برداشتهای ژئوالکتریکی

پایه ی روشهای متنوع اکتشافات ژئوفیزیکی ظرفیت زمین برای تولید و پاسخ میدانهای الکتریکی است. ایده اکتشافات مواد معدنی با کمک اندازه گیری های الکتریکی در حدود سالهای دهه ی 1800 ارائه شد، اما کاربرد عملی و نتیجه بخش این روش حدود یک قرن بعد مسیر گردید.

در تمام روش های گوناگون الکتریکی برای اکتشافات ژئوفیزیکی از عبور جریان الکتریکی در داخل زمین استفاده می گردد. تمام اجسام باعث کند شدن جریان الکتریکی می شوند، به طوری که انرژی بایستی برای حرکت ذرات مصرف شود. میزان جلوگیری اجسام در برابر عبور جریان با عنوان مقاومت ویژه الکتریکی مربوط جسم توصیف می شود. یکی از اهداف برداشتهای الکتریکی، اندازه گیری این خاصیت فیزیکی که به عنوان پایه ای برای تشخیص لایه بندی و ساختمانهای داخل زمین تلقی می شود.

        روشهای برداشت مقاومت ویژه الکتریکی که توسط ایجاد جریان مستقیم در داخل زمین در بین دهها صورت می گیرد، بهترین وسیله برای دقت روی قسمتهای مخصوص در زمین می باشد. نتایج روشها کمترین مشکل برای فهم و تفسیر خواهند داشت. بنابراین ما بحث را با روشهای جریان مستقیم اندازه گیری مقاومت ویژه آغاز خواهیم کرد.

         روش برداشت الکتریکی دیگر که پلاریزاسیون القایی نامیده شده گسترش یافته از عمل برداشت مقاومت سنجی است. ورود جریان به داخل زمین میدان الکتریکی تولید کرده که براین زمان کوتاهی بعد منبع جریان ادامه می یابد. تداوم این میدان موقتی بستگی به ظرفیت زمین برای تخلیه تمرکز بار به آمده با جریان ورودی دارد. درباره این که چگونه برداشت پلاریزاسیون القایی تداوم میدان الکتریکی، روشهای برداشت الکتریکی دیگر شکل میدانهای الکتریکی اتفاق افتاده طبیعی را آزمایش می کند.

        هدف روشهای معروف پتانسیل خودزا (sp) نقشه برداری میدانهای دایمی است که نزدیک تمرکز بار الکتریکی وجود دارد. عملیات و الکتروشیمیایی همراه با ساختمانها و ذخیره های معدنی این تمرکز را تولید کرده به طوری که ساختمان به صورت یک باطری طبیعی عمل می کند.

        گروه ژئوفیزیک سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور در اواخر سال 1379 به سرپرستی آقایان عامری و شاهین برای مطالعه و برداشتهای ژئوفیزیکی به روش IP  و RS  به منطقه عزیمت کردند. مأموریت در دو منطقه چاه کلپ و چاه زاغو در 3676 ایستگاه انجام شد. برداشتهای ژئوالکتریکی با آرایش مستطیلی با خط جریان 800 متری (AB = 800 m) و آرایش دو قطبی ـ دو قطبی با مشخصه AB = MN = 20 m و دو آرایش سه الکترونی (قطبی ـ دو قطبی) صورت گرفت. همچنین قریب 80 درصد ایستگاهها توسط گروه نقشه برداری سامان زمین شناسی اکتشافات معدنی کشور توسط دستگاه دیستومات، به فاصله 20 متر از یکدیگر و در سیستم UTM پیاده و برداشت گردید.

         قبل از توضیح کارهای انجام شده در  منطقه چاه کلپ، مبانی برداشتهای ژئوالکتریکی مختصرا بیان می شوند.

روش پلاریزاسیون القایی :

        اول بار در اواخر دهه 1940 روش پلاریزاسیون القایی برای اکتشاف توده های کاسنگی، بویژه برای سولفید های پراکنده ( disseminuted) مورد استفاده قرار گرفت. در دهه 1960 از این روش به طور گسترده در اکتشافات ژئوفیزیکی معدنی استفاده گردید. کزاواشلامبرگر احتمالا اولین فردی بود که وجود پلاریزاسیون القایی را گزارش کرد. وقتی که جریان الکتریکی وادار به حرکت در زمین به وسیله الکترودهای منبع و مخزن می شود ممکن است در جاهای مختلف تمرکز بارهای الکتریکی ایجاد شود. پس از قطع جریان ورودی این بارها به توزیع اولیه خود در زمین بر می گردند. در اثنای مدت زمانی که تمرکز بارها از بین می رود پتانسیل الکتریکی تداوم می یابد. این پدیده پتانسیل القایی نامیده می شود.

         تجارب آزمایشگاهی نشان داده است هنگامی که جریان الکتریکی او نوع مستقیم (D.C) و یا متناوب (A.C) با فرکانس خیلی کم حدود 1/0 هرتز به زمین فرستاده شود، انرژی الکتریکی در داخل سنگها توسط فرآیندهای الکتروشیمیایی ذخیره می شود. این عمل معمولا به دو طریق صورت می گیرد :

الف : پلاریزاسیون غشایی یا IP غیر فلزی :

        که در آن عبور جریان الکترولیتهای موجود در خلل و خرج سنگها صورت می گیرد. این نوع IP در زمینهای رسی دیده می شود و بدین جهت در اکتشاف آب و نواحی رسی کاربرد دارد. علت این نوع IP را می توان چنین توجیه کرد که سطح کانی های رسی دارای بار منفی است و در نتیجه بارهای مثبت را جذب می کند لذا بعد از گسترش جریان بارهای مثبت جا به جا می شوند و پس از قطع به وضع اولیه خود بر می گردد که نتیجه این عمل پدیده IP می باشد.

ب : پتانسیل الکترودی یا IP فلزی :

        که در آن عبور جریان الکتریکی توسط یونهای فلزی در سنگها صورت می گیرد. البته در این حالت ممکن است همزمان عبور جریان الکتریکی توسط الکترولیتهای موجود در خلل و خرج آنها نیز انجام شود. هر گاه جریان الکتریکی فرستاده شده به داخل زمین به طور ناگهانی قطع شود یونها به آهستگی پراکنده شده و به سوی تعادل پیش می روند که سبب پیدایش ولتاژ ضعیف و رو به رو زوال IP می شود. طول مدت دوام ولتاژ روبه رو زوال IP در داخل زمین به عواملی مثل بافت سنگها، نفوذ پذیری، قابلیت هدایت الکتریکی، کانی های فلزی و قابلیت الکترولیت موجود در حفرات سنگها بستگی دارد. هر چه ماده معدنی هادی تر باشد و پراکندگی آن در سنگ میزبان بیشتر باشد IP بزرگتر خواهد بود زیرا در این حالت شعاع تماس جهت تعادل الکترونی ـ یونی به حداکثر خواهید رسید اما در مورد بعضی از عوامل مثل مقاومت سنگ در بر گیرنده نمی توان به طور قطع اظهارنظر کرد زیرا با تجربه ای که ر عملیات زمینی به دست آمده است در اکثر موارد با مقایسه ی نقشه های مقاومت ظاهری و شارژ ابلیته مشخص می شود نواحی که دارای IP قوی است دارای مقاومت ظاهری زیادی بوده و با بررسی سرزمین معلوم می شود که با وجود ماده معدنی با سیلیسی شدن سنگهای درون گیر همراه است.

اختلالات در اندازه گیریها و روشهای حذف  آنها :

در این مبحث فرض بر صحت اندازه گیریها بوده و خطاهای دستگاهی در مقایسه با سایر خطاها قابل اغماض فرض می شود. لذا در این قسمت اختلات ناشی از پدیده های زمین شناسی نامطلوب و اثرات شرایط خاص زمین شناسی مورد توجه قرار گرفته است.

پلاریزاسیون غشایی :

        این پلاریزاسیون در سنگهایی که درصد ناچیزی از کانیهای رسی در آنها پخش شده باشد ظهور می کند.

        خصوصا در سنگهای متخلخلی که رس در قسمتی از مسیر تخلخل مؤثر حاوی الکترولیت قرار می گیرد مقدار پلاریزاسیون غشایی افزایش می یابد. از آنجا که حین اندازه گیری نمی توان اثر پلاریزاسیون غشایی از پلاریزاسیون فلزی تشخیص داد، پلاریزاسیون غشایی در اکتشاف ذخایر معدنی فلزی پاریزیت محسوب می شود. ولی همان طور که قبلا اشاره کردیم این پلاریزاسیون در اکتشاف منابع آبهای زیر زمین که سنگ کف آنها از نوع رس، مفید خواهد بود. برای تشخیص وجود پلاریزاسیون مربوط به رس ها باید از زمین شناسی منطقه مورد مطالعه هم کمک گرفت و با روشهای ویژه پلاریزاسیون الکترودی فلزی را از پلاریزاسیون غشایی تمیز داد.

اثر کوپلینگ القایی الکترومغناطیسی :

        اثرات القایی الکترومغناطیسی باعث انحراف اختلاف پتانسیل مربوط به پلاریزاسیون القایی می گردد. این انحراف ناخواسته هنگامی که طول خط جریان زیاد است و زمین هم دارای هدایت ویژه قابل توجهی است محسوس بوده و باعث خطای زیادی در اندازه گیری های پلاریزاسیون القایی می شود. از شناخت چنین انحرافاتی در اندازه گیریهای پلاریزاسیون القایی ضروری است.

        راماچانداران (ramachanderan) در سال 1980 با بررسی اثر کوپلینگ الکترومغناطیسی نشان داده که در آرایه های مستطیلی الکترو مغناطیسی دارای علامت منفی بوده، یعنی در خلاف جهت پلاریزاسیون القایی می باشد و در آرایه های دو قطبی ـ دو قطبی و قطبی ـ دو قطبی این اثر دارای علامت مثبت بوده یعنی در جهت موافق پتانسیل پلاریزاسیون القایی است.

روشهای اندازه گیری :

        اولین راه اندازه گیری ولتاژ رو به زوال IP در قلمرو زمان (Time-Domain) می باشد که خود به اشکال گوناگون صورت می گیرد که بستگی به نوع دستگاههای اندازه گیری دارد. یکی از روشها اندازه گیری شارژ ابلیته ظاهری بر اساس نسبت ΔVIP/ΔVS می باشند. در این روش کمیت  ΔVIP را در یک مان معین (T) پس از قطع جریان، اندازه گیری می کنند و نسبت آن راه به ΔVS (ولتاژ اندازه گیری در زمان 0T) با واحد میلی ولت بر ولت نشان می دهند. در این طریق زمان T درست کمی بعد از جریان 0T انتخاب می شود تا اثر جریان الکترومغناطیسی ثانویه حاصل از بین برود. از سوی دیگر زمان T نباید زیاد طولانی باشد زیرا ممکن است افت پتانسیل IP آنقدر زیاد باشد که به حد پارازیت برسد.

        روش دیگر اندازه گیری شارژ ابلیته ظاهری در حوزه فرکانس (Fre quency Domain)است که از این روش تغییرات مقاومت ویژه ظاهری در فرکانسهای مختلف تعیین می گردد. چون جریان حاصله از IP در سنگهای زیر سطحی با جهت جریان تزریقی مخالفت می کند به همین دلیل سبب ایجاد یک مقاومت مازاد بر مقاومت الکتریکی سنگها می شود. این مقاومت مازاد با افزایش فرکانس جریان تزریقی مرتبا کم می شود زیرا افزایش فرکانس سبب کم شدن مقدار ولتاژ IP می شود.

        معمولا در سنگهایی که تقریبا فاقد کانی های هادی هستند IP خیلی کم ایجاد می شود و در نتیجه اثر ازدیاد فرکانس در کاهش پارازیت حدود 1% می باشد ولی در سنگهایی که کنی هادی به مقدار قابل ملاحظه ای وجود دارد مقدار IP حاصله نسبتا زیاد و در نتیجه به ازای هر ده برابری که بر فرکانس جریان تزریقی افزوده شود، پارازیت به اندازه 10 تا 20 درصد کاهش نشان می دهد. اندازه گیری های حوزه فرکانسی نسبت به حوزه زمانی دارای این مزیت است که نسبت سیگنال به پارازیت در آنها بیشتر است و برتری اندازه گیریهای حوزه زمانی نسبت به حوزه فرکانسی سرعت بیشتر اندازه گیریها و صرفه جویی در زمان است.

روش مقاومت سنجی :

        همان طوریکه قبلا اشاره شد در بیشتر سنگها هدایت جریان الکتریسیته به صورت الکترولیتی توسط ملکولهای سیال موجود در خلل و فرج سنگها و بین دانه ها صورت می گیرد. بنابراین مقاومت ظاهری طبقات زمین تابعی از عواملی چون مواد هادی (آب، مواد رسی، شوری، ...)، درجه تراکم، تخلخل و .... می باشد و با اندازه گیری و تعیین مقدار آن می توان برخی از عوامل زمین شناسی از جمله زون خرد شده، گسل، ساختمان طبقات زیرین و ضخامت رسوبات آبرفت را شناخت. بنابراین با داشتن شدت جریان (I) و اندازه گیری اختلاف پتانسیل با استفاده ا دستگاه IP می توان مقاومت ظاهری طبقات را از فرمول ρ = K ΔV/I محاسبه کرد.

5-2 آرایش های مورد استفاده

1-5-2 آرایش مستطیلی Cradiant Array

        همان طور که قبلا اشاره شد در این نوع آرایش ابتدا موازی با روند بی هنجاری یا برون زدگی ماده معدنی بر روی زمین خطی را به عنوان خط مبنا Bose line  در نظر می گیریم. سپس با توجه به عمق مورد مطالعه و یکنواختی تشکیلات زمین شناسی منطقه فاصله الکترونهای فرستنده (AB) و همچنین با در نظر گرفتن موقعیت و ابعاد توده مصرفی و پراکندگی آن فاصله الکترونهای گیرنده (MN) را مشخص می کنیم مقدار IP، مقاومت ویژه ظاهری اندازه گیری شده به نقطه وسط MN نسبت داده می شود. شکل زیر وضعیت الکترونهای گیرنده و فرستنده و پروفیل ها را نشان می دهد.

نقاط اندازه گیری در داخل مستطیلی است که مرکز آن منطبق با وسط AB بوده و ابعاد آن AB/3 در جهت عمود بر خط مبنا و AB/2 در امتداد خط مبنا می باشد بزرگترین امتیاز این نوع آرایش ان است که AB ثابت بوده و فقط الکترودهای  MN متحرک می باشند و همچنین در طول عملیات شدت جریان ثابت می باشد.

2-5-2 آرایش دایپل ـ دایپل Dipole – Dipole

          از این نوع آرایش برای مطالعه و بررسی تغییرات و گسترش بر هنجاری در عمق و بدست آوردن شبه مقطعی از IP و مقاومت ویژه ظاهری در مسیر یک پروفیل استفاده می شود. در این نوع آرایش هر چهار الکترود A,B,M,N در امتداد یک پروفیل قرار داشته و عملا فاصله الکترودهای فرستنده (AB) مساوی فاصله الکترودهای گیرنده (MN) AB = MN = a بوده و در هر اندازه گیری الکترودهای AB ثابت بوده و الکترودهای MN در امتداد پروفیل حرکت می کند در نتیجه اندازه گیری برای عمق های مختلف انجام می گیرد. فاصله بین نزدیکترین الکترودهای جریان پتانسیل برابر na میباشد ( n = 1,1,3, …) و عمق هر اندازه گیری برابر a[/2(n+1)] = d خواهد بود و عدد اندازه گیری شده برای نقطه ای به محل تلاقی دو خط با زاویه 45 درجه نسبت به سطح زمین از MN و AB و هم شده نسبت داده می شود به این ترتیب از مجموع نقاط اندازه گیری شده با این روش شبه مقطعی از شارژ ابلیته و مقاومت ویژه ظاهری در امتداد یک پروفیل بدست خواهد آمد.

