پایگاه علمی،فرهنگی،مذهبی ارسنجان مدیا

چيزي است كه در تمام اطراف ما وجوددارد، اگر چه ديده نمي‏شود. مركز كنترل ترافيك فرودگاهها براي رديابي هواپيماها چهآنها كه بر روي باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدايتآنها از رادار استفاده مي‏كنند. در برخي از كشورها پليس از رادار براي شناساييخودروهاي با سرعت غير مجاز استفاده مي‏‏كند. ناسا از رادار براي شناسايي موقعيت كرةزمين و ديگر سيارات استفاده مي‏كند، همين طور براي دنبال كردن مسير ماهواره‏ها وفضاپيماها و براي كمك به كشتي‏ها در دريا و مانورهاي رزمي از آن استفاده مي‏شود. مراكز نظامي نيز براي شناسايي دشمن و يا هدايت جنگ‏افزارهايشان از آن استفادهمي‏كنند.

هواشناسان براي شناسايي طوفانها،تندبادهاي دريايي و گردبادها از آن استفاده مي‏برند. شما حتي نوعي خاص از رادار رادر مدخل ورودي فروشگاهها مي‏بينيد كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، دربرا باز مي‏كنند. بطور واضح مي‏بينيد كه رادار وسيله‏اي بسيار كاربردي مي‏باشد. دراين بخش از مقالات ما به اسرار رادار مي‏پردازيم.

استفاده از رادار عموماً در راستاي سههدف زير مي‏باشد:

شناسايي حضور ياعدم حضور يك جسم در فاصله‏اي مشخص – عمدتاً آنچه كه شناسايي مي‏شود متحركاست و مانند هواپيما، اما رادار قادر به شناسايي حضور اجسام كه مثلاً در زيرزميننيز مدفون شده‏اند، مي‏باشد. در بعضي از موارد حتي رادار مي‏تواند ماهيت آنچه را كهمي‏يابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپيمايي كه شناسايي مي‏كند.

شناسايي سرعت آنجسم- دقيقاً همان هدفي كه پليس از آن در بزرگراه‌ها براي كنترل سرعت خودروهااز آن استفاده مي‏كند.

جابه‌جايياجسام – شاتل‏هاي فضايي و ماهواره‏هاي دوار بر دور كره زمين از چيزي بهعنوان رادار حفره‏هاي مجازي براي تهيه نقشه جزئيات، نقشه‏هاي عوارض جغرافيايي سطحماه و ديگر سيارات استفاده مي‏كنند.

تمام اين سه عمليات مي‏تواند با دوپديده‏اي كه شما در زندگي روزمره با آن آشنائيد پياده شود: «پژواك» و «پديده داپلر» اين دو پديده به سادگي قابل فهم مي‏باشند، چرا كه هر روزه شما با آنها در حوزهشنوايي خويش برخورداريد. رادار از اين دو پديده در حوزة امواج راديويي استفادهمي‏برد.

بگذاريد ابتدا با اين پديده در حوزهشنيداري يا صوتي خويش بيشتر آشنا شويم.

پژواك و پديدهداپلر

پژواك پديده‏اي است كه شما هر روزه با آن برخورد داريد، اگرشما به داخل يك چاه و يا در يك دره فرياد بزنيد، پژواك صداي شما چند لحظه بعد بهگوشتان مي‏رسد. در واقع شما صدايتان را باز خواهيد شنيد. پژواك بدين جهت رخ مي‏دهدكه بعضي از امواج صداي شما (به اين دليل واژه بعضي را آورديم كه صداي برخي ازحيوانات مانند اردك در فركانس خاص امواج صداي اين حيوان هيچگاه پژواكي ندارد) پس ازبرخورد به يك سطح (كه اين سطح مي‏تواند سطح آب، انتهاي چاه يا ديوارة كوه موجود درانتهاي دره باشد) به سمت شما باز مي‏گردد و گوش شما دوباره آنرا مي‏شنود. فاصلهزماني‌اي كه بين فرياد شما تا شنيدن پژواك آن طول مي‏كشد با فاصله مكاني بين شما وآن سطح بازگردانندة پژواك ارتباط دارد.

