شاید راه دستیابی به طرح موتوری که بتواند با منبع تغذیه ac تکفاز کار کند، راه اندازی ماشینdc به وسیله یک منبع تغذیهac است. همانطور که می دانیم گشتاور القایی موتور dc از رابطه رو به رو بدست می آید : T=K.Q.Ia
اگر پلاریته ولتاژ اعمالی به موتور dc شنت یا سری را معکوس کنیم، جهت فوران میدان وجهت جریان آرمیچر، هر دو معکوس می شود و گشتاور القایی حاصل در همان جهت قبلی ادامه می یابد. بنابراین، می توانیم با اتصال موتور dcبه منبع تغذیه ac،به گشتاور نوسانی اما یکسو دست یابیم. چنین طرحی فقط در موتور dc سری عملی است زیرا باید جریان آرمیچر و جریان میدان دقیقاً به طور همزمان معکوس شوند . در موتورهای dc شنت، اندوکتانس بسیار زیاد میدان، موجب تاخیر در معکوس شدن جریان میدان می شود و بدین ترتیب به طور غیر قابل قبولی ، گشتاور متوسط القایی کاهش می یابد. به منظور اینکه موتورdc سری به طور موثری در ac کار کند، باید قطبهای میدان و بدنه استاتور آن به طور کامل مورق باشد؛ در غیر اینصورت، موتور تلفات هسته ای هنگفتی خواهد داشت. وقتی قطبها و استاتور مورق باشد، این موتور اغلب موتور یونیورسال نامیده می شود، زیرا می تواند هم بابرق dc وهم با برق ac کار کند. وقتی موتور در برقac کار می کند، کمو تاسیون آن خیلی بدتر از کموتاسیون با برقdc خواهد بود. در جاروبکها جرقه اضافی توسط عمل ترانسفورماتوری القای ولتاژ در کلافهایی که زیر کموتاسیون می روند به وجود می آید. این جرقها به میزان قابل توجهی از عمر جاروبک کاسته، می تواند منبع تداخل فرکانس رادیویی در برخی محیطها باشد.
مشخصه گشتاور_سرعت یک موتور یونیورسال با منبع ولتاژ ac به دو دلیل با مشخصه گشتاور_سرعت همین ماشین به هنگام کار با منبع ولتاژ dc تفاوت دارد: 1)سیم پیچیهای آرمیچر و میدان، راکتانسهای نسبتاً بزرگی در فرکانس 50یا60 هرتز دارند. قسمت قابل ملاحظه ای از ولتاژ ورودی روی این راکتانسها افت می کند و بنابراین Ea به ازای ولتاژ ورودی معینی در مدت کارac، کوچکتر از Ea در مدت کار dcاست. چون: Ea=KQW 2/1 2)بعلاوه ولتاژ پیک سیستم ac، ( 2) برابر مقدار rms آن است، از اینرو ممکن است اشباع مغناطیسی در نزدیکی جریان پیک ماشین اتفاق بیفتد. این اشباع می تواند به طور قابل توجهی، فوران rms موتور را به ازای سطح جریان معینی کاهش دهد و به کاهش گشتاور القایی ماشین منجر شود. از آنجا که کاهش فوران باعث افزایش سرعت ماشین dc می شود،از اینرو ممکن است این اثر تا حدودی افت سرعت ناشی از اثر اول را از بین ببرد. از کاربردهای موتور یونیورسال می توان در جایی که وزن کم و گشتاور زیاد مد نظر باشد استفاده کرد .
انتقال برق بدون سیم از سطح ماه
یکی از ایده های جدید تولید انرژی، انتقال انرژی خورشیدی از سطح ماه بصورت بی سیم است. اصول اولیه این طرح توسط دکتر دیوید کریسول (Dr. David Criswell) محقق دانشگاه هوستون تگزاس و مدیرمؤسسه Space Systems Operations ارائه شده است. بر اساس این طرح، ابتدا مجموعه ای بسیار وسیع از سلولهای خورشیدی بر سطح ماه (که همیشه به طرف زمین است) قرار داده میشوند تا نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. سپس انرژی الکتریکی حاصله به یک فرستنده مایکروویو ارسال میشود تا به امواج رادیویی در فرکانس 2.5 گیگاهرتز تبدیل شده و از آنجا بوسیله آنتنهای با پهنای بیم (beam) بسیار باریک بطرف زمین ارسال گردد. در سطح زمین این امواج الکترومغناطیسی پر قدرت بوسیله آرایه های بسیار بزرگ (very large array) از آنتنهای مایکروویو دریافت شده و دوباره به انرژی الکتریکی تبدِل میشوند. همچنین بخشی از این امواج توسط ماهواره های مخصوصی که در اطراف کره زمین قرار خواهند گرفت به نقاط دیگر کره زمین که در دید مستقیم ماه نمی باشند منعکس میشوند.
