کتاب ماشین های الکتریکی
ویرایش جدید
تایپ شده و رنگی
ترجمه اختصاصی
فرمت :PDF
نویسنده: استیون جی چاپمن
مترجم:آلا بحرانی و اسما بحرانی
تعداد صفحات: 953
بخشی از متن کتاب:
ماشین الکتریکی وسیله ای است که می تواند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی یا انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند. هنگامی که از چنین وسیله ای برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می شود، به آن ژنراتور می گویند. هنگامی که آن انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، موتور نامیده می شود.
از آن جایی که هر ماشین الکتریکی معین می تواند توان را در هر جهت تبدیل کند هر ماشینی می تواند به عنوان ژنراتور یا موتور به کار رود. تقریبا تمام موتورها و ژنراتورهای کاربردی از طریق عمل میدان مغناطیسی انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کنند و تنها ماشین هایی که از میدان مغناطیسی برای انجام چنین تبدیلاتی استفاده می کنند در این کتاب در نظر گرفته می شوند.
ترانسفورماتور، یک دستگاه الکتریکی است که به شدت با ماشین های الکتریکی ارتباط دارد. ترانسفورماتور انرژی الکتریکی ac را در یک سطح ولتاژ به انرژی الکتریکی ac در سطح ولتاژ دیگر تبدیل می-کند. از آن جایی که ترانسفورماتورها بر اساس اصول مشابه با ژنراتورها و موتورها عمل می کنند بسته به عمل میدان مغناطیسی برای انجام تغییر در سطح ولتاژ معمولا با ژنراتورها و موتورها باهم مورد مطالعه قرار می گیرند.
این سه نوع دستگاه الکتریکی در زندگی روزانه مدرن در همه جا حاضر هستند. موتورهای الکتریکی در خانه، یخچال ها، فریزرها، جارو برقی ها، مخلوط کن ها، تهویه های هوا، پنکه ها و بسیاری از وسیله های مشابه را راه اندازی می کنند. در محیط کار، موتورها تقریبا برای همه ابزارها نیروی محرکه فراهم می کنند.
البته ژنراتورها برای تامین نیروی مورد استفاده همه این موتورها ضروری هستند.چرا موتورهای الکتریکی و ژنراتورها بسیار رایج هستند؟ پاسخ بسیار ساده است: دانلود کتاب ماشین های الکتریکی چاپمن ترجمه فارسی نیروی الکتریکی یک منبع انرژی پاک و کارآمد است که به راحتی در فواصل طولانی منتقل می شود و کنترل آن آسان است.
یک موتور الکتریکی به تهویه دائمی نیاز ندارد و مانند موتورهای احتراق داخلی به سوخت نیاز ندارد، بنابراین موتور برای استفاده در محیط‌هایی که آلاینده‌های مرتبط با احتراق مطلوب نیستند، بسیار مناسب است. در عوض، گرما یا انرژی مکانیکی را می توان در یک مکان دور به شکل الکتریکی تبدیل کرد، انرژی را می توان در فواصل طولانی به مکانی که قرار است استفاده کرد منتقل کرد و می توان آن را به طور تمیز در هر خانه، اداره یا کارخانه ای استفاده کرد. ترانسفورماتورها با کاهش اتلاف انرژی بین نقطه تولید نیروی برق و نقطه استفاده از آن به این فرآیند کمک می کنند.
نمونه کیفیت متن:
ترانسفورماتور به طور ایده آل یک سطح ولتاژ ac را به سطح ولتاژ دیگری تغییر می دهد بدون این که بر توان واقعی عرضه شده تأثیر بگذارد. اگر ترانسفورماتور، سطح ولتاژ یک مدار را افزایش دهد، باید جریان را کاهش دهد تا برق دستگاه برابر با برق خروجی از آن باقی بماند. بنابراین، برق ac را می توان در یک مکان مرکزی تولید کرد، ولتاژ آن برای انتقال در فواصل طولانی با تلفات بسیار کم افزایش داد، و ولتاژ آن را دوباره برای استفاده نهایی کاهش داد.
از آن جایی که تلفات انتقال در خطوط یک سیستم قدرت متناسب با مجذور جریان در خطوط است، افزایش ولتاژ انتقال و کاهش ضریب 10 جریان انتقال حاصل با ترانسفورماتورها، تلفات انتقال نیرو را به میزان 100 کاهش می دهد. بدون ترانسفورماتور، استفاده از نیروی الکتریکی در بسیاری از روش هایی که امروزه استفاده می-شود، امکان پذیر نخواهد بود.
در یک سیستم قدرت مدرن، برق در ولتاژهای 12 تا 25 کیلو ولت تولید می شود. ترانسفورماتورها برای انتقال در فواصل طولانی با تلفات بسیار کم، ولتاژ را بین kV 110 و تقریبا kV 1000 افزایش می دهند. سپس ترانسفورماتورها ولتاژ را به محدوده ۱۲ تا ۳۴.۵ کیلو ولت برای توزیع محلی کاهش می دهند و در نهایت اجازه می‌دهند که برق در خانه‌ها، ادارات و کارخانه‌ها با ولتاژ کم تر از ۱۲۰ ولت به طور ایمن استفاده شود.2.2 انواع و ساخت ترانسفورماتورهاهدف اصلی ترانسفورماتور تبدیل برق متناوب در یک سطح ولتاژ به توان متناوب با همان فرکانس در سطح ولتاژ دیگر است.
