تاریخچه

توان الکتریکی با جریان متناوب ، نوعی از انرژی الکتریکی است که برای تغذیه تجاری الکتریسیته به عنوانتوان الکتریکی ، از جریان متناوب استفاده می‌کند. ویلیام استنلی جی آر کسی است که یکی از اولین سیم پیچهای عملی را برای تولید جریان متناوب طراحی کرد. طراحی وی یک صورت ابتدایی ترانسفورماتورمدرن بود که یک سیم پیچ القایی نامیده می‌شد. از سال 1881م تا 1889م سیستمی که امروزه استفاده می‌شود، توسط نیکلا تسلا ، جرج وستینگهاوس ، لوییسین گاولارد ، جان گیبس و الیور شالنجر طراحی شد.

سیستمی که توماس ادیسون برای اولین بار برای توزیع تجاری الکتریسیته بکار برد، به دلیل استفاده از جریان مستقیم محدودیتهایی داشت که در این سیستم برطرف شد. اولین انتقال جریان متناوب در طول فواصل بلند در سال 1891م نزدیک تلورید کلورادو اتفاق افتاد که چند ماه بعد در آلمان ادامه پیدا کرد. توماس ادیسون به علت اینکه حقوق انحصاری اختراعات متعددی را در فن آوری جریان مستقیم «DC» داشت، استفاده از جریان مستقیم را به شدت حمایت می‌کرد، اما در نهایت جریان متناوب به عرصه استفاده عمومی آمد. چارلز پروتیوس استینمتز از جنرال الکتریک بسیاری از مشکلات مرتبط با تولید الکتریسیته و انتقال آن را با استفاده از جریان متناوب حل کرد.

توزیع برق و تغذیه خانگی

بر خلاف جریان DC ، جریان AC را می‌توان توسط یک ترانسفورماتور به سطوح مختلف ولتاژی انتقال داد. هر چه میزان ولتاژ افزایش یابد، انتقال توان هم موثرتر صورت خواهد گرفت. افزایش میزان قابلیت انتقال توان به علت قانون اهم است، تلفات انرژی الکتریکی وابسته به عبور جریان از یک هادی است. تلفات توان به علت جریان توسط رابطه P = Ri²t محاسبه می‌شود، بنابراین اگر جریان دو برابر شود، تلفات چهار برابر خواهد شد.

با استفاده از ترانسفورماتور ، ولتاژ را می‌توانیم به یک ولتاژ بالا افزایش دهیم تا بتوانیم توان را در طول فواصل بلند در سطح جریان پایین انتقال داده و در نتیجه تلفات کاهش یابد. سپس می‌توانیم ولتاژ را دوباره به سطحی که برای تغذیه خانگی بی خطر باشد، کاهش دهیم.

تولید الکتریکی سه فاز بسیار عمومی است و استفاده‌ای موثرتر از ژنراتورهای تجاری را برای ما ممکن می‌سازد. انرژی الکتریکی توسط چرخش یک سیم پیچ داخل یک میدان مغناطیسی در ژنراتورهای بزرگ و با هزینه بالا ایجاد می‌شود. اما به هر حال جای دادن سه سیم پیچ جدا روی یک محور (بجای یک سیم پیچ) ، هم نسبتا آسان و هم مقرون به صرفه است. این سیم پیچها روی محور ژنراتورها نصب شده‌اند اما از نظر فیزیکی جدا هستند و دارای یک اختلاف زاویه 120 درجه‌ای نسبت به هم هستند. سه شکل موج جریان تولید می‌شود که دارای اختلاف فاز 120 درجه‌ای نسبت به هم ، اما اندازه‌های یکسان هستند.

توزیع الکتریسیته سه فاز بطور وسیعی در ساختمانهای صنعتی و توزیع الکتریسیته تک فاز در محیطهای خانگی بکار می‌رود. نوعا یک ترانسفورماتور سه فاز ممکن است مسیرهای مختلفی را با یک فاز متفاوت برای بخشهای مختلف هر مسیر تغذیه کند. سیستمهای سه فاز به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در محل بار متعادل باشند، اگر باری بطور صحیح متعادل شده باشد، جریانی از نقطه خنثی عبور نخواهد کرد. این بدین مفهوم است که می‌توان جریان را تنها با سه کابل بجای شش کابل که در غیر این صورت مورد نیاز است، انتقال داد. گفتنی است که برق سه فاز در واقع نوعی از سیستم چند فازه است.
در بسیاری از موارد تنها یک برق تک فاز برای تغذیه روشنایی خیابانها یا مصرف کننده‌های خانگی مورد نیاز است. وقتی که یک سیستم توان الکتریکی سه فاز داریم، یک کابل چهارمی که خنثی است را در توزیع خیابانی قرار می‌دهیم تا برای هر خانه یک مدار کامل را فراهم کنیم، «یعنی هر خانه می‌تواند از یکی از کابلهای فاز و کابل خنثی برای مصرف استفاده کند». خانه‌های مختلف در خیابان از فازهای مختلف استفاده می‌کنند یا وقتی که مصرف کننده‌های زیادی به سیستم متصلند، آنها را به صورت مساوی در طول برق سه فاز پخش می‌کنند تا بار روی سیستم متعادل شود. بنابراین کابل تغذیه هر خانه معمولا تنها شامل یک هادی فاز و نول و احتمالا با یک پوشش آهنی زمین شده ، است.