هنگامي كه شما به داخل يك چاه فرياد مي‏كشيد، صداي شما از دهانة چاه به سمت انتهاي چاه رفته و پس از برخورد با سطح آب انتهاي چاه منعكس مي‏شود. در اين حالت اگر شما سرعت صدا را به طور دقيق بدانيد، با اندازه‏گيري زمان رفت‏وبرگشت صدا مي‏توانيد عمق چاه را حساب كنيد

پديدة داپلر نيز بسيار معمول است. شماهر روز (بدون اينكه حتي از آن دركي داشته باشيد) آن را تجربه مي‏كنيد. اين پديدهزماني رخ مي‏دهد كه يك مولد امواج صوتي و يا منعكس كننده امواج صوتي داراي حركتباشد. مثلاً يك خودرو كه در حال بوق زدن است. حالت تشديد شدة پديدة داپلر در شكستن «ديوار صوتي» رخ مي‏دهد. در اين جا به درك اين پديده مي‏پردازيم (ممكن است شما براياينكه بهتر اين پديده را درك كنيد كنار يك اتوبان آن را تجربه كنيد) فرض كنيد كهخودرويي با سرعت 100 كيلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حركت باشد. تازماني‌كه خودرو در حال نزديك شدن به شماست فقط يك نت صوتي را مي‏شنويد (در واقع يكفركانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فركانس صحبت كرديم)، اما هنگامي كه خودرو بهكنار شما مي‏رسد صداي بوق ناگهان تغيير كرده و به عبارتي «بم» تر مي‏شود و بعد ازلحظه‏اي كه از شما عبور كرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدابم‏تر نيز مي‏شود، در صورتي كه شما مي‏دانيد كه صداي بوق هميشه ثابت است، كما اينكهراننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعي بوق را مي‏شنود. اين تغييراتصوت شنيده شده توسط شما بوسيلة پديدة داپلر قابل توضيح است. اما آنچه كه رخ مي‏دهد: «سرعت صوت» مقداري ثابت است، براي ساده‏تر شدن محاسباتمان سرعت صورت را 1000كيلومتردر ساعت در نظر بگيريد. (سرعت واقعي صوت وابسته به دما، فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض كنيد كه خودرويي در فاصله يك كيلومتري شما قرار دارد (بصورت غير متحرك). رانندهداخل خودرو به مدت يك دقيقه شستي بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، اين صدا باسرعتي برابر با 1000كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت مي‏كند، بعد از 6 ثانيه ازفشرده شدن شستي بوق توسط راننده، شما چه صدايي را خواهيد شنيد؟ (اين 6 ثانيه درواقع مدت زماني است كه طول مي‏كشد صدا به شما برسد) و به مدت يك دقيقه پس از آن چهمي‏شنويد؟ مسلماً صداي بوق را بدون هيچ تغييري.

پديدهداپلر: شخص پشت سر خودرويي را با بسامدي (فركانس) پايين‏تر و بم‏تر از آنچهكه راننده داخل خودرو و در حال حركت مي‏شنود. راننده از شخصي كه خودرو به سمت آن درحال حركت است صدا را با نت پايين‏تر مي‏شنود.

حال فرض كنيد خودرو از فاصله‏اي دور باسرعتي معادل 100 كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت كند، همان راننده با همان خودرو وبا همان صداي بوق و به مدت همان يك دقيقه شستي بوق را فشارمي‌دهد مي‏شود. جالب است! شما صداي بوق را فقط به مدت 54 ثانيه خواهيد شنيد آن هم به خاطر حركت خودرو رخ دادهاست.