در واقع تبدیل انرژی الکتریکی به امواج الکترومغناطیسی این امکان را میدهد تا انرژی بصورت بی سیم از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شود و در نقطه مقابل پس از دریافت امواج الکترومغناطیسی با انجام عمل عکس، انرژی ااکتریکی مجدداً تولید گردد (به این روش اصطلاحاً power beaming میگویند). تقریباً اساس تمام سیستمهای انتقال برق بدون سیم بر همین پایه استوار است. البته واضح است که بازدهی چنین سیستمهایی در مقایسه با انتقال برق در خطوط برق بسیار پایین است چون مقدار زیادی از انرژی در تبدیل برق به امواج الکترومغناطیسی و بالعکس تلف میشود و بعلاوه مقداری ازانرژی موجود در امواج نیز در فرایند تشعشع وانتقال در محیط (اتمسفرزمین) به هدر خواهد رفت. بااین وجود، دکتر کریسول در مقالات مختلفی که ارائه کرده ( منجمله مقاله 1 و مقاله 2) بصورت تحلیلی به این مسائل اشاره کرده و با محاسبات مختلف ادعا نموده است که میزان انرژی تولید شده با احتساب تمام این تلفات و مخارجی که صرف ساخت و نصب تجهیزات خواهد شد باز مقرون به صرفه خواهد بود و تنها به کسری از یک سنت برای تولید یک کیلو وات بر ساعت برق خواهد رسید. البته دانشمندان ناسا نیز ایده های مشابهی مثل قرار دادن مجموعه ای از سلولهای خورشیدی و یا حتی صرفاً صفحه های منعکس کننده نور در مدار کره زمین ارائه کرده اند که بحث بر سر اینکه کدام روش مناسبتر است هنوز ادامه دارد.
ترانسفور ماتور فشار قوی خشک
ترانسفورماتورهای فشارقوی خشک
در ژوئیه 1999، شرکت ABB، یک ترانسفور ماتور فشار قوی خشک به نام “Dryformer “ ساخته است که نیازی به روغن جهت خنک شدن بار به عنوان دی الکتریک ندارد.در این ترانسفورماتور به جای استفاده از هادیهای مسی با عایق کاغذی از کابل پلیمری خشک با هادی سیلندری استفاده می شود.تکنولوژی کابل استفاده شده در این ترانسفورماتور قبلاً در ساخت یک ژنراترو فشار قوی به نام "Power Former" در شرکتABB به کار گرفته شده است. نخستین نمونه از این ترانسفورماتور اکنون در نیروگاه هیدروالکترولیک “Lotte fors” واقع در مرکز سوئد نصب شده که انتظار می رود به دلیل نیاز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هایی که از ایمنی بیشتری برخوردار باشند و با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری داشته باشند، با استقبال فراوانی روبرو گردد.
ایده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه 90 مطرح شد. بررسی، طراحی و ساخت این ترانسفورماتور از بهار سال 1996 در شرکت ABB شروع شد. ABB در این پروژه از همکاری چند شرکت خدماتی برق از جمله Birka Kraft و Stora Enso نیز بر خوردار بوده است.
تکنولوژی
ساخت ترانسفورماتور فشار قوی فاقد روغن در طول عمر یکصد ساله ترانسفورماتورها، یک انقلاب محسوب می شود. ایده استفاده از کابل با عایق پلیمر پلی اتیلن (XLPE) به جای هادیهای مسی دارای عایق کاغذی از ذهن یک محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش کرده است.