3-5-2 آرایش سه الکترودی Pole – Dipole

        در این نوع آرایش الکترودهای فرستنده جریان (B) در بینهایت و سه الکترود دیگر A,M,N متحرک در امتداد یک پروفیل و عملا با فاصله مساوی L از یکدیگر قرار می گیرند. الکترود B را بدین جهت در بینهایت قرار می دهند که اندازه گیری فقط تابع جریان از الکترود a پخش شود که عمق نفوذ با فاصله الکترو پتانسیل از الکترود جریان زیاد می شود. که بعد از هر اندازه گیری سه الکترود به اندازه L تغییر محل می دهند. امتیاز این نوع آرایش در این است که سه الکترود با هم تغییر محل می دهند. به علاوه چون سه زیاد از محل الکترو A فاصله ندارد لذا مقدار عددی IP بزرگ بوده، همچنین در این نوع آرایش پلاریزاسیون اطراف الکترود A شدید بوده و اجازه می دهد طبقه مقاوم مینرالیزه مدفون افقی را مشخص کند ولی در این نوع آرایش نمی توان محل دقیق توده مصرفی را مشخص کرد. در این حالت باید روش پروفیل ترکیبی(Combine Profiling) را انجام داد (یعنی با معکوس کردن جهت حرکت الکترودهای فرستنده و گیرنده عمل اندازه گیری را تکرار کرد).

6-2 تجهیزات مورد استفاده و نحوه ی برداشت صحرائی

دستگاه های استفاده شده در منطقه مورد مطالعه عبارتند از :

ـ موتور بنزینی جهت تولید برق 220 ولت

ـ دستگاه فرستنده جریان مدل TSQ-3 ساخت کشور کانادا. این دستگاه قادر است برق 220 ولت حاصل از موتور برق را در دو حالت فرکانسی و زمانی (بستگی به دستگاه گیرنده) تا حداکثر 1500 ولت افزایش می دهد. از این دستگاه در حالت Time Domain استفاده گردید این دستگاه به گونه ای تنظیم گردید که جریان الکتریسیته را به فاصله زمانی مساوی هر 2 ثانیه به الکترودهای A,B فرستاده و قطع نماید. مدت ارسال جریان نیز 2 ثانیه می باشد در هر بار ارسال جریان، جهت جریان نیز از داخل دستگاه عوض می شود. ضمنا میزان شدت جریان برقرار شده بین الکترودهای A,B نیز توسط صفحه دیجیتالی موجود بر روی دستگاه با دقت میلی آمپرشان داده می شود، که در محاسبات مقاومت ویژه ظاهری مورد استفاده قرار می گیرد.

ـ دستگاه گیرنده (رسبور) مدل IPR-8A, IPR-10A ساخت کانادا با دقت 1/0 میلی ولت بر ولت جهت اندازه گیری شارژ ابلیته و 1 میکرو ولت جهت اندازه گیری ولتاژ همچنین این دستگاه قادر است مساحت زیر منحنی رو به زوال ولتاژ را در زمانهای T1,T2 در ده پنجره مختلف اندازه گیری نماید. این امر می تواند کمک بسزایی در کسب اطمینان از عدد اندازه گیری هنگام برداشت های صحرایی ایجاد نماید. هنگام شروع اندازه گیری ابتدا میزان SP توسط دستگاه مذکور خنثی می گردد. همچنین تغییرات ولتاژ  VΔ اندازه گیری و پس از آن شارژ ابلیته ایستگاه حداقل 3 حالت مختلف اندازه گیری می شود، اعداد حاصله در کاغذ برداشت مخصوص و در ستونهای مربوط به صورت دستی یادداشت می گردد.

ـ چهار قرقره با سیم های مسی و فولادی مقاوم جهت انتقال جریان الکتریکی از دستگاه فرستنده به الکترودهای A,B و از الکترودهای گیرنده M,N به دستگاه گیرنده

ـ الکترودهای سفالی حاوی سولفات مس اشباع شده برای استفاده به عنوان الکترودهای گیرنده MN (الکترودهای غیر قابل پلاریزه)

فصل سوم

نحوه ایجاد عملیات صحرائی

با توجه به اینکه پیمایش ژئوفیزیکی در دو منطقه چاه کلپ و چاه زاغو انجام شد نحوه عملیات صحرائی را به طور جداگانه برای هر منطقه توضیح می دهیم و همان طور که قبلا اشاره کردیم کار شبکه بندی توسط گروه نقشه برداری سازمان صورت گرفت.

الف : منطقه چاه کلپ : ابتدا با توجه به شرایط توپوگرافی و زمین شناسی منطقه ایستگاه 00 را در مرتفع ترین بخش مرمریتها به عنوان ایستگاه مرکزی با مختصات

X= 737595, Y= 3539015  در سیستم UTM و طول 59 درجه و 30 دقیقه و 50 ثانیه و عرض 31 درجه و 57 دقیقه و 77 ثانیه جغرافیایی در نظر گرفته ش سپس با توجه به روند گسترش عمومی کاسفار خط مبنا Base line را با امتداد N63W به طول 2100 متر تعیین و بر روی مرکز هر پروفیل به فاصله 50 متر از یکدیگر مشخص گردید و شماره هر پروفیل بر مبنای فاصله آن پروفیل تا ایستگاه مرکزی 00 نامگذاری شد. تعداد 40 پروفیل واقع در قسمت غرب ایستگاه مرکزی را با علامت منفی و تعداد 40 پروفیل در قسمت شرق را با علامت مثبت مشخص نمودیم. امتداد پروفیلها عمود بر امتداد خط مبنا N27E مشخص گردید که بر روی هر پروفیل ایستگاهها به فاصله 20 متر از یکدیگر مشخص گردیده اند. به طوری که ایستگاهی که در طرف شمال قرار دارند با علامت مثبت و ایستگاههای که در طرف جنوب واقع شده اند با علامت منفی مشخص گردیده اند و تمامی ایستگاهها با سنگچین و رنگ و نوشتن نام و موقعیت پروفیل بر روی کاغذ مشخص شده است بنابراین ما دارای شبکه ای از ایستگاهها با فواصل 20Í50 متر هستیم بعد از ان کار پیمایش ژئوفیزیکی به منظور تعیین تغییرات جانبی و گسترش سطحی هنجاری با 5 آرایش مستطیلی دنبال شد سپس با مشخص شدن مناطق بر هنجاری در عمق با اجرای شبه مقاطع با 4 آرایش دایپل ـ دایپل (Dipole – Dipole) و دو آرایش سه الکترودی (Pole – Dipole) ادامه یافت.

گزارش کارکارآموزی(آشنایی با تاسیسات الکتریکی)

بخش اول : آشنایی با تاسيسات الكتريكي

آشنايي با جريان سه فاز

جريان سه فاز در مداري كه سيم بندي القاء شونده آن (آرميچر) از سه دسته سيم پيچ جدا كه هر كدام نسبت به هم 120 درجه الكتريكي اختلاف فاز دارند تهيه مي شود.

انواع اتصال در سيستم سه فاز

در سيستم سه فاز معمولاً‌ از سه نوع اتصال استفاده مي شود :

الف- اتصال ستاره

ب- اتصال مثلث

ج- اتصال مختلط

-محاسبه جريان و ولتاژ در اتصال ستاره

همانطور كه مي دانيم در اتصال ستاره اختلاف سطح هر فاز با سيم نول ولتاژ فازي (UP) و اختلاف سطح هر فاز با فازي ديگر ولتاژ (Ul) را تشكيل مي دهند. مقدار ولتاژ خط از مجموع دو ولتاژ فازي بدست مي آيد. به همين جهت براي بدست آوردن مقدار Ul بايد برآيند دو ولتاژ فازي را رسم و مقدار آن را محاسبه نماييم. بدين ترتيب كه يكي از بردارها را در امتداد و به اندازه خودش رسم كرده و سپس بردار را با بردار پهلويش رسم مي كنيم. رابطه روبرو برقرار است :

اما جرياني كه از هر كلاف عبور مي كند همان جريان خط مي باشد. يعني در اتصال ستاره جريان خط مساوي جريان فاز است .             IL=IP

-محاسبه جريان و ولتاژ در اتصال مثلث

در اين روش كلافهاي مصرف كننده يا مولد به شكل مثلث قرار مي گيرند. همانطور كه مي دانيم ولتاژ خط UL در اتصال مثلث همان ولتاژي است كه در دو سر كلاف قرار دارد يعني در اتصال مثلث ولتاژ خط برابر با ولتاژ فاز است :              UL = UP

اما جرياني كه از هر خط مي گذرد مجموع برداري جريان دو كلاف بعدي است. پس جريان هر خط 73/1 برابر جريان هر فاز است :             

-اتصال مختلط تركيبي از اتصالهاي ستاره و مثلث مي باشد.

توان در مدارهاي سه فاز

در يك اتصال سه فاز توان كل از مجموع توانهاي هر فاز بدست مي آيد : P = P₁+P₂+P₃    

اگر بار متعادل باشد داريم :      P₁ = P₂ = P₃ = Pph

پس توان كل مي تواند سه برابر توان هر فاز باشد :      P = 3Pph

                                                     P = Up.lp.COS (j)

در اتصال ستاره توان بصورت زير بدست مي آيد :

                                              و            ip=iL

در اتصال مثلث هم رابطه بالا صادق مي باشد.

روشهاي اندازه گيري توان

معمولاً براي اندازه گيري در سيستم سه فاز از دو روش زير استفاده مي كنند :

الف- روش چهار سيم (3 واتمتري)

ب- روش سه سيم (2 واتمتري)

الف- روش چهار سيم :

در اين روش با استفاده از 3 واتمتر كه سر راه هر فاز قرار مي گيرد و سيم نول توان هر فاز جداگانه اندازه گيري شده و مجموع اين سه واتمتر توان كل مي باشد. اگر بار كاملاً متعادل باشد هر سه واتمتر داراي مقادير مساوي مي شوند. پس در يك بار متعادل فقط از يك واتمتر هم مي توان استفاده كرد.

ب- روش سه سيم :

در اين روش بدون سيم نول عمل مي شود. دو واتمتر كه هر كدام بين دو فاز قرار مي گيرد البته فاز وسط براي فازهاي اول و سوم مشترك است توان كل از مجموع دو واتمتر بدست مي آيد.

مزاياي سيستم سه فاز

1-  در جريان تكفاز مقدار قدرت لحظه اي در قسمتهايي به صفر مي رسد اما در جريان سه فاز هيچگاه توان لحظه اي صفر نمي شود چون اگر يكي از فازها مقدارش به صفر برسد فازهاي ديگر داراي مقادير هستند.

2-  راه اندازي موتورهاي آسنكرون : مي دانيم كه براي گردش موتورهاي آسنكرون احتياج به ميدان دوار است كه اين ميدان با جريان تكفاز ساخته نمي شود.

3-  تبديل جريان متناوب به جريان مستقيم : دامنه يكسو در تبديل سيستم سه فاز به جريان مستقيم داراي ضربان كمتري نسبت به جريان يكسو شده توسط جريان متناوب تكفاز بوده و ضريب بهره آن زياد است.

عايق كابلها

براي پوشش عايقي سيم ها از پلاستيك / لاستيك و يا از كاغذ استفاده مي شود. امروز كابل با عايق پلي وينل pvc بيشتر از كابلهاي ديگر بكار مي رود. عايق ديگري بنام پلي اتيلن نيز وجود دارد. عايق اكثر كابلهاي جريان قوي از كاغذ آغشته به روغن تهيه مي شود.

از عايق لاستيكي در جاهايي كه احتياج به چرخش زياد باشد نيز استفاده مي كنند.

ساختمان كابلهاي فشار قوي و حفاظت آنها :

قسمت اصلي ساختمان كابلها هادي و عايق آن است. ضمناً كابل را بايد در مقابل پديده هاي زير حفاظت نمود :

الف- حفاظت در مقابل فشار و ضربه هاي مكانيكي

ب- حفاظت در مقابل زنگ زدگي و اكسيد شدن هادي

پ- حفاظت در مقابل اثرات شيميايي و پوسيدگي

ت- حفاظت در مقابل اثرات ميدان الكتريكي و اتصال كوتاه شدن و ميدان هاي خارجي و جريان زياد

علايم اختصاري كابلها

علايم اختصاري كابلهاي لاستيكي و پلاستيكي به شرح زير است :

بعد از حروف اختصاري تعداد سيم هاي داخل كابل و مقطع آنها با عدد مشخص و نوع مقطع با حروف زير تعيين مي شود :

r : مقطع گرد        s : مقطع مثلثي        e : هادي يك رشته اي       m : هادي چند رشته اي

معمولاً ولتاژ نامي فازي را با Vo و ولتاژ خطي را با حرف V بعد از علامات اختصاري ذكر مي كنند.

مثال : مشخصات كابل زير را بخوانيد.                           NYY       3*50+ 25 sm

(0/6 / 1kv)                                                                                                      

كابل سه فاز با هادي مسي به مقطع 50 ميلي متر مربع و سيم نول به مقطع 25 ميلي متر مربع با مقطع مثلثي چند رشته اي با عايق و غلاف پروتودور (pvc) براي ولتاژ 6/0 كيلو وات فازي و 1 كيلو ولت خطي بدون محافظ. چون اين كابل داراي نوار محافظ نيست در جايي مصرف مي شود كه هيچگونه فشار مكانيكي به آن وارد نشود.

فيوز

از فيوز براي محافظت سيم و كابل ودستگاههاي اندازه گيري؛ ترانسفورماتور؛ ماشينهاي الكتريكي و ديگر مصرف كننده ها در مقابل جريانهاي اضافي و اتصال كوتاه استفاده مي شود. البته فيوز در جايي بكار مي رود كه ارزش نصب يك رله و يا يك كليد جريان را نداشته باشد.

فيوزها براساس مقدار ولتاژ و نوع ساختمان قطع كننده شان به انواع زير تقسيم مي شوند :

الف- فيوز حرارتي ذوب شونده

ب- فيوز حرارتي (بي متال)

پ- فيوز مغناطيسي

ت- فيوز توان بالا NH

ث- فيوز فشار قوي HH

الف- فيوزهاي حرارتي ذوب شونده :

در فيوز ذوب شونده يك سيم حرارتي وجود دارد كه سر راه جريان بسته مي شود و در اثر عبور جريان زياد گرم شده و در درجه حرارت معيني ذوب مي شود و مدار را قطع مي كنند جرقه اي كه در زمان قطع ايجاد مي شود باعث سوختن وسياه شدن كنتاكت و عايق هاي اطراف مي شود كه بايستي برطرف گردد.

براي برطرف نمودن اثر جرقه سيستم حرارتي را در داخل يك فشنگ چيني يا سفالي عبور مي دهند و اطراف سيم را با ذرات كوارتز پر مي كنند جرقه ايجاد شده در اثر قطع توسط براده كواتز خنك شده و از بين مي رود.

براي تشخيص فيوز ساخته از پولك نشانه استفاده مي كنند. اين پولك توسط سيم نازكي محكم شده است.

اين سيم نازل در هنگام ذوب شدن سيم داخل فيوز پاره شده و پولك توسط نيروي فنر كوچك كه در زير آن قرار گرفته قدري به خارج پرتاب مي شود و نشان مي دهد كه فيوز سوخته است. ضمناً رنگ پولك فيوز نشان دهنده جريان اسمي فيوز است. (جدول1-1)                                 

ب-فيوز حرارتي بي متال

فيوز حرارتي بي متال براي حفاظت در مقابل بار اضافي مدار را قطع مي كند. بي متال در مقابل حرارت ناشي از بار اضافي لحظه اي تغيير شكل داده و باعث قطع مدار مي شود.

پ-فيوز مغناطيسي

فيوزهاي مغناطيسي نيز تابع شدت جريان هستند. در اثر بروز اضافه بار ميدان مغناطيسي سيم پيچي فيوز قوي شده و براساس خاصيت جذب يك هسته آهني مدار را قطع مي كند. در اين فيوزها زمان قطع خط را مي توان بوسيله فنر تنظيم كرد. در بين فيوزهاي مغناطيسي فيوز سريع نيز وجود دارد كه قطع مدار در زمان معيني تنظيم نمي شود بلكه فيوز با عبور جريان بيشتر از نامي خط فوراً قطع مي گردد.

ت- فيوز توان بالا

در شبكه هاي فشار ضعيف با توان زياد از فيوزهاي NH استفاده مي شود. اين فيوزها داراي دسته اي مي باشند كه توسط آن فيوزها در جاي خود مي اندازند و يا خارج مي كنند و به آن فيوزكش گويند.

ث- فيوز فشار قوي

فيوزهاي H.H براي فشار قوي مورد استفاده قرار مي گيرند و خيلي بلندتر از فيوزهاي معمولي تا 500 ولت است. براي حفاظت ترانسفورماتورهاي توزيع و اندازه گيري مورد استفاده قرار مي گيرند.

