دی 90 - الکتروتکنیک
سفارش تبلیغ
صبا

الکتروتکنیک
 
نوشته شده در تاریخ دوشنبه 90/10/12 توسط سعید

ترانزیستور

ترانزیستور یکی از پرکاربردترین قطعات در صنعت الکترونیک است که با اختراع آن در سال 1947 میلادی تحولی عظیم در صنعت الکترونیک به وقوع پیوست . ترانزیستور معمولی ، یک المان سه قطبی معمولی است که از سه عدد نیمه هادی نوع N و P تشکیل شده است . ( برای آشنایی با نیمه هادی ها ، به صفحه آشنایی با نیمه هادی ها از همین وب سایت مراجعه فرمایید ) . این نیمه هادی ها به دو شکل می توانند در کنار هم قرار گیرند .
الف ) دو نیمه هادی نوع N در دو طرف و یک نیمه هادی نوع P در وسط قرار می گیرند که در این حالت ترانزیستور را NPN می نامند . در شکل (1) نمایی از ساختمان این نوع ترانزیستور نمایش داده شده است . ترانزیستور NPN شکل (1)




ب ) دو نیمه هادی نوع P در دو طرف و یک نیمه هادی نوع N در وسط قرار می گیرند که در این حالت ترانزیستور را PNP می نامند . در شکل (2) نمایی از ساختمان این نوع ترانزیستور نمایش داده شده است . ترانزیستور PNP شکل (2)




پایه های ترانزیستور را امیتر (Emitter) ، بیس (Base) و کلکتور (Collector) می نامند که امیتر را با حرف E ، بیس را با حرف B و کلکتور را با حرف C نمایش می دهند .
نیمه هادی نوع N یا P که به عنوان امیتر به کار می رود ، نسبت به لایه های بیس و کلکتور دارای ناخالصی بیشتری می باشد . ضخامت این لایه حدود چند ده میکرون است و سطح تماس آن نیز بستگی به فرکانس کار و قدرت ترانزیستور دارد .
لایه بیس نسبت به لایه های کلکتور و امیتر دارای ناخالصی کمتری است و ضخامت آن نیز به مراتب کمتر از ضخامت لایه های امیتر و کلکتور می باشد و عملاً از چند میکرون تجاوز نمی کند .
ناخالصی لایه کلکتور از لایه امیتر کمتر و از لایه بیس بیشتر است . ضخامت این لایه به مراتب بزرگتر از ضخامت لایه امیتر می باشد زیرا تقریباً تمامی تلفات حرارتی ترانزیستور در لایه کلکتور ایجاد می شود . سطح تماس لایه کلکتور با لایه بیس حدوداً نه برابر سطح تماس لایه امیتر با لایه بیس می باشد .
در شکل (3) تصویری از نسبت تقریبی ضخامت و سطح تماس لایه های ترانزیستور نمایش داده شده است . نسبت تقریبی ضخامت و سطح تماس لایه های ترانزیستور شکل (3)








این نوع ترانزیستورها را به اختصار BJT می نامند که از عبارت Bipolar Junction Transistor به معنای ترانزیستور پیوندی دوقطبی گرفته شده است . در شکل (4) یک نمونه ترانزیستور BJT نمایش داده شده است . یک نمونه ترانزیستور BJT شکل (4)






در مدارها برای نشان دادن ترانزیستور از علامت اختصاری آنها استفاده می کنند . در شکل (5) علامت اختصاری ترانزیستور PNP و در شکل (6) علامت اختصاری ترانزیستور NPN نمایش داده شده است . جهت فلش در علامت اختصاری ترانزیستور ، نشان دهنده جهت قراردادی جریان در پیوند بیس – امیتر است . علامت اختصاری ترانزیستور PNP شکل (5) علامت اختصاری ترانزیستور NPN شکل (6)






بایاسینگ ترانزیستور : به منظور فعال کردن ترانزیستور در مدار ، ابتدا باید ترانزیستور را از نظر ولتاژ DC تغذیه کرد . عمل تغذیه ولتاژ پایه های ترانزیستور را بایاسینگ ترانزیستور می گویند . برای اینکه ترانزیستور عمل تقویت جریان و یا تقویت ولتاژ را به درستی انجام دهد باید اتصال بیس – امیتر در بایاس مستقیم و اتصال بیس – کلکتور در بایاس معکوس باشد . در شکل (7) این نوع بایاسینگ برای یک ترانزیستور NPN نمایش داده شده است . بایاسینگ ترانزیستور شکل (7)