برای اطمینان یک سیم سومی هم اغلب بین هر یک از وسایل الکتریکی در خانه و صفحه سوییچ الکتریکی اصلی یا جعبه فیوز وصل می‌شود. این سیم سوم در انگلستان و اکثر کشورهای انگلیسی زبان سیم earthو در آمریکا سیم ground خوانده می‌شود. در صفحه سوییچ اصلی سیم earth را به سیم نول و نیز به یک تیرک متصل به زمین یا هر نقطه earth در دسترس (برای آمریکاییها نقطه ground) نظیر لوله آب ، متصل می‌کنند.

در صورت وقوع خطا ، سیم زمین می‌تواند جریان کافی را برای راه اندازی یک فیوز و جدا کردن مدار دارای خطا ، از خود عبور دهد. همچنین اتصال زمین به این مفهوم است که ساختمان مجاور دارای ولتاژی برابر ولتاژ نقطه خنثی است. شایعترین نوع خطای الکتریکی (شوک) در صورتی رخ می‌دهد که شیئی (معمولاً یک نفر) بطور تصادفی بین یک هادی فاز و زمین مداری تشکیل دهد. در این صورت یک جریان خطا از فاز به زمین ایجاد می‌شود که به جریان پس ماند معروف است. یک مدار شکن جریان پس ماند طراحی شده است تا چنین مشکلی را شناسایی کند و مدار را قبل از اینکه شوک الکتریکی منجر به مرگ شود قطع کند.

در کاربردهای صنعتی (سه فاز) بسیاری از قسمتهای مجزای سیستم خنثی به زمین متصلند که این امر موجب می‌شود تا جریان های کوچک زمین ، که همواره بین یک ژنراتور و یک مصرف کننده (بار) در حال عبور هستند را متعادل کند. این سیستم زمین کردن این اطمینان را به ما می دهد که اگر خطایی رخ دهد، جریانی که از نقطه خنثی می گذرد به یک سطح قابل کنترل محدود شده باشد. این روش به سیستم خنثی زمین چندگانه معروف است.

فرکانسهای AC در کشورها

اکثر کشورهای جهان سیستمهای الکتریکی‌شان را روی یکی از دو فرکانس 60 و 50 هرتز استاندارد کرده‌اند. لیست کشورهای 60 هرتز که اغلبشان در دنیای جدید قرار دارند کوتاهتر است، اما نمی‌توان گفت که 60 هرتز کمتر معمول است.

• کشورهای 60 هرتز عبارتند از: ساموای امریکا ، آنتیگوا و باربودا ، آروبا ، باهاماس ، بلیز ، برمودا ، کانادا ، جزایر کیمان ، کلمبیا ، کاستاریکا ، کوبا ، جمهوری دمونیکن ، السالوادور ، پلینسیای فرانسه ، گوام ، گواتمالا ، گیانا ، هاییتی ، هندوراس ، کره جنوبی ، لیبریا ، جزایر مارشال ، مکزیک ، میکرونسیا ، مونت سرات ، نیکاراگویه ، جزایر ماریانای شمالی ، پالایو ، پاناما ، پرو ، فیلیپین ، پرتوریکو ، ساین کیتس و نویس ، سورینام ، تایوان ، ترینیداد توباگو ، جزایر ترکس و کیاکوس ، ایالات متحده ، ونزولا ، جزایر ویرجین ، جزیره ویک.
  
• این کشورها دارای سیستمهایی با فرکانس مختلط 60 و 50 هرتز‌اند: بحرین ، برزیل (اغلب فرکانس 60) ، ژاپن (فرکانس 60 هرتز در زمان حضور غربیها).

  اغلب کشورها به گونه‌ای استاندارد تلویزیون شان را انتخاب کرده اند که با فرکانس خطوط برقشان متناسب باشد. استاندارد NTSC برای کار با فرکانس خطوط برق 60 هرتز طراحی شده است، در حالیکه PAL وSECAM برای فرکانس خطوط 50 هرتز طراحی شده است، اما نسخه 60 هرتز PAL هم وجود دارد، برای مثال در برزیل PAL-M ارائه دهنده وضوح PAL و چشمک تصویر پایین NTSC است.