فيوز H.H فقط در جايي بكار برده مي شود كه قدرت اتصال كوتاه از MVA400 تجاوز نكند. ساختمان فيوز H.H شبيه فيوز فشار ضعيف است. در داخل يك لوله چيني يا فيبري بزرگ سيم فيوز بصورت مارپيچ قرار گرفته و در دو انتها به دو کلاهك فلزي محكم شده است. سيم فيوز بطور آزاد در داخل براده كوارتز قرار گرفته يا مدار در داخل لوله دندانه است و سيم از داخل دندانه ها عبور كرده است. فيوزهاي فشار قوي داراي يك سيم فرعي اند كه با قطع شدن آن دکمه اي به خارج پرتاب مي شود و نشان مي دهد كه فيوز سوخته است. مي توان از حركت اين دكمه براي مدار فرعي استفاده كرد كه از قطع فيوز در داخل اطاق فرمان اطلاع حاصل كرد.

انتخاب نوع فيوز

براي خطوط ساده فيوزهاي ذوب شونده جهت حفاظت كافي است. اما در شبكه هاي گسترش يافته با مصرف كنندگان صنعتي تنها فيوزهاي ذوب شونده كافي نيست. زيرا در صورت سوختن يكي از سه فيوز قبل از دو فيوز ديگر موتور تحت ولتاژ دو فاز باقي مانده و خطر سوختن آن در بين است. بايد از فيوز بي متال و مغناطيسي استفاده كرد مقدار فيوز براي كابل يا سيم معلوم با توجه به شدت جريان مجاز عبوري از سيم و جريان نامي فيوز انتخاب مي شود.

جداول زير جريان مجاز سيم و فيوز را مشخص مي كنند.

تعيين افت ولتاژ مجاز و انتخاب سطح مقطع هادي

خطوط هادي الكتريسيته در حقيقت مقاومتهاي الكتريكي هستند كه از آنها جريان عبور مي كند. با اتصال مصرف كننده به چنين خطوطي و عبور جريان از آنها در خط افت ولتاژ پديد مي آيد.

با توجه به قانون اهم :            مقاومت خط ×  جريان مصرفي = افت ولتاژ

                                                            DU = l.R

در انتهاي خط ولتاژ به اندازه DU2 كمتر از ولتاژ ابتداي خط است. آنچه كه براي مصرف كننده مهم است تامين توان نامي آن است.

براي رسيدن به اني امر بايد نكات زير را درگرفت :

الف- سطح مقطع كابل و در نتيجه مقاومت آن را بايد طوري انتخاب كرد كه افت توان از حد معيني تجاوز نكند و در ضمن حرارت ايجاد شده در اثر عبور جريان از حد معيني تجاوز نكند.

ب- هاديها بايد استحكام مكانيكي كهفي داشته باشند. حداكثر افت ولتاژ به درصد در شبكه هاي گوناگون مطابق جدول زير مي باشد :

افت ولتاژ قابل در فشار ضعيف براي مصرف كننده هاي مختلف چنين است :

1-   افت ولتاژ در مورد مصرف كننده هاي روشنايي 5/1 درصد

2-   افت ولتاژ در مورد مصرف كننده هاي الكترومغناطيسي مانند موتور و غيره 3 درصد

موازي بستن آلترناتورها :

اتصال يك آلترناتور با آلترناتور ديگر بطور موازي و يا اتصال آلترناتوري به يك شبكه جريان متناوب را عمل سنكرونيزاسيون مي نامند. و براي سنكرونيزاسيون مناسب شرايط زير لازم است :

الف- تساوي ولتاژ موثر آلترناتورها

ب- متناسب بودن سرعت به طوريكه فركانسها باهم برابر باشند.

پ- تساوي فازها

بخش دوم : وسايل كنترل ساده

كليدها

جهت كنترل وسايل الكتريكي و مصرف كننده ها از وسايل مختلفي استفاده مي شود كه ساده ترين اين وسايل كليدها هستند. بطور كلي كليد وسيله اي است كه با تغيير حالتي كه در اين وسيله ايجاد مي شود. باعث قطع يا وصل مدار مي شود. عمل تغيير حالت كليد از نيروي مكانيكي ناشي مي شود و نيز اينكه اين نيروي مكانيكي مستقيماً به كليد اعمال شود و يا توسط انرژي ديگر مثل الكتريسيته.

مي توان كليدها را كلاً به دو دسته تقسيم نمود :

الف- كليدهاي ساده :

براي تغيير حالت احتياج به انرژي مكانيكي دارند كه بصورتهاي يك پل و دو پل و سه پل و … ساخته مي شوند كه از نظر ساختمان خود نيز به چند دسته تقسيم مي گردند.

ب- كليدهاي مركب :

اين كليدهاي نيروي مكانيكي را جهت تغيير حالت از انرژي واسطه اي دريافت مي كنند مثل رله ها و كنتاكتورها.

انواع كليدهاي ساده :

كليدهاي ساده بطور كلي به دو دسته تقسيم بندي مي شوند :

كليدهاي لحظه اي (شستي ها)

كليدهاي دائمي كه معمولاً از نظر ساختمان بصورتهاي اهرمي و غلطكي و زبانه اي ساخته مي شوند كه در مورد هركدام توضيحاتي داده مي شود.

1-كليد اهرمي  ساده

كليد اهرمي ساده از جمله ساده ترين كليدها بوده و بوسيله اهرمي كه به تيغه هاي كليد نيرو وارد مي كند ارتباط برقرار مي نمايد. تيغه هاي كليد به صورت يكنواخت به كنتاكتهاي ثابت وصل مي شوند. معمولاً از كليدها بيشتر براي جداكردن مدارهاي كم جريان استفاده مي كنند. در صنعت اغلب به اين «كليد چاقويي» و يا «كليد كاردي» مي گويند. در كليدهاي جريان كمتر با استفاده از دو كنتاكت كه با فاصله قرار دارند با بستن رشته سيم نازكي عمل فيوز را براي هر تيغه انجام مي دهند و در كليدهاي قدرت بالاتر از فيوزهاي كاردي (NH) در زير تيغه استفاده مي كنند.

2-كليدغلطكي

ساختمان اين كليدها از يك استوانه عايق كه حول محوري بصورت غلطك حركت مي كند تشكيل شده در روي استوانه در قسمتهاي لازم قطعات هادي بصورت نوار قرار داده شده فرم استوانه و قطعات هادي بصورتي است كه با حركت استوانه در حول محورش مي تواند كنتاكتهاي ثابتي را به هم وصل و يا از هم جدا نمايد.

3-كليد زبانه اي

در كليد غلطكي به خاطر تماس و سائيدگي كه بين نوار هادي و كنتاكتهاي ثابت بوجود مي آيد از عمر كليد كاسته مي شود. به همين خاطر از كليد غلطكي كمتر استفاده مي شود و بجاي آن از كليد زبانه اي استفاده مي شود.

در اين كليد بجاي قراردادن نوار هادي روي استوانه استوانه را طوري طراحي مي كنند كه داراي برجستگي و فرورفتگي هايي مي باشد كه اين استوانه حول محور خود حركت كرده و زبانه هايي را بالا و پائين مي برد. زبانه مزبور كنتاكتهاي متحرك را به كنتاكتهاي ثابت وصل و يا‌آنها را از هم جدا مي كند. اين كليد بصورتهاي روكار  و توكار بكار مي رود.

راه اندازي الكتروموتور با استفاده از كليدهاي ساده :

مصرف كننده هاي سه فاز و الكتروموتورهاي با قدرت كم را مي توان بطور مستقيم به شبكه وصل كرد. در راه اندازي به طور مستقيم از انواع كليدهاي ساده استفاده مي كنند. معمولاً اين گونه كليدها 6 كنتاكت دارند كه سه كنتاكت ورودي با حرفهاي R,S,T و سه كنتاكت خروجي به حرفهاي U,V,W مشخص و داراي دو حالت قطع و وصل مي باشند كه با علامتهاي (O) براي قطع و (I) براي وصل. در نقشه هاي الكتريكي كليدها را در حالت قطع نشان مي دهند.

راه اندازي موتورها با استفاده از كليد ستاره – مثلث :

همانطوريكه گفته شد موتورهاي قدرت پائين را مي توان بطور مستقيم به شبكه وصل كرد.

اما الكتروموتور با قدرتهاي بالاتر را به علت جريان نسبتاً زياد در راه اندازي نبايد مستقيماً به شبكه وصل كرد بلكه بطور تدريجي، كه روشهاي مختلفي براي اين كار  وجود دارد كه ساده ترين آنها راه اندازي به روش ستاره مثلت است كه هم با كليدهاي ساده و هم مركب قابل اجرا مي باشد.

كليدهاي ستاره- مثلث ساده نيز معمولاً بصورت غلطكي و زبانه اي ساخته مي شدند.

اين كليد ابتدا سيم پيچهاي موتور را بصورت ستاره به شبكه وصل مي كند. پس از اينكه موتور به سرعت نرمال خود رسيد، با تغيير حالت كليد سيم پيچهاي موتور را به حالت مثلث در شبكه قرار مي دهد.

پس كليد داراي سه حالت قطع – ستاره و مثلث مي باشد.

بخش سوم : كليدهاي مركب

كليدهاي مركب

همانطور كه گفته شد كليدهاي مركب نيروهاي مكانيكي جهت قطع و وصل را از انرژي واسطه اي مانند الكتريسيته دريافت مي كنند مانند رله و كنتاكتور.

تعريف رله :

بطور كلي رله به دستگاهي گفته مي شود كه در اثر تغيير كميت الكتريكي و يا كميت فيزيكي مشخص تحريك شده و موجب بكار افتادن دستگاه يا ماشيني بشود.

تعريف كنتاكتور :

كنتاكتور نيز يك رله است (كليد بوبين دار) كه مانند كليد ساده سه فاز داراي سه كنتاكت براي وصل مدار قدرت و كنتاكتهاي كمكي جهت مدار فرمان مي باشد و اساس كارش بر مبناي بوبين سيم پيچي شده با هسته آهني است.

-سيم پيچ كنتاكتور ممكن است با جريان مستقيم يا متناوب و يا ولتاژ هاي 330، 220، 127، 110 و … و با جريان كم تحريك شود. هسته آهني از دو قسمت كه يكي ثابت و ديگري متحرك است ساخته شده.

قسمتي كه در زير قرار گرفته ، ثابت و قسمت بالائي متحرك است و توسط فنر از قسمت ثابت فاصله مي گيرد. سيم پيچ كنتاكتور روي قرقره پيچيده در وسط هسته جاي مي گيرد. زماني كه اين بوبين تحريك شود بخش ثابت هسته بخش متحرك را به سمت خود مي كشد و هنگامي كه بوبين از منبع انرژي قطع شود.

فنرها قسمت متحرك را مجدداً به جاي خود برمي گردانند.

بر روي قسمت متحرك، كنتاكتهاي كنتاكتور نصب شده است كه با حركت هسته بالا و پائين مي روند.

و با كنتاكتهاي ثابتي كه در اطراف كنتاكتور قرار دارد تماس برقرار مي كنند. بدين ترتيب كه كنتاكتهايي كه از نظر الكتريكي باز بودند، در اثر جذب هسته بالايي بسته و كنتاكتهاي بسته باز مي شوند.

كنتاكتهاي يك كنتاكتور به دو دسته اصلي و فرعي تقسيم مي شوند :

كنتاكتهاي اصلي براي ورود جريان سه فاز از شبكه به مصرف كننده و كنتاكتهاي فرعي به عنوان كنترل در مدار فرمان عمل مي كنند. معمولاً جرياني كه كنتاكتهاي فرعي مي توانند از خود عبور دهند كمتر از جرياني است كه كنتاكتهاي اصلي از خود عبور مي دهند.

ساختمان داخلي كنتاكتور بصورت زير مي باشد :

قاب نگهدارنده كنتاكتهاي بالايي

تيغه اصلي

بوبين

هسته

حلقه اتصال كوتاه

كنتاكت اصلي

كنتاكت فرعي

بست نگهدارنده

فنر

قاب نگهدارنده كنتاكتهاي پايين

كانال جداكننده

پين نگهدارنده

كنتاكت اصلي

كنتاكت فرعي

بست نگهدارنده

مشخصات كنتاكتور :

مشخصات الكتريكي و حرارتي و مكانيكي هر كنتاكتور بصورت زير مي باشد :

الف- ولتاژ نامي :

هر كنتاكتور ممكن است در شبكه هاي مختلفي از ولتاژ و فركانس كار كند لذا بايد قطعات آن از نظر عايق تحمل ولتاژ و فركانس شبكه مزبور را داشته باشد.

ب- جريان نامي :

حجم و شكل هر كنتاكتور مانند هر كليد ديگر بايد متناسب باشد با جرياني كه آن را قطع و وصل مي كند و نيز نوع بار مهم است. به عنوان مثال كنتاكتور 63 آمپري براي يك بار القايي مي تواند جريان بيشتري را براي يك بار اهمي مثلاً روشنايي تحمل كند. به همين دليل شرايط كار در 4 حالت زير استاندارد شده است :       RC₁­ , RC₂ , RC₃ , RC₄

RC₁ :

اين نوع شامل كليه دستگاههاي غيرالقايي مي باشد.

نوع RC₂ :

اين حالت براي راه اندازي الكتروموتور با رتور سيم پيچي مي باشد. جريان راه اندازي تقريباً دو برابر جريان نامي موتور است البته مقدار دقيق جريان بستگي به مقاومت مدار رتور دارد.

در حالت بازشدن تيغه ها جريان نامي موتور را قطع مي كنند. ولتاژي كه در دو سرآنها بوجود مي آيد تابعي است از نيروي ضدمحركه موتور و حالت قطع به اساني انجام مي پذيرد.

نوع RC₃  :

اين حالت براي راه اندازي الكتروموتورهاي القايي رتور قفسي است. در حالت بسته شدن كنتاكتور جريان راه اندازي الكتروموتور را تحمل مي كند و در زمان بازشدن جريان نامي كه توسط موتور از شبكه كشيده مي شود را قطع مي كند.

نوع RC₄ :

اين حالت شامل راه اندازي، ترمز، تغيير جهت جريان در الكتروموتورهاي رتور قفسي است. در اين حالت نيز جريان در زمان بسته شدن كنتاكتور جريان راه اندازي 5 تا 7 برابر جريان موتور است. قطع در اين نوع تقريباً مشكل است.

الف- انرژي مصرفي :

ب- انرژي مصرفي :

سيم پيچ بوبين هر كنتاكتور را مي توان براي كار با ولتاژهاي مختلف طراحي نمود از 12 ولت جريان مستقيم تا 500 ولت جريان متناوب. البته اگر جريان مستقيم به سيم پيچ داده شود، بهتر است.

به همين علت در بعضي از كنتاكتورها با استفاده از يكسوكننده ها جريان متناوب شبكه را براي مصرف سيم پيچ كنتاكتور يكسو مي كنند.

به علت عبور جريان از سيم پيچ بوبين، كنتاكتور بصورت يك مصرف كننده، مقداري توان مصرف كرده و گرم مي شود. يك كنتاكتور خوب بايد داراي مصرف داخلي كم باشد. براي كم كردن مصرف كنتاكتور مي توان از يك مقاومت كه بعد از عمل كردن كنتاكتور با سيم پيچ بوبين سري مي شود استفاده كرد.

پ- درجه حرارت كار :

كنتاكتور نيز مانند ديگر وسايل، در درجه حرارت معيني از محيط بايد قابل كاركردن باشد. معمولاً درجه حرارت كار كنتاكتور از 20- تا 60+ سانتي گراد است.

ت- جريان حرارتي :

حداكثر جرياني كه در اثر عبور آن كنتاكتور خراب مي شود را جريان حرارتي كنتاكتور مي نامند.

و اين جريان غير از جريان نامي كنتاكتور است. جريان مزبور نيز روي كنتاكتورها نوشته مي شود.

ث- تعداد تيغه ها :

همانطور كه گفته شد هر كنتاكتور داراي دو قسمت تيغه است. تيغه هاي اصلي كه معمولاً سه تيغه باز براي قطع و وصل مدار قدرت و تعدادي تيغه هاي فرعي باز و بسته كه در اصطلاح به آن تيغه هاي كمكي گويند.

ج- زمان قطع و وصل :

عمر مكانيكي :

هر كنتاكتور پس از زمان معيني فرسوده و غيرقابل استفاده مي گردد. اين زمان را عمر مكانيكي كنتاكتور مي نامند.

د- نرم (استاندارد) كنتاكتور :

كنتاكتورها با استاندارهاي مشخصي ساخته مي شوند كه استانداردها بصورت زير با علامتهاي اختصاري آمده است :

آشنايي با قطع كننده هاي ولتاژ (سكسيونرها) و كليدهاي قدرت (ديژنكتورها).