تکنولوژی استفاده از کابل به جای هادیهای مسی دارای عایق کاغذی، نخستین بار در سال 1998 در یک ژنراتور فشار قوی به نام “ Power Former” ساخت ABB به کار گرفته شد. در این ژنراتور بر خلاف سابق که از هادیهای شمشی ( مستطیلی ) در سیم پیچی استاتور استفاده می شد، از هادیهای گرد استفاده شده است. همانطور که از معادلات ماکسول استنباط می شود، هادیهای سیلندری ، توزیع میدان الکتریکی متقارنی دارند. بر این اساس ژنراتوری می توان ساخت که برق را با سطح ولتاژ شبکه تولید کند بطوریکه نیاز به ترانسفورماتور افزاینده نباشد. در نتیجه این کار، تلفات الکتریکی به میزان 30 در صد کاهش می یابد.
در یک کابل پلیمری فشار قوی، میدان الکتریکی در داخل کابل باقی می ماند و سطح کابل دارای پتانسیل زمین می باشد.در عین حال میدان مغناطیسی لازم برای کار ترانسفورماتور تحت تاثیر عایق کابل قرار نمی گیرد.در یک ترانسفورماتور خشک، استفاده از تکنولوژی کابل، امکانات تازه ای برای بهینه کردن طراحی میدان های الکتریکی و مغناطیسی، نیروهای مکانیکی و تنش های گرمایی فراهم کرده است.
در فرایند تحقیقات و ساخت ترانسفورماتور خشک در ABB، در مرحله نخست یک ترانسفورماتور آزمایشی تکفاز با ظرفیت 10 مگا ولت آمپر طراحی و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمایش گردید. “ Dry former” اکنون در سطح ولتاژ های از 36 تا 145 کیلو ولت و ظرفیت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.
نیروگاه مدرن Lotte fors
ترانسفورماتور خشک نصب شده در Lotte fors که بصورت یک ترانسفورماتور – ژنراتور افزاینده عمل می کند ، دارای ظرفیت 20 مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ 140 کیلو ولت کار می کند. این واحد در ژانویه سال 2000 راه اندازی گردید. اگر چه نیروگاه Lotte fors نیروگاه کوچکی با قدرت 13 مگا وات بوده و در قلب جنگلی در مرکز سوئد قرار دارد اما به دلیل نوسازی مستمر، نیروگاه بسیار مدرنی شده است. در دهه 80 میلادی ، توربین های مدرن قابل کنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال 1996، کل سیستم کنترل آن نوسازی گردید. این نیروگاه اکنون کاملاً اتوماتیک بوده و از طریق ماهواره کنترل می شود.
ویژگیهای ترانسفورماتور خشک
ترانسفورماتور خشک دارای ویژگیهای منحصر بفردی است از جمله: به روغن برای خنک شده با به عنوان عایق الکتریکی نیاز ندارد. سازگاری این نوع ترانسفورماتور با طبیعت و محیط زیست یکی از مهمترین ویژگی های آن است. به دلیل عدم وجود روغن، خطر آلودگی خاک و منابع آب زیر زمینی و همچنین احتراق و خطر آتش سورزی کم می شود. با حذف روغن و کنترل میدانهای الکتریکی که در نتیجه آن خطر ترانسفور ماتور از نظر ایمنی افراد ومحیط زیست کاهش می یابد، امکانات تازه ای از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم میشود.به این ترتیب امکانات نصب ترانسفورماتور خشک در نقا شهری و جاهایی که از نظر زیست محیطی حساس هستند، فراهم میشود. در ترانسفورماتور خشک به جای بوشینگ چینی در قسمتهای انتهایی از عایق سیسیکن را بر استفاده میشود. به این ترتیب خطر ترک خوردن چینی بوشینگ و نشت بخار روغن از بین میرود. کاهش مواد قابل اشتعال، نیاز به تجهیزات گسترده آتش نشانی کاهش میدهد. بنابراین از این دستگاهها در محیط های سر پوشیده و نواحی سرپوشیده شهری نیز می توان استفاده کرد. با حذف روغن در ترانسفورماتور خشک، نیاز به تانک های روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن کاملاً از بین میرود.بنابراین کار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال کابلها و نصب تجهیزات خنک کننده خواهد بود. از دیگر ویژگی های ترانسفورماتور خشک، کاهش تلفات الکتریکی است. یکی از راههای کاهش تلفات و بهینه کردن طراحی ترانسفورماتور، نزدیک کردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژی تا حد ممکن است تا از مزایای انتقال نیرو به قدر کافی بهره برداری شود. با بکار گیری ترانسفورماتور خشک این امر امکان پذیر است .