چون پیوند بیس – امیتر ، در بایاس مستقیم است ناحیه تخلیه پیوند بیس – امیتر از بین می رود ( جهت آشنایی با اتصال نیمه هادی ها و ایجاد ناحیه تخلیه بین آنها و نیز تأثیر بایاس مستقیم و معکوس بر ناحیه تخلیه ، به صفحه دیود از همین وب سایت مراجعه فرمایید ) و الکترونهای قطب منفی منبع تغذیه V1 پس از عبور از مقاومت R1 که به منظور کنترل جریان مورد استفاده قرار گرفته ، وارد لایه امیتر می شوند و پس از عبور از لایه امیتر خود را به لایه بیس می رسانند . اما در این زمان با توجه به اینکه پیوند بیس – کلکتور در بایاس معکوس است و عرض ناحیه تخلیه این پیوند زیاد است انتظار می رود که تمامی الکترونهای موجود در لایه بیس از طریق پایه بیس خود را به قطب مثبت منبع تغذیه V1 برسانند و هیچ الکترونی از لایه بیس وارد لایه کلکتور نشود اما در عمل چنین اتفاقی نمی افتد بلکه قسمت اعظم الکترونهای موجود در لایه بیس وارد لایه کلکتور می شوند و پس از عبور از این لایه و مقاومت R2 خود را به قطب مثبت منبع تغذیه V2 می رسانند و فقط تعداد کمی از الکترونهای موجود در لایه بیس ، خود را از طریق پایه بیس به قطب مثبت منبع تغذیه V1 می رسانند . علت این عمل این است که اولاً ولتاژ پایه کلکتور بیشتر از ولتاژ پایه بیس است و این ولتاژ قادر است الکترونهای موجود در لایه بیس را به طرف خود جذب کند . ثانیاً لایه بیس بسیار نازک است و الکترونها به محض وارد شدن به لایه بیس ، جذب کلکتور می شوند . ثالثاً سطح کلکتور حدود 9 برابر بزرگتر از سطح امیتر است لذا احاطه کامل بر ورود الکترونهای وارد شده به بیس داشته و تقریباً تمامی آنها را جذب می کند . رابعاً ناخالصی بیس کم است و در نتیجه الکترونهای وارد شده به بیس ، کمتر با حفره ها ترکیب می شوند و تعداد زیادی از آنها به صورت الکترون آزاد باقی می مانند . با توجه به مطالب فوق تقریباً بیش از %90 الکترونهایی که وارد بیس می شوند مدار خود را از طریق کلکتور می بندند . در شکل (8) نسبت تقریبی تقسیم الکترونها بین امیتر ، کلکتور و بیس نمایش داده شده است . نسبت تقریبی تقسیم الکترونها بین کلکتور ، امیتر و بیس نسبت تقریبی تقسیم الکترونها بین کلکتور ، امیتر و بیس شکل (8)









حال که با بایاسینگ صحیح ترانزیستور آشنا شدید می خواهیم بررسی کنیم که ترانزیستور چگونه عمل تقویت کنندگی را انجام می دهد . برای تقویت یک سیگنال الکتریکی توسط ترانزیستور ، باید سیگنال الکتریکی را به ورودی ترانزیستور داده و از خروجی ترانزیستور ، سیگنال تقویت شده را دریافت کنیم . در شکل (9) مدار مربوط به تقویت سیگنال الکتریکی توسط ترانزیستور نمایش داده شده است . مدار تقویت سیگنال الکتریکی توسط ترانزیستور شکل (9)





در این شکل پایه بیس به عنوان پایه مشترک بین ورودی و خروجی و پیوند امیتر – بیس به عنوان ورودی و پیوند کلکتور – بیس به عنوان خروجی آن در نظر گرفته شده است . پیوند بیس – امیتر در بایاس مستقیم است و لذا مقاومت آن کم می باشد اما پیوند بیس – کلکتور در بایاس معکوس بوده و لذا مقاومت زیادی دارد . حال یک مقاومت مثلاً 100 اهمی را جهت کنترل جریان در ورودی ترانزیستور با اتصال بیس – امیتر سری می نماییم . از آن جایی که اتصال کلکتور – بیس در بایاس معکوس می باشد لذا سری کردن یک مقاومت زیاد مثلاً 1 کیلو اهمی ، اثر چندانی روی ترانزیستور ندارد . یک سیگنال متناوب با دامنه مثلاً 0.1 ولت را به ورودی ترانزیستور اعمال می کنیم . ولتاژ امیتر – بیس را نیز حدود 0.7 ولت انتخاب می کنیم زیرا 0.7 ولت ، پیوند امیتر – بیس را کاملاً هادی می کند . ولتاژ کلکتور – بیس را نیز حدود 10 ولت انتخاب می کنیم و چون پیوند کلکتور – بیس در بایاس معکوس است لذا هیچ گونه اشکالی در مدار به وجود نمی آید . حال اگر مقاومت دینامیکی پیوند امیتر – بیس را مثلاً 20 اهم فرض کنیم جریانی که در پیوند امیتر – بیس برقرار می شود برابر است با :


همانطور که قبلاً گفته شد قسمت اعظم جریان گذرنده از پیوند امیتر – بیس از طریق کلکتور مسیر خود را می بندد و لذا این جریان از کلکتور و مقاومت یک کیلو اهمی که با کلکتور سری شده است نیز عبور می کند و در دو سر مقاومت یک کیلو اهمی افت ولتاژ متناوبی ایجاد می شود که مقدار آن برابر است با :

همانطور که مشاهده می کنید این ولتاژ خیلی بیشتر از ولتاژ متناوب ورودی است . لذا می توان سیگنال تقویت شده را از دو سر مقاومت یک کیلو اهمی دریافت کرد . ضریب تقویت یا بهره ولتاژ این مدار از رابطه زیر بدست می آید .