به طور كلي كليدها وسيله ارتباط سيستمهاي مختلف هستند و باعث عبور و يا قطع جريان مي شود. كليد در حالت بسته يعني عبور جريان و يا در حالت باز يعني قطع جريان داراي مشخصاتي به شرح زير مي باشد :

1-در حالت قطع داراي استقامت الكتريكي كافي و مطمئن در كل قطع شدگي است.

2-در حال وصل بايد كليد در مقابل كليه جريانهايي كه امكان عبور آن در مدار هست حتي جريان اتصال كوتاه مقاوم و پايدار باشد و اين جريانها و اثرات ناشي از آن نبايد كوچكترين اختلالي در وضع كليد و هدايت صحيح جريان به وجود آورد. بدين ترتيب بايد كليد فاز قوي در مقابل اثرات ديناميكي و حرارتي جريانها مقاومت باشد. البته براي اينكه ساختمان كليد ساده تر و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد. اغلب استقامت الكتريكي و ديناميكي و حرارتي كليد را توسط دستگاههاي حفاظتي تا حدودي محدود مي كنند كليدهاي فشار قوي را مي توان برحسب وظايفي كه به عهده دارند به انواع مختلف زير تقسيم نمود :

1-   كليد بدون بار يا سكسيونر

2-   كليد قابل قطع زير بار يا سكسيونر قابل قطع زير بار

3-   كليد قدرت يا ديژنكتور

1-سكسيونر ساده :

سكسيونر وسيله قطع و وصل سيستمهايي است كه تقريباً بدون جريان هستند به عبارتي ديگر سكسيونر قطعات و وسايلي را كه فقط زير ولتاژ هستند از شبكه جدا مي سازد. برحسب اين تعريف در صورتي كه اختلاف پتانسياي بين دو كنتاكت سكسيونر ظاهر نشود قطع آن بلامانع است. همينطور وصل سكسيونر كه بين دو كنتاكت آن تفاوت پتانسيلي موجود نباشد مجاز خواهد بود از آنچه گفته شد چنين نتيجه مي شود كه در واقع سكسيونر يك ارتباط دهنده يا قطع كننده مكانيكي بين سيستمها است. سكسيونر بايد در حالت بسته يك ارتباط مكانيكي محكم و مطمئن در كنتاكت هر قطب برقرار سازد و مانع افت ولتاژ گردد لذا بايد مقاومت عبور جريان در محدوده سكسيونر كوچك باشد تا حرارتي كه در اثر كار مداوم در كليد ايجاد مي شود از حد مجاز تجاوز نكند.

اين حرارت توسط ضخيم كردن تيغه و بزرگ كردن سطح تماس در كنتاكت و فشار تيغه در كنتاكت دهنده كوچك نگه داشته مي شود در ضمن بايد سكسيونر طوري ساخته شود كه در اثر جرم و وزن تيغه يا فشار باد و برف و غيره خود به خود بسته نشود.

موارد استعمال سكسيونرها :

به منظور حفاظت اشخاص و متصديان مربوطه در مقابل برق زدگي بكار برده مي شود به اين جهت طوري ساخته مي شوند كه در حالت قطع شدگي يا چسبندگي به طور واضح وآشكار قابل رويت باشند. يعني در هواي آزاد انجام گيرند. از‌ آنجايي كه سكسيونر باعث بستن يا بازكردن مدار الكتريكي نمي شود (براي بازكردن و بستن هر مدار الكتريكي فشار قوي احتياج به يك كليد ديگري خواهيم داشت به نام) كليد قدرت كه قادر است مدار را تحت هر شرايطي باز كند سكسيونر وسيله اي است براي ارتباط كليد قدرت به شين و يا هر قسمت ديگري از شبكه كه داراي پتانسيل است. سكسيونر را مي توان از نظر ساختماني به انواع مختلف زير تقسيم نمود :

1- تيغه اي        2- كشويي        3-دوراني         4-قيچي اي.

براي جلوگيري از قطع و وصل بي موقع و در زير بار سكسيونر معمولاً بين سكسيونر و كليد قدرت چفت و بست مكانيكي يا الكتريكي به نحوي برقرار مي شود كه هنگام وصل بودن كليد قدرت سكسيونر را به هيچ وجه نتوان قطع يا وصل كرد.

مشخصات مهم يك سكسيونر كه گوياي مشخصات فني و استقامت الكتريكي و ديناميكي است.

ولتاژ نامي  V_n

جريان نامي I_n

جريان اتصال كوتاه ضربه اي  I_s

جريان اتصال كوتاه كوتاه مدت (معمولاً 1 تا 3 ثانيه) I_th

سكسيونرهاي قابل قطع زيربار :

به علت اينكه در بيشتر شبكه ها و پستهاي كوچك كليد قدرت و سكسيونر و وسايل اضافي مربوط به چفت و بست آنها مبالغ زيادي از مخارج و هزينه كل تاسيسات را شامل مي گردد و به علت اينكه در اغلب موارد نصب كليد قدرت با مزاياي قطع و وصل سريع آن حتماً لازم و ضروري نيست كليد سكسيونر قابل قطع زير بار طرح و ساخته شد سكسيونر قابل قطع زير بار در ضمن اينكه بايد وظيفه يك سكسيونر را انجام دهد يعني در ضمن برداشتن ولتاژ يا قطع شدگي قابل رويت و مطمئن در مدار شبكه فشار قوي بوجود آورد بايد قادر باشد مانند يك ديژنكتور نيز قدرتها و جريانهاي كوچك الكتريكي را نيز قطع كند لذا هر سكسيونر قابل قطع زير بار بايد داراي وسيله اي براي قطع فوري جرقه باشد. سكسيونر قابل قطع زيربار اصولاً داراي قدرت وصل بسيار زياد است و مي تواند شدت جريانهايي با شدت 25 تا 75 كيلوآمپر را به خوبي وصل كند.

ولي قدرت قطع آن كم واز 400 تا 1500 آمپر تجاوز نمي كند لذا نتيجه مي شود كه اين كليدها براي قطع جريان اتصال كوتاه ساخته نشده و مناسب هم نمي باشند. در صورتي مي توان از سكسيونر قابل قطع زيربار در شبكه هاي فشار قوي استفاده كرد كه مجهز به فيوزهاي فشارقوي باشند فيوزهاي فشار قوي در ولتاژ 20 كيلو ولت داراي قدرت قطعي در حدود 400 مگاولت آمپر مي باشند كه جريان اتصال را در همان مراحل ابتدايي قطع مي كنند از آنچه گفته شد نتيجه مي شود كه سكسيونر قابل قطع زيربار فقط براي قطع جريان نامي شبكه مناسب است و جريان اتصال كوتاه را فيوز قطع مي كند نه كليد البته بايد متذكر شد كه پس از قطع جريان اتصال كوتاه توسط سوختن فيوز ساچمه فيوز به طور خودكار باعث قطع سكسيونر به صورت سه فازه خواهد شد چون سكسيونر قابل قطع زيربار بايد مدارهاي حاصل جريان را قطع و وصل بكند. بنابراين بايستي مجهز به محفظه احتراق بوده كه در داخل آن محفظه احتراق جرقه و قوس الكتريكي حاصل از قطع و وصل جريان را خاموش كند.

به محض فرمان قطع كليد تيغه اصلي از كنتاكت تيغه اصلي از كنتاكت ثابت كليد جدا مي شود و قوس الكتريكي كه ايجاد مي گردد در اثر دو عامل زير خاموش مي گردد :

1-  در اثر حرارت قوس الكتريكي مقداري گاز از سطح داخلي عايق متصاعد شده كه باعث خنك شدن جرقه شده و عمل خاموش شدن جرقه را سهل تر مي سازد.

2-   فاصله بين دو كنتاكت داراي جرقه در اثر بازشدن فنر در داخل محفظه احتراق به سرعت زياد شده اين اضافه فاصله باعث قطع جرقه مي گردد.

كليد قدرت يا ديژنكتور :

ديژنكتور كليدي است كه مي تواند در موقع لزوم جريان عادي شبكه و در موقع بروز خطا جريان اتصال كوتاه و يا جريان اتصال زمين و يا هر نوع جرياني با هر اختلاف فازي را سريعاً قطع كند در اتصال سه فاز كه يك حالت خاصي از بار متعادل است با اينكه فرمان قطع به هر سه قطب كليد يكجا و در يك زمان داده مي شود ولي قطع هر سه فاز تقريباً در فاصله يك چهارم پريود كه معمولاً از نظر زماني بسيار كوتاه است انجام مي گيرد. در انتخاب ديژنكتور بايد به نكات زير توجه شود :

1-  ولتاژ نامي كليد كه معمولاً برابر ولتاژ شبكه اي است كه كليد در آن نصب مي شود و مي تواند حدود 15% هم از ولتاژ شبكه كوچكتر باشد.

2-   جريان نامي كليد كه مساوي با بزرگترين جريان كار معمولي شبكه است.

3-  قدرت نامي قطع ديژنكتور كه بايد با قدرت اتصال كوتاه در محل كليد مطابقت كند در ضمن با همين قدرت قطع قدرت وصل نامي ديژنكتور نيز عملاً مشخص مي شود زيرا برحسب تعريف VDE بايد قدرت وصل كليد در حدود 5/2 برابر قدرت قطع آن باشد.

انواع ديژنكتورها :

1- روغني           2-كم روغن            3-هوايي ‍(هواي فشرده)           4-گازي(گاز SF6)

كليدهاي با قطع و وصل خودكار :

در وسايل خانگي، صنعتي و تجاري كليدهاي بسياري يافت مي شوند كه فرمان قطع خود را از سيستم يا وسيله ديگري دريافت مي كنند و در نتيجه وسايل متصل به مداري را بطور اتوماتيك كنترل مي كنند برخي از انواع مهم اين كليدها را در ذيل تشريح مي كنيم :

1-كليدهاي ساعتي : اين كليدها براي قطع و وصل اتوماتيك مدارها در ساعت معين بكار گرفته مي شوند. برخي از اين مدارها نظير چراغهاي ويترينها و چراغ خيابانها مي باشند. در انتخاب اين نوع كليدها لازم است به جريان مدار وظرفيت كليدها كه برحسب آمپر داده مي شود توجه شود.

اين كليدها ساختمانهاي مختلف دارند. در يك نوع آن از موتور كوچكي كه از نوع سنكرون انتخاب مي شود استفاده مي شود كه البته در صورت قطع برق از كار مي ايستد. در نوع ديگر ساعت مجهز به فنر است كه توسط موتور برقي كوك مي شود و در صورت قطع برق بكار خود ادامه مي دهد و دچار اختلال نمي گردد. در وصل كليدهاي ساعتي حتماً بايد فيوزي براي حفاظت موتور و فيوز ديگري براي حفاظت مدار بكار برد.

2-كليد فشاري : اين كليدها از تغييرات فشار فرمان مي گيرند و براي كنترل موتورهايي كه تلمبه و يا كمپرسورها را مي گردانند يا براي قطع توربين هاي بزرگ در صورت كم شدن فشار روغن ياتاقانها مورد استفاده قرار مي گيرند.

3-كليد حدي (محدود كننده ماميكر و سوئيچ) : اين كليدها از حركت و برخورد ماشين با وسايل متحرك به نقطه ثابتي فرمان مي گيرد و حركت آنها را كنترل مي كند. اين كليدها در جرثقيل ها و آسانسورها در مكاني كه حداكثر تغيير مكان مجاز دستگاه را معين مي كند نصب مي شود و دستگاه در برخورد به دسته آن مدار را قطع مي كند و سبب توقف مي گردد. از اين كليد در مدارهاي فرمان براي كنترل و محدود كردن حركت قسمتهاي مكانيكي، تغيير جهت حركت و در تايمرها و شناورها و … بعنوان كليد قطع يا وصل استفاده مي شود. ساختمان اين كليد مانند شستي بوده و توسط سيستم متحرك به آن نيروي فشار وارد شده و يا كشيده مي شود. به همين دليل سر اهرم متحرك آن بفرمهاي مختلف ساده، قرقره اي، گلوله اي و … مي باشد. در ميكروسوئيچ نيز مانند شستي، يا برطرف شدن نيروي مكانيكي وارده به اهرم آن مجدداً انرژي ذخيره در فنر ميكروسوئيچ آن را به حالت اول برمي گرداند.

4-كليدهاي حرارتي : اين كليدها از تغييرات درجه حرارت فرمان قطع و وصل مي گيرند و در وسايل مثل سيستم حرارتي مركزي و يا يخچال و اتوبرقي مورد استفاده قرار مي گيرند.

بي متال ‍(رله حرارتي) :

جهت حفاظت موتور در برابر اضافه بار از قطع كننده حرارتي (بي متال) استفاده مي شود اساس كار رله حرارتي مانند فيوز حرارتي بي متال مي باشد. رله حرارتي داراي سه كنتاكت ورودي و سه كنتاكت خروجي مي باشد كه در مدارات قدرت و بين كنتاكتور و موتور قرار مي گيرد دور هر بي متال چند دور سيم مقاومت دار پيچيده شده كه از آن جريان عبور مي كند. در اثر عبور جريان از سيم بي متالها گرم شده و خم مي شوند. مقدار خم شدن بي متال بستگي به درجه حرارت و همچنين مقدار جريان عبوري از موتور دارد. گرماي حاصل بيش از حد مجاز بي متال را خم كرده و روي كنتاكت كناري كه در مدار فرمان قرار مي گيرد اثر گذاشته و تيغه وصل را قطع نموده و مي تواند تيغه به كنتاكت ديگري وصل شده و لامپ خبر را روشن و آژيري را به صدا درآورد. روي هر بي متال پيچ تنظيم جريان نيز وجود دارد كه توسط آن مي توان جريان را به اندازه لازم تنظيم نمود ‍(با توجه به جريان نامي موتور). پس از عمل كردن بي متال كنتاكتور قطع شده و بي متال مجدداً سرد و به حالت اول خود بازمي گردد، در اغلب بي متالها كنتاكت باز شده و پس از سردشدن بي متال به حالت اول خود باز نمي گردد و بسته نمي شود و بايستي با فشار دادن دكمه اي كه روي بي متال قرار دارد مجدداً به حالت وصل درآورد.

در بعضي رله هاي حرارتي حالت MAN و AUTO وجود دارد كه با قراردادن اهرم روي AUTO پس از عمل كردن رله، مجدداً بعد از مدتي به حالت اوليه درمي آيد.

تايمر(كليد زماني) :

تايمر كليدي است مركب كه مانند شستي يا ميكروسوئيچ به مدار كنتاكتور فرمان مي دهد. فرق تايمر با شستي يا ميكروسوئيچ در نوع فرمان دادن آن مي باشد شستي بوسيله دست فرمان مي گيرد، اما تايمر پس از گذشت مدت زماني كه روي آن تنظيم مي شود بطور خودكار فرمان مي دهد. بنابراين مي توان گفت كه تايمر يك شستي اتوماتيك است. تايمر جزء كليدهاي مركب است، چون از انرژي واسطه اي براي قطع و وصل استفاده مي كند. تايمر موارد استعمال زيادي در صنعت دارد، يكي از مهمترين مورد استعمال تايمر در راه اندازي موتورهاي سه فازه بصورت ستاره و مثلث مي باشد.

تايمرها در انواع مختلف ساخته مي شوند كه به شرح چند نوع آن مي پردازيم :

1-تايمر موتوري (رله زماني موتوري) : اين تايمر داراي يك موتور كوچك جريان متناوب يك فاز مي باشد كه با عبور جريان به حركت درآمده و سرعت آن توسط چرخ دنده هايي كم شده و صفحه ديسك مانندي كه روي آن يك زايده قرار دارد را به حركت در مي آورد. (اين صفحه در روي محور موتور قرار دارد) با رسيدن اين زايده به ميكروسوئيچ داخل تايمر باعث فشار به اهرمي شده و كنتاكتهاي ديگر را قطع مي نمايد. زمان عمل تايمر بستگي به محل صفحه و در حقيقت بستگي به فاصله زايده روي صفحه تا اهرم ميكروسوئيچ دارد. لذا براي تنظيم زمان تايمر مي توان پيچي كه روي تايمر مي باشد و مدرج است را براي زمان دلخواه تنظيم نمود.