در واقع تعداد اعوجاجهاي موج صوتي ثابتبوده ولي در زمان كوتاه‏تري به سمت شما آمده و از آنجائي‌كه تعريف فركانس تعدادنوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً اين نوسانات را 1 بر 60 ثانيه تقسيم‏كرديم و فركانس F1 بدست مي‏آمد، حال بايد اين تعداد نوسانات را بر 54 تقسيم كنيمكه مطمئناً عددي بزرگتر خواهد شد. اين عدد بزرگتر يا فركانس بالاتر يعني صداي «زير»تر. همين توجيه نيز براي خودرويي كه از شما وجود دارد، در اين حالت شما 64ثانيه صداي بوق را مي‏شنويد كه فركانس حاصله در اين حالت كمتر (يا صداي بم‏تر) خواهد بود.

شكستن ديوارصوتي

اينك كه ما در حال بحث بر روي رابط صداو سرعت هستيم مي‏توانيم در مورد شكستن ديوار صوتي هم صحبت كنيم. فرض كنيد آنخودرويي كه صحبتش بود با سرعتي معادل 100 كيلومتر در ساعت به‌ سوي شما، آن هم درحال بوق زدن، حركت كند، امواج صوتي چون سرعتي معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذانه از آن جلو زده و نه عقب مي‏مانند، لذا در كل مدت حركت خودرو شما صدايي رانخواهيد شنيد. اما در لحظه‏اي كه خودرو به شما مي‏رسد، تمام امواج صوتي جمع شده ويكجا شما آنها را مي‏شنويد. صداي بسيار بلند و با فركانس بسيار بالا.

اين صدا توسط هواپيمايي كه قادرند باسرعتي معادل با سرعت صوت حركت كنند مي‏تواند موجبات وحشت بسياري از افرادي كه درزير مسير اين هواپيما قرار دارند بوجود آورده قدرت اين صدا به قدري است كه مي‏تواندشيشه‏ها را بشكند.

چنين اتفاقي براي قايقها نيز رخ مي‏دهد. منتهي در اين ميان تجمع امواج آب كه سرعتي در حدود سرعت اين قايقها دارند. اين موجمتمركز بصورت V شكل از جلو قايق به طرفين حركت مي‏كند كه زاويه اين موج توسط سرعتقايق كنترل مي‏شود. در واقع تجمع امواجي كه قايق در هر لحظه توليد مي‏كند و هر لحظهبر آن مي‏افزايد نيز توسط پديده داپلر قابل توضيح است.

شما مي‏توانيد با استفاده از تركيبي از پژواك و پديده داپلر بصورتي كه در زير مي‏آيد استفاده كنيد

در محلي كه ايستاده‏ايدبه سمت خودرويي كه در حال حركت (به سمت شما يا در خلاف جهت) اصواتي را بفرستيد. بعضي از اين اصوات پس از برخورد با خودرو به سمت شما باز مي‏گردند. (پژواك) ازآنجايي كه خودرو در حال حركت است لذا اصوات منعكس شده يا به هم فشرده مي‏شوند (درحالي كه خودرو به سمت شما مي‏آيد) و يا از هم باز مي‏شوند. در حالت حركت مخالف درهر دو صورت شما مي‏توانيد با مقايسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدستآوريد.

مفهومرادار:

ديديم كه مي‏توان با استفاده از مفهومپژواك به فاصله اجسام دور پي برد و همين طور با استفاده از تغيير پديده داپلر بهسرعت اين جسم پي ببريم. با توجه به اين مفاهيم مي‏توان فهميد كه رادار صوتي چيست؟اين گونه رادار در زيردريايي‏ها و كشتي‏ها كاربرد دارد و هميشه در حال كار است. مي‏توان از رادار صوتي در محيط آزاد نيز استفاده كرد، اما بخاطر چند اشكال ريز اينگونه رادار در هوا استفاده نمي‏شود.

- صدا در هوا مسافت زيادي را نمي‏تواندبپيمايد…. شايد در حدود 5/1 كيلومتر و يا كمي بيشتر

- هركسي مي‏تواند صدا را بشنود لذااستفاده از صدا در محيط آزاد موجب آزار ديگران مي‏شود كه البته مي‏توان با بالابردن فركانس صداي مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» اين مشكل را حل كرد.

