معرفی اجزاء یک سيستم rfid : طیف فرکانس

[am in 25,041]

 

شما در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز زندگی می کنید، روتر بیسیم، تلفن بیسیم، هدست بیسیم، در بازکن های بیسیم و حتی سیستم مانیتورینگ اتاق کودک همه و همه در این رنج فرکانس رادیویی فعال هستند نه بیشتر و نه کمتر از آن

چرا؟ علت در آشپز خانه شماست. (رسیدن به این جواب در آخرین بخش مقاله است)

پیشنهاد میکنم حتما تا آخر مقاله را دنبال و در انتها دیدگاه خود را بیان کنید.

[am in 25,041]

در این مقاله قراره درباره چی بحث کنیم؟

قبل از اینکه به دلایل این استاندارد فرکانسی بپردازیم با هم مفاهیم پایه امواج رادیویی را مرور می کنیم.

خانه شما، آپارتمان یا محل کارتان یا کوچه و پس کوچه های شهرتان حتی رستوران هایی که در آن غذا می خوریم، فضای همه شان اشباع است از طیف مختلف امواج الکترومغناطیسی. این امواج در واقع از ایستگاه های فرستنده رادیویی یا تلویزیونی، آنتن های تلفن همراه، برج مراقبت فرودگاه ها، فرستنده ها و آنتن های نظامی امنیتی، از سوی ماهواره های مخابراتی و حتی خارج از مرز های کره زمین و از فضا و کیهان ساطع می شوند و نقطه به نقطه سطح زمین را هدف قرار می دهند و راه فراری از آن هم نیست.

در واقع در شبانه روز انسان در بمباران همه نوع طیف امواج مغناطیسی است. که خیلی از این امواج در خود اطلاعاتی دارند، صدا، تصویر، ویدئو، دیتا و اطلاعات دیجیتال از این نوع اطلاعات امواج هستند.

فراتر از همه این منابعی که امواجی را تولید می کنند خود ما هم در انتشار امواج سهیم هستیم تلفن های بیسیم خانگی، روتر های شبکه وایرلس، دربازکن های دیجیتال و خیلی موارد دیگر که خود نوعی آنتن فرستنده امواج در خانه خود ما هستند.

شاید کمی قدیمی شده باشد تا بر روی لوازم ارتباطی بیسیم خانگی برچسب ۲.۴ GHz دیده شود.

عدد ۲.۴ GHz به ما فرکانس را اعلام می کند، فرکانس امواج صادره از اون وسیله که اینجا طبق تصویر تلفن بیسیم می باشد. هرتز (به لاتین Hz) واحد فرکانس است و البته معنی ساده ای هم همراه خود دارد: تعداد دفعاتی که اتفاقی می افتد بر حسب واحد زمان که استاندارد آن هم ثانیه است. اصلا هر هرتز برابر با یک بر روی ثانیه هم تعریف می شود. هرتز در امواج چگونگی نوسان را مشخص می کند، در رایانه کلاک پردازنده را معرفی می کند، در تلویزیون ها نسبت رفرش تصویر را معین و برای منی که الآن پشت لپ تاپ نشستم و دارم هم آب میل می کنم و هم تایپ این مطلب! نسبت فعالیت تایپینگ من در بازه زمانی رو مشخص می کند.

سوال این است چرا فرکانس ۲.۴ GHz (گیگا رو میدونید دیگه همون اصطلاح میلیون میشه یا ۱۰ به توان ۹) نه یک هرتز بالا و نه یک هرتز پایین تر؟ البته یک هرتز کم یا بیشتر اغراق است و نسبت به میلیون هرتز تاثیری نخواهد داشت و در عمل شاید ۲.۳۵ گیگاهرتز باشد.

[am in 25,041]

در این مقاله قراره درباره چی بحث کنیم؟

قبل از اینکه به دلایل این استاندارد فرکانسی بپردازیم با هم مفاهیم پایه امواج رادیویی را مرور می کنیم.

خانه شما، آپارتمان یا محل کارتان یا کوچه و پس کوچه های شهرتان حتی رستوران هایی که در آن غذا می خوریم، فضای همه شان اشباع است از طیف مختلف امواج الکترومغناطیسی. این امواج در واقع از ایستگاه های فرستنده رادیویی یا تلویزیونی، آنتن های تلفن همراه، برج مراقبت فرودگاه ها، فرستنده ها و آنتن های نظامی امنیتی، از سوی ماهواره های مخابراتی و حتی خارج از مرز های کره زمین و از فضا و کیهان ساطع می شوند و نقطه به نقطه سطح زمین را هدف قرار می دهند و راه فراری از آن هم نیست.

در واقع در شبانه روز انسان در بمباران همه نوع طیف امواج مغناطیسی است. که خیلی از این امواج در خود اطلاعاتی دارند، صدا، تصویر، ویدئو، دیتا و اطلاعات دیجیتال از این نوع اطلاعات امواج هستند.

فراتر از همه این منابعی که امواجی را تولید می کنند خود ما هم در انتشار امواج سهیم هستیم تلفن های بیسیم خانگی، روتر های شبکه وایرلس، دربازکن های دیجیتال و خیلی موارد دیگر که خود نوعی آنتن فرستنده امواج در خانه خود ما هستند.

شاید کمی قدیمی شده باشد تا بر روی لوازم ارتباطی بیسیم خانگی برچسب ۲.۴ GHz دیده شود.