2-تايمر الكترونيكي : از اين تايمر براي تنظيم زمانهاي كمتر از ثانيه تا چند ثانيه استفاده مي شود. ساختمان اين تايمر از مدارات و اجزاء الكترونيكي استفاده شده و با شارژ يا شارژ شدن يك خازن، بوبين رله تحريك مي شود. در ساده ترين نوع تايمر الكترونيكي يعني در تايمر نوع خازني رله هنگامي وصل مي شود كه خازن شارژ شده و ولتاژ دو سر آن برابر ولتاژ وصل رله شود (پس از وصل رله بار ذخيره شده در خازن روي مقاومتي كه توسط كنتاكت باز رله به دو سر خازن وصل مي شود) تخليه مي گردد. در اين مدار با تغيير ظرفيت خازن مي توان تايمر را تنظيم نمود.

3-تايمر پنيوماتيك : اين تايمر داراي يك كپسول هوا و يك بوبين (سيم پيچ) با هسته آهني مي باشد. وقتي كه بوبين تحريك شود، هسته متحرك را جذب مي نمايد، در اثر جذب هسته متحرك اهرم بالاي آن قطعه اي را كه بشكل دم آهنگري است فشار خواهد داد و هواي داخل دم از طريق سوپاپ خارج مي شود. وقتي كه بوبين از تحريك خارج شود. فنر دم را منبسط مي كند. دم  از طريق سوپاپ تنظيم از هوا پر مي شود. انبساط دم در رابطه با پيچ تنظيم فرق مي كند. كار اين تايمر شبيه تايمر موتوري مي باشد با اين تفاوت كه تايمر موتوري پس از وصل موتور آن به ولتاژ شروع بكار كرده و بعد از زمان تعيين شده براي آن عمل مي كند ولي تايمر پنيوماتيك پس از قطع بوبين آن از ولتاژ شروع به كار كرده و بعد از زمان تعيين شده براي آن عمل مي كند.

4-تايمر حرارتي (رله زماني حرارتي) : اين تايمر داراي بي متال مي باشد و زمانيكه جريان وارد آن مي شود گرم شده و پس از مدتي عمل قطع يا وصل را انجام مي دهد. دقت اين تايمر زياد نيست (سرما و گرماي محيط روي آن اثر مي گذارد) به همين جهت از آن در برق صنعتي استفاده نمي كنند، ولي بصورت رله زماني و راه پله در سيم كشي ساختمان مور داستفاده قرار مي گيرد.

تايمرها بطور كلي به دو نوع تقسيم بندي مي شوند :

الف- تايمر با تاخير در وصل (ON – DELAY) به اين نوع تايمر بايد انرژي داده شود و سپس رله عمل كرده و كنتاكتي را باز يا بسته نمايد. مانند رله زماني موتوري.

ب- تايمر با تاخير در قطع (OFF – DELAY) اين تايمر بعد از قطع انرژي عمل كرده و كنتاكتي را باز يا بسته مي نمايد. مانند رله زماني پنيوماتيكي.

زمان تعيين شده در تايمرها خيلي دقيق بوده و حدود دهم ثانيه مي باشد.

تايمرها را همواره بايستي همراه كنتاكتور بكار برد و هيچ وقت نبايد از آن بجاي كليد استفاده نمود.

واحد كنترل الكترونيك- سنسورها و عملگرها

ECU- Sensors & Actuators

1-واحد كنترل الكترونيك ECU-Electronic Control Unit

واحد كنترل الكترونيك براساس يك برنامه مشخص كه توسط كارخانه سازنده براساس مشخصات موتور و خودرو طراحي شده كه اصطلاحا برنامه كاليبراسيون نام دارد عمل مي‌نمايد پارامترهاي به كار گرفته شده توسط واحد ECU در مورد خودروي پرايد عبارتند از:

- دور موتور

- فشار منيفولد و دماي هواي ورودي

- وضعيت دريچه گاز

- دماي مايع و خنك كننده موتور

- سرعت خودرو

- موقعيت ميل سوپاپ

- ميزان نسبت هوا به سوخت

- ميزان كوبش موجود در موتور

- عملكرد سيستم تهويه

- ولتاژ باطري

ECU از اطلاعات فوق الذكر براي كنترل مقادير زير استفاده مي كند:

- ميزان و زمان پاشش سوخت

- زمان جرقه زني و طول مدت داول

- دور آرام موتور

- عملكرد پمپ بنزين

- عملكرد شير برقي كينستر

- قطع تزريق سوخت براي جلوگيري از افزايش دور موتور (cut off)

- عملكرد فني كندانسور

- سيستم عيب يابي (MILLamp)

علاوه بر اين از اطلاعات ارسال شده به ECU براي نمايش اطلاعات زير استفاده مي شود.

- دور موتور

- دماي مايع سيستم خنك كننده

- سرعت خودرو

*نحوه عملكرد ECU در شرايط مختلف:

- در زمان استارت موتور: در زمان استارت زدن، ECU فرمان فعال شدن انژكتورها را به صورت پالس (موج هاي پله اي) با عرض ثابت صادر مي كند، بدين معني كه انژكتورها به طور متناوب شروع به پاشش يكنواخت سوخت مي نمايد.

مقدار سوخت تزريق شده با توجه دور موتور، دماي مايع سيستم خنك كننده، و همچنين دما و فشا رهواي ورودي تنظيم مي شود. در عين حال مقدار هواي اضافي توسط موتور پله‌اي دور آرام و با توجه به پارامترهاي عملكردي موتور تعيين مي گردد. پس از استارت زدن و روشن شدن موتور، دور آرام با توجه به دماي مايع خنك كننده موتور تعيين مي‌گردد.

عملكرد در دورهاي مختلف: در زمان تغييرات لحظه اي موتور (شتابگيري يا كاهش سرعت) مدت زمان تزريق سوخت توسط انژكتورها براساس تغيير در مقادير پارامترهاي زير تعيين مي‌شود:

- دور موتور (بوسيله سنسور دور موتور)

- وضعيت دريچه گاز (بوسيله سنسور موقعيت زاويه اي دريچه گاز)

- فشار هواي ورودي (بوسيله سنسور فشار هواي مانيفولد ورودي)

- دماي مايع خنك كننده (بوسيله سنسور دماي مايع خنك كننده موتور)

قطع پاشش سوخت انژكتورها:

الف) در زمان كاهش سرعت خودرو و زماني كه به طور ناگهاني راننده پاي خود را از روي پدال گاز برمي دارد، ECU پاشش سوخت انژكتورها را به دلايل زير قطع مي كند:

- كاهش مصرف سوخت

- كاهش گازهاي آلاينده خروجي اگزوز

- براي جلوگيري از افزايش بيش از حد دور موتور تقريبا از دور موتور 5500rpm پاشش سوخت توسط انژكتورها قطع مي‌شود.

شروع مجدد پاشش انژكتورها

بعد از قطع پاشش سوخت، هنگامي كه دور موتور به مقدار مشخصي برسد، عمل پاشش سوخت مجددا آغاز شده تا از خاموش شدن موتور جلوگيري شود.

توضيح: در داخل ECU دو نوع حافظه قرار دارد:

الف) حافظه دائم ب)حافظه موقت

حافظه دائم ECU با قطع باطري از ميان نمي رود و در واقع محل قرا گيري اطلاعات مربوط به كاليبراسيون موتور و خودرو است كه توسط آنها ECU اطلاعات دريافتي از سنسورهاي مختلف سيستم را پردازش مي نمايد.

حافظه موقت ECU با برداشتن كابل باطري پس از مدت زمان معيني از بين مي رود.

سنسورها Sensors

1- سنسور دور موتور و موقعيت ميل لنگ: اطلاعات مربوط به ميزان دور موتور و موقعيت TDC نقطه مرگ بالاي سيلندر 4و1 را اندازه گيري و به واحد كنترل الكترونيك ارسال مي نمايد اين سنسور توسط تغيير ميدان مغناطيسي ولتاژ مناسب را ايجاد مي كند. اطلاعات اين سنسور توسط ECU براي محاسبه پارامترهاي گوناگون نظير پاشش سوخت، زمان جرقه زني و .... مورد استفاده قرار مي گيرد.

2- سنسور موقعيت ميل سوپاپ camshaft sensor

وظيفه اين سنسور تعيين موقعيت TDC و يا نقطه مرگ بالاي سيلندر يك و تفكيك آن از موقعيت اندازه گيري شده توسط سنسور دور موتور است.

3- سنسور فشار منيفولد و دماي هواي ورودي

Manifold Pressure and Intake Air Temperature Sensor

اين سنسور در بالاي مخزن آرامش منيفولد هواي ورودي نصب شده و اطلاعات مربوط به دماي هواي ورودي و فشار هواي داخل منيفولد را به طور پيوسته اندازه گيري و به ECU ارسال مي كند ولتاژ اين سنسور توسط ECU تامين مي گردد.

ولتاژ بازگشتي از SENSOR متناسب با افزايش فشار اندازه گيري شده توسط پيزوالكتريك (مقاومت متغير با فشار) تغيير مي‌كند. ECU از اين اطلاعات براي محاسبه موارد زير استفاده مي‌نمايد:

- اندازه گيري جرم هواي ورودي به موتور

- تغيير نسبت سوخت به هوا متناسب با بار وارده به موتور و فشار هواي محيط

- اوانس جرقه

مقاومت به كار رفته در سنسورهاي هوا از نوع NTC مي باشد يعني مقاومت آن با افزايش دما كاهش مي يابد. ECU براي محاسبه جرم هواي ورودي به موتور از اطلاعات اين سنسور استفاده مي كند.

4- سنسور دماي مايع خنك كننده Water Temperature Sensor

5- سنسور سرعت خودرو Vehicle speed sensor

اين سنسور بر روي دنده كيلومتر شمار گيربكس نصب شده و يك سيگنال متناسب با سرعت شفت خروجي گيربكس توليد مي نمايد و در نتيجه سرعت حركت خودرو اندازه گيري مي‌شود.

6- سنسور اكسيژن oxygen sensor

بر روي منيفولد اگزوز در مسير گازهاي خروجي اگزوز بين موتور و كاتاليست نصب مي گردد. اين سنسور اطلاعات مربوط به ميزان غني يا رقيق بودن مخلوط سوخت و هواي ورودي به موتور را اندازه گيري نموده و به ECU ارسال مي كند. ECU از اين اطلاعات براي محاسبات زير استفاده مي كند:

- محاسبه نسبت مخلوط سوخت و هوا

- تنظيم نسبت خطوط سوخت و هوا جهت عملكرد بهينه موتور

توابع مربوط به مقادير بهينه نسبت سوخت و هوا جهت كاركرد مناسب مبدل كاتاليست به طور دائم در ECU ذخيره شده است. ECU با استفاده از اطلاعات مربوط به غني بودن يا رقيق بودن مخلوط سوخت و هوا كه به صورت ولتاژ بين صفر و يك ولت از سنسور اكسيژن دريافت مي‌كند و با استفاده از توابع موجود در حافظه ECU نسبت به تنظيم نسبت سوخت و هواي ورودي به موتور جهت عملكرد بهينه مبدل كاتاليست اقدام مي نمايد.

مخلوط رقيق: ولتاژ ارسالي از سنسور اكسيژن كمتر از 5% ولت

غليظ: ولتاژ ارسالي از سنسور اكسيژن بيشتر از 5% ولت

7- سنسور ناك (كوبش) KNOCK SENSOR

اطلاعات مربوط به ميزان ناك در داخل موتور توسط سنسور ناك (كوبش) اندازه گيري به واحد كنترل الكترونيك ارسال مي گردد. ناك پديده اي ارتعاشي است كه در اثر احتراق زودهنگام مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر موتور ايجاد مي گردد. در صورت ايجاد اين پديده در داخل سيلندر موتور واحد كنترل الكتروني با استفاده از اطلاعات دريافتي از سنسور ناك، ميزان واكنش موتور را كاهش داده و همزمان با نسبت سوخت به هوا را افزايش مي‌دهد.

عملگرها Actuators

1- رله دوبل: Double Relay

اين رله وظيفه تغذيه جريان الكتريكي به سيستم انژكتوري را در شرايط مختلف كاركرد موتور همانند وضعيت سوئيچ باز، سوئيچ بسته و زمان روشن بودن موتور بعهده دارد.

الف) سويچ بسته، در حالت سويچ بسته يك ولتاژ از رله دوبل براي نگهداري اطلاعات موجود در حافظه ECU به واحد الكترونيك ارسال مي شود.

ب) سويچ باز: در حالت سويچ باز ECU به مدت 3-2 ثانيه براي اجزاي زير ولت ارسال مي‌كند:

- پمپ بنزين

- انژكتورها

- كويل دوبل

- شير برقي كنيستر

- مقاومت گرمكن سنسور اكسيژن

ج) موتور روشن: در اين حالت به طور دائم براي اجزاي سيستم ولتاژ ارسال مي شود

2- شير برقي كنيستر Canister Purge valve

با استفاده از شير برقي كنيستر امكان بازيافت بخارات بنزين جذب شده از باك در داخل كنيستر فراهم مي گردد. بدين ترتيب در زمان باز شدن اين شير بخارات بنزين موجود در كنيستر از طريق مسير هواي ورودي به موتور، وارد موتور شده و در داخل سيلندر مصرف مي‌شوند.

3-لامپ عيب يابي سيستم MIL

اين لامپ در داخل صفحه كيلومتر تعبيه گرديده است. هنگام بروز اشكال در سيستم انژكتوري توسط واحد كنترل الكترونيك روشن شده و با روشن شدن آن راننده متوجه وجود عيب درسيستم انژكتوري خود مي شود .

سنسورهای مورد استفاده برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت

سنسورهائی که برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت در یک ماشین در حال کار بکار برده میشوند، بایستی برخی الزامات را برآورده سازند؛ زیرا آنها بایستی حرکات سطح شفت دوار را اندازه گیری نمایند. این الزامات عبارتند از:

اندازه گیری مقدار ارتعاش بصورت غیرتماسی

عدم تاثیرپذیری از روغن یا واسطه های دیگر بین سنسور و سطح اندازه گیری

محدوده اندازه گیری وسیع و خطی با وضوح بالا

نصب و تنظیم و کالیبراسیون ساده

از انواع سنسورهای موجود (سنسورهای خازنی، القائی و جریان گردابی)، نوع جریان گردابی بعلت دارابودن برخی ویژگیها، در سطح وسیعی در دنیا استفاده میشود.

تجربیات حاصل از استفاده عملی، باعث استاندارد شدن سنسورها و مشخصات آنها در سطح وسیع شده است.

روش جریان گردابی (Eddy-Current Method)

اساس عملکرد در روش جریان گردابی بدین صورت است که میدان مغناطیسی تولید شده در اطراف یک سیم پیچ در اثر عبور جریان متناوب الکتریکی، باعث القاء جریانهای گردابی در ماده رسانای نزدیک سیم پیچ میگردد. خاصیت جریانهای گردابی، ربودن انرژی سیم پیچ از طریق میدان مغناطیسی تولید شده میباشد.

هر چه ماده رسانا چگالتر باشد یا میدان مغناطیسی بیشتری روی ماده اثر کند (یعنی ماده نزدیکتر به سیم پیچ باشد)، تبادل انرژی قویتر خواهد بود. اثر فوق خود را با افت در دامنه ولتاژ بخش اوسیلاتور (نوسان ساز) نشان میدهد. سپس این اثر به سیگنال قابل اندازه گیری نرمال متناسب با فاصله بین سیم پیچ و ماده رسانا تبدیل میشود (بطور مثال 8 میلی ولت بر میکرومتر)

مزایا: با هر ماده رسانای الکتریکی میتواند بکار برده شود. از واسطه های غیرالکتریکی مثل روغن، آب و غیره متاثر نمیشود. تعویض سنسور بدون کالیبراسیون مجدد میسر است. تاثیرپذیری کمی از خاصیت مغناطیسی باقیمانده در شفت دارد.

معایب: اندازه گیریها میتوانند از ساختار مواد شفت که هموژن نیستند متاثر شوند. به این موضوع Electronical Runout گفته میشود.

مشخصات: خواص مکانیکی و الکتریکی مجموعه اندازه گیری جریان گردابی بطور جامع در استاندارد API670 تشریح شده است. این استاندارد بصورت بین المللی برای ارزیابی این نوع اندازه گیری بکار برده میشود. سایر نیازمندیها در استاندارد DIN45670 تشریح شده اند.

در حال حاضر دو فرق اساسی در ساختمان سنسورهای جریان گردابی وجود دارد:

سیستم اندازه گیری با مجموعه ای متشکل از تجهیزات جداگانه، شامل سنسور بهمراه کابل، کابل اضافی و نوسان ساز (شکل 52-3)

سنسوری که با کابل و نوسان ساز بصورت یکپارچه ساخته شده است.