  عموماً این مطلب پذیرفته شده است که نیکلا تسلا فرکانس 60 هرتز را به عنوان کمترین فرکانسی که منجر به عدم بروز پدیده چشمک زنی قابل مشاهده در روشناییهای خیابانها می‌شد، انتخاب کرد. توان 25 هرتز بیش از آنی که در آبشار نیاگارا تولید شود، در اونتاریو و آمریکای شمالی استفاده می‌شده است.

  هنوز هم ممکن است برخی از ژنراتورهای 25 هرتز در آبشار نیاگارا مورد استفاده واقع شوند. فرکانس پایین طراحی موتورهای الکتریکی کم سرعت را ساده می‌سازد و می‌توان آنرا بصورت بهتر و موثرتری تولید کرده و انتقال داد، اما منجر به چشمک زنی قابل ملاحظه‌ای در روشناییها می‌شود. کاربردهای ساحلی و دریایی ممکن است گاها فرکانس 400 هرتز را به علت مزیتهای مختلف فنی مورد استفاده قرار دهند. برق 16.67 هرتزی هم هنوز در برخی از سیستمهای راه آهن اروپا مانند سوئد به چشم می‌خورد.

مدارهاي كنترل وراه اندازي به دو قسمت تقسم ميشوند:

الف :مدارهاي قدرت:كه مانند يك كليد سه فاز جريان سه فاز را به مصرف كننده ميرسانند.

ب)مدارهاي فرمان:اين مدار هيچ رابطه اي با مدار قدرت ندارد و به وسيله آن بوبين كنتاكتور را تحريك ميكنند تا كنتاكتور به حالت وصل يا قطع در آيد

وسايل كنترل و راه اندازي:

كنتاكتور

شستي استوپ و استارت    

لامپ سيگنال

رله حرارتي

رله مغناطيسي

تايمر (رله زماني)

رله فلوتر

كليدهاي تابع فشار

ليميت سوئيچ يا ميكروسوئيچ(كليد هاي محدود كننده)

وسايل حفاظتي

كليدهاي شناور

كليدهاي تابع حرارت(ترموستات)

كليدهاي تابع دور

چشمهاي الكتريكي(سنسورها)

رله كنترل فاز

روشهاي قبل از ساخته شدن كنتاكتور

تا قبل از ساخته شدن كنتاكتور ، اتصالات توسط كليدهاي دستي انجام ميگرفت كه از انواع مختلف تيغه اي ، زبانه اي و غلطكي بودند كه هر كدام مزايايي نسبت به هم دارند .

كليدهاي تيغه اي (اهرم

 داراي ساختمان بسيار ساده اي هستند و به صورت كشويي و گردان ساخته ميشوند مقدار جريان قطع و وصل توسط اين كليدها بسيار محدود ميباشد چرا كه در جريانهاي بالا قوص بين دو نقطه ايجاد شده و حتي موجب ذوب تيغه ها ميشود و در هنگام وصل يا قطع نيز جرقه شديدي ايجاد ميكند .
كليد غلطكي

 ساختمان اين كليدها از يك استوانه عايق تشكيل شده است كه توسط كليد حول يك محور به حركت در مي آيد . در محلهاي مناسب نوارهاي هادي بر روي استوانه عايق تعبيه شده است . اين كليد نسبت به كليد تيغه اي يك مزيت بزرگ دارد و آن هم اينكه ميتوان براي اين كليد كار مخصوصي را تعريف كرد و با يك حركت چندين اتصال را به صورت هم زمان انجام داد

كليد زبانه اي

در كليد غلطكي به علت تماس اصطكاكي بين صفحات ، استهلاك كليد بالا است و به همين دليل از كليد زبانه اي كه داراي خصوصيت طراحي است و علاوه بر آن كنتاكتهاي آن به صورت عمودي بر روي همديگر قرار ميگيرند استفاده ميشود . به دليل عدم مالش بين دو كنتاكت استهلاك كليد پايين است

اما با به ميدان آمدن كنتاكتور ها تقريباً تمام مصارف كليدهاي ساده از رده خارج شده و كنتاكتور با سرعت و اطمينان بيشتر اين ميدانها را به دست گرفت . كنتاكتور نسبت به كليدهاي ساده داراي خصوصيات بهتري ميباشد كه در ادامه آورده شده است

فرمان از چند نقطه
فرمان از راه دور
تلفات و استهلاك پايين
سرعت و امكان گسترش مدار
قطع اتوماتيك در صورت قطع برق شبكه
اقتصادي بودن
امكان طراحي مدار اتوماتيك
از نظر حفاظتي كنتاكتورها مطمئن ترند و داراي حفاظت مناسبتر و كاملتر هستند . معمولا بوبين كنتاكتورها در چند ولتاژ مختلف جهت مصارف گوناگون ساخته ميشود.

یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

انواع موتورهای الکتریکی

موتورهای DC

یکی از اولین موتورهای دوار ، اگر نگوییم اولین ، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه ، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی ، بستگی دارد.

سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر ، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای ترکشن (کششی) نظیر لکوموتیوها استفاده می‌کنند.
اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبکها و کموتاتور ، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نویز الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می‌رسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در (استاتور) بیرونی یک موتور DC را می‌توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر ، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای ترکشن الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

موتورهای AC

• موتورهای AC تک فاز:

معمولترین موتور تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی ، اجاقهای ماکروویو و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتور AC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگتری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز ، ایجاد کنند.

هنگام راه اندازی ، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنر روی کلید گریز از مرکز دوار ، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده ، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند.

• موتورهای AC سه فاز:

برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان ، استفاده می‌کنند. اغلب ، روتور شامل تعدادی هادیهای مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از فرکانس منبع تغذیه اعمالی به موتور ، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها ، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور سنکرون وجود دارد، موتور به صورت همزمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز ، به گردش در می‌آید. موتورهای سنکرون را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش ، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور ، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتا کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستمهای تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش ، بوجود آورد. موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر ماگلیو مشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند.

یك برقگیر خوب باید دارای مشخصات زیر باشد :

بدست آوردن اطلاعاتي در مورد اثرات برق گرفتگي در بدن انسان مورد علاقه عموم مردم دنيا مي باشد اين اثرات نه تنها براي پزشكان بخاطر معالجه و مداوا مورد توجه است بلكه براي سازندگان لوازمات برقي و تكنسينها و متخصصين برق نيز مورد علاقه مي باشد كه بتوانند در جهت جلوگيري از اين مخاطرات به راه حلهاي مناسب دست يابند.

 برق و خطرات آن در بدن انسان

بشر از صدها هزار سال پيش با انرژي الكتريكي برخورد داشته و مي دانسته كه يك هيولا و اژدهايي در آسمانها وجود دارد ولي نمي دانسته به چه طريقي و با چه وسيله اي از اين انرژي گرانبها استفاده بكند.اثرات و خطرات اين انرژي را مشاهده مي كرد ولي قدرت بهره برداري از آن را نداشته است.زندگي بشر امروزي بدون استفاده از انرژي الكتريكي غير ممكن مي باشد و استفاده هايي را كه با ساخت لوازمات الكتريكي مي كند هنوز به 20% مزاياي اين انرژي پي نبرده است. توليد انرژي الكتريكي كه يكي از مهمترين و بهترين انرژيهايي است كه در اختيار بشر قرار دارد خيلي آسان و تبديل آن به انرژيهاي ديگر خيلي ساده مي باشد ولي طريقه حفاظت و بهره برداري صحيح از آن هميشه و در همه جا با مشكلاتي روبرو بوده است.

مهمترين اين مشكلات، برق گرفتگي و خطرات ناشي از آن مي باشد كه موجب از دست دادن جان انسان و حيوانات مي گردد علاوه بر آن با اتصال كوتاه هايي كه در مسير جريان برق رخ مي دهد باعث قطع شدن شبكه و سوختن لوازم الكتريكي و آتش سوزي مي شود كه با خسارت و خطرات زيادي همراه است.

بخاطر اقتصادي بودن توليد انرژي الكتريكي و مساعد بودن آن براي محيط زيست استفاده از اين انرژي تا هزارها سال آينده نيز برقرار خواهد بود ولي اثرات فيزيكي اين انرژي بر روي بدن انسان و هر جانور زنده تغيير نخواهد كرد.

اعتماد به سيم كشي و كابل كشي و استفاده از هرگونه ماشين آلات بويژه پمپ ها، روشنايي پاركها، استخر، پايه چراغ هاي معابر عمومي، مدارس، باشگاههاي ورزشي و بيمارستاها و كليه لوازم برقي و فلزي بخصوص كولرهاي آبي در منازل و كارخانجات به معناي اعتماد به طريقه صحيح ساخت و نصب استفاده از اين انرژي الكتريكي در ولتاژهاي پايين مي باشد.