- صداي منعكس شده حاصل از پديده پژواكبسيار ضعيف مي‏باشد به طوري كه دريافت آن بسيار سخت است.

سمت چپ: آنتن هاي مجموعه مخابراتي فضاييگلدستون (بخشي از شبكه ارتباطي فضايي ناسا) كه به ارتباطات مخابراتي راديوييفضاپيماهاي ميان سياره‏اي ناسا كمك مي‏كند.

سمت راست: رادار جست وجوي سطح و هوا كهبر روي نوك دكل يك موشك هدايت شونده قرار گرفته است.

حال بياييد در مورد يك نمونه واقعيراداري كه براي شناسايي هواپيماهاي در حال پرواز بكار مي‏رود صحبت كنيم. سيستمرادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده قوي‏اش يك دسته موج راديويي متراكم در آسمان ودر جهات مختلف پخش مي‏كند. اين ارسال براي چند ميكروثانيه صورت مي‏پذيرد، حالفرستنده خاموش شده و گيرنده سيستم رادار مترصد دريافت پژواك امواج كه به همراهاطلاعات حاصل از پديده داپلر نيز هستند مي‏ماند.

امواج راديويي با سرعتي معادل سرعت نورحركت مي‏كنند، تقريباً در هر ميكروثانيه 300 متر را در فضا طي مي‏كنند؛ حال اگرسيستم رادار مذكور داراي يك ساعت بسيار دقيق و قوي باشد، مي‏تواند با دقت بسياربالايي موقعيت هواپيما را مشخص كند، با استفاده از روشهاي خاص پردازش سيگنال برايتحليل پديده داپلر بر روي موجهاي برگشتي مي‏توان به دقت سرعت هواپيما را مشخص كرد.

آنتن رادار يك دسته كوچك اما قدرتمندپالس امواج راديويي از يك فركانس مشخص را در فضا مي‏فرستند. هنگامي كه امواج به يكجسم برخورد مي‏كنند منعكس شده و در اثر پديده داپلر فشرده‏تر يا گسسته‏تر مي‏شوند. همان آنتن وظيفه دريافت امواج منعكس شده را كه البته بسيار كمتر از امواج ارساليهستند بر عهده دارد.

در رادارهاي زميني قضيه خيلي پيچيده‏تراز رادارهاي هوايي است، هنگامي كه يك رادار پليس به ارسال پالس موج راديوييمي‏پردازد بخاطر وجود اجسام بسيار در سر راهش مانند نرده‏ها، پلها، تپه‏ها وساختمانها پژواكهاي بسياري را دريافت مي‏دارد، اما از آنجايي كه تمام اين اجسامثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سيستم رادار خودروهاي پليس از ميان امواجمنعكس شده، فقط آنهايي را انتخاب مي‏كند كه در آنها پديده داپلر قابل شناسايي است،آن هم به اندازه‏‏اي كه جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد، در ضمن آنتن اين رادارهابسيار دهانه تنگي دارند، چرا كه فقط بر روي يك خودرو تنظيم مي‏شوند.

البته امروزه پليسها در برخي كشورها از جمله كشور خودمان از تكنولوژي ليزر براي تعيين سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده مي‏كنند. تكنولوژي به نام «ليدار» شناخته مي‏شود. در اين مدل بجاي امواج راديويي از اشعه نوري متمركز (يا همان ليزر) استفاده مي‏شود

مطالبی در مورد ژنراتورها

مقدمه: هدف از انجام این تحقیق بررسی سیر تحقیقات انجام شده با موضوع ژنراتورها(ساختمان و اساس کار و سیر تکاملی ژنراتوها بخصوص ژنراتور های سنکرون ) است . به این منظور ، بررسی مقالات منتشر شده که با این موضوع مرتبط بودند و جمع آوری خلاصه مطالبی از منابع صورت گرفت و بعد چکیده آنها استخراج شد.
ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است . ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن 19 برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول ، یک هیدروژنراتور سه فاز 210 کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده ای برای نیل به این هدف صورت گرفت.

