الکترومغناطیس کاربردی
سال:1399 | دوره:8 | شماره:1 (پیاپی 20) |تعداد مقالات:12

روش تفاضل محدود در حوزه زمان در سه بعد پیاده سازی و از آن برای محاسبه سطح مقطع کل ناشی از قطرات باران با شکل واقعی استفاده شده است. راستی آزمایی نتایج این روش از طریق شبیه سازی مدل MPP (واقعی) قطره باران با استفاده از روش معادلات انتگرالی حجمی در نرم افزار CST مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین میزان دقت مدل بیضی گون قطره باران از طریق مقایسه نتایج سطح مقطع کل آن با مدل MPP سنجیده و نتایج شبیه سازی ها در فرکانس GHz 30 و به ازای قطبش های عمودی و افقی موج تابشی ارایه شده است. در نهایت از نتایج محاسبات سطح مقطع کل برای محاسبه تضعیف ویژه قطرات باران با مدل توزیع مارشال-پالمر برای قطرات در محیط استفاده شده است. نمودارهای میزان تضعیف ویژه ناشی از محیط باران به ازای شدت بارش های مختلف و در قطبش های عمودی و افقی موج تابشی ارایه شده اند. این نتایج در محاسبات مربوط به انتشار امواج در محیط های بارانی قابل اعمال خواهند بود.

برخلاف آرایه های فازی مرسوم که الگوی تشعشعی آن فقط وابسته به زاویه است، آرایه های با چندگانگی فرکانس (FDA) الگوی تشعشعی وابسته به فاصله، زاویه و زمان را تولید می کنند. خاصیت فوق در نتیجه استفاده از چندگانی فرکانس در تحریک عناصر آرایه است. در سال های اخیر تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده است و آرایش های فرکانسی مختلفی اعم از خطی و غیرخطی به منظور تحریک عناصر پیشنهاد شده که در عمده آنها از موج پیوسته استفاده شده است. در این مقاله بجای موج پیوسته از پالس جهت تحریک عناصر آرایه استفاده می شود. بدین لحاظ ابتدا با تحریک پالسی آرایه خطی، مشخصات تشعشعی آن استخراج شده و سپس هندسه آرایه به حالت صفحه ای ارتقاء داده می شود. در این حالت الگوی تشعشعی آن برای زمان های مختلف ترسیم می گردد. در نهایت با اعمال ضرایب وزن دار به آرایه شکل دهی پرتو، انجام شده و بیشینه پرتو در نقطه ای خاص متمرکز می شود.

افزایش بازده موتورها در صرفه جویی انرژی مصرفی آن ها تاثیر بسزایی دارد. با محاسبه انرژی مصرفی سالانه موتور، می توان اثر افزایش بازده در صرفه جویی انرژی را تخمین زد. یکی از روش های کارآمد و ارزان جهت افزایش بازده انرژی موتورها، بازسیم پیچی یا طراحی مجدد سیم پیچی استاتور است. ایجاد صرفه جویی مالی و کاهش مصرف انرژی از طریق بازسیم پیچی موتورها می تواند توجه سرمایه گذاران را به خود جلب کند. در این مقاله، موتور القایی تک فاز با توان 75/0 اسب بخار برای عملکرد سه فاز، باز سیم پیچی شده و تحلیل الکترومغناطیسی به روش المان محدود با استفاده از نرم افزار فلاکس انجام شده و مشخصات عملکردی آن مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل های اقتصادی شامل هزینه های عملیاتی، دوره بازگشت سرمایه و صرفه جویی سالانه انرژی نیز محاسبه شده است. طبق نتایج به دست آمده، بازده موتور باز سیم پیچی شده سه فاز نسبت به موتور القایی تک فاز، حدود %5/12 افزایش پیدا کرده و دوره بازگشت سرمایه آن با قیمت برق 13 سنت در هر کیلووات ساعت حدود یک سال به دست آمد. بر اساس مقایسه ای که انجام شده، جایگزینی موتور القایی تک فاز با موتور باز سیم پیچی شده سه فاز در کلاس بازده استاندارد (IE1)، کم هزینه تر از جایگزینی با موتوری در این کلاس بازده است و صرفه جویی مالی آن در بار کامل حدود 61 دلار به دست می آید. جهت راستی آزمایی، نتایج آزمایشگاهی با نتایج شبیه سازی مقایسه گردید و خطای ناشی از اندازه گیری حدود %6 مشاهده شد.