درخواست اين اعتماد براي حفاظت جان انسان و حيوانات اهلي و جلوگيري از خطرات آتش سوزي و انفجارهاي عظيم در معادن، انبارهاي بزرگي، بخصوص پالايشگاههاي نفت و گاز و غيره بسيار مهم و با ارزش مي باشد.

با بالا رفتن مصرف انرژي برق و توسعه صنعت و شهرها در همه كشورهاي جهان امكان چندين برابر شدن تلفات زيادتر خواهد شد.

رفاه يك جامعه اقتصاد آن جامعه است اقتصاد يك جامعه بستگي به صنعت آن جامعه دارد

صنعت آن جامعه بستگي به توان توليد و مصرف دقيق انرژي الكتريكي آن جامعه را دارد.

تحقيقات انجام شده در مورد برق گرفتگي كه باعث مرگ شده ثابت مي كند كه پنجاه درصد آن در اثر تماس مستقيم سيم حامل برق در حمام، استخر، حياط، زير زمين، پاركها و يا جاهاي مرطوب بوده كه جريان برق مستقيما از بدن افراد به زمين برقرار شده است و بقيه بعلت فرسودگي كابلها ويا عايق نبودن صحيح لوازم خانگي و دستگاه هاي برقي ويا سيم كشي هاي غلط و استفاده از لوله هاي فلزي و سيم افشان اتفاق افتاده است.

سيستم توزيع انرژي الكتريكي كه سيستم ارت آن فاصله هاي مختلف شهر ارت گرديده است اين اعتماد را برقرار مي نمايد كه ولتاژهاي ايجاد شده در كليه قطعات فلزي ساختمان و برق گيرها در مواقع خطر هميشه مساوي صفر بوده و سنجش و آزمايشات آن با قوانين استاندارد هاي بين المللي مطابقت داشته باشد.

قبول و رعايت استانداردهاي بين المللي موجود در اجراي دستورالعمل هاي مورد لزوم در راه جلوگيري از خطرات برق گرفتگي كمك موثري در اين مورد مي باشد كه كشورهاي پيشرفته آنرا رعايت و تعداد سوانح برق گرفتگي را تا حد امكان كاهش مي دهند.

در مواقع رعد و برق و يا شعله ور شدن دستگاههاي برقي چه در ولتاژهاي پايين ويا ولتاژهاي بالا در نزديكي انسان امكان برق گرفتگي نيز وجود دارد كه خطرات و خسارات آن را به طور ساده نمي توان در اين بخش تشريح كرد.

جريان و فشار برق در بدن انسان در جاهايي كه مقاومت اهمي بدن كمتر باشد بيشتر و راحت تر جريان مي نمايد و سعي مي كند كه اين موانع را برطرف نمايد چنانچه اين موانع مقاومت در مقابل فشار برق را نداشته باشد جريان برق باعث متلاشي كردن و سوزاندن و به آتش كشيدن و برطرف كردن آين موانع خواهند شد ( مانند سوخت فيوز) سوزاندن و به آتش كشيدن يكي از خطرات بزرگ برق است كه جزو كاراكتر و قدرت برق مي باشد.

در بدن انسان و هر جانور زنده هنگام برق گرفتگي همين واقعه رخ مي دهد بارها اتفاق افتاده است كه در اثر يك اشتباه ويا دقت ننمودن و رعايت نكردن دستورالعمل هاي موجود حتي كارگران و مهندسين با تجربه هم دچار برق گرفتگي شده اند كه توام با مرگ بوده است.

ساختمان بدن انسان و هر جانور زنده در مقابل جريان برق از مقاومتهاي زيادي تشكيل شده است كه به طور ساده مي توان به شكل زير نمودار نمود كل مقاومت بدن انسان مساوي با جمع مقاومتها

R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9

كمترين مقامتهاي بدن انسان عضلات و ماهيچه ها و آاورت و حساسترين وظريفترين آنها دريچه هاي قلبي،كبد، ريه، غده تيروئيد وغيره مي باشند.

بزرگترين اين مقامتها از پوست بدن شروع و سپس سلسله مويرگها مي باشد كه در مقابل جريان برق با سوختگي ناگواري مواجه مي شود.

اين سوختگي ها عميق بوده و مداواي آن چنانچه زياد باشند بسيار سخت و در بعضي مواقع غير قابل علاج مي باشند بخصوص كه اگر سوختگي در برق گرفتگي با ولتاژ زياد اتفاق افتاده باشد و زخم هاي ايجاد گرديده عمقي تر بوده كه هميشه با دردهاي زياد و عفونت هاي سختي همراه خواهند بود.

آشنائي با ساختمان بدن انسان و مقاومتهاي داخلي آن بسيار مهم مي باشند زيرا در هنگام عبور جريان برق از بدن انسان اين مقاومتها در مقابل ولتاژ برقرار شده در نسوج بدن امپدانسي را تشكيل مي دهند كه بوسيله آن مي توان جريان را محاسبه نمود.

