفورمراستفاده می شود که در واقع ترانسفورمر یک مبدل ولتاژ است.

به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها کمابیش در ولتاژهای بالایی کار می کنند (۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر) انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل دراز به وسیلۀ خطوط هوایی انتقال می یابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پرجمعیت شهری استفاده می شود و این به دلیل هزینۀ بالای راه اندازی و نگهداری و هم چنین تولید توان راکتیو اضافی در این‌گونه خطوط است.

مقایسه سیستم های زمینی و هوایی

در بررسی محاسن و معایب بین شبکه های زمینی و هوایی، باید توسعۀ همه جانبه سیستم های الکتریکی و نیز مقرون به صرفه بودن آن را مد نظر قرار داد. طبیعت ساختمانی، چگونگی احداث، بهره برداری و تجربه های نگهداری از این دو گونه سیستم توزیع، برای مقایسۀ همه جانبۀ شبکه های هوایی با سیستم زمینی به شرح آورده شده است.

خطوط انتقال انرژی الکتریکی به دو صورت انتقال می یابد:

۱- خطوط انتقال زمینی:

اولین خطوط انتقال برق؛ خطوط زمینی بودند، اما کم کم جای خود را به خطوط هوایی دادند. راه اندازی خطوط زمینی انتقال برق به علت هزینه های فراوان حفاری و ایجاد کانال های زمینی و زیر زمینی بسیار گران تر از راه اندازی خطوط هوایی است و گرفتن انشعاب از این خطوط مستم وجود ایستگاه های توزیع، جعبه های انشعاب و تابلو های برق می باشد. نیز عیب یابی این خطوط به علت در دسترس نبودن احتیاج به وسائل مخصوص و گران قیمتی دارد که هزینه های آن را افزایش می دهد. در عوض در خطوط زمینی به ندرت اشکالی به وجود می آید و خاموشی آن به مراتب از خطوط هوایی کمتر است.

مرحلهٔ توزیع انرژی الکتریکی یکی از مراحل پایانی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌هاست. این مرحله؛ انرژی الکتریکی را از سیستم انتقال به مصرف‌کنندگان منفرد انتقال می‌دهد. پست‌های توزیعی که به سیستم انتقال متصل هستند ولتاژ انتقال را به ولتاژهای متوسط (بین ۲ کیلو ولت و ۳۵ کیلو ولت) با استفاده از ترانسفورماتورها کاهش می‌دهند. در این میان، شبکه های توزیع انرژی الکتریکی، محل تلاقی مشترکین صنعت برق می باشد و اشکالات سیستم توزیع در این صنعت، از دید مصرف کنندگان، مشکل کلیۀ صنعت برق قلمداد خواهد شد. توسعۀ روز افزون، عدم پیش بینی صحیح این روند و عقب ماندگی تکنولوژی، همواره مشکلاتی را در سیستم توزیع انرژی الکتریکی به همراه داشته است.