در این مقاله ساختاری جاذب مبتنی بر فرامواد به منظور کاهش سطح مقطع راداری اجسام معرفی گردیده است که آرایه دوره ای آن از هندسه جدید و نسبتا ساده ای برخوردار است و ضخامت آن 1/4 میلی متر است. سازه مورد نظر توسط روش تطبیق امپدانس مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی انجام شده با استفاده از نرم افزار CST نشان می دهد که این ساختار در بازه فرکانسی 8/1 الی 10 گیگاهرتز در قطبش های TE و TM امواج فرودی دارای جذب مناسبی است که باعث می شود سطح مقطع راداری حداقل 2 و حداکثر 80 دسی بل کاهش یابد. سازه جاذب پیشنهادی، ضخامت، اندازه و وزن مناسبی را دارا است که استفاده از آن باعث بهبود در کاهش سطح مقطع راداری اجسام خواهد شد و بدنه اجسام را رادار گریز خواهد کرد.

در این مقاله به نحوه ایجاد امپدانس سطحی مصنوعی در آنتن موج نشتی می پردازیم. موضوع اصلی مقاله نحوه محاسبه و ایجاد امپدانس سطحی در آنتن موج نشتی متناوب دندانه ای تمام فلزی با عمق ثابت و پهنای دندانه متغیر است. نتیجه حاصل از طراحی آنتن موج نشتی متناوب دندانه ای عمق ثابت و پهنای دندانه متغیر پیشنهادی، معرفی آنتنی است که به روش مدولاسیون امپدانس سطحی قادر به انتشار موج در راستای مورد نظر (در این مقاله ° 30+ درجه) است. همچنین با توجه به نوع ساختار آنتن موج نشتی که امکان تشعشع به طور هم زمان در چند مد و در نتیجه در چند جهت را دارد روش انتشار به صورت تک مد و تک جهت نیز ارایه گردیده است. همچنین با توجه به قابلیت چرخش پرتو با تغییر فرکانس کار آنتن، چرخش پرتو آنتن موج نشتی پیشنهادی با تغییر فرکانس نیز بررسی شده است. با تغییر فرکانس از 8 الی 10 گیگاهرتز، پرتو آنتن از ° 5-تا ° 30+ خواهد چرخید.

یک سطح انتقالی دارای قابلیت شکل دهی پرتو با تلف کم و پهنای کاری وسیع معرفی شده است. ساخت ساده، قابلیت تنظیم فاز انتقالی از ویژگی های این آنتن می باشد. پهنای باند شکل بیم زینی این سلول ارایه شده بیشتر از 20 درصد و بازدهی دهانه آنتن در حدود 55 درصد در فرکانس مرکزی است. سلول واحد دایپل حلزونی در سطح انتقالی با پرتو زینی شکل استفاده شده است که از 3 لایه برد فرکانس بالا برای کاربردهای ماهواره ای در باند X طراحی شده و نتایج شبیه سازی و بهینه سازی آن ارایه شده است.

در این مقاله ساختار شار محوری ترکیبی موتور سنکرون آهنربای دایم به همراه چرخ دنده مغناطیسی به منظور افزایش چگالی گشتاور مورد بررسی قرار می گیرد. موتور دارای دو روتور با آهنرباهای میله ای با قطبیدگی مماسی و فاقد هسته بوده و مدولاتورها در فواصل هوایی نقش مدولاسیون میدان مغناطیسی را برای استاتور و روتور ایفا می کنند. شکل در نظر گرفته شده برای آهنرباهای دایم امکان ایجاد راندمان زیادتر و در عین حال طول محوری کم تر را فراهم می آورد. قطب های نرم مغناطیسی قرار گرفته در بین آهنرباها، نقش تعیین کننده ای در توزیع میدان مغناطیسی و نیز پروفیل گشتاور حاصل از ماشین را بر عهده دارند. در این مقاله رخ قطب نرم مغناطیس به گونه ای اصلاح و بهینه می گردد تا با استفاده از فاصله هوایی متغیر بتوان توزیع میدان سینوسی تر و گشتاور خروجی زیادتر و نیز نوسانات گشتاور کم تر را نسبت به حالت اولیه به دست آورد.