اين مقاومتها نسبت به ساختمان نسوج بدن مختلف مي باشند و جهت طريقه عبور برق نيز متفاوت است.

معمولا حداكثر جريان متناوب را كه هيچگونه تخريبي در بدن انسان ايجاد نكند 30MA در مدت20 ثانيه اعلام نموده اند. برق گرفتگي در ولتاژهاي بالا غير قابل علاج مي باشد زيرا كه قوس هاي الكتريكي درجه حرارتي بيش از2000 درجه توليد مي كنند كه در اثر آن تمام عضلات و ماهيچه ها و استخوانها را سوزانده و از بين مي برد و به خاطر اين هرگز نبايد به سيمهاي هوايي نزديك شد زيرا كه فشار و اختلاف سطح اين وسايل به قدري زياد است كه مي توانند از فاصله دوري قوس الكتريكي را از طريق هوا ايجاد بنمايد و خطرات ناگواري را براي انسان و حيوان همراه بياورند كه باعث مرگ حتمي خواهند شد.

خطرات برق گرفتگي و مرگ و مير در وسائل نامبرده بعلت فرسودگي ايزولاسيون و تماس مستقيم با كابل برق چنانچه ارت نشده باشند بسيار زياد وگاهي حتمي مي باشد.

1- كليه لوله كشي هاي آب و كليه فلزات در ساختمان كه غافلگيرترين و
بالا ترين خطرات را در بر دارند.

2- پمپ هاي آب براي مصارف خانگي، استخرها، پاركها و نيز در كشاورزي و غيره

3-كليه چراغ و پايه چراغ هاي پاركها، چراغ هاي استخر، چراغهاي حياط و محوطه پاركها، پايه چراغهاي روشنائي در شهرها، وسايل فلزي از قبيل پل و نرده و غيره در معابر عمومي.

4- كليه كولرهاي آبي و كولرهاي گازي

5- كوره ها و ماشين هاي برقي براي پخت نان و غيره كه با رطوبت همراه مي باشند.

6- چرخ و فلك ها و كليه وسايل تفريحي در پاركها

7- سماور و پلوپز برقي، بخاري برقي ماشين رختشوئي و ظرفشوئي و ساير لوازم فلزي آشپزخانه

8- وان و دوش در حمام در و پنجره و ساير وسايل فلزي در حمام سيم كشي و كابل كشي پريزهاي منازل و كارخانجات

9- كليه ماشين آلات كارخانجات و وسايل ديگر الكتريكي

10- كليه دستگاه هاي بيمارستان و اطاق عمل و دستگاه هاي دندان پزشكي

بدين منظور استانداردهاي بين المللي ارتباطات آنها را با ارت كامل اجباري نموده است.

عبور جريان برق از بدن انسان و هر جانور زنده اثرات ناگواري به همراه دارد در زمان عبور برق، ماهيچه هاي بدن عكس العملهاي مختلفي نشان مي دهند كه دستور آن از مركز اعصاب يعني مغز صادر مي گردد رابطه اعصاب با مراكز اعصاب و ضربان قلب توسط الكترونهاي موجود در بدن انجام مي گيرد هنگام عبور جريان برق از بدن انساني كه دچار برق گرفتگي شده است ماهيچه هاي بدن عكس العمل هايي را بوجود مي آورند و مفصل ها حالت تعادل خود را از دست داده كه منجر به پرت شدن شخص از منطقه برق گرفتگي مي شود. كه نتيجه آن طبق فرمان مغز جهت رهايي از مدار الكتريسيته مي باشد ولي اثرات برق گرفتگي اگر چه زمان آن هم خيلي كوتاه باشد بسيار زياد و ناگوار است در بعضي از ممالك بر اين باورند هنگامي كه شخصي را برق گرفت و پرت كرد شخص مزبور فوت كرده است در صورتيكه اين امر صحيح نيست زيرا كه برق كسي را پرت نمي كند بلكه عكس العملي است كه ماهيچه هاي بدن در مقابل رهايي از جريان برق نشان مي دهند و شخص مزبور هنوز زنده است و احتياج به كمك ديگران دارد.

مرگ واقعي موقعي است كه سلول هاي مغزي از كار افتاده باشند ولي تا زماني كه اكسيژن باندازه كافي به مغز مي رسد انسان زنده است.