ژنراتورها مقدمه: هدف از انجام این تحقیق بررسی سیر تحقیقات انجام شده با موضوع ژنراتورها(ساختمان و اساس کار و سیر تکاملی ژنراتوها بخصوص ژنراتور های سنکرون ) است . به این منظور ، بررسی مقالات منتشر شده که با این موضوع مرتبط بودند و جمع آوری خلاصه مطالبی از منابع صورت گرفت و بعد چکیده آنها استخراج شد .

ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است . ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن 19 برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول ، یک هیدروژنراتور سه فاز 210 کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیتها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتورها ، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک سازی بود .در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک سازی و بهینه سازی روشهای خنک سازی با هوا نتایج موفقیت آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از 1600DC افزایش یافته است. در جهت افزایش ولتاژ ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور ، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.
همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده ، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند.ژنراتورها:ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می نماید.کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است ، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می رود.
دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتورها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد میشود یا القاء می شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته ، عبور کند میدان ، نیروی مکانیکی بر آن وارد می کند.
ژنراتور ها دارای دو اصل هستند: قسمتها و میدان که آهنربای الکترو مغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است . آرمیچر معمولا" هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القائی که دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند ، است .
ژنراتور ها از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می گویند . رتور ها نیز از نظر ساختمان دو دسته اند: ماشین های قطب صاف و ماشین های قطب برجسته.
همچنین ژنراتورها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آنها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شوند:1) توربو ژنراتورها: در این وسیله گرداننده رتور ، توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابراین توربوژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانائی ایجاد دورهای بسیاربالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربوژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر وارزان ترتمام می شود.2) هیدرو ژنراتور ها : در آن وسیله گرداننده رتور توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدروژنراتور دارای قطب برجسته بوده و دارای سرعت کم می باشد.3) دیزل ژنراتور ها :   در قدرت های کوچگ و اظطراری وسیله گرداننده رتور دیزل است که در این موره هم قطب های رتور آن برجسته می باشد.ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون:در یک ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس رتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده میشود ، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید.این میدان مغناطیسی ، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ های میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می نماید و عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود . برای ماشین های سنکرون ، سیم پیچ های میدان در رتور است.
رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است . قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد . کلمه برجسته به معنی قلمبیده است و قطب برجسته ، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. ازطرف دیگر ، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است . یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولا" برای موارد 2 یا 4 قطبی بکار می روند . در حالی که رتورهای برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات ، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود ، چون رتور می چرخد ، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد برای انجام این کار 2 روش موجود است :
1) تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
2) فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما" روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می شود.ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکروندر یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخاند می شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید . این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ ها ی میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می کند. عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود برای ماشین های سنکرون، سیم پیچ های میدان در رتور است.روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن ربای الکتریکی بزرگ است. قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی (قلمبیده )است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد 2 یا چهار قطبی به کار می روند. در حالی که رتور های برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغییر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد.برای انجام این کار 2 روش موجود است :1-     از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
2-     فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC ، که مستقیما" روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.رینگ های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هررینگ لغزان سر می خورد . جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ ها خوردگی بوجود نمی آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگروصل می شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ ، جدااز مکان و سرعت زاویه ای آن ، میدان درتمام مدت اعمال می شود. رینگ های لغزان و جاروبک ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون تولید می کنند آنها نگهداری را در ماشین افزایش می دهند ، زیرا جاروبک بایدمرتبا" به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه برآن ، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد . علیرغم این مشکلات رینگ های لغزان روی همه ماشین های سنکرون کوچک تر بکار میرود. زیرا راه اقتصادی تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست .در موتور ها و ژنراتورهای بزرگ تر ، از محرک های بی جاروبک استفاده می شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی جاروبک ، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال میگردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی آید ، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه های لغزان و جاروبک ها ، به نگهداری کمتری نیاز دارد. برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ میگردد . محرک پیلوت ، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت های (آهن ربا ) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است . این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می نماید . اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست .بسیاری از ژنراتور های سنکرون که دارای محرک های بی جاروبک هستند ، دارای رینگ های لغزان و جاروبک نیز هستند بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است . استاتور ژنراتور های سنکرون معمولا" در دو لایه ساخته می شوند : خود سیم پیچ توزیع شده و گام های کوچک دارد تا مولفه های هارمونیک ولتاژ ها و جریان های خروجی را کاهش دهد .چون رتور باسرعتی برابر باسرعت میدان مغناطیسی می چرخد ، توان الکتریکی با فرکانس 50 یا 60 هرتز تولید می شود و از ژنراتور بسته به تعداد قطب ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا" برای تولید توان 60هرتز در یک ماشین دو قطب رتور باید با سرعت 3600 دور در دقیقه بچرخد . برای تولید توان 50هرتز در یک ماشین 4 قطب ، رتور باید با سرعت 1500 دور دردقیقه دوران کند . سرعت مورد نیاز یک فرکانس مفروض همیشه از معادله زیر قابل محاسبه است : Fe : فرکانس = سرعت مکانیکی P = تعداد قطب ها
ولتاژ القایی در استاتور به شار در ماشین ، فرکانس یا سرعت چرخش ، و ساختمان ماشین بستگی دارد . ولتاژ تولیدی داخلی مستقیما" متناسب با شار و سرعت است ولی خود شار به جریان جاری در مدار میدان رتور بستگی دارد. .ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست چندین فاکتور ، عامل اختلاف بین این دو هست :
1-     اعوجاج موجود در میدان مغناطیسی فاصله هوا به علت جریان جاری در استاتور که به آن عکس العمل آرمیچر می گویند.
2-     خود القایی بوبین های آرمیچر
3-      مقاومت بوبین های آرمیچر
4-     تاثیر شکل قطب ها ی برجسته رتوروقتی یک ژنراتور کار می کند و بار های سیستم را تغذیه می کند آنگاه :1-    توان مستقیم و رآکتیو تولیدی بوسیله ژنراتور برابر با مقدار توان تقاضا شده بوسیله بار متصل شده به آن است .
2-     نقاط تنظیم گاورنر ژنراتور ، فرکانس کار سیستم قدرت را کنترل می نماید.
3-     جریان میدان ( یانقاط تنظیم رگولاتور میدان ) ولتاژ پایانه سیستم قدرت را کنترل می نماید.