بنابراین با طراحی مدارات ترانزیستوری و با تغییر مقاوت ها می توان دامنه سیگنال را به هر مقدار دلخواه تقویت نمود . همانطور که مشاهده کردید جریانی که از مقاومت 100 اهمی عبور کرد از مقاومت یک کیلو اهمی نیز عبور می نماید و این عمل ، توسط ترانزیستور انجام می شود . لذا می توان گفت که ترانزیستور در یک جریان ثابت عمل انتقال مقاومت را انجام می دهد . نام ترانزیستور نیز از همین عمل ترانزیستور یعنی انتقال مقاومت گرفته شده است یعنی کلمه Transistor از عبارت Transfer of resistor به معنای انتقال مقاومت گرفته شده است .

جهت جریان در ترانزیستور : جریانی را که از کلکتور عبور می کند با IC و جریانی را که از بیس عبور می کند با IB و جریانی را که از امیتر عبور می کند با IE نمایش می دهند . همانطور که قبلاً گفته شد جریانی که از امیتر عبور می کند به دو انشعاب تقسیم می شود . قسمت بسیار کمی از جریان امیتر از بیس و قسمت اعظم آن از کلکتور عبور می کند و لذا جریان امیتر برابر است با جریان بیس به علاوه جریان کلتکور یعنی داریم :

برای سادگی و درک جهت جریان ، معمولاً جهت قراردادی جریان را در نظر می گیرند . در جهت قراردادی ، جریان از قطب مثبت منبع تغذیه خارج شده و پس از عبور از مدار خارجی به قطب منفی آن وارد می شود . در شکل (10) جهت قراردادی جریان در ترانزیستور NPN و در شکل (11) جهت قراردادی جریان در ترانزیستور PNP نمایش داده شده است . جهت قراردادی جریان در ترانزیستور NPN شکل (10) جهت قراردادی جریان در ترانزیستور PNP شکل (11)






نامگذاری ولتاژ ترانزیستور : قبلاً گفتیم که برای استفاده از ترانزیستور باید اول بایاسینگ ترانزیستور را تأمین کنیم . ولتاژهایی که به این منظور به قسمت های مختلف ترانزیستور اعمال می شود با هم فرق می کنند . این ولتاژها به این ترتیب نامگذاری می شوند که ولتاژی که بین پایه های بیس و امیتر قرار دارد با VBE ، ولتاژی که بین پایه های کلکتور و بیس قرار دارد با VCB ، ولتاژی که بین پایه های کلکتور و امیتر قرار دارد با VCE ، ولتاژ منبع تغذیه کلکتور را با VCC و ولتاژی که انرژی بیس را تأمین می کند با VBB نشان می دهند . بین ولتاژهای پایه های ترانزیستور رابطه زیر برقرار است .


تأثیر درجه حرارت بر ترانزیستور : افزایش درجه حرارت بیشتر بر روی جریان معکوس پیوند بیس – کلکتور نسبت به جریان های دیگر اثر می گذارد . با توجه به اینکه پیوند بیس – کلکتور در بایاس مخالف قرار دارد جریان بسیار ضعیفی که عامل آن حامل های اقلیت هستند از کلکتور به طرف بیس جاری می شود و افزایش درجه حرارت باعث می شود که تعداد بیشتری از پیوندها شکسته شده و الکترون های بیشتری آزاد گردند و در نتیجه جریان معکوس پیوند بیس – کلکتور افزایش می یابد . این جریان را جریان قطع کلکتور نامیده و آن را با ICO یا ICBO نمایش می دهند .

مقادیر حد در ترانزیستورها : هر المان نیمه هادی ، از جمله ترانزیستور ، برای مقادیر الکتریکی مشخصی ساخته می شود . مثلاً هر ترانزیستوری را برای تحمل توان مشخصی می سازند . اگر مقادیر الکتریکی اعمال شده به ترانزیستور بیشتر از آنچه کارخانه سازنده مشخص کرده است باشد ، ترانزیستور معیوب می شود . این مقادیر الکتریکی به مقادیر حد معروفند . کارخانجات سازنده ، حداکثر مقدار مجاز مقادیر الکتریکی را مشخص می کنند . مهمترین این مقادیر عبارتند از :
1- حداکثر ولتاژ کلکتور – امیتر : این پارامتر ، حداکثر ولتاژ مجاز بین پایه های کلکتور و امیتر را مشخص می کند و آن را با VCEmax نمایش می دهند .
2- حداکثر جریان کلکتور : حداکثر جریانی است که ترانزیستور می تواند در دمای مشخص شده از طرف کارخانه سازنده ، تحمل کند و آن را با ICmax نمایش می دهند .
3- حداکثر توان : حداکثر توانی است که می تواند در یک ترانزیستور به صورت حرارت تلف شود و آن را با Pmax نمایش می دهند .
4- حداکثر درجه حرارت محل پیوند : حداکثر درجه حرارتی است که در محل اتصال کلکتور – بیس ، ترانزیستور می تواند تحمل کند و آن را با Tj نمایش می دهند .

نامگذاری ترانزیستورها : برای نامگذاری ترانزیستورها ، سه روش مشهور در دنیا وجود دارد اگر چه تعدادی از کارخانجات در گوشه و کنار دنیا از سیستم نامگذاری خاصی استفاده می کنند . این سه روش عبارتند از : 1- روش ژاپنی 2- روش اروپایی 3- روش آمریکایی


روش ژاپنی : در این سیستم ، نامگذاری ترانزیستور را با عدد 2 شروع کرده و به دنبال آن حرف S را می آورند . بعد از حرف و عدد 2S ، یکی از حروف C ، B ، A و D را قرار می دهند که هر یک مفاهیمی به شرح زیر دارند :
حرف A : این حرف نشان دهنده این است که ترانزیستور از نوع PNP بوده و در فرکانس های بالا نیز می تواند کار کند .
حرف B : این حرف نشان دهنده این است که ترانزیستور از نوع PNP بوده و در فرکانس های کم می تواند کار کند .
حرف C : این حرف نشان دهنده این است که ترانزیستور از نوع NPN بوده و در فرکانس های بالا نیز می تواند کار کند .
حرف D : این حرف نشان دهنده این است که ترانزیستور از نوع NPN بوده و در فرکانس های کم می تواند کار کند .
بعد از این حروف تعداد 2 یا 3 یا 4 رقم قرار می گیرد که با مراجعه به جدول مشخصات ترانزیستورها ، می توان مقادیر مشخصه های الکتریکی آن را بدست آورد . در این سیستم ، حروف روی ترانزیستور ، مشخص کننده جنس نیمه هادی به کار رفته ( ژرمانیوم یا سیلیسیم ) و همچنین حدود قدرت آن نمی باشد . مثلاً المان 2SC829 نشان دهنده ترانزیستور از نوع NPN با محدوده فرکانسی بالا می باشد . لازم به تذکر است که بر روی اکثر ترانزیستورها ، حرف 2S را قید نمی نمایند . مثلاً C829 همان 2SC829 می باشد .

روش اروپایی : در نامگذاری به روش اروپایی ، تا سال 1960 ، ترانزیستور را با حروف OC و OD و با دو ، سه یا چهار عدد به دنبال آنها مشخص می کردند که OC برای ترانزیستورهای کم قدرت و OD برای ترانزیستورهی قدرت به کار می رفت مانند OC72 . در این روش نامگذاری ، نوع ترانزیستور و جنس نیمه هادی به کار رفته در آن و نیز محدوده فرکانسی آن مشخص نبود . از سال 1960 به بعد ، سیستم نامگذاری ترانزیستورها تغییر کرد . بدین نحو که ترانزیستورهای به کار رفته در رادیو و تلویزیون و یا در وسایل الکتریکی عمومی بیشتر با دو حرف و سه شماره و ترانزیستورهای خاص با سه حرف و دو شماره مشخص می شوند مانند ترانزیستور BUX38 که این ترانزیستور در فرکانس های رادیویی با جریان و ولتاژ زیاد به کار برده می شود . در ادامه روش نامگذاری با دو حرف و سه شماره که کاربرد بیشتری دارد بیان خواهد شد .
روش نامگذاری با دو حرف و سه شماره : در این روش حرف اول نشان دهنده جنس نیمه هادی است که اگر ژرمانیوم باشد با حرف A و اگر سیلیسیم باشد با حرف B مشخص می شود . برای حرف دوم نیز از حروف S ، L ، F ، D ، C و یا U استفاده می نمایند که معانی هر یک از این حروف به شرح زیر است :
C : ترانزیستور کم قدرت با فرکانس کار کم .
D : ترانزیستور قدرت با فرکانس کار کم .
F : ترانزیستور کم قدرت با فرکانس کار زیاد .
L : ترانزیستور قدرت با فرکانس کار زیاد .
S : ترانزیستور کم قدرت که به عنوان سوئیچ به کار می رود .
U : ترانزیستور قدرت که به عنوان سوئیچ به کار می رود .
سه شماره بعد ، نشان دهنده سری ترانزیستور می باشد که با استفاده از این سه شماره و جدول مشخصات ، می توان مشخصات الکتریکی ترانزیستور را بدست آورد . به عنوان مثال مشخصات ظاهری ترانزیستور BC107 عبارت است از :
B : جنس ترانزیستور از سیلیسیم می باشد .
C : ترانزیستور کم قدرت بوده و در فرکانس کم می تواند کار کند .
مشخصات الکتریکی را با مراجعه به کتاب مشخصات ترانزیستور و پیدا کردن جدول مربوطه به دست می آورند .
در این سیستم نامگذاری ، نوع ترانزیستور یعنی NPN و یا PNP بودن آن ، از روی حروف ترانزیستور مشخص نیست .

روش آمریکایی : در این روش نامگذاری ، ترانزیستور را با حرف و عدد 2N مشخص می کنند و تعدادی رقم به عنوان شماره سری به دنبال آن می آورند که با توجه به این ارقام و با استفاده از جدول مشخصات ترانزیستورها ، مشخصات الکتریکی ترانزیستور را بدست می آورند . به عنوان مثال ترانزیستور 2N3055 ، یک ترانزیستور قدرت است که در فرکانس های کم کار می کند .


نوشته شده در تاریخ جمعه 90/10/9 توسط سعید

نیروگاه های برق

برای تولید انرژی الکتریسیته از نیروگاه های تولید برق استفاده می شود . این نیروگاه ها دارای انواع مختلفی به شرح زیر می باشند .
1 - نیروگاه دیزلی 2 - نیروگاه گازی 3 - نیروگاه بخاری 4 - نیروگاه سیکل ترکیبی
5 - نیروگاه برق آبی 6 - نیروگاه هسته ای 7 - نیروگاه تلمبه ذخیره ای 8 - نیروگاه خورشیدی
9 - نیروگاه بادی 10 - نیروگاه زمین گرمایی 11 - نیروگاه آبی جذر و مدی



نیروگاه دیزلی : در این نوع نیروگاه ها نیروی محرکه ژنراتور توسط یک موتور درونسوز دیزلی تأمین می شود . امروزه از نیروگاه های دیزلی به عنوان یک نیروگاه پایه کمتر استفاده می شود و بیشتر برای مواقع اضطراری و احتمالاً بار حداکثر شبکه از این نیروگاه ها استفاده می گردد . در حال حاظر در مناطقی از ایران که به شبکه سراسری متصل نیستند از نیروگاه های دیزلی استفاده می شود . این نیروگاه ها معمولاً دارای توان تولیدی 630KW تا 12000KW هستند . در شکل (1) تصویری از یک نیروگاه دیزلی نمایش داده شده است . نیروگاه دیزلی نیروگاه دیزلی نیروگاه دیزلی نیروگاه دیزلی شکل (1)












مزایای نیروگاه دیزلی عبارتند از :
1 - این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
2 - به عنوان برق اضطراری در مکان هایی مثل بیمارستان ها ، دانشگاه ها و ... مورد استفاده قرار می گیرند .
3 - در مراکز دور افتاده ای که هزینه انتقال برق از هزینه تولید نیروگاه دیزلی بیشتر است مورد استفاده قرار می گیرند .

معایب نیروگاه دیزلی عبارتند از :
1 - رنج تولیدی این نیروگاه ها پایین است .
2 - این نوع نیروگاه به دلیل حرکت های مکانیکی زیادی که در آنها وجود دارد دارای عمر کمی هستند .
3 - این نوع نیروگاه ها دارای راندمان پایینی می باشند . ( راندمان عبارت است از نسبت انرژی گرفته شده از نیروگاه به انرژی داده شده به نیروگاه )
4 - به دلیل راندمان پایین این نیروگاه ها ، هزینه برق تولیدی آنها بالاست .


نیروگاه گازی : در نیروگاه های گازی سیالی که سبب چرخش توربین می شود هوای محیط است . در این نیروگاه ها از کمپرسور استفاده می شود . کمپرسورها وسایلی هستند که با مکش هوای محیط به درون خود ، هوا را فشرده کرده و فشار آن را افزایش می دهند . معمولاً برای افزایش راندمان نیروگاه ، هوای ورودی را از مجاورت گازهای خروجی از دودکش توربین عبور می دهند تا هوای ورودی به کمپرسور گرم شود . هوای فشرده شده در کمپرسور وارد اتاق احتراق می شود و در آنجا با سوخت فسیلی ترکیب می شود و می سوزد و گاز داغی با فشار بالا از اتاق احتراق خارج می شود که آلاینده نیز است . برای اینکه گاز داغ پرفشار ورودی به توربین ، محور چرخنده آن را به حرکت درآورد باید این گاز با سرعت زیاد وارد توربین شود . این عمل توسط نازل ابتدای توربین انجام می شود . بنابراین گاز پرفشار و داغ با سرعت زیاد به پره های توربین برخورد می کند و سبب چرخش روتور توربین می شود و حرکت دورانی روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود . سوخت این نیروگاه ها معمولاً مازوت ، گاز و گازوئیل است . در شکل (2) تصویری از یک نیروگاه گازی نمایش داده شده است . نیروگاه گازی نیروگاه گازی نیروگاه گازی نیروگاه گازی شکل (2)









مزایای نیروگاه گازی عبارتند از :
1 - این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
2 - زود ساخته می شوند . ( حدوداً ساخت یک نیروگاه گازی 6 ماه زمان می برد )
3 - این نیروگاه ها سرعت مانور بالایی دارند . ( کم و زیاد کردن تولید نیروگاه را مانور کردن نیروگاه می گویند )
4 - این نیروگاه ها را خیلی زود می توان روشن کرد .

معایب نیروگاه گازی عبارتند از :
1 – راندمان این نیروگاه ها پایین است .
2 – عمر این نیروگاه ها کوتاه است .
3 – هزینه برق تولیدی آنها بالاست .
4 – رنج تولید انرژی این نیروگاه ها پایین است .


نیروگاه بخاری : در این نیروگاه ها از سوختن سوخت های فسیلی مثل نفت و گاز طبیعی و مازوت ، حرارتی تولید می شود که توسط آن آب درون دیگ بخار به بخار خشک تبدیل می شود . بخار خشک یعنی بخاری که کاملاً به صورت گازی باشد و هیچ گونه قطره آبی در آن نباشد و دمای آن بالای 500 درجه سانتی گراد باشد . این بخار خشک وارد توربین ها می شود و روتور توربین ها را به چرخش در می آورد . در اثر چرخش محور توربین ها ، ژنراتور شروع به چرخش می کند و برق تولید می شود . بخارهای خشک خارج شده از توربین ها وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می شوند . کندانسور وسیله ای است که بخار خشک را سرد کرده و به مایع تبدیل می کند . مایع حاصل توسط پمپ هایی مجدداً به دیگ بخار پمپاژ می شوند . در شکل (3) تصویری از یک نیروگاه بخاری نمایش داده شده است . نیروگاه بخاری نیروگاه بخاری نیروگاه بخاری نیروگاه بخاری شکل (3)













مزایای نیروگاه بخاری عبارتند از :
1 – راندمان این نیروگاه ها از نیروگاه های گازی بهتر است .
2 – رنج تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .
3 – عمر این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .

معایب نیروگاه های بخاری عبارتند از :
1 – این نیروگاه ها به آب نیاز دارند .
2 – سرعت مانور این نیروگاه ها کمتر از نیروگاه های گازی است .
3 – ساخت این نیروگاه ها نسبت به نیروگاه های گازی زمان بیشتری می برد .
4 – هزینه برق تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است .


نیروگاه سیکل ترکیبی : این نوع نیرگاه ها ترکیبی از دو نیروگاه گازی و بخاری می باشند . در نیروگاه های گازی مقداری از گازهای پرانرژی از طریق دودکش توربین ها از چرخه تولید برق خارج می شوند و همین امر سبب کاهش راندمان نیروگاه های گازی می گردد . گاز خارج شده از دودکش توربین های گازی دمای زیادی دارد و قادر است آب مایع را به بخار خشک تبدیل کند یعنی همان عملی که در نیروگاه های بخاری انجام می شود . بنابراین در نیروگاه های سیکل ترکیبی دو نیروگاه گازی و بخاری را در کنار یکدیگر قرار می دهند . در نیروگاه های سیکل ترکیبی برای فعالیت توربین های گازی از سوخت های فسیلی استفاده می کنند اما برای فعالیت توربین های بخاری از گازهای خارج شونده از دودکش توربین های گازی استفاده می کنند . به این ترتیب به ازای مقدار معینی سوخت ، در نیروگاه های سیکل ترکیبی انرژی بیشتری نسبت به نیروگاه های گازی تولید می شود و در نتیجه نیروگاه های سیکل ترکیبی دارای راندمان بیشتری نسبت به نیروگاه های گازی و بخاری می باشند . در شکل (4) تصویری از یک نیروگاه سیکل ترکیبی نمایش داده شده است . نیروگاه سیکل ترکیبی نیروگاه سیکل ترکیبی شکل (4)











نیروگاه برق آبی : در این نیروگاه ها از آب جمع شده در پست سدها برای تولید برق استفاده می شود . آب جمع شده در پشت سدها با برخورد به پره های توربین سبب چرخش روتور توربین می شود . چرخش روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود . در شکل (5) تصویری از یک نیروگاه برق آبی نمایش داده شده است . نیروگاه برق آبی نیروگاه برق آبی نیروگاه برق آبی نیروگاه برق آبی شکل (5)





















مزایای نیروگاه برق ابی عبارتند از :
1 – آلودگی محیط زیست ندارد .
2 – هزینه سوخت ندارد .
3 – عمر بالایی دارد . ( اگر خوب ساخته شود تا 100 سال هم کار می کند )
4 – سرعت و قدرت مانور بالایی دارد .
5 – هزینه نگهداری این نیروگاه ها بسیار پایین است .
6 – با گذشت زمان بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند .
7 – پرسنل مورد نیاز نیروگاه های آبی نسبت به بقیه نیروگاه ها بسیار کمتر است .
8 – آب مورد نیاز برای کشاورزی و شرب را تأمین می کند .
9 – از سیل ها و سیلاب ها جلوگیری می کند .
10 – در اطراف سدها می توان فضای تفریحی مناسب ایجاد کرد .

معایب نیروگاه برق آبی :
1 – هزینه ساخت این نیروگاه ها بسیار زیاد است .
2 – در سال های کم آبی ، میزان تولید این نیروگاه ها با مشکل همراه خواهد بود .
3 – مدت زمان مورد نیاز برای ساخت سد خیلی زیاد است .
4 – مخزن نیروگاه های آبی ، زمین های زیادی را زیر آب می برد .
5 – قابلیت نصب نیروگاه های آبی در مکان های بسیار خاص می باشد .



نیروگاه هسته ای : روش تولید برق در نیروگاه های هسته ای مشابه روش تولید برق در نیروگاه های بخاری است . تنها تفاوت بین این دو نیروگاه در این است که در نیروگاه هسته ای برای تولید حرارت جهت تبدیل آب به بخار خشک به جای استفاده از سوخت های فسیلی از واکنش های هسته ای استفاده می شود . واکنش هسته ای بر این اساس است که با بمباران نوترونی هسته اورانیوم 235 و جذب نوترون توسط آن ، تعادل نیروهای داخلی بین نوترون ها و پروتون ها در هسته اورانیوم بر هم می خورد و در نتیجه این هسته به دو هسته سبکتر شکافته می شود . این تقسیم هسته با انرژی آزاد شده بسیاری همراه است که درصد زیادی از این انرژی به صورت انرژی جنبشی توسط نوترون ساطع می گردد و درصد کمی از آن به صورت انرژی تشعشعی انتقال می یابد . در عمل می توان با عبور سیال واسطی مثل جیوه از درون محفظه ای که در آن شکافت هسته ای صورت می پذیرد انرژی جنبشی مذکور را به سیال واسط انتقال داد و به این ترتیب حرارت سیال واسط را افزایش داد . این عمل در قلب نیروگاه های هسته ای که راکتور نام دارد انجام می شود . سیال واسط حرارت خود را به سیال اصلی یعنی آب منتقل می کند و در نتیجه آب به بخار خشک تبدیل می گردد . بخار خشک وارد توربین می شود و روتور توربین را می چرخاند و با چرخش روتور توربین ، ژنراتور به حرکت در می آید و در نتیجه برق تولید می شود و مانند نیروگاه های بخاری ، بخار خشک خارج شونده از توربین ها وارد کندانسور شده و تبدیل به مایع می گردد و سپس توسط پمپ به راکتور پمپاژ می شود . در شکل (6) تصویری از یک نیروگاه هسته ای نمایش داده شده است .
نیروگاه هسته ای نیروگاه هسته ای شکل (6)











مزایای نیروگاه هسته ای عبارتند از :
1 – آلودگی زیست محیطی ندارد .
2 – اکسیژن هوا را مصرف نمی کند .
3 – هزینه انتقال سوخت آن کم است .

معایب نیروگاه هسته ای عبارتند از :
1 – به راحتی نمی توان میزان تولید آن را کم و زیاد کرد .
2 – باید مطمئن بود که تمامی انرژی تولید شده توسط آن مصرف می شود .
3 – نمی توان آن را سریع خاموش کرد .
4 – فقط برای تأمین بار پایه می توان از آن استفاده کرد . ( حداقل میزان انرژی مصرفی هر کشور را بار پایه آن کشور می نامند )
5 – باید 2 یا 3 خط انتقال به آن وصل کرد .
6 – تجهیزات برقی این نیروگاه ها باید دارای کیفیت بالایی باشد .


نیروگاه تلمبه ذخیره ای : در بعضی از مناطق که شرایط جغرافیایی مناسبی وجود داشته باشد از مبادله آب بین دو منبع در سطوح مختلف ، می توان انرژی مورد نیاز برای چرخاندن توربین ها را ایجاد نمود . در این نیروگاه ها آب از منبع در سطح پایین که می تواند یک دریاچه باشد توسط پمپ هایی در ساعاتی که مصرف انرژی الکتریکی پایین است به منبع بالایی فرستاده می شود . سپس در مواقعی که به انرژی الکتریکی نیاز است از منبع بالایی آب را توسط لوله هایی به روی پره های یک توربین هدایت می کنند و با چرخش روتور توربین ، ژنراتور شروع به چرخیدن می کند و در نتیجه برق تولید می شود . در شکل (7) تصویری از یک نیروگاه تلمبه ذخیره ای نمایش داده شده است . نیروگاه تلمبه ذخیره ای نیروگاه تلمبه ذخیره ای نیروگاه تلمبه ذخیره ای نیروگاه تلمبه ذخیره ای شکل (7)













نیروگاه خورشیدی : یکی از آرزوهای بشر کاربرد انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع لایزال انرژی برای مصارف بزرگ بوده است . اشکال بزرگ در کاربرد انرژی خورشیدی متمرکز نبودن ، تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار انرژی و نیز پایین بودن شدت تشعشع می باشد . به دلیل پایین بودن شدت تشعشع انرژی خورشیدی ، سطح لازم برای کسب انرژی قابل توجه ، بزرگ خواهد شد و به خاطر تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار آن ، معمولاً برای نیروگاه خورشیدی یک منبع برای ذخیره انرژی کسب شده مورد نیاز است . همچنین به دلیل متمرکز نبودن انرژی خورشیدی ، احتیاج به تجهیزاتی جهت متمرکز ساختن آن می باشد . انرژی خورشیدی را می توان در موارد زیر مورد استفاده قرار داد .
گرمایش و سرمایش ساختمان ، پختن غذا ، گرم کردن آب ، استرلیزه کردن وسایل بهداشتی ، خشک کردن محصولات کشاورزی ، شیرین کردن آب ، تولید سوخت های شیمیایی ، احتراق مواد آلی ، تولید گاز هیدروژن ، تولید الکتریسیته به روش فتوولتیک ، تولید بخار آب برای به چرخش در آوردن یک توربین بخار و ... .
در شکل (8) تصویری از یک نیروگاه خورشیدی نمایش داده شده است .
نیروگاه خورشیدی نیروگاه خورشیدی نیروگاه خورشیدی نیروگاه خورشیدی شکل (8)













نیروگاه بادی : بادهای محلی و موسمی حامل مقدار زیادی انرژی هستند که مقدار این انرژی بستگی به سرعت باد دارد . بعلاوه هر چه سطح برخورد باد با یک جسم بیشتر باشد انرژی بیشتری را می توان به آن جسم منتقل کرد . بنابراین کسب انرژی قابل توجه از باد علاوه بر مناسب بودن سرعت باد به بزرگی سطح تماس با باد نیز وابسته است . استفاده از انرژی باد برای مصارف محدود و محلی مناسب است ولی به دلیل محدود بودن مقدار این انرژی ، ثابت نبودن وتناوبی بودن مقدار آن و نیز محلی بودن باد نمی توان از انرژی باد به عنوان یک منبع تولید انرژی برای آینده یاد نمود . امروزه در مناطقی که یک متوسط وزش باد ثابت دارند و سرعت باد در آنجا مناسب است با نصب توربین های بادی ، انرژی الکتریکی تولید می شود . همچنین با تولید باد مصنوعی از طریق تابش خورشیدی بر روی سطح گسترده سیاه رنگ و متمرکز کردن باد ایجاد شده بر روی پره های توربین بادی نیز انرژی الکتریکی قابل تولید می باشد . در شکل (9) تصویری از یک نیروگاه بادی نمایش داده شده است . نیروگاه بادی نیروگاه بادی شکل (9)











نیروگاه زمین گرمایی : یکی از منابع انرژی که به مقدار زیادی در دسترس می باشد انرژی گرمایی زمین است که به دو روش قابل بهره برداری می باشد .
الف ) استفاده از بخار آب به صورت داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین که به طور طبیعی در زیر پوسته زمین وجود دارد .
ب ) ایجاد مصنوعی بخار داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین به وسیله عبور آب از روی سنگ های داغ زیر زمینی که دارای درجه حرارت زیاد و نزدیک به نقطه ذوب هستند . در بعضی از نقاط زمین ، در عمق 5 تا 6 کیلومتری می توان به درجه حرارت های تا 3000 درجه سانتی گراد نیز رسید .
در هر دو روش فوق ، بخار آب داغ و خشک حاصل که به توربین ها منتقل می شوند سبب چرخش روتور توربین ها می گردند و در اثر گردش روتور توربین ها ، ژنراتور نیز شروع به گردش می کند و در نتیجه برق تولید می شود. در شکل (10) تصویری از یک نیروگاه زمین گرمایی نمایش داده شده است . نیروگاه زمین گرمایی نیروگاه زمین گرمایی نیروگاه زمین گرمایی نیروگاه زمین گرمایی شکل (10)












نیروگاه آبی جذر و مدی : در دریاها به خاطر چرخش ماه به دور زمین روزانه دو بار جذر و مد به وجود می آید . اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد در هر نقطه بستگی به وضع قرار گرفتن ماه ، زمین و خورشید دارد و بزرگترین اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد ، معمولاً در اوایل پاییز به وجود می آید . برای اینکه بتوان از انرژی جذر و مد استفاده کرد باید یک خلیج و یا یک دریاچه مصنوعی را توسط سدی از دریا جدا نمود و در هنگام جذر و مد از جریان آبی که متناوباً بین این دو منبع ایجاد می شود برای چرخاندن پره های توربین و نهایتاً تولید برق استفاده کرد . با توجه به محدودیت های جغرافیایی در رابطه با استفاده از نیروی جذر و مد ، از این روش نمی توان به عنوان یک منبع عمده تولید انرژی استفاده کرد . در شکل (11) تصویری از یک نیروگاه آبی جذر و مدی نمایش داده شده است . نیروگاه آبی جذر و مدی نیروگاه آبی جذر و مدی نیروگاه آبی جذر و مدی نیروگاه آبی جذر و مدی شکل (11)


.: Weblog Themes By Pichak :.


تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است