قلب مي تواند چند دقيقه اي از كار باز بماند سيستم كار قلب و آسيبهاي بدن را مي توان به طور خلاصه از اين طريق توضيح داد:

كليه نسوج و مايعات بدن هادي الكتريسيته مي باشند و چنانچه قسمتي از بدن ويا هنگام شنا در استخر كل بدن و يا در جاها مرطوب مقداري از بدن در مدار الكتريكي قرار بگيرد مقداري گرما نسبت به نسوج در بدن ايجاد مي شود و طبق خصوصيات مختلف فيزيكي نسوج آسيب هاي گوناگوني را بوجود مي آورد مثلا در پوست كمتر ولي در اندامهاي داخل بدن آسيبهاي شديدتري را همراه دارد.

هنگام عبور جريان برق از بدن انسان بخصوص قلب و دريچه هاي قلب خون لخته شده و چربي هاي خون در وحله اول نرم و بعد سخت مي شوند و ماهيچه هاي خود قلب نيز جراحات خونريزي و گرفتگي ماهيچه هاي قلبي ويا فلجي را پيدا مي كنند در اين هنگام قلب نمي تواند با جراحاتي كه دارد خون لخته شده موجود را در رگها به جريان بياندازد و مانند پمپي بحالت قبلي خود ادامه دهد و بكار بيافتد. در اثر گرما و اثرات فيزيكي در بدن كه بعلت عبور جريان برق ايجاد گرديده است خون يونيزه شده و اكسيژن گلبولهاي قرمز كه آهن در بر دارند بوسيله تغيير ظرفيت آهن تبادل اكسيژن در بدن انجام مي دهند به گاز كربونيك و منو اكسيد كربن تبديل مي گردند و در ريه و خون جمع مي شوند و ايجاد خفگي مي كنند. ضربان قلب را غده تيروئيد كه مهمترين غدد بدن است و در زير گلو قرار دارد تنظيم مي كند.

هنگام برق گرفتگي غده تيروئيد كه تحت مدار جريان برق قرار گرفته است طبق فرمان مغز تيروكسين زيادي را به داخل خون وارد مي كنند زيرا درخواست مغز كمبود اكسيژن در حالت برق گرفتگي مي باشد و فرمان صادر شده براي اين است كه قلب خون بيشتري را در ريه به جريان بياندازد ولي قلب بعلت فلج شدن ماهيچه ها و بخصوص دريچه هاي قلب نمي تواند بكار خود ادامه بدهد و بحالت لرزش در مي آيد چنانچه فرد ديگري بخواهد ضربان قلب مجروح را گوش بكند هيچ صدائي را نمي شنوند ولي بايد بداند كه اين مجروح هنوز زنده است و اجتياج به كمك دارد و بايد با كمكهاي اوليه مجروح را از مرگ حتمي نجات بدهد.

اصول كار و ضربان قلب توسط گره سينوسي كه برخورد دو عصب مي باشد انجام مي گيرد كه اين اولين الكترون را پرتاب و توسط گروه دوم بنامAB كنترل و تنظيم مي شود. گره سينوسي اول ممكن است سيصد الكترون در دقيقه ارسال نمايد ولي زماني كه انسان در حال استراحت و خواب مي باشد گره دوم تعداد شصت عدد آنرا جدا نموده و فرمان به اجراي ضربان قلب مي دهد و در مواقع هيجان و اضطراب ممكن است ضربان قلب به تعداد 120 و بالاتر هم برسد ضربان قلب هنگام برق گرفتگي همانطوري كه بيان گرديد از نظم و ترتيب حالت طبيعي خود خارج مي گردد كه با وجود تيروكسين زياد در خون دريچه هاي قلب نيز كه تحت فشار مدار الكتريكي قرار گرفته و فلج شده اند نمي توانند باز و بسته بشوند. به طوريكه مي توان اثرات برق گرفتگي و آسيبهاي ناشي از آن را بر روي بافتهاي بدن به ولتاژ، نوع جريان (مستقيم يا متناوب) كه آسيبهاي حاصله در برقهاي متناوب شايعتر و شديدتر، مسير جريان، مدت زمان عبور جريان از بدن مربوط دانست.

طبق آزمايشات انجام گرفته مقدار جريان عبوري از بدن انسان تا رها كردن سيم برق و قطع جريان به چهاربخش تقسيم شده است.

1- كمتر از 0.5 ميلي آمپر : بدن انسان در اين قسمت احساس عبور جريان برق را نمي كند.

2- بين 200 تا 0.5 ميلي آمپر به مدت كمتر از 2 ميلي ثانيه و بين 10 تا 0.5 ميلي آمپر براي بيشتر از 2 ميلي ثانيه: خطرات و جراحات برق گرفتگي در اين قسمت وقوع نمي گيرد ولي با دردهاي زياد در ماهيچه ها و انگشتان و يا مفصلها توام است.

