دانلود پروژه بررسی مدارهای الکترونیکی

پروژه جامع بررسی مدارهای الکترونیکی همراه با مثالها و مسائل در 149 صفحه ورد قابل ویرایش - معرفی و بخشهایی از متن:

فصل اول

مبانی مدارهای الکتریکی

مقدمه

اجزا واحدها در سیستم SI به صورت اعشاری است. برای مشخص کردن توان های ده، پیشوندهای خاصی همراه واحدهای این سیستم به کار می رود.

کمیات اساسی الکتریکی

بار

می دانیم که در یک اتم، الکترون بار منفی و پروتون بار مثبت دارد و بار یک الکترون با بار یک پروتون برابر است. واحد بار الکتریکی کولن (C) است. یک کولن برابر بار 108*24/6 الکترون است. یعنی یک الکترون دارای بار C 19-10*6/1 است.

جریان

بار متحرک نشان دهنده جریان است. جریان در یک مسیر مجزا، مثلاً یک سیم فلزی، علاوه بر مقدار، جهت نیز دارد. جریان، آهنگ عبور بار از یک نقطه در یک جهت خاص است.

پس از مشخص کردن یک جهت مرجع، کل باری که از زمان t=0 به بعد از یک نقطه مرجع در آن جهت عبور کرده را q(t) می نامیم. آهنگ عبور بار در لحظه t برابر است. با کاهش فاصله می توان نوشت:

جریان، برابر آهنگ زمانی عبور بار مثبت از یک نقطه مرجع در یک جهت مشخص است. جریان را با i یا I نشان می دهیم. بنابراین:

واحد جریان آمپر (A) است. یک آمپر، انتقال بار با آهنگ 1 کولن بر ثانیه را نشان می دهد. برای به دست آوردن باری که در فاصله t0 تا t منتقل شده، می توان از رابطه 1-3 استفاده کرد.

1-2-3- ولتاژ

هر عنصر را به صورت یک شکل دارای دو پایانه یا دو سر نشان می دهیم. (شکل 1-1)

در یک مقاومت، جریان از نقطه با پتانسیل بیشتر به نقطه با پتانسیل کمتر جاری می گردد. معمولاً پتانسیل بیشتر را با علامت + و پتانسیل کمتر را با علامت - نشان می دهند. مقاومت، یک عنصر مصرف کننده انرژی الکتریکی است. یعنی توان در آن تلف می شود. توان تلف شده در یک مقاومت از رابطه 1-7 به دست می آید.

عکس مقاومت را رسانایی می گوئیم و با G نشان می دهیم. بنابراین:

واحد رسانایی مهو یا زیمنس است.

1-3- اتصال سری مقاومت ها

منظور از سری کردن مقاومت ها آن است که آنها را به صورت زنجیره ای و سر به سر به هم وصل کنیم. در اتصال سری فقط یک مسیر برای عبور جریان به وجود می آید و لذا از تمامی مقاومت ها جریان یکسانی می گذرد. شکل 1-3 اتصال سری مقاومت ها را نشان می دهد.

می توان تعدادی مقاومت سری را ساده کرد و به جای آنها یک مقاومت گذاشت. این مقاومت را مقاومت کل یا مقاومت معادل می گوییم. اگر مقاومت های Rn , … , R2, R1 به صورت سری به هم متصل باشند، مقاومت معادل آنها از رابطه 1-9 به دست می آید.

در مدار شکل 1-4 مقدار مقاومت کل را حساب کنید.

اتصال موازی مقاومت ها

هرگاه دو یا چند مقاومت در یک مدار الکتریکی از دو سر به هم متصل باشند آنها را موازی می گوئیم. در اتصال موازی مقاومت ها، ولتاژ تمام مقاومت ها با هم برابر است. شکل 1-5 اتصال موازی مقاومت ها را نشان می دهد.

هرگاه چند مقاومت با هم موازی شوند، مقاومت کل کاهش می یابد. مقاومت معادل چند مقاومت موازی از رابطه 1-10 به دست می آید:

بنابراین مقاومت معادل دو مقاومت مساوی، نصف آن مقاومت است. اگر n مقاومت مساوی را به صورت موازی به هم ببندیم مقاومت معادل برابر خواهد بود.

منبع ولتاژ

منبع ولتاژ دارای یک پایانه مثبت و یک پایانه منفی است. انرژی از طریق ترمینال منفی به الکترونها اعمال می گردد و آنها را از طریق یک هادی (سیم) به ترمینال مثبت سوق می دهد. در نتیجه جریان به مصرف کننده ای که در مسیر سیم قرار دارد می رسد و انرژی به آن منتقل می شود.

منابع ولتاژ به دو صورت منبع ولتاژ مستقیم (DC) و منبع ولتاژ متناوب (AC) وجود دارند. منبع ولتاژ مستقیم یک ولتاژ ثابت تولید می کند. به عبارت دیگر ولتاژ دو سر پایانه های آن همیشه یک مقدار ثابت است. شکل 1-8 علامت مداری یک منبع ولتاژ مستقیم را نشان می دهد.