عمدتاً سیستم اندازه گیری با مجموعه تجهیزات جداگانه، برای اندازه گیری و مونیتورینگ ارتعاشات نسبی شفت ماشینها بطور دائمی استفاده میشود. هرگونه تغییری در طول هر یک از کابلها، باعث تغییر در خواص الکتریکی میگردد (ظرفیت و مقاومت). به این دلیل مجموعه کابلها و نوسان ساز بصورت یک جا توسط سازنده کالیبره شده و انجام تغییرات بعدی ممکن نیست. معمولا اندازه طول کلی کابل بین سنسور و نوسان ساز 5 متر میباشد.

در سیستم یکپارچه، مدار نوسان ساز و سیم پیچ در داخل بدنه یک پیچ M 10x1 ساخته میشوند. در این حالت افزایش طول کابل مهم نبوده و نصب کابل بطور قابل ملاحظه ای آسان میباشد.

تغذیه لازم برای سنسور و سیگنال اندازه گیری شده هر دو با استفاده از کابل استانداردی که میتواند تا 1000 متر طول داشته باشد، منتقل میگردد.

مشخصات اندازه گیری:

مشخصات اندازه گیری جریان گردابی با مشخصات - محدوده فرکانسی، محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل - تشریح میشوند.

محدوده فرکانسی: معمولاً محدوده فرکانسی در روش اندازه گیری جریان گردابی بین صفر تا 1000 هرتز میباشد. فرکانس صفر هرتز به وضعیت ساکن شفت مربوط است. حد بالائی فرکانس یعنی 1000 هرتز امکان اندازه گیری ارتعاشاتی که ضرایبی از سرعت کاری روتور میباشند را فراهم میسازد.

محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل: هر دو مشخصه فوق از منحنی تبدیل قابل محاسبه میباشند. منحنی تبدیل، رابطه بین ولتاژ خروجی اسیلاتور و فاصله بین سنسور و سطح اندازه گیری را نشان میدهد.

در منحنی تبدیل، این رابطه در فاصله 0.4 تا 2.9 میلیمتر با چشم غیرمسلح بشکل خطی دیده میشود. با این حال برای ارزیابی دقیق چشم غیرمسلح کافی نمیباشد.

شکل 57-3 میزان خطی بودن و انحراف منحنی تبدیل U(s) از حالت بهینه خطی G(s) در کل محدوده اندازه گیری را نشان میدهد.

منابع :

1-   سایت اطلاع رسانی آفتاب :

www.aftab.ir

2-   سایت اطلاع رسانی دانشنامه رشد :

www.daneshnameh.roshd.ir

3-   سایت تخصصی :‌

http://instrumentation.blogsky.com/?PostID=4

4-   سایت تخصصی برق :

http://forum.iranblog.com/showthread.php?t=7671

مدولاسیون چیست ؟

فرض کنید یک سر طنابی را به یک درخت گره زده*ایم و سر دیگر را 20 متر دورتر در دستگرفته اید. درصورتی که شما دستتان(که طناب را با آن گرفته اید) به سمت بالا و پایینحرکت دهید، طناب در هوا با حرکات موج مانند بالا و پایین می*رود و دامنه حرکات آنبه یک میزان (بالا و پایین)تغییر می*کند، خواه سرعت حرکت دست شما کم یا زیادباشد.

این حرکات نوسانی را به اصطلاح، حالتی از مدوله*سازیفركانسی یا FM1 می*نامند. در امواج رادیویی نیز این نوسانات تشکیل "امواج حامل2" راخواهند داد.

در مقابلFM روش دیگری وجود دارد که طی آن امواج حاملبر اساس تغییرات مقادیر دامنه امواج شکل می*گیرندکه به این حالت مدولاسیون دامنهیاAM گفته می*شود.

این در حالیست که مقادیر اختلاف تغییرات در دامنهیکسان نبوده و دائما با یکدیگراختلاف داشته باشند.

بنابراین در شیوهAM در یک بازه زمانی دامنه امواج حاملدچار تغییرات می*گردد در حالی که فرکانس ثابت وپایدار می*ماند ولی در شیوه FM در یکبازه زمانی دامنه امواج حامل ثابت بوده ولی فرکانس آن متغییراست.(البته در حد بسیارکم حدود + - 19 کیلو هرتز)

انواع مدولاسیونها :

بطور کلی مدولاسیون ها به دو روش انجام می گیرد که یا انالوگ هستند یا دیجیتال که عبارتند از :

FM 'AM ' SB ' SSB ' DSB ' DSB_SC ' FSK ' ASK ' QAM ' PCM ' TDM ' PDA

روش انالوگ خود دارای چندین نوع است که شرح و تفصیل همه انها از عهده این مقاله خارج است و جهت اشنایی سطحی به انها اشاره خواهد شد و سپس فقط انواعی که در رادیو و تلویزیون کاربرد بیشتری دارند به تفصیل شرح خواهد رفت .

ماهیت روشهای مدولاسیون AM وFM :

در روش AM نرخ یا میزان تغییرات دامنه امواج بستگیبه نوسانات و زیر و بم صدای ارسالی خواهد داشت.

در FM نیز میزان تغییرات فركانس امواج حامل وابسته بهنوسانات و زیر و بم صدا خواهد بود.

در روش مدولاسیونFM صداهای آهسته و حد پایین محونشده و از بین نمی رود، چرا که سیگنالهای FM هر تن صدا را بر روی فركانس جداگانهارسال می*كند،

به طوری که در هر لحظه دو فرکانس مختلف را با یکدیگرترکیب و همزمان ارسال می*نماید که اصطلاحا به آن استریو می*گویند و از این جهتکیفیت بسیار بالاتری نسبت به مدولاسیون AM خواهد داشت. ازسوی دیگرارسال امواج AM نسبتبه FMازسهولت بیشتری برخورداراست چراکه این امواجپیچیدگی*های کمتری نسبت به FM دارند.

در مقابل، کیفیت خوب سیگنالها*یFM كه ناشی از دوفركانسی بودن وپیچیدگی*های* فرایند پخش آن است، دارای معایبی نیز است از جمله آن کهاین امواج در فواصل دور قابل دریافت نیستند و زودتر دچار افت خواهند شد. اما در عوضسیگنالهای ساده AM به*راحتی تا فواصل بسیار دور نفوذ کرده و قابل در یافت از سویگیرنده هستند. پس به شکل خلاصه دریافتیم كه امواج FM دارای كیفیت بالاتر و بدون نویز ولی بردكوتاه*تر هستند و امواجAM دارای کیفیتی متوسط، اما برد بالاتری نسب به FM هستند.

مدولاسیون AM

مدولاسیون AM یکی از روش های پخش امواج رادیوییاست که تقریبا در مدتی نزدیک به3/2 ازقرن بیستم، رایج*ترین شیوه پخش امواج رادیوییخصوصا پخش همگانی بوده وهم اکنون نیزاستفاده وسیعی دارد. این شیوه بیشتر توسطایستگاه*های رادیویی که رویکرد پخش اخبار داشته ویا اغلب حجم مطالب موردانتشارآنها را "صحبت کردن" تشکیل می دهد، مورد استفاده واقع می گردد .

این درحالی است که ایستگاه*های رادیویی عمومی وپخشموسیقی در دهه*های اخیر ازشیوه پخش FM استقبال نمودند.روشAM تا قبل از جنگ جهانیاول برای ایستگاه*های رادیویی کلامی و موسیقی استفاده می شد، اما در دهه بعد ازجنگ اول جهانی فعالیت این ایستگاه ها به اوج خود رسید.

(اولین ایستگاه رادیوییAM تجاری در 1920درپنسیلوانیای آمریكا )آغاز به کار کرد. موسس این ایستگاه شخصی به نام "فرانکكان راد " بود.

انتشار امواج رادیویی AM بر روی چند باند فر کانسیمختلف به شرح زیر انجام می*گیرد:

موج بلند (LW):153-279 khz

موج متوسط (MW):530-1.710 khz

موج کوتاه (sw):2.300-26.100 khz

که موج کوتاه آن ( SW) خود به چندین تکه باند کوچکترتقسیم بندی می شود. تخصیص این باندها در وهله اول بر اساس تصمیم "ITU " یا اتحادیهبین المللی مخابرات (بخش تنظیم مقررات رادیویی) و در مراحل بعدی بر اساسسازمان*های تنظیم مقررات ملی هر کشور انجام می*گیرد. برای مثال در کشور ما، سازمانتنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی و در ایالات متحده، FCC یا کمیسیون فدرالارتباطات عهده*دار انجام این تقسیم بندی و تخصیص هستند.

-موج بلند ( LW ): این باند برای انتشار امواجرادیویی ایستگاه های تجاری در اروپا، آفریقا، آسیا، واسترالیا(هرسه منقطه ITU)مورد استفاده قرار دارد.

این در حالیست که در کشور آمریکا این باند به عنوانپشتیبان یا باند رزرو برای باند مسیریابی هوا نوردی در نظر گرفته شدهاست.

موج متوسط (MW ): یکی از رایج*ترین باندهای پخشامواج در ایستگاه*های رادیویی AM است.

موج كوتاه (SW) : توسط ایستگاه*هایی به کار می*رودکه قصد انتشار امواج خود را به فواصل بسیار دورتر از محل ایستگاهدارند.

صدای دریافتی از این امواج در فواصل دورتر دارای کیفیتکمتری نیز خواهد بود.

امواج متوسط وكوتاه باندAM ، در شب و روز رفتار واثرات متفاوتی را از خود نشان می*دهند. در طول روز سیگنالهای AM بوسیله امواج )انتشار ) زمینی منتقل می*شوند. در انعکاس از زمین امواج AM، سیگنالها قادرند تاچند صد كیلومتری ایستگاه ارسال شوند واین در حالی است که این امواج بعد از غروبآفتاب بر اساس تغییرات لایه یونسفر جو به شیوه انتشار آسمانی منتقل می*گردند که دراین حالت امواج منتشر شده از ایستگاه تا فواصل دورتری نسبت به روز قابل ارسال ودریافت خواهند بود. سیگنالهای رادیوییAM در فضاهای شهری می*توانند براحتی توسطساختمانهای مرتفع وآسمان خراش*ها گسیخته ومختل شوند. به علاوه دیگر منابع انتشارامواج رادیویی نیز می توانند اثرات مخرب و نامطلوبی بر فرایند انتقال این امواج برجای گذارند.

بنابر این یک فرستنده AM دستگاهی است كه با تلفیق وسوار كردن سیگنالهای صوتی بر روی امواج حامل، یك موج AM را تشکیل داده و از طریقآنتن، آن را منتشر می*نماید.

یك گیرنده* AM نیز مجهز به یك قسمت ********** و یك قسمتآشكارساز می*باشد كه عمل جداسازی سیگنالهای صوتی از امواج حامل و آشكار نمودن آنهارا برعهده دارد.

مدولاسیون FM

"ادوین آر مستر انگ " یک مخترع و مهندس الکترونیکدر آمریکا بود. وی در سال 1890 به دنیا آمد، مهندسی خود را از دانشگاه کلمبیا گرفت. وی همچنین یکی از فعالیترین مخترعین در عصر رادیو بود، به طوری که "مدولاسیونفرکانسی " رادیو یا (FM ) بزرگترین اختراع وی به شمار می*رود از دیگر اختراعات ادویندر دوران دانشکده، اختراع سیستم احیا کننده مدار درسال 1914بود.با این حال حقیقت غم انگیز در مورد او این بود کهبسیاری از اختراعات وی بعد از مرگش به نام دیگران ثبت شد. اما آرمسترانگ در سال 1933روش مدولاسیون فرکانسی رابه نام خود ثبت کرد.مزیت این روش در زمینه انتقال اصوات بوسیله امواجرادیویی، درکیفیت و وضوح بالاتر آن نسبت به روشهای AM و قبل ازآن بود. آرمسترانگ پس از موفقیت در آزمایشهای مقدماتی توانست تا نظر FCC را برایاختصاص یك باند ویژه رادیویی به نام FM جلب کند این باند ابتدا در محدوده 42 الی 50 MHZ قرار داشت.نخستین ایستگاه رادیو پخش همگانی FMدر سال 1937با مجوز کمیته ملی ارتباطات آمریکا (FCC)، با علامت (W1xoj )آغاز به کارکرد.در آن زمان رادیوهای FM هنوز در محدوده فركانسی 42تا50 مگاهرتزکار می*کردند، که پس ازجنگ جهانی دوم، کمیته در 27 ژوئن 1945،گسترهفرکانسی FM را به 88 الی MHZ 106 تغییر داد.این تغییر به منظور جلوگیری ازتداخل*های رادیویی وهمچنین افزایش ظرفیت كانالها انجام شد.به علاوه این تغییر، باعث تحمیل هزینه*های زیادی بهایستگاه*های پخشFM به علت تعویض تجهیزات قدیمی خود با تجهیزات پخش بر رویباندجدیدFM شد.

در کشور ما ایستگاه*های رادیویی پخش همگانی FM درمحدوده فركانسی 88 الی 108 مگاهرتز یعنی با گستره*ای برابر 20 مگاهرتز كار می*كنند. این گستره تقریبا به 100 کانال تقسیم شده است، هر کانال با گستره*ای برابر . 0/ 2MHZ روش FM نسبت به AM پهنای باندبیشتری را نیاز دارد، اما در مقابل سیگنالهای FM نسبت بهAM از نظر تداخل محفوظ*تر وقوی*تر می*باشند. همچنین در برابر پدیده محو شدگی نیز مقاومت بیشتری خواهندداشت.

برای دریافت امواج FM می*بایست از یك گیرندهFM استفادهنمود و برای شنیدن هر کانال باید گیرنده را دقیقا بر روی فرکانس مرکزی هر کانالتنظیم کرد.

برای مثال بالاترین کانال پهنایی برابر 8/107 مگاهرتز الیMHZ108 را در بر می*گیرد، بنابراین بسامد مرکزی آن 9/107مگاهرتز است.

ایستگاه*های پخش همگانی FM در کشورهای مختلف از توانخروجی بسیار بالایی درحدKW100 (كیلو وات ) ویا حتی بیشتر استفاده می*شود با چنینتوانی امواج رادیویی تا فواصل 160کیلومتری از ایستگاه فرستنده بخوبی قابل دریافت وشنیدنهستند. توان خروجی برخی از ایستگاه*ها حتی تا 300 یا 500 کیلو وات نیز افزایش می*یابد.

مانگونه که می دانید مدولاسیون های ذکر شده از مدولاسیون های دامنه یا AMمی باشند که در این نوع مدولاسیون ها، دامنه موج حامل به صورت خطی متناسب با دامنه موج پیام، که می تواند هر کمیت فیزیکی مثل صوت، تصویر، فشار، حرارت و....... باشد، تغییر می کند.

مدولاسیون DSB که مخفف ( Double Side Band ) می باشدبرای ارسال پیام، به یک پهنای باند ( BW=2W ) نیاز دارد، مثلا" اگر فرستادن یک پیام با پهنای باند 4 کیلو هرتز مورد نظر باشد، به یک پهنای باند 8 کیلوهرتزی نیاز داریم. همچنین بخاطر اینکه کریر نیز ارسال می شود، مجبور به ارسال قدرت اضافی هستیم، یعنی در حقیقت، 75 درصد قدرت ارسالی حاوی کریر است و فقط 25 درصد قدرت حاوی پیام است.اگرچه مدولاسیون DSB در فرستنده خود، مشکلات فوق را دارد، اما گیرنده ای ساده به نام آشکار ساز پوش دارد که در آن دیگر به اسیلاتور محلی نیاز نیست.مدولاسیون DSB_SC که مخفف ( Double Side Band_Slur Carrier ) می باشد، نوع اصلاح شده مدولاسیون DSBمی باشد.در این مدولاسیون مشکل ارسال قدرت اضافی ناشی از ارسال کریر،برطرف شده است، اما مشکل پهنای باند ( BW=2W ) همچنان پابرجاست، اما عمده ترین مشکل مدولاسیون DSB_SC این است که کریر فرستنده و گیرنده آن حتما" باید سنکرون باشد، به عبارت دیگر کریر فرستنده و گیرنده،باید هم فاز و هم فرکانس باشند، در غیر این صورت پیام آشکارشده درخروجی، دارای اعوجاج خواهد شد.