3- بيشتر از 200 ميلي آمپر:  خطرات و لرزش هاي قلبي در اين قسمت اتفاق مي افتد ولي تا زمان كوتاهي در حدود چند ثانيه با دردهاي شديدي در روي بازوان و پاها و ماهيچه هاي شانه و اضافه شدن فشار خون و تنگي نفس و تغيير ضربان قلب با احساس بي هوشي توام خواهد بود.

خطرات و لرزشهاي قلبي در اين قسمت قطعي است سوزشهاي داخلي قلبي و جراحات قلبي بسيار زياد و از كار افتادن قلب نيز قطعي مي باشد گرفتگي ماهيچه ها و دردهاي بسيار شديد نيز به همراه دارد.

در اين قسمت مرگ انسان حتمي مي باشد زيرا كه سوختگيهاي داخلي بدن بسيار زياد مي باشد.

سيستم ارت و اجباري نمودن آن در ساختمان بخاطر جلوگيري از برق گرفتگي

سيستم ارت يكي از مهمترين وسايلي است كه وجود آن براي انتقال انرژي الكتريسيته بخاطر جلوگيري از خطرات برق گرفتگي و حفظ جان انسان و خطرات آتش سوزي و ازدياد ولتاژ در مسير توزيع كننده و بخصوص براي شبكه مصرف كننده بسيار ضروري و حائز اهميت بوده و خواهد بود و لزوم آن جزو واجبات و قوانين اوليه الكتريسيته بين المللي مي باشد. وجود جريان برق را نمي توان فقط با روشن نمودن چراغ ويا دستگاهي مورد قبول قرارداد و به وجود آن قناعت كرد زيرا در كليه قطعات فلزي ساختمان و يا ساير نقاط امكان وجود داشتن برق مي باشد كه هميشه با خطرات زياد همراه است.

هنگام انشعابات مشتركين مي بايستي با آماده نمودن ارت توسط كندن چاهي سيستم انشعابات ساختمان را آماده و كليه وسايل فلزي از قبيل ماشين رخت شويي، سماور برقي، پلوپز برقي، وان حام، لوله هاي آب، نرده و درهاي فلزي و غيره خود را ارت نمود و نقطه مركز ارت را با برقراري شيشه اي آماده به اتصال كابل نول توزيع نمود.

در اين هنگام توزيع كننده مي بايستي قبل از برقرار نمودن جريان به شبكه مشتركين اختلاف پتانسيل كابل نول خود و سيستم ارت مشتركين را بسنجد و چنانچه تفاوت مقاومت اهمي نول شبكه و ارت مشتركين بيش از 2 اهم و اختلاف پتانسيل بيش از 3 ولت نبود مي تواند كابل نول خود را به نقطه ارت مشتركين كه قبلا توسط شيشه اي آماده شده است متصل و جريان را برقرار بنمايد براي هر ساختمان و هر مجتمع مسكوني كه داراي ارت جداگانه مي باشند كابل نول برق شهر فقط يك مرتبه بايد بوسيله شيشه با سيستم ارت متصل شود.

نصب رله هاي حفاظتي

با نصب رله هاي مكانيكي و يا الكترونيكي كه بنام

Residual current circuit Breaker(RCCB)

رله كنترل نشتي ناميده مي شوند مي توان مقداري از خطرات برق گرفتگي جلوگيري نمود در صورتيكه سيستم ارت در ساختمان باز هم وجود دارد اين رله ها داراي يك ترانسفورماتور جريان بسيار حساسي هستند و قادرند اختلاف جريان نشتي بسيار كمي را سنجيده و به فلزي كه هنگام وصل شارژ مي شود فرمان قطع را صادر نمايند.

بعلت حساسيت زياد و نواقص آن نمي توان بدون تغييراتي در سيم كشي ساختمان و مجتمع هاي مسكوني مورد كاربرد اين نوع رله ها فقط به جرياني كه احتمالا از بدن انسان و يا نواقصي در ايزولاسيون نسبت به زمين برقرار گرديده است بستگي دارد و نبايد فراموش كرد كه اگر بدن انسان مابين فاز و نول كه احتمال اتفاق افتادن آن نيز مي باشد قرار بگيرد اين نوع رله ها جريان برق را قطع نمي كنند و خطرات مرگ حتمي است مگر در مواقعي كه جرياني هم از بدن به زمين برقرار گرديده باشد و بخاطر همين موضوع به آنها

Eartli Leakage-protective Relay

هم مي گويند.

چنانچه اين نوع رله ها براي كل مدار نصب شده باشند احتمال قطعي هاي بي مورد بعلت ايزوله نبودن سيم كشي ناقص زياد است