اگر جهت جریان را عکس جهت حرکت الکترون در نظر بگیریم، جهت جریان در منبع ولتاژ شکل 1-8 از B به A خواهد بود.

منابع ولتاژ متناوب در فصل های آینده توضیح داده خواهد شد.

منبع جریان

یک منبع جریان، مقدار جریان ثابتی تولید می کند. علامت مداری منبع جریان در شکل 1-9 نشان داده شده است.

قانون ولتاژ کیرشف (KVL)

قانون ولتاژ کیرشف بیان می دارد که مجموع ولتاژها در یک مسیر بسته برابر صفر است. یا به عبارت دیگر مجموع افتهای ولتاژ در یک مسیر بسته مساوی با ولتاژ کل منبع تغذیه می باشد. هنگامیکه در یک مسیر بسته حرکت می کنیم پلاریته یا جهت ولتاژ باید در نظر گرفته شود. بنابراین می توان در یک مسیر بسته اگر از پلاریته مثبت یک عنصر به پلاریته منفی آن وارد شدیم، ولتاژ را با علامت منفی و اگر از پلاریته منفی به پلاریته مثبت عنصر حرکت کردیم، ولتاژ را با علامت مثبت نشان داد. این علامت گذاری قراردادی است و می توان علامت ولتاژ را برعکس نیز در نظر گرفت.

ژنراتورهای سنکرون

ژنراتورهای سنکرون یا آلترناتورها ، ماشین های سنکرونی هستند که برای تبدیل توان مکانیکی به توان الکتریکی ac به کار می روند. در این جا به بررسی کار ژنراتورهای سنکرونی هم در حالتی که به تنهایی کار می کنند و هم در حالتی که همراه ژنراتورهای دیگر کار می کنند اختصاص دارد.

ساختمان ژنراتور سنکرون

در ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچی روتور اعمال می شود که میدان مغناطیسی روتور را تولید می نماید. روتور ژنراتور نیز توسط یک محرک اولیه به گردش در می آید و به این ترتیب یک میدان مغناطیسی دوار درون ماشین ایجاد می گردد. این میدان مغناطیسی دوار در سیم پیچی های استاتور ژنراتور یک مجموعه ولتاژ سه فاز القا می کند. سیم پیچی میدان و آرمیچر دو اصطلاح متداول هستند که برای توصیف سیم پیچی های ماشین به کار می روند. به طور کلی اصطلاح سیم پیچی به سیم پیچی هایی اطلاق می شود که میدان مغناطیسی اصلی ماشین را تولید می کند. و اصطلاح سیم پیچی آرمیچر به سیم پیچی هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القا می شود. در ماشینهای سنکرون، سیم پیچی های میدان بر روتور قرار دارند. پس عبارت های سیم پیچی روتور و سیم پیچی میدان را می توان به جای هم به کار برد. عبارت های سیم پیچی آرمیچر نیز وضعیت مشابهی دارند. روتور ژنراتور سنکرون اساساً یک الکترومغناطیس بزرگ است. قطب های مغناطیسی روتور می توانند ساختمان برجسته و یا صاف داشته باشند. قطب برجسته به قطب مغناطیسی گفته می شود که نسبت به سطح روتور پیش آمادگی دارد. از سویی دیگر، قطب صاف قطب مغناطیسی ای است که با سطح روتور هم سطح باشد.

سرعت چرخش ژنراتور سنکرون

ژنراتورهای سنکرون طبق تعریف سنکرون و یا همزمان اند. به این معنی که فرکانس الکتریکی تولید شده با سرعت چرخش مکانیکی ژنراتور همزمان است. روتور ژنراتور سنکرون یک الکترومغناطیس است که به آن جریان dc اعمال می گردد. میدان مغناطیسی روتور همراه با چرخش روتور می چرخد. پس بین سرعت چرخش میدان مغناطیسی ماشین و فرکانس الکتریکی استاتور رابطه ای به صورت زیر باشد.

که در این رابطه، fc فرکانس الکتریکی برحسب Hz ،nm سرعت مکانیکی میدان مغناطیسی برحسب (سرعت روتور ماشین سنکرون) و P تعداد قطب ها می باشد.

چون که روتور با همان سرعت میدان مغناطیسی می چرخد این معادله سرعت چرخش روتور را به فرکانس الکتریکی حاصل مربوط می کند. توان الکتریکی در فرکانس 50 یا 60 هرتز تولید می شود. پس ژنراتور باید با سرعت ثابتی که به تعداد قطب های ماشین بستگی دارد بچرخد.

ولتاژ داخلی تولید شده در ژنراتور سنکرون

ولتاژ داخلی تولید شده EA مستقیما با شار و سرعت متناسب است. یعنی که K ثابت مربوط به ساختمان ماشین می باشد. و خود شار تابعی از جریان میدان روتور است رابطه بین جریان میدان IF و شار مطابق شکلی است که ملاحظه خواهد شد. و EA نیز تابعی از می باشد پس نمودار EA برحسب IF نیز خواهد آمد.

