الکترومغناطیس کاربردی
سال:1399 | دوره:8 | شماره:2 (پیاپی 21) |تعداد مقالات:12

ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) یکی از مهم ترین ژنراتورهایی است که در ساختار توربین های بادی مورد استفاده قرار می گیرد. در سالیان اخیر، تعداد DFIG هایی که در ساختار توربین های بادی استفاده شده، افزایش چشم گیری نسبت به دیگر ژنراتورها داشته است. از آن جا که مقالات محدودی در زمینه طراحی DFIG ها ارائه شده و روند طراحی و فرمول های مورد نیاز به صورت ناقص مورد بررسی قرار گرفته، در این مقاله طراحی نمونه یک DFIG 250 کیلوواتی به تفصیل ارائه شده است. در ابتدا محاسبات تحلیلی ابعاد، توزیع چگالی شار در استاتور و رتور و سایر کمیت های طراحی این ژنراتور ارائه شده و مدل تحلیلی-محاسباتی این طراحی به دست آمده است. همچنین الگوریتمی جدید که بر مبنای تکرار می باشد جهت حصول نتایج دقیق تر در طراحی انجام شده، ارائه شده است. سپس برای تأیید و صحت طراحی انجام شده از نرم افزار Ansys Maxwell که بر پایه آنالیز اجزای محدود می باشد استفاده شده است. در انتها نتایج حاصل از طراحی و آنالیز عددی با نتایج حاصل از آنالیز اجزای محدود مقایسه شده و این مقایسه صحت عملکرد طراحی انجام شده را نشان می دهد.

در این مقاله، یک فیلتر جدید باند وسیع بسیار کوچک با استفاده از حلقه مستطیلی بارگذاری شده با دو استاب مدارباز ارائه شده است. در این طراحی به منظور رسیدن به پاسخ فرکانسی یک فیلتر میان گذر دارای باند عبور وسیع، یک حلقه ریزنواری مستطیل شکل که در میان دو خط انتقال فاصله دار دوتایی دارای تزویج موازی قرار گرفته، استفاده شده است. با استفاده از این پیکره بندی، چهار قطب انتقال تولید می شود که به منظور کنترل قطب های انتقال در باند عبور، از دو استاب مدارباز استفاده شده است. به منظور کاهش ابعاد فیلتر طراحی شده، دو استاب مدارباز در داخل حلقه مستطیل شکل تعبیه شده اند. برای اعتبار بخشی به روش طراحی، ساختار فیلتر پیشنهادی ساخته و اندازه گیری شده است. با توجه به نتایج به دست آمده به وضوح دیده می شود که نتایج اندازه گیری با نتایج شبیه سازی سازگاری خیلی خوبی دارند. فیلتر پیشنهادی دارای پهنای باندی است که محدوده GHz 2/3 تا GHz 6/10 را پوشش می دهد که این محدوده فرکانسی معادل پهنای باند کسری % 5/107 است. فیلتر طراحی شده دارای لبه های تیز، تلفات باند عبور بسیار کم و مهم تر از همه، ابعاد کوچک است.

سامانه های انتقال توان بیسیم غیر تشعشعی بر پایه تشدیدکننده های تزویج شده مغناطیسی، به واسطه بازده بالا در مسافت های انتقال بیشتر از قطر سیم پیچ هایشان و محدوده میانی عملکردشان مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است. ساختار ارائه شده در این مقاله طراحی و پیاده سازی یک سامانه انتقال توان بیسیم مبتنی بر 4 سیم پیچ شامل سیم پیچ های تحریک، فرستنده، گیرنده و بار ارائه شده است. در حالتی که فرکانس تقویت کننده کلاس E با فرکانس تشدید فرستنده و گیرنده برابر باشد انتقال توان صورت خواهد گرفت. هدف این مقاله رسیدن به بالاترین بازده کاری بدون طراحی سامانه تطبیق امپدانس اضافی است و این رویکرد با تنظیم ضرایب تزویج و تغییر فاصله بین سیم پیچ های تحریک-بار و تشدیدکننده محقق خواهد شد. بیشینه بازده در فاصله cm 15، 93 درصد است و در فاصله cm 60 و cm 100 به ترتیب 3/56 و 6/35 درصد بهبود بازده نسبت به وضعیت ثابت بودن سیم پیچ ها مشاهده شده است.