در این مقاله، ماشین خطی ورنیر مغناطیس دایم نصب شده روی دندانه های اولیه با ابعاد هندسی طراحی شده ارایه می شود. ساختار هندسی بهبودیافته اولیه ماشین ورنیر خطی مطالعه شده موجب مطلوب ترشدن عملکرد آن در مقایسه با ساختار ماشین ورنیر موجود شده است. در ماشین مذکور، سیم پیچی های آرمیچر و عناصر مغناطیس دایم هر دو روی اولیه ماشین قرار گرفته اند که موجب سادگی ساختار ثانویه شامل هسته ای آهنی قطب برجسته می شود. این ویژگی باعث مقرون به صرفه شدن ماشین در مصارف با مسافت های طولانی ریل در عین بهبود ضریب توان و چگالی نیرو می گردد. بعد از تشریح ساختار ماشین، اساس کار ماشین بیان شده و در ادامه مشخصه های مغناطیسی مانند شار، ولتاژ بی باری، نیروی محوری و اندوکتانس های خودی و متقابل موجود بین فازهای مختلف ماشین پیشنهادی توسط تحلیل اجزای محدود تحلیل شده و همچنین با تجزیه خروجی های مذکور مشخصه های الکتریکی ماشین توسط سیمولینک متلب محاسبه می گردد.

در این مقاله فرایند نمونه برداری دقیق و سرعت بالا، شبیه سازی و چالش های طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دقیق میدان مغناطیسی با استفاده از مجموعه ای از حسگرهای مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری مزبور شامل طراحی مفهومی، انتخاب حسگر حساس، ساخت سامانه نمونه برداری سرعت بالا منطبق بر حسگرهای مغناطیسی، کاهش سیگنال ناخواسته مغناطیسی و الکتریکی، انتقال داده پرحجم بدون از دست دادن داده به رایانه، برنامه سازی جهت دریافت داده های خام و محاسبات اولیه و برنامه نویسی گرافیکی جهت نمایش و مقایسه نمودارها می باشد. نتایج آزمایش های انجام شده برای حالت های مختلف میدان مغناطیسی با نتایج مقالات قبلی مقایسه شده است. در پیاده سازی سخت افزار سامانه اندازه گیری دقیق از قطعات الکترونیکی با میزان سیگنال ناخواسته پایین شامل تقویت کننده های عملیاتی با پهنای باند بالا و دریفت بسیار کم، رگولاتورهای با سیگنال ناخواسته بسیار کم، مبدل های آنالوگ به دیجیتال 24 بیتی با سرعت MS/s 5/2 FPGAهای مدل اسپارتان III و پردازنده مبتنی بر ARM Cortex M4 استفاده گردیده است. در نرم افزار این سامانه اندازه گیری از الگوریتم لونبرگ-مارکوارد و الگوریتم های میانگین گیری به منظور واسنجی و نمایش زمان-واقعی داده های دریافت شده از حسگرهای فلاکس گیت بهره گرفته شده است. ویژگی خاص سامانه اندازه گیری طراحی شده در این مقاله، بومی سازی فناوری ساخت سامانه های دیجیتال ساز اندازه گیری دقیق میدان مغناطیسی است که در سامانه های تله متری و زیرسامانه های فضاپیماها کاربرد فراوانی دارند. همچنین از برتری این سامانه نسبت به نمونه های مشابه خارجی، دقت بسیار بالا در دیجیتال سازی داده های آنالوگ با دقت 24 بیت و خطای پایین این سامانه در حدود µ V 5/182و انتقال و نمایش زمان-واقعی این داده ها در رایانه است.