عدد ۲.۴ GHz به ما فرکانس را اعلام می کند، فرکانس امواج صادره از اون وسیله که اینجا طبق تصویر تلفن بیسیم می باشد. هرتز (به لاتین Hz) واحد فرکانس است و البته معنی ساده ای هم همراه خود دارد: تعداد دفعاتی که اتفاقی می افتد بر حسب واحد زمان که استاندارد آن هم ثانیه است. اصلا هر هرتز برابر با یک بر روی ثانیه هم تعریف می شود. هرتز در امواج چگونگی نوسان را مشخص می کند، در رایانه کلاک پردازنده را معرفی می کند، در تلویزیون ها نسبت رفرش تصویر را معین و برای منی که الآن پشت لپ تاپ نشستم و دارم هم آب میل می کنم و هم تایپ این مطلب! نسبت فعالیت تایپینگ من در بازه زمانی رو مشخص می کند.

سوال این است چرا فرکانس ۲.۴ GHz (گیگا رو میدونید دیگه همون اصطلاح میلیون میشه یا ۱۰ به توان ۹) نه یک هرتز بالا و نه یک هرتز پایین تر؟ البته یک هرتز کم یا بیشتر اغراق است و نسبت به میلیون هرتز تاثیری نخواهد داشت و در عمل شاید ۲.۳۵ گیگاهرتز باشد.

[am in 25,041]

اصل موضوع

برای اینکه بین انواع ارتباطات مختلفی که بخش های مهمیش رو در ابتدا ذکر کردم تداخل ایجاد نشه، مثلا بین طیف امواج رادیویی تداخل نداشته باشیم (مثلا بین پخش AM و FM) باند های فرکانسی خاصی را برای هر کدوم در نظر می گیرند و امکانات و ابزار های آنتن فرستنده و گیرنده را مطابق با اون طیف فرکانسی خاص می سازند. در ایران باند فرکانسی رادیو AM، ۵۳۷ KHz تا ۱.۷ MHz می باشد و پخش FM رادیو، فرکانس های خیلی بالاتری را اشغال می کند. یا باند فرکانسی همراه اول بین ۷۰۰ تا ۹۰۰ مگاهرتز هست در صورتی که اپراتور تلفن همراه ایرانسل روی باند محدودی از فرکانس های بالای یک گیگاهرتز کار می کند.

کلا برای ابزار های ارتباطی مختلف دو جور استاندارد سازی داریم، استاندارد ملی یا کشوری، استاندارد جهانی.

استاندارد بین المللی، کاربری طیف امواج الکترومغناطیسی برای اینکه بین ارتباطات مختلف بیسیم جهانی تداخلی ایجاد نشود را مشخص می کند و ITU نام دارد. البته ITU فقط محدودیت های بین المللی رو مطرح نمیکنه بلکه استاندارد برخی از ابزار های خاص ارتباطی را هم همین موسسه مشخص می کند. سیستم های جدید تلفن همراه یا استاندارد های Wi-Fi از این دسته هستند.

استاندارد ملی متناسب با مشخصه های هر کشوری مطرح میشه و می تونید این جور حساب کنید که اگه ۲۰۰ کشور داریم بنابراین می تونیم ۲۰۰ نوع تقسیم بندی مختلف بین طیف امواج رادیویی مورد استفاده در هر کشوری داشته باشیم.

استاندارد جانبی دیگری هم مطرح هست، برای اون دسته از ابزار های ارتباطی که غالبا همه جا یه جور باند فرکانسی را اشغال می کنند ولی در استاندارد ITU قانونا گنجانده نشده است و بین کشور های زیادی هم مشترک است. امواج رادیویی که در صنعت، محافل علمی و پزشکی استفاده می شوند را این گونه حساب می کنیم. مثلا باند فرکانسی که در ارتباطات فرودگاه ها بکار می رود.

[am in 25,041]

زیاد از بحث اصلی دور نشیم چرا ۲.۴؟

پس تا به حال فهمیدیم که هر رنج فرکانسی را نمی توان برای مقصودی خاص بکار برد.

امروزه رنج ۲.۴ گیگاهرتز برای ارتباطات خاصی استاندارد و همه گیر شده، شبکه بیسیم، تلفن بیسیم و ارتباط بلوتوث از این دسته اند. علت اصلی تداخل نداشتن با ارتباطات رادیویی دیگر مثل رادیو، تلویزیون، امواج ماهواره ای، امواج تلفن همراه، باند های فرکانسی خاص نظامی امنیتی و حتی اجتماعی (اورژانس، پلیس، تاکسی بیسیم و …) است.

علت های دیگری هم می توان پیدا کرد: برای این فرکانس نیازی به داشتن آنتن بزرگ تر نیست، بخاطر فرکانس بالا می توان برای هر ابزاری پهنای باند وسیعی اختیار کرد و در نهایت سرعت انتقال اطلاعات را افزایس داد، این محدوده فرکانسی جای خالی وسیعی برای اضافه هر گونه ارتباطات بیسیم شبکه ای شخصی و اجتماعی می تواند داشته باشد.

ارتباطات شبکه Wi-Fi بر روی فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز استاندارد شده که البته روش های جدید تر و خاص ۵ GHz هم مطرح هستند. ۲.۴ بخاطر پهنای باند خالی زیاد، بردی کمتر ولی مناسب، هزینه کمتر، نفوذ مناسبتر و خطرات کمتر بیشتر بکار می رود. با این حال روتر های این شبکه از رنج ۲.۳ تا ۲.۵ قابلیت کار دارند، اما این روتر های وای فای از ۲۴۰۰ تا ۲۴۸۳.۵ مگاهرتز مجاز به فعالیت نیستند.

چرا فرکانس۲.۴ تا ۲.۴۸۳ GHz را نمی توان برای روتر تعریف کرد؟

علت در آشپزخانه شما و فر مایکروویو می باشد بله امواجی که در فرهای مایکروویو خانگی بکار می رود معمولا در فرکانس ۲.۴۵ گیگاهرتز با توان بالا می باشند به همین خاطر در محدوده این رنج و در آشپزخانه با فر روشن نمی توان