در این مقاله، یک فیلتر جدید بالاگذر موج بری با تیغه فریتی به میزبانی دی الکتریک با حذف یک محدوده فرکانسی تنظیم پذیر تحلیل و طراحی شده است. باند گذر اول این فیلتر در محدوده فرکانسی که ساختار پیشنهادی دارای خاصیت چپ گردی هست، حاصل می شود. دلیل خاصیت چپ گردی به خاطر منفی شدن هم زمان نفوذپذیری منفی فریت و ضریب گذردهی نسبی ساختار به دلیل خاصیت پلازمونیکی موج بر زیر فرکانس قطع می باشد. باند ممنوعه فیلتر پیشنهادی در محدوده فرکانسی صورت می گیرد که نفوذپذیری مثبت شده اما گذردهی نسبی همچنان منفی می باشد. با مثبت شدن گذردهی نسبی موج بر، ساختار ارائه شده همانند یک موج بر عادی که دارای خاصیت راست گرد می باشد، عمل کرده و به عنوان یک فیلتر بالاگذر رفتار می کند. محدوده فرکانسی حذف شده (باند ممنوعه) در فیلتر پیشنهادی به دلیل خاصیت تنظیم پذیری فریت ها با بایاس مغناطیسی، می تواند در یک بازه مشخص کنترل شود. استفاده از این روش تنظیم پذیری پیچیدگی سامانه کنترل خارجی را به طور چشم گیر کاهش می دهد. برای تحلیل فیلتر موج بری پیشنهادی ابتدا با استفاده از حل معادلات ماکسول و به دست آوردن توزیع میدان الکتریکی و مغناطیسی نواحی داخل آن و اعمال شرایط مرزی، معادله مشخصه آن را به دست آورده و سپس با حل عددی این معادله، نمودار پاشندگی ساختار به دست آورده می شود. در ادامه برای تائید حل تحلیلی، ساختار پیشنهادی با استفاده از نرم افزار Ansoft HFSS مورد شبیه سازی قرار گرفته و در پایان پارامترهای پراکندگی آن مورد بررسی قرار گرفته می شود.

عوامل متعددی از قبیل اثرات غیرخطی و ناپایداری مدی در خروجی تقویت کننده ها و لیزرها فیبری پرتوان تأثیرگذار است. ازآنجاکه این افزاره ها کاربردهای بسیاری در صنعت و پزشکی و ادوات نظامی دارند، ازاین رو مطالعه بر روی عوامل مختلف تأثیرگذار در خروجی آنها مستقیماً در طراحی تقویت کننده ها و لیزرهای فیبری پرتوان انعکاس می یابد. در این مقاله ناپایداری مدی که بزرگ ترین عامل محدودکننده خروجی لیزرها و تقویت کننده های فیبری پرتوان است مورد مطالعه، شبیه سازی و بررسی قرار گرفته است. در این افزاره های توان بالا، به دلایل وجود نقص کوانتومی، تلفات و پراکندگی نور، دمای محیط افزایش می یابد این امر باعث می شود ضریب شکست محیط تغییر کند. تغییرات ضریب شکست عامل اصلی ناپایداری مدی در تقویت کننده ها و لیزرهای توان بالای فیبری است، در ناپایداری مدی، مد پایه با اولین مد مرتبه بالاتر تداخل کرده که موجب کاهش انرژی مد پایه می شود. در این مقاله تأثیر عوامل مختلف بر آستانه ناپایداری های مدی و انتقال توان از مد پایه به اولین مد مرتبه بالاتر مورد بررسی قرار گرفته است.

یکی از ویژگی های اصلی سلول خورشیدی پروسکایت، قابلیت جذب بالا در ناحیه مرئی است. با این حال می توان به جذب پایین آن ها در ناحیه فروسرخ که قسمت بزرگی از طیف خورشیدی در این ناحیه است و همچنین سمی بودن ترکیبات پروسکایت اشاره کرد. برای غلبه بر این مشکل نانوذرات فلزی معرفی شده اند. در این مقاله با قرار دادن نانوذرات در لایه جاذب پروسکایت به بررسی اثر اندازه، فاصله، موقعیت و ترکیب نانوساختارهای پلاسمونی بر روی جذب نور، جریان نوری، چگالی جریان اتصال کوتاه و بیشینه نرخ تولید در سلول خورشیدی پروسکایت پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از نانوذرات نقره با شعاع nm50 و فاصله nm20، خصوصیات نوری ذکرشده نسبت به حالت مرجع که بدون حضور نانوذرات است، 33/1 برابر افزایش می یابد. همچنین ضخامت های مختلف لایه جاذب که رابطه مستقیمی با میزان سمی بودن آن دارد نیز مورد بررسی قرار داده می شود.