این وضعیتی است که در ژنراتورهای جدا و به فواصل دور از هم وجود دارد.مولد های AC یا آلترناتورها:مولد های AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای DC براساس القاء الکترومغناطیس کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد ، در حالی که در ژنراتورهای DC آرمیچر چرخیده می شود و سیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.آلترناتورها یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور ، یک جریان الکتریکی متناوب تولید می کنند ، چنین جریان متناوبی مزیت زیادی دارد برای انتقال توان الکتریکی و از این رو بیشتر ژنراتورهای الکتریکی بزرگ از نوع AC هستند. ژنراتور AC در دو حالت خاص با ژنراتور DC فرق می کند . پایانه های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند . برای حلقه های لغزان جزئی شده ی جامد روی شفت (میله ) ژنراتور به جای کموتاتور و سیم پیچ های میدان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می شود تااینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام شود . ژنراتور ها ی AC سرعت پایینی با تعداد زیادی قطب در حدود 100 قطب ساخته می شوند. هم برای بهبود بازه شان و هم برای دست یافتن به فرکانس دلخواه به آسانی . آلترناتورها با توربین های سرعت بالا راه اندازی می شوند . فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC مساوی است با نیمی از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرمیچر در ثانیه.بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبک ها و حلقه های لغزان و خطر شکستهای مکانیکی که ممکن است سبب اتصال کوتاه شود. آلترناتورها به یک سیم پیچ ساکن که بدور یک رتور می چرخد و این رتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان هستند ساخته می شوند. اصل عملکرد آنها نیز دقیقا" مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده اند.ژنراتور ها با ولتاژ بالا:شركت ABB اخيرا ژنراتوري با ولتاژ بالا ابداع كرده است . اين ژنراتور بدون نياز به ترانسفورماتور افزاينده بطور مستقيم به شبكه قدرت متصل مي گردد . ايده جديد بكار گرفته شده در اين طرح استفاده از كابل به عنوان سيم پيچ استاتور مي باشد . ژنراتور ولتاژ بالا براي هر كاربرد در نيروگاههاي حرارتي و آبي مناسب مي باشد . راندمان بالا ، كاهش هزينه هاي تعمير و نگهداري ، تلفات كمتر ، تأثيرات منفي كمتر بر محيط زيست ( با توجه به مواد بكار رفته ) از مزاياي اين نوع ژنراتور مي باشد . ژنراتور ولتاژ بالا در مقايسه با ژنراتورهاي معمولي در ولتاژ بالا و جريان پائين كار مي كند . ماكزيمم ولتاژ خروجي اين ژنراتور با تكنولوژي كابل محدود مي گردد كه در حال حاضر با توجه به تكنولوژي بالاي ساخت كابلها ميتوان ولتاژ آنرا تا سطح 400 كيلو ولت طراحي نمود . هادي استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا بصورت دوار مي باشد در حاليكه در ژنراتورهاي معمولي اين هادي بصورت مثلثي مي باشد در نتيجه ميدان الكتريكي در ژنراتورهاي ولتاژ بالا يكنواخت تر مي باشد . ابعاد سيم پيچ بر اساس ولتاژ سيستم و ماكزيمم قدرت ژنراتور تعيين مي گردد . در ژنراتورهاي ولتاژ بالا لايه خارجي كابل در تمام طول كابل زمين مي گردد ، اين امر موجب مي شود كه ميدان الكتريكي در طول كابل محدود گردد و ديگر مانند ژنراتورهاي معمولي نياز به كنترل ميدان در ناحيه انتهايي سيم پيچ نباشد .
جزيي ( Partialdischarge) در هيچ ناحيه اي از سيم پيچ وجود ندارد و همچنين ايمني افراد بهره بردار و يا تعميركار افزايش مي يابد . سربنديها و اتصالات معمولا در فضاي خالي مورد دسترس در محل انجام مي گيرد ، بنابراين محل اين اتصالات در يك نيروگاه نسبت به نيروگاه ديگر متفاوت مي باشد ، اما در هر حال اين اتصالات در خارج از هسته استاتور مي باشد ، براي مثال اتصالات و سربنديها ممكن است زير ژنراتور و يا خارج از قاب استاتور ( Statorframe ) انجام گيرد . بدين ترتيب اتصالات و سربنديها ، مشكلات ناشي از ارتعاشات و لرزش هاي بوجود آمده در ماشين هاي معمولي را نخواهند داشت .در طرح كنوني ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سيستم خنك كنندگي وجود دارد ، روتور و سيم پيچ هاي انتهايي توسط هوا خنك مي گردند در حاليكه استاتور توسط آب خنك مي گردد . سيستم خنك كنندگي آب شامل لوله هاي XLPE قرار گرفته شده در هسته استاتور مي باشد كه آب از اين لوله ها جريان مي يابد و هسته استاتور را خنك نگه مي دارد .مقايسه جريان اتصال كوتاه در نيروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نيروگاه مجهز به ژنراتور معمولي نشان مي دهد كه به دليل اينكه در نيروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راكتانس ترانسفورماتور حذف مي گردد جريانهاي خطا كوچكتر مي باشد .

منبع :www.ewa.ir