مدولاسیون SSB که مخفف ( Single Side Band ) می باشد، هیچ کدام از مشکلات مدولاسیون های DSB و DSB_SC ، را ندارد. یعنی پهنای باند ( BW=W ) بوده و صد در صد قدرت ارسالی نیز حاوی پیام است.می توان محاسبه نمود که توان مصرفی فرستنده SSB برای ارسال یک پیام نوعی، نصف توان مصرفی فرستنده DSB برای ارسال همان پیام است. از این رو، در جاهاییکه مشکل پهنای باند و قدرت وجود دارد، از مدولاسیون SSB استفاده می شود، و برای ارسال پیام به نقاط دور دست مناسب می باشد.لازم به ذکر است که سیستم SSBرا، فقط شرکت مخابرات دارد، چون فرستنده و گیرنده ی خاص خود را می طلبد و تنها شرکت مخابرات از عهده نگهداری و تامین قطعات فنی و اقتصادی آن بر می آید.مهمترین کاربرد SSBدر مخابرات، ارسال تعداد زیادی پیام تلفنی است.در داخل شهر، هر مشترک دارای یک کانال انتقال، که همان زوج سیم تلفنی است، می باشد.ولی در ارتباطات برون شهری، چون یک کانال انتقال داریم، باید پیام ها مدوله و بسته بندی شوند تا بتوان چندین پیام مختلف را از یک کانال انتقال، عبور داد.بسته بندی کردن پیام ها به "مالتی پلکسینگ" مشهور می باشد و به 2 صورت FDM و TDM وجود دارد.

مدولاسیون AM و FMدر سرویس پخش همگانی     

در منزل یا خودروی خود نشسته‌اید. رادیو را روشن می‌کنید تا به آن گوش دهید، گوینده رادیو در حال اعلام ساعات پخش برنامه‌ها وفرکانس رادیویی ایستگاه مربوطه است، " موج FM ، ردیف ......،موج AM فركانس ......... مگاهرتز".

 تا به حال فكر كرده‌اید كه AM و FM یعنی چه؟چه تفاوتی دارند واصلا" به چه  کار می آیند؟ 

دراین شماره، شما را با دو روش  رایج مدولاسیون امواج رادیویی ومختصری هم " سرویس پخش همگانی " آشنا می‌كنیم.

سرویس پخش همگانی یا  Broad casting  به معنای انتشار و ارسال صدا و یا تصویر (یا هر دو )به تعداد زیادی از گیرنده‌ها رادیو و یا تلویزیونی گفته می‌شود.

 در ایالات متحده  اولین ایستگاه رادیویی پخش همگانی در سال1920 آغاز به کار نمود واز دو سال بعد از آن رفته  رفته ایستگاه رادیویی تجاری کار خود را شروع کردند. این روند همچنان ادامه یافت تا اینكه در سال ‌2003 تعداد ایستگاه‌های تجاری به 804/4 ایستگاه، تنها باند درAMرسید.

جالب آن كه تعداد ایستگاه‌های FM در سال 1983 از ایستگاه‌های AM پیشی گرفت، چنان كه تا سال 1998 تعداد آنها به 6179 ایستگاه تجاری و 2400  ایستگاه غیر تجاری رسید. از طرف دیگر پخش همگانی تلویزیونی نیز که در همان دهه1920 آغاز به کارکرده بود، با مصادف شدن با جنگ  جهانی دوم، دستخوش اختلال و رشدکند شد اما امسال تا سال 1996 تعداد ایستگاه‌های پخش تلویزیونی تجاری به 1340  و غیر تجاری به 600  ایستگاه رسید.

 ماهیت روشهای مدولاسیون AM وFM

فرض کنید یک سر طنابی را به یک درخت گره زده‌ایم و سر دیگر را 20 متر دورتر در دست گرفته اید. درصورتی که شما دستتان(که طناب را با آن گرفته اید) به سمت بالا و پایین حرکت دهید، طناب در هوا با حرکات موج مانند بالا و پایین می‌رود و دامنه حرکات آن به یک میزان (بالا و پایین)تغییر می‌کند، خواه سرعت حرکت دست شما کم یا زیاد باشد.

این حرکات نوسانی را به اصطلاح، حالتی از مدوله‌سازی فركانسی یا FM1 می‌نامند. در امواج رادیویی نیز این نوسانات تشکیل "امواج حامل2" راخواهند داد.

در مقابلFM  روش دیگری وجود دارد که طی آن امواج حامل بر اساس تغییرات مقادیر دامنه امواج شکل می‌گیرندکه به این حالت مدولاسیون دامنه یاAM گفته می‌شود.

 این در حالیست که مقادیر اختلاف تغییرات در دامنه یکسان نبوده و دائما با یکدیگراختلاف داشته باشند.

بنابراین در شیوهAM در یک بازه زمانی دامنه امواج حامل دچار تغییرات می‌گردد در حالی که فرکانس ثابت وپایدار می‌ماند ولی در شیوه FM در یک بازه زمانی دامنه امواج حامل ثابت بوده ولی فرکانس آن متغییراست.(البته در حد بسیار کم).

در روش AM  نرخ یا میزان  تغییرات  دامنه امواج بستگی  به نوسانات و زیر و بم صدای ارسالی خواهد داشت.

در FM نیز میزان تغییرات فركانس امواج حامل وابسته به نوسانات و زیر و بم صدا خواهد بود.

  در روش مدولاسیونFMصداهای آهسته و حد پایین محو نشده و از بین نمی رود، چرا که سیگنالهای FM هر تن صدا را بر روی فركانس جداگانه ارسال می‌كند،

به طوری که در هر لحظه دو فرکانس مختلف را با یکدیگر ترکیب و همزمان ارسال می‌نماید که اصطلاحا به آن استریو می‌گویند و از این جهت کیفیت بسیار بالاتری نسبت به فروش AM  خواهد داشت. ازسوی دیگرارسال امواج AM نسبت به FM

ازسهولت بیشتری برخورداراست چراکه این امواج  پیچیدگی‌های کمتری نسبت به FM  دارند.

در مقابل، کیفیت خوب سیگنالها‌یFM كه ناشی از دو فركانسی بودن وپیچیدگی‌های‌ فرایند پخش آن است، دارای معایبی نیز است از جمله آن که این امواج در فواصل دور قابل دریافت نیستند و زودتر دچار افت خواهند شد. اما در عوض سیگنالهای ساده AM به‌راحتی تا فواصل بسیار دور نفوذ کرده و قابل در یافت از سوی گیرنده هستند. پس به شکل خلاصه دریافتیم كه امواج FM دارای كیفیت بالاتر ولی برد كوتاه‌تر هستند و امواجAM دارای کیفیتی متوسط، اما برد بالاتری نسب به FM هستند.

  مدولاسیون AM

 مدولاسیون  AM یکی از روش های پخش امواج رادیویی است که تقریبا در مدتی نزدیک به3/2 ازقرن بیستم، رایج‌ترین شیوه پخش امواج رادیویی خصوصا پخش همگانی بوده وهم اکنون نیزاستفاده وسیعی دارد. این شیوه بیشتر توسط ایستگاه‌های رادیویی که رویکرد پخش اخبار داشته ویا اغلب حجم مطالب مورد  انتشارآنها را "صحبت کردن" تشکیل می دهد، مورد استفاده واقع می گردد .

این درحالی است که ایستگاه‌های رادیویی عمومی وپخش موسیقی در دهه‌های اخیر ازشیوه  پخش FM استقبال نمودند.روشAM تا قبل از جنگ جهانی اول برای ایستگاه‌های رادیویی کلامی  و موسیقی استفاده می شد، اما در دهه بعد از جنگ اول جهانی فعالیت این ایستگاه ها به اوج خود رسید.

اولین ایستگاه رادیوییAM  (تجاری) در 1920درپنسیلوانیای آمریكا

آغاز به کار کرد. موسس این ایستگاه شخصی به نام "فرانک كان راد " بود.

برنامه‌های این ایستگاه در ابتدا شامل نمایش‌نامه‌ها، برنامه‌های طنز و سر گرمی وتا حدودی اخبار وموسیقی بود.

  انتشار امواج رادیویی AM  بر روی چند باند فر کانسی مختلف به شرح زیر انجام می‌گیرد:

  موج بلند  (lw):153-279 khz

 موج متوسط (mw):530-1.710 khz

 موج کوتاه (sw):2.300-26.100  khz

 که موج کوتاه آن ( SW) خود به چندین تکه باند کوچکتر  تقسیم بندی می شود. تخصیص این باندها در وهله اول بر اساس تصمیم "ITU " یا اتحادیه بین المللی  مخابرات (بخش تنظیم مقررات رادیویی) و در مراحل بعدی بر اساس سازمان‌های تنظیم مقررات ملی هر کشور انجام می‌گیرد. برای مثال  در کشور ما، سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی و در ایالات متحده، FCC  یا کمیسیون فدرال ارتباطات عهده‌دار انجام این تقسیم بندی و تخصیص هستند.

 - موج بلند ( LW ): این باند برای انتشار امواج رادیویی ایستگاه های تجاری در اروپا، آفریقا، آسیا، واسترالیا(هرسه منقطه ITU ) مورد استفاده قرار دارد.

 این در حالیست که در کشور آمریکا این باند به عنوان پشتیبان یا باند رزرو برای باند مسیریابی هوا نوردی در نظر گرفته شده است.

 - موج متوسط (MW ): یکی از رایج‌ترین باندهای پخش امواج در ایستگاه‌های رادیویی AM است.

 - موج كوتاه (SW) :  توسط ایستگاه‌هایی به کار می‌رود که قصد انتشار امواج خود را به فواصل بسیار دورتر از محل ایستگاه دارند.

صدای دریافتی از این امواج در فواصل دورتر دارای کیفیت کمتری نیز خواهد بود.

امواج متوسط وكوتاه باندAM ، در شب و روز رفتار و اثرات متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. در طول روز سیگنالهای AM بوسیله امواج (انتشار ) زمینی منتقل می‌شوند. در انعکاس از زمین امواج AM، سیگنالها قادرند تا چند صد كیلومتری ایستگاه ارسال شوند واین در حالی است که این امواج بعد از غروب آفتاب بر اساس تغییرات لایه یونسفر جو به شیوه انتشار آسمانی منتقل می‌گردند که در این حالت امواج منتشر شده از ایستگاه تا فواصل دورتری نسبت به روز قابل ارسال و دریافت خواهند بود. سیگنالهای رادیوییAM در فضاهای شهری می‌توانند براحتی توسط ساختمانهای مرتفع وآسمان خراش‌ها گسیخته ومختل شوند. به علاوه دیگر منابع انتشار امواج رادیویی نیز می توانند  اثرات مخرب و نامطلوبی بر فرایند انتقال این امواج بر جای گذارند.

 سمت بالای شکل (1) نشان دهنده سیگنال صوتی است که بر روی امواج حامل سوار شده وبه صورتAM تلفیق می‌شوند. در قسمت پایین همین شکل نتیجه تلفیق دو موج یاد شده نشان داده شده است و در حقیقت موج خروجی از فرستنده AM به شکل نهایی فوق در خواهد آمد.

بنابر این یک فرستنده AM دستگاهی است كه با تلفیق و سوار كردن سیگنالهای صوتی بر روی امواج حامل، یك موج AM را تشکیل داده و از طریق آنتن، آن را منتشر می‌نماید.

 یك گیرنده‌ AM نیز مجهز به یك قسمت فیلتر و یك قسمت آشكارساز می‌باشد كه عمل جداسازی سیگنالهای صوتی از امواج حامل و آشكار نمودن آنها را برعهده دارد.

  مدولاسیون FM

" ادوین آر مستر انگ " یک مخترع و مهندس الکترونیک  در آمریکا بود. وی در سال 1890 به دنیا آمد، مهندسی خود را از دانشگاه کلمبیا گرفت. وی همچنین  یکی از فعالیترین مخترعین  در عصر رادیو بود، به طوری که "مدولاسیون فرکانسی " رادیو یا (FM ) بزگترین اختراع وی به شمار می‌رود از دیگر اختراعات ادوین در دوران دانشکده، اختراع سیستم احیا کننده مدار درسال 1914بود.

با این حال حقیقت غم انگیز در  مورد او این بود که بسیاری از اختراعات وی بعداز  مرگش به نام دیگران ثبت شد. اما آرمسترانگ در سال 1933روش مدولاسیون فرکانسی رابه نام خود ثبت کرد.

مزیت این روش در زمینه انتقال اصوات بوسیله امواج رادیویی، در

کیفیت و وضوح  بالاتر آن نسبت به روشهای AM و قبل از آن بود. آرمسترانگ پس از موفقیت در آزمایشهای مقدماتی توانست تا نظر FCC را برای اختصاص یك باند ویژه رادیویی به نام FM جلب کند این باند ابتدا در محدوده 42 الی50mhz قرار داشت.

نخستین  ایستگاه  رادیو پخش همگانیFMدر سال  1937با مجوز کمیته ملی ارتباطات آمریکا (FCC)، با علامت (W1xoj )آغاز به کار کرد.

 در آن زمان رادیوهای FM هنوز در محدوده فركانسی 42 تا50 مگاهرتزکار می‌کردند، که پس ازجنگ جهانی دوم، کمیته در 27 ژوئن 1945،گستره فرکانسی FM را به 88 الی MHZ 106 تغییر داد.

این تغییر به منظور جلوگیری ازتداخل‌های رادیویی و همچنین افزایش ظرفیت كانالها انجام شد.

به علاوه این تغییر، باعث تحمیل هزینه‌های زیادی به ایستگاه‌های پخشFM  به علت تعویض تجهیزات قدیمی خود با تجهیزات پخش  بر روی باندجدیدFM شد.

در کشور ما ایستگاه‌های رادیویی پخش همگانی FM در محدوده فركانسی 88 الی 108 مگاهرتز یعنی با گستره‌ای برابر 20 مگاهرتز كار می‌كنند. این گستره تقریبا به 100 کانال تقسیم شده است، هر کانال با گستره‌ای برابر . 0/2 mhz

قسمت بالا شکل (2)نمایشگر سیگنالهای صوتی سوارشده بر روی امواج حامل درروش FM است  و قسمت پایین آن در واقع نشان دهنده نتیجه نهایی ترکیب فوق بوده وسیگنال خروجی FM را نشان می‌دهد. روش FM نسبت به AM پهنای باند بیشتری را نیاز دارد، اما در مقابل سیگنالهای FM نسبت بهAM از نظر تداخل محفوظ‌تر و قوی‌تر می‌باشند.  همچنین  در برابر پدیده محو شدگی نیز مقاومت بیشتری خواهند داشت.

برای دریافت امواج FM می‌بایست از یك گیرندهFM استفاده نمود و برای  شنیدن  هر کانال  باید گیرنده  را دقیقا بر روی فرکانس مرکزی هر کانال تنظیم کرد.

برای مثال بالاترین کانال پهنایی برابر 8/107 مگا هرتز  الیMHZ108

را در بر می‌گیرد، بنابراین بسامد مرکزی آن 9/107مگا هرتز است.

 ایستگاه‌های پخش همگانی FM در کشورهای مختلف از توان خروجی بسیار بالایی درحدKW100(كیلو وات ) ویا حتی بیشتر استفاده می‌شود با چنین توانی امواج رادیویی تا فواصل 160کیلومتری از ایستگاه فرستنده بخوبی قابل دریافت و شنیدن

هستند. توان خروجی برخی از ایستگاه‌ها حتی تا 300 یا 500 کیلو وات نیز افزایش می‌یابد.

1.       Frequency  Modu lation

2.       Carrier Wave

3.       AmplitudeModulation

 ماخذ : : ماهنامه دنیای مخابرات و ارتباطات

«آناليز عملكرد حداقل احتمال بلوكه شدن مكالمه براي تخصيص كانال ديناميك (پويا) در شبكه هاي سلولي موبايل »

چكيده : در اين مقاله ،مسئله اختصاص كانال پويا (DCA)  در شبكه سلولي مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد. ما نتايجي را درباره آن ترسيم مي كنيم كه بهبود عملكرد سيستم بوسيله DCA  اينست كه DCA  ، كاركرد و كارآمدي خط اصلي را افزايش مي دهد، اما روش ساده و مفيد را براي محاسبه حد پايين احتمال بلوكه شدن مكالمه DCA  توسعه مي دهد، با استفاده از اين روش ،مي توانيم عملكرد اختصاص كانال ثابت (FCA)  را با هر نوع طرحهاي DCA  به سادگي و بهتر ، مورد مقايسه قرار دهيم.

ما همچنين عملكرد DCA  را در موارد مختلف مورد بحث و بررسي قرار خواهيم داد.