دوقطبی کننده پالس بلوملین برای تولید پالس های ولتاژ بالا با عرض فوق باریک و دوقطبی شده در حد چند نانو ثانیه و کمتر مورد توجه صنایع امروزی می باشد. در دوقطبی کننده پالس بلوملین با استفاده از خطوط انتقال و انعکاس امواج در خطوط انتقال، ولتاژ تولیدشده به صورت متقارن دوقطبی درمی آید. ساختار واقعی مولد پالس بلوملین بر اساس ترکیب تو در توی چند خط انتقال است. مشکلی که مشاهده می شود این است که ولتاژ خروجی این ترکیب تودرتو نسبت به ولتاژ خروجی مدل مداری آن کیفیت پایین تری دارد. این مقاله در مورد نتایج طراحی و شبیه سازی یک دوقطبی کننده پالسی ولتاژ بالا با ولتاژ kV 300 و عرض پالس nS 2 با امپدانس بار Ω 50 می باشد. این مقاله با بررسی انواع عوامل فیزیکی ساختار تودرتو به بررسی تأثیر آنها بر شکل موج پالس دوقطبی شده می پردازد. نتایج شبیه سازی برای اعتبار سنجی تحلیل های انجام شده ارائه می شوند.

کوره های قوس الکتریکی از بزرگ ترین بارهای متمرکز، غیرخطی و با رفتار آشوبناک در شبکه های توزیع قدرت می باشند. مدل سازی و شبیه سازی مغناطیسی این بارها کمترین خطا را نسبت به ماهیت و رفتار فیزیکی قوس الکتریکی داشته و در دقت مطالعات، نقش بسزایی دارد. در این مقاله شبیه سازی کوره قوس الکتریکی AC فرکانس پایین، به روش اجزای محدود و با کمک نرم افزار قدرتمند COMSOL Multiphysics، انجام می گیرد. روش اجزای محدود جهت تحلیل های مغناطیسی، حرارتی و دینامیکی روش مرسومی بوده و توانمندی خود را در حوزه های فیزیکی مختلف به اثبات رسانیده است. در شبیه سازی به روش اجزای محدود، مدار الکتریکی مورد استفاده، ابعاد الکترود، شرایط دمایی اولیه و منبع تغذیه ورودی کوره نیز در نظر گرفته می شوند. با استفاده از حل هم زمان معادلات فیزیکی مختلف در نرم افزار COMSOL Multiphysics و بهره گیری از روابط و اصول مگنتوهیدرودینامیک، قانون آمپر، قانون اهم و معادلات ماکسول مدل قوس الکتریکی و نحوه ایجاد پلاسما مطالعه می شوند. سپس با استخراج نتایج و مقایسه با روابط و مطالعات پیشین، پایداری قوس مورد ارزیابی قرار می گیرد. پایداری قوس سبب کاهش هارمونیک های تولیدی و فلیکر ولتاژ تحمیلی به شبکه شده و نیاز به ادوات جبران ساز را کاهش می دهد.

در این مقاله، یک تقویت کننده کم نویز در باند Ka به صورت یکپارچه با استفاده از فناوری µ m InGaAs pHEMT 15/0 برای کاربرد در گیرنده های ماهواره ای ارائه می گردد. این تقویت کننده که متشکل از سه طبقه می باشد پس از طراحی و شبیه سازی، جانمایی شده و به صورت تمام موج شبیه سازی شده است. حداکثر عدد نویز تقویت کننده در بازه فرکانسی GHz 32 تا GHz 37 برابر با dB 8/1 و محدوده تغییرات بهره برابر dB 4/0 ± 7/20 به دست آمده است. میزان تلفات بازگشتی در ورودی و خروجی نیز بهتر از dB 16 و نقطه فشردگی بهره dB 1 در خروجی برابر با dBm 13 حاصل شده است. مساحت کل اشغال شده طرح نهایی برابر با mm2 3/1 × 6/1 می باشد. تقویت کننده های طبقات مختلف از نوع سورس مشترک با پیکربندی source degenerated بوده و تلاش شده است تا حد امکان تطبیق امپدانس با استفاده از خط انتقال بجای سلف پیاده سازی شود. پایداری مدار نیز در بازه فرکانسی وسیع تاGHz 45 برآورده شده که برای بهبود آن از یک مقاومت و مدار تشدید موازی در مسیر تغذیه کمک گرفته شده است.