ترانسفورماتورها برای اهداف مختلف دیگری نیز استفاده می-شوند (به عنوان مثال، نمونه برداری ولتاژ، نمونه گیری جریان، و تبدیل امپدانس)، اما این فصل در درجه اول به ترانسفورماتور قدرت اختصاص دارد.ترانسفورماتورهای قدرت بر روی یکی از دو نوع هسته ساخته می-شوند. یک نوع ساختار شامل یک قطعه فولادی چند لایه مستطیلی ساده است که سیم پیچ های ترانسفورماتور در دو طرف مستطیل پیچیده شده است.
این نوع ساخت به شکل هسته ای شناخته می شود . نوع دیگر شامل یک هسته چند لایه سه پایه است که سیم پیچ ها به دور پایه مرکزی پیچیده شده است. این نوع ساختار به شکل پوسته معروف است در هر صورت، هسته از لایه های نازکی ساخته شده است که به دانلود کتاب ماشین های الکتریکی چاپمن ترجمه فارسی صورت الکتریکی از یکدیگر جدا شده اند تا جریان های گردابی را به حداقل برسانند.
سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه در یک ترانسفورماتور فیزیکی با سیم‌پیچ ولتاژ پایین درونی‌ترین سیم‌پیچ روی هم پیچیده می‌شوند. چنین ترتیبی دو هدف را دنبال می کند:1. مشکل عایق بندی سیم پیچ ولتاژ بالا از هسته را ساده می-کند. 2. منجر به شار نشتی بسیار کم تری نسبت به حالتی می شود که دو سیم پیچ با فاصله روی هسته از هم جدا شوند.
به ترانسفورماتورهای قدرت بسته به کاربرد آن ها در سیستم های قدرت، نام های مختلفی داده می شود. ترانسفورماتور متصل به خروجی یک ژنراتور و استفاده از آن برای بالا بردن ولتاژ آن تا سطوح انتقال (110+ کیلوولت) گاهی اوقات ترانسفورماتور واحد نامیده می شود. ترانسفورماتور در انتهای دیگر خط انتقال که ولتاژ را از سطوح انتقال به سطوح توزیع (از 2.3 تا 34.5 کیلو ولت) پایین می آورد، ترانسفورماتور پست نامیده می شود.
در نهایت، ترانسفورماتوری که ولتاژ توزیع را می گیرد و آن را به ولتاژ نهایی که در آن برق واقعی استفاده می شود (110، 208، 220 ولت و غیره) پایین می آورد، ترانسفورماتور توزیع نامیده می شود. همه این دستگاه ها اساساً یکسان هستند - تنها تفاوت بین آن ها استفاده مورد نظر آن ها است.در نهایت، ترانسفورماتوری که ولتاژ توزیع را گرفته و آن را به سطح نهایی پایین می آورد. ولتاژی که در آن برق واقعاً استفاده می شود، ترانسفورماتور توزیع نامیده می شود.
همه این دستگاه ها اساساً یکسان هستند - تنها تفاوت بین آنها استفاده مورد نظر آنها است.علاوه بر ترانسفورماتورهای مختلف قدرت، دو ترانسفورماتور با هدف خاص برای اندازه گیری ولتاژ و جریان در ماشین های الکتریکی و سیستم های قدرت استفاده می شود. اولین مورد از این ترانسفورماتورهای ویژه دستگاهی است که به طور ویژه برای نمونه برداری از ولتاژ بالا و تولید ولتاژ ثانویه پایین متناسب با آن طراحی شده است.
چنین ترانسفورماتور را ترانسفورماتور پتانسیل می نامند. یک ترانسفورماتور قدرت نیز یک ولتاژ ثانویه تولید می کند که مستقیماً با ولتاژ اولیه خود متناسب است. تفاوت بین ترانسفورماتور پتانسیل و ترانسفورماتور قدرت در این است که ترانسفورماتور پتانسیل طوری طراحی شده است که فقط جریان بسیار کمی را تحمل کند. نوع دوم ترانسفورماتور ویژه دستگاهی است که برای تامین جریان ثانویه بسیار کوچک تر اما متناسب با جریان اولیه آن طراحی شده است.
این دستگاه ترانسفورماتور جریان نامیده می-شود.2.3 ترانسفورماتور ایده آلیک ترانسفورماتور ایده آل یک دستگاه بدون تلفات با سیم پیچ ورودی و سیم پیچ خروجی است. روابط بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی و بین جریان ورودی و خروجی با دو معادله ساده نشان داده شده است. یک ترانسفورماتور ایده آل را نشان می دهد.ترانسفورماتور نشان داده شده در شکل 2-4 دارای پیچ های N_P سیم در سمت اصلی خود و پیچ های N_s سیم در سمت ثانویه خود است. رابطه بین ولتاژ v_P (t) اعمال شده به سمت اولیه ترانسفورماتور و ولتاژ v_S (t) تولید شده در سمت ثانویه عبارت است
طراحی و مطالعه ماشین‌های الکتریکی و سیستم‌های قدرت از قدیمی‌ترین حوزه‌های مهندسی برق است. مطالعه در اواخر قرن نوزدهم آغاز شد. در آن زمان واحدهای برق در سطح بین المللی استاندارد می شدند و این واحدها به طور جهانی مورد استفاده مهندسان قرار می گرفتند.
ولت، آمپر، اهم، وات و واحدهای مشابه که بخشی از سیستم متریک واحدها هستند، از دیرباز برای توصیف کمیت های الکتریکی در ماشین-ها استفاده می شد.با این حال، در کشورهای انگلیسی زبان، مقادیر مکانیکی مدت‌هاست که با سیستم انگلیسی واحدها (اینچ، فوت، پوند و غیره) اندازه‌گیری می‌شدند. این عمل در مطالعه ماشین ها دنبال شد. بنابراین، برای سال‌های متمادی مقادیر الکتریکی و مکانیکی ماشین‌ها با سیستم‌های مختلف واحدها اندازه‌گیری می‌شوند.