در این پژوهش، به طور عددی گسیل فوتوالکترون ها در گازهای هیدروژنی با استفاده از میدان های نزدیک پراکنده شده، بررسی می شود. میدان های نزدیک توسط نانوکره فلزی تک لایه و هم چنین نانوکره فلزی هسته/پوسته ای که تحت تابش میدان تخت قطبیده قرار دارند ایجاد می شوند. محاسبات این میدان ها به صورت تحلیلی با استفاده از تیوری مای که سال های بسیاری یک ابزار قدرتمند برای فهم پراکندگی تابش الکترومغناطیسی بوده است انجام می شود. نتایج نشان می دهد که حضور یک لایه پوششی عایق سیلیسیم دور نانو کره فلزی و ایجاد نانوساختار هسته/پوسته، نه تنها می توان بر مشکل محدود بودن شدت باریکه لیزری فرودی قابل تحمل غلبه کرد بلکه باعث تقویت بیشتر میدان لیزری نسبت به تک کره فلزی می شود. وابستگی فضایی میدان های نزدیک و هم چنین تقویت میدان های نزدیک در اطراف قطب های سطح نانوکره، پتانسیل زیادی برای تولید فوتون های طول موج کوتاه به وسیله تابش مستقیم نوسانگرهای لیزری فمتوثانیه ای متداول را فراهم می کند. طیف های هماهنگ تحت تاثیر طول موج باریکه فرودی، شعاع ذرات، ضخامت پوسته و فاصله بین اتم هیدروژن و نانوذره می باشد. چنین منابع لیزری می تواند برای مشاهدات زمان-واقعی و کنترل در محدوده زمانی متناظر با دینامیک الکترونی، عکس برداری و طیف سنجی فوق سریع به کار می رود.

این مقاله به طراحی و تحلیل الکترومغناطیسی سامانه کویل گان القایی سه طبقه می پردازد. در ابتدا، تیوری عملکرد سامانه کویل گان چندطبقه به اختصار معرفی شده و سپس یک شبیه سازی گذرا از حرکت پرتابه، جهت تحلیل و محاسبه ولتاژ، جریان، نیرو، سرعت و شتاب سامانه کویل گان با استفاده از نرم افزار تحلیل اجزا محدودANSYS Maxwell انجام می گیرد. جهت اعتبارسنجی پرتاب گر الکترومغناطیسی طراحی شده، با استفاده از معادلات حالت آن، سامانه را در نرم افزار MATLAB شبیه سازی کرده و نتایج حاصل از تحلیل الکترومغناطیسی با نتایج به دست آمده از روابط تحلیلی، مقایسه شده است. سامانه طراحی شده دارای بازده حدود 31 درصد است که قادر است یک جسم کیلوگرمی را با سرعت دهانه خروجی 109 پرتاب نماید. ویژگی های طراحی و نتایج تجزیه و تحلیل مربوط به کویل گان می تواند به طور موثر برای توسعه یک سامانه کویل گان با مقیاس بزرگ به کار گرفته شود.

در سال های اخیر، رشد جمعیت در منطقه شهری و افزایش تقاضای انرژی الکتریکی، منجر به گسترش شبکه برق رسانی، بارگذاری بیشتر در خطوط انتقال انرژی الکتریکی و کاهش حریم خطوط شده است. به واسطه چنین شرایطی، احتمال قرار گرفتن در معرض میدان های الکتریکی و مغناطیسی در محیط های مسکونی و کاری افزایش یافته است. از آنجایی که قرار گرفتن در معرض میدان های الکترومغناطیسی در فرکانس قدرت بر سلامت انسان تاثیرگذار می باشد، این عامل به عنوان چالشی جدی مطرح شده است. به منظور آگاهی از چگونگی انتشار میدان های الکترومغناطیسی، مدل سازی میدان های الکتریکی و مغناطیسی با استفاده از روش هوش مصنوعی به عنوان روشی دقیق و سریع مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. در این مقاله از شبکه عصبی مبتنی بر توابع پایه شعاعی نرمالیزه شده به منظور تخمین میدان های الکتریکی و چگالی شار مغناطیسی استفاده شده است. داده های مورد نیاز به منظور آموزش و اعتبارسنجی مدل ارایه شده، با استفاده از شبیه سازی به روش اجزاء محدود پنج آرایش متفاوت از خطوط شبکه توزیع 20 کیلوولت توسط نرم افزار COMSOL استخراج شده است. بر اساس شبیه سازی انجام شده، مقادیر میدان های الکتریکی و چگالی شار مغناطیسی در مختصات های طولی و عرضی مختلفی از فضای اطراف خطوط اندازه گیری شده است. مقایسه نتایج تخمین زده شده و اندازه گیری شده نشان داده است که مدل ارایه شده دارای دقت بسیار خوبی در تعیین میدان الکتریکی و چگالی شار مغناطیسی در نقاط مختلف اطراف خطوط در ساختارهای مختلف شبکه توزیع است.