از آن جا که درصد بالایی از خطاهای کابل های برق زیرزمینی در محل مفصل این کابل ها روی می دهد، لذا تشخیص محل مفصل در این کابل ها از مهم ترین چالش های شرکت های توزیع برق می باشد. در این مقاله یک روش غیرفعال برای تشخیص محل مفصل در کابل های برق زیرزمینی بر اساس تغییرات میدان های مغناطیسی در بالای محل کابل و در سطح زمین پیشنهاد شده است. برای این منظور در ابتدا میدان های مغناطیسی بالای یک کابل بلند که یک مفصل در وسط آن است، با استفاده از نرم افزار CST شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که هنگام اسکن در امتداد کابل، میدان مغناطیسی در محل مفصل تغییر می یابد که می تواند برای تعیین مکان آن استفاده گردد. جهت اطمینان از عملکرد روش پیشنهادی، شبیه سازی ها برای اتصالات مختلف واقع در اعماق مختلف و در خاک های مختلف انجام شده است. از جمله مزایای روش پیشنهادی عدم نیاز به منبع خارجی و همچنین عدم نیاز به قطع برق جهت یافتن محل مفصل در کابل های برق زیرزمینی می باشد.

در این مقاله تأثیر مدار رتور بر روی مشخصه های ماشین القایی دو سو-تغذیه بدون جاروبک (BDFIM) بررسی شده است. به این منظور یک مدل دینامیکی برای BDFIM با رتور حلقه-آشیانه ای (nested-loop) تهیه شده است. مدل مذکور بر پایه مدارهای تزویج شده سیم پیچی های استاتور و حلقه های رتور می باشد. با استفاده از روش تابع سیم پیچ، اندوکتانس های خودی و متقابل مدارهای تزویج شده به صورت توابعی از موقعیت رتور و پارامترهای ماشین به دست آمده اند. از این مدل به عنوان یک ابزار سریع جهت پیش-بینی عملکرد دینامیکی ماشین BDFIM استفاده شده است. تائید مدل به وسیله تحلیل جزای محدود ( FEA2) انجام شده است. با استفاده از مدل دینامیکی تهیه شده، برخی مشخصه های ماشین BDFIM مانند تلفات اهمی در شرایط بی باری و بارداری و تزویج مغناطیسی بین سیم پیچی های قدرت و کنترل برای دو ساختار مختلف رتور این ماشین (آشیانه با حلقه های سری و موازی) مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین با استفاده از مدل به دست آمده تأثیر تعداد و دهانه حلقه های رتور بر روی مشخصه های BDFIM مطالعه شده است.

هدف از اجرای طرح های پدافند غیرعامل، کاستن از آسیب پذیری نیروی انسانی و تجهیزات حیاتی و حساس کشور در شرایط بحرانی می باشد. از این رو، رعایت اصول پدافند غیرعامل به منظور پیشگیری و کاهش مخاطرات ناشی از سوانح طبیعی از جمله صاعقه ضروری و لازم می باشد. برخورد مستقیم و غیرمستقیم صاعقه به ساختمان ها و انتقال جریان آن از طریق خطوط خدماتی ورودی به آن ها می تواند باعث ایجاد ولتاژ گام و تماس گردد که برای انسان ها، ساختمان ها و محتویات با ارزش آن ها، آسیب زننده و خطرناک می باشد. به طور کلی ولتاژ گام تا شعاع چند متر در اطراف محل اصابت صاعقه، پراکنده می شود و امر موجب برق گرفتگی افرادی می شود که در اطراف آن حضور دارند. از این رو، تحقیق حاضر با هدف به حداقل رساندن آسیب های ناشی از برخورد صاعقه به مراکز حساس در ارتفاع بالا و مناطق صخره ای از منظر پدافند غیرعامل می پردازد. از آنجایی که عموماً ایستگاه های مخابراتی و دیتا در نقاط مرتفع کوهستانی و یا در فضاهای باز مستقر هستند، اهمیت حفاظت کارکنان در برابر صاعقه در آنها بسیار با اهمیت می باشد. در این مقاله، بهترین و بهینه ترین روش جهت اجرای سامانه زمین به منظور حداقل سازی ولتاژ گام و تماس سایت های مخابراتی در ارتفاع بالا با کمک نرم افزار قدرتمند CDEGS و مطابق استاندارهای بین المللی ارائه می گردد.