كلمات كليدي: اختصاص كانال ثابت ،اختصاص كانال پويا، نظريه خط اصلي ، ارتباط سلولي موبايل.

مقدمه

با پيشرفت فناوري ارتباطي ،ارتباط پرسنل بسرعت رشد مي كند و شبكه هاي ارتباط جهاني نيز تحت تحقيقات فعالي قرار مي گيرند. در آينده ، سيستم هاي ارتباط جهاني ،ثابت متحرك مي تواند با همديگر در هر زماني و جايي و در هر شرايطي ارتباط برقرار نمايد،آنها مي توانند اطلاعات را بوسيله اين نسل از سيستم هاي جديد ارتباط پرسنل، مبادله نمايند.

سيستم هاي متحرك ترن MTS  ،اغلب براي پوشش حوزه پرتردد مثل شهرهاي بزرگ به كار مي روند ، جائيكه ساختارهاي سلولي كوچك و بزرگ نيز اغلب به كار گرفته مي شوند. خصوصاً در ساختماني بزرگ ، ساختار ميكروسلولي سه بعدي اغلب به كار خواهند رفت كارايي استفاده از منابع فركانس (كانال در پوشش معيني، با نسبت استفاده مجدد از كانال د رسلولهاي معين، مشخص مي شود. اين مقاله به بررسي طرح اختصاص منابع كانال راديويي در شبكه هاي سلول متحرك (موبايل ) زميني ، مي پردازد. در اينجا،بطور كلي به منابع كانال راديويي براي CDMA,TDMA,FDMA  بدون ملاحظه خواص هر يك از كانال هاي فيزيكي خواهيم پرداخت.

طرحهاي اختصاص كانال ،نقش مهمي را در سيستم هاي ارتباطي موبايل براي ايجاد ثابت و پايداري وكارآمدي شبكه ايفا مي كنند. هدف روش اختصاص كانال پويا DCA  ارائه و ايجاد امكان استفاده از شبكه هاي موبايل در شرايط منابع محدود كانال و بار تردد خاص شبكه مي باشد. با استفاده از DCA  ، كارايي كانال و كيفيت خدمات مي تواند بهبود يابد. DCA  نيز مي تواند توانايي سازگاري براي تغييرات ناگهاني بار تردد را ارائه دهد. در سيستم موبايل سلولي منابع كانال محدود باند محدود راديويي است كه به سيستم موبايل اختصاص دارد. در شبكه هاي مورد بحث در تحقيقات باند راديويي به چند كانال تقسيم مي شود. اين كانالها به تصديق كنندگان آن برطبق تقاضاي مكالمه شان اختصاص مي يابد . قطعاً ،تقاضاي مكالمه كه بوسيله تاييد كننده خاص انجام مي شود كنار گذاشته مي شود،اگر كانالهاي سالم در طرح منابع كانال موجود نباشد . يك راهبرد DCA  كه داراي عملكرد مطلوبي است مي تواند ،احتمال اين كنار گذاشتن را براي كاهش احتمال بلوكه شدن كاهش دهد.

جداي از محدوديت منابع كانال در سيستم هاي موبايل تداخل كانال نيز ، راهبرد اختصاص كانال را محدود مي كند، همان كانال نمي تواند ،در اين سلولها مجدداً به كار گرفته شود كه داراي خوشه تداخل بين كانالي مي باشد و در غير اينصورت ،ارتباط نمي تواند بعلت تداخل نامطلوب صورت گيرد.

در تحقيقات ، الگوريتم هاي اختصاص كانال بطور وسيعي به كار برده مي شوند و چندين نوع الگوريتم DCA  مطرح شده اند. اين نوع الگوريتم هاي DCA  براي عملكردشان در فرضيات خاص با همديگر مقايسه مي شوند. به هر حال ، همانطوريكه مي دانيم به هر الگوريتم DCA  نمي تواند ظرفيت تردد سيستم را بهبود بخشد. علاقه زيادي به محدوديت بهبود عملكرد بوسيله الگوريتم DCA  و شرايط تحت آن وجود دارد كه الگوريتم DCA  بزرگترين نقش را ايفا مي كند. گفته مي شود كه عملكرد DCA  در شرايط مختلف كانال ،بار مختلف تردد و مدل مختلف سلولي، متفاوت است ما نيازي به توسعه روش براي سنجش عملكرد هر نوع الگوريتم DCA  داريم.

در اين مقاله ،اين مشكلات رابررسي خواهيم كرد و سپس روش ساده اي را براي محاسبه حد پايين احتمال بلوكه شدن مكالمه درسيستم سلولي با استفاده از الگوريتم DCA  ارائه مي دهيم. با اين روش ،مي توانيم عملكرد هر الگوريتم DCA  را در همان مدل سلولي مورد مقايسه قرار دهيم.

در بخش دوم اين مقاله ،آناليز مدل، توصيف و مدل ارائه خواهد شد. در بخش سوم، روش ساده اي را براي محاسبه حد پايين احتمال بلوكه شدن مكالمه با استفاده از الگوريتم DCA  توسعه خواهيم داد. در بخش آخر نتايج عددي و نتيجه گيري درباره انتخاب الگوريتم DCA  در طرح سيستم عملي ارائه مي شود.

«2 - فرضيه و مدل رياضي »

در اين مقاله ، مباحثي درباره فرضيات ذيل ارائه مي شود:

1)مقدار كل كانال هاي دوبلكس موجود در سيستم سلولي ، M  است . مقدار كل مجموعه بصورت (GH)….CHM)  است و سيستم موبايل سلولي داراي كانال هاي دوبلكس M  براي كاربرد و استفاده بيشتر مي باشد.

اگر هر سلول به گروهي از كانالهاي (K<M)K  اختصاص يابد و اگر كانال هاي M  در بين سلولهاي N  تقسيم شود، گروههاي كانال واحد و مجزا داراي همان تعداد كانال خواهند بود و كل تعداد كانالهاي راديويي مي تواند بصورت ذيل ارائه شوند.

1)  M=KN  سلولهاي N  ،مجموعه كاملي از فراواني ها را به كار مي برند كه بصورت خدشه اي (C₁….CN)  تعريف مي شوند. CN  اندازه خدشه يا عامل استفاده و كاربرد مجدد سلول است.

2)    هر سلول داراي همان شعاع R  است AS  در تصوير يك نشان داده مي شود.

3)    فرض كنيد كه موج راديويي در همان روش و در فضاي آزاد منتقل مي شود.

اگر فاصله بين سلولها بزرگتر از مقدار ثابت D  باشد ، منابع كانال مي تواند در اين دو سلول به كار گرفته شود و تداخل بين كانال مي تواند ناديده گرفته شود. براي هندسه چند ضلعي ،اندازه خوشه N  ،شعاع سلولي R  و حداقل فاصله استفاده مجدد از كانال D ، معادله 2 را در بردارد.

4) براي تصريح تداخل كانال مجاور نيز ناديده گرفته مي شود.

5)  فرض كنيد،تاييد كننده هاي زيادي در هر سلول وجود دارد. يعني ،ميزان رسيدن مكالمه و تعداد مكالمه ها،مستقل از يكديگر است .

6) فرض كنيد كه مكالمه برطبق توزيع پوسيون مي رسد،در هر مكالمه از سيستم فرض مي شود كه ميزان رسيدن مكالمه مشابه است كه بوسيله l ارائه مي شود و ما مي توانيم توزيع احتمال را بدست آوريم .                                Pr=

جائيكه a(f)  تعداد پيام هاي رسيده است كه t=0  و t ، زمان رسيدن مكالمه است

7) اگر مكالمه بلوكه شود،فوراً پاك خواهد شد.

يعني هيچگونه علامتي در مدل خطي وجود ندارد جائيكه فرمول Erlang B به كار مي رود. A فرض مي شود زمان مدت مكالمه ، شاخص مدت ميانگين مكالمه H است M=1/H,- ميزان ميانگين خدمات است، كاركرد تراكم احتمال زمان خدمات به صورت ذيل است : P(S_n)=m-e^m(4)                                                

جائيكه s_n، زمان خدمات كاربرد n است.

9-خروج از دوره مكالمه، خارج از بحث ماست.

30-حد پايين احتمال بلوكه شدن مكالمه اختصاص كانال ديناميك

ما با مورد اختصاص كانال ثابت fca شروع مي كنيم، كانال هاي دو بلكي m است، و راهبرد FCA، هر سلول به گروهي از كانال هاي K اشاره و تخصيص مي يابد. بار تردد در هر سلول بصورت ذيل تبيين مي شود .  (Erlang)           = cell         A  per

در هر سلول، در سيستم، فرض مي شو د مشابه باشد، احتمال بلوكه شدن مكالمه براي هر سلول، مشابه است و مي تواند با فرمول Erlang بصورت ذيل بدست آيد ALC)) Erlang= p_bc جائيكه n كل بار تردد سلول است و k، تعداد كل كانال هاي دوپكلس قابل استفاده است كه بوسيله راهبرد FCA در سلول اختصاص مي يابد.

اكنون- مورد سيستمي را بحث مي كنيم فقط داراي خوشه سلولي است و اندازه خوشه، n است و تعداد كل سلولهاي سيستم n است و كانال هاي سيستم نمي توانند مجددا مورد استفاده قرار گيرند. در نتيجه كل بار تردد در داخل خوشه بصورت ذيل است (v)A=N تعداد كل كانال هاي موجود در خوشه M است كه K برابر N است. برطبق اصل اختصاصي كانال ديناميك، هر كاربر از هر سلول در خوشه، حق تقاضا در هر كانال در مجموعه كل كانال را ندارد.

اگر كانال سالم باشد، سيستم، كانال را به كاربر اختصاص خواهد داد، در غيراينصورت ، مكالمه درخواستي بدون اثرود، بلوكه خواهد شد. در طول دوره ي مكالمه، هر كاربر در خوشه نمي تواند كانال را مجددا استفاده كند. اين مسئله به معناي بار كل تردد در خوشه است كه داراي مجموعه كانال (H_M). …CH₁) با استفاده از فرمول Erlang B مي باشد.  (8)

جائيكه A بار متوسط تردد در هر سلول است، N، اندازه خوشه و K، تعداد كل كانال هاي موجود و هر سلول و در اختصاص كانال ثابت است.  (9)

يعني، در سيستم يك خوشه وجود دارد، بهبود بلوكه شدن مكالمه با راهبرد DCA بدين معناست كه DCA، اثر كارآمدي خط اصلي را آزاد مي كند. اگر نوعي از راهبرد DCA، اصل اساسي DCA را عليرغم نوع راهبرد DCA برآورده سازد، نتيجه احتمال بلوكه شدن با كاربرد dca هميشه مشابه است كه با معادله 8 محاسبه مي شود . در واقع بهبود الگوريتم در طرح DCA، معنايي ندارد و چون، كل سيستم داراي يك خوشه است و هر كانال نمي تواند مورد استفاده مجدد قرار گيرد ما مي توانيم همان نتايج را از معادله ي 8، براي هر طرح dca در سيستم سلولي خوشه اي بدست آوريم.

به هرحال، براي سيستم هاي كلي سلولي، آن هميشه داراي چندين خوشه و منابع كانال است كه مي تواند در هر دو سلول مجددا استفاده شود كه به همان خوشه تعلق ندارد. در مورد كلي، فرض مي كنيم كه هر سلول داراي همان بار تردد Aاست و تعداد كل سلولها در سيستم، C است همچنين كانال هاي دوپلكس M وجود دارد كه به مجموعه (CH_M  …CH₁) تعلق دارد. فرض مي كنيم كه احتمال متوسط بلوكه شدن مكالمه طبق راهبرد PCA، بصورت P_N(DCA)C است.

فرضيه ديگري تغيير نمي يابد. بنابراين در سيستم جديد، متوسط احتمال بلوكه شدن مكالمه بصورت (cells  C+1 / (CDCA  P_B) است.

فرض كنيد كه مجموعه سلولها در سيستم جديد، C‌است. (C+1. …C₁)

جائيكه (C₁…(C)  سلولهاي سيستم قديمي است. سلول C_C+1 ، سلول اضافه شده است. ما خوشه سلولي Q‌ را مي سازيم كه شامل سلول اضافه شده C_C+1  است. بطور واضح، سلول C_C+1 ، در منابع كانال با ساير سلولها در خوشه سيستم مي باشد. بعنوان نتيجه ، تقاضاي مكالمه در سلول C_C+1 ، متوسط احتمال بلوكه شدن را در سلولها افزايش مي دهد و موجب افزايش بلوكه شدن سلول مي شود. بنابراين ، افزايش بلوكه شدن سلول به سيستم كامل پراكنده مي شود.             (10)                               p_h(dc…

درواقع، اگر منابع كانال به كانال m محدود شود، و به سلول جديدي براي تداخل سيستم افزوده شود. كل بار تردد از مقدار قبلي افزايش مي يابد، يعني، C برابر A‌است و به مقدار جديد (C+1) برابر A‌است . اين عمل منجر به افزايش احتمال بلوكه شدن مكالمه در كل سيستم مي شود و نتايج ذيل بدست مي آيد.

اگر سيستم سلولي ، فرضيه را در بخش 2 تاييد كند، حد پايين احتمال بلوكه شدن مكالمه با استفاده از طرح DCA مي تواند بصورت ذيل باشد.  (11)                   P_N…

جائيكه N ، اندازه خوشه است، A، بار متوسط تردد در هر سلول است و K=M/N، تعداد كانال هاي اختصاص يافته به هر سلول با استفاده از طرح FCA

«4-نتايج آماري و نتيجه گيري»

تصوير 3، حد پايين تر احتمال بلوكه شدن PCA را در مورد اندازه ي خوشه N=3 و N=1 با احتمال بلوكه شدن FCA ارائه مي دهد كه كانال هاي (K=10)10 به هرسلول اختصاص مي يابد. ديده مي شود كه حد پايين احتمال بلوكه شدن DCA به اندازه خوشه N مربوط مي شود، اگر K، ثابت باشد. حد پايين تر احتمال بلوكه شدن DCA كاهش خواهد يافت، اگر N افزايش يابد. بدين معنا كه سيستم ها داراي اندازه خوشه بزرگتر مثل سيستم هاي موبايل آنالوگ و CMS هستند. كاربرد راهبرد DCA، كارآمدي سيستم را بهبود خواهد داد. در صورتيكه در نسل جديد سيستم هاي موبايل مثل سيستم هاي CDMA ، N كمتر از 3 است كه بوسيله DCA بهبود نمي يابد.

كانال هاي 10 به هر سلول اختصاص مي يابد در تصوير ديده مي شود كه حد پايين احتمال بلوكه شدن DCA به اندازه خوشه مربوط مي شود اگر 2 / 0 ثابت باشد حد پايين احتمال بلوكه شدن DCA كاهش خواهد يافت اگر N افزايش يابد بدين معنا كه سيستم هاي داراي اندازه خوشه بزرگتر مثل سيستم هاي موبايل آنالوگ و C5M هستند كاربرد راهبرد DCA كارآمدي سيستم را بهبود خواهد داد در صورتي كه در نسل جديد سيستم هاي موبابل مثل سيستم هاي DDMAN ;ljv hc 3 hsj ;I fi ,sdgi ِ‍َ بهبود نمي يابد.

تصوير 4 -  احتمال بلوكه شدن مكالمه FCA و حد پايين احتمال بلوكه شدن DCA را در مورد اندازه خوشه 7= N و سلول – كانال 60 = K ارائه مي دهد فضاي بين دو منحني DCA–FCA در مقايسه با دو منحني تصوير 3 باريك است . تصوير 4 و 3  وقتي كه احتمال بلوكه شدن FCA  10 % است حد پايين DCA احتمال بلوكه شدن 4 % و 1/0 % است حداكثر بهبودي به وسيله DCA در حدود 9/9 % و 6/6 % است اين مسئله نشان مي دهد كه DCA به هنگام كوچكتر شدن k قابل استفاده مي باشد .

تصوير 5- مقايسه بين حد پايين احتمال بلوكه شدن DCA و احتمال بلوكه شدن الگوريتم DCA را در تحقيقات نشان مي دهد مي توان ديد كه الگوريتم DCA در تحقيقات عملكرد را در مقايسه با روش الگوريتم FCA بهبود مي بخشد بهبودي قابل ملاحظه اي در مقايسه با حد پايين احتمال بلوكه شدن DCA وجود دارد كه به وسيله معادله (1) محاسبه مي شود.

تقدير و سپاس

در اينجا تلاشهاي پروفسورگانگ مينگ چاو از دانشگاه علوم و فنون الكترونيك چيني تقدير به عمل مي آيد.