مدار معادل ژنراتور سنکرون

ولتاژ EA ، ولتاژ داخلی تولید شده در یک فاز ژنراتور سنکرون است. اما این ولتاژ EA، معمولاً ولتاژی نیست که در پایانه های ژنراتور ظاهر می شود. در حقیقت تنها زمانی ولتاژ داخلی EA برابر با ولتاژ خروجی یک فاز است که جریانی از آرمیچر نگذرد. چرا ولتاژ خروجی یک فاز با EA برابر نیست و چه رابطه ای بین این دو ولتاژ وجود دارد؟ پاسخ به این سوالات در واقع مدل ژنراتور سنکرون را به دست می دهد. تفاوت بین EA و به چند عامل بستگی دارد.

1- اعوجاجی که به علت جریان استاتور در میدان مغناطیسی فاصله هوایی ایجاد شده و عکس العمل آرمیچر نامیده می شود.

2- خودالقا کنایی پیچک های آرمیچر

3- مقاومت پیچکهای آرمیچر

4- اثر شکل قطب برجسته روتور

با استفاده از سه عامل اول رولی برای ماشین به دست می آوریم. و برای این که اثر عامل چهارم را در نظر نگیریم. ماشین را با روتور صاف یا استوانه ای فرض می نمائیم. این فرض موجب می شود تمام جوابهای محاسبه شده برای ماشین های با قطب های برجسته، تقریبی باشد ولی معمولاً خطاها نسبتاً کوچک هستند. اولین اثری که ذکر شد و معمولاً بزرگ ترین اثر نیز هست. عکس العمل آرمیچر است.

فهرست

مقدمه

کمیات اساسی الکتریکی

بار

جریان

ولتاژ

توان الکتریکی

مقاومت

اتصال سری مقاومتها

اتصال موازی مقاومتها

منابع

منبع ولتاژ

منبع جریان

قانون ولتاژ کیرشهف (KVL)

مقسم ولتاژ

مقسم جریان

مدارهای مختلط

زمین مدار

مسائل فصل

فصل دوم: جریان متناوب

موج سینوسی

فرکانس

مقدار متوسط

قوانین اهم در مدارهای AC

فاز

فازور

اعداد مختلط

ساده کردن اعداد مختلط

موج پالس

موج مثلثی

مسائل فصل دوم

فصل سوم روشهای تحلیل مدار

تبدیل منابع

قضیه جمع آثار

روش ولتاژ گره ها

روش جریان مش

روش تونن

روش نورتن

انتقالی حداکثر توان به بار

مسائل فصل

فصل چهارم: وسایل اندازه گیری

ولتمتر

آمپرمتر

اهم متر

تست کردن قطعات الکتریکی

سیم

مقاومت

سلف

خازن

اسیلسکوپ

مسائل فصل چهارم

فصل پنجم: خازن و سلف در جریان مستقیم

خازن

خازن در جریان مستقیم

شارژ خازن

دشارژ خازن

به هم بستن خازنها

سلف

سلف در جریان مستقیم

تغییرات جریان در سلف

به هم بستن سلف ها

مسائل فصل پنجم

فصل ششم: خازن و سلف در جریان متناوب

مدارهای RC

مدارهای RC موازی

مدارهای RL

مدار RL سری

مدار RL موازی

مسائل فصل ششم

فصل هفتم: مدارهای RLC

RLC سری

فرکانس تشدید مدار سری

RLC موازی

فرکانس تشدید در RLC موازی

پهنای باند

مسائل فصل هفتم

فصل هشتم ترانسفورماتورها

اندوکتانس متقابل

توان

بازتاب امپدانس

مسائل فصل هشتم

فصل نهم: سیستم های چند فازه

سیستم تک فاز

سیستم سه فاز

توان در مدارهای سه فاز

مسائل فصل نهم:

فصل : موتور و ژنراتورهای DC

موتورهای DC

معرفی موتورهای DC

انواع موتورهای DC

مدار معادل موتورهای DC

موتورهای DC تحریک مجزا و موازی

مشخصه پایانه ای موتور DC موازی

معرفی ژنراتورهای DC

ژنراتور تحریک مجزا

مشخصات پایانه ای ژنراتورهای تحریک مجزا

کنترل ولتاژ پایانه ای

ژنراتور dc موازی

موتورهای سنکرون

مدار معادل موتور سنکرون

موتور سنکرون از دید میدان مغناطیسی

کار موتور سنکرون در حالت پایدار

سختی مشخصه گشتاور در سرعت موتور سنکرون

اثر تغییرات بار روی موتور سنکرون

نمودار فیزوری ژنراتور سنکرون

ژنراتور سنکرون

ساختمان ژنراتور سنکرون

سرعت و چرخش ژنراتور سنکرون

اندازه گیری پارامترهای مدل ژنراتور سنکرون

نسبت اتصال کوتاه

اثر تغییرات جریان میدان بر موتورهای سنکرون

موتور سنکرون کم تحریک و موتور سنکرون پر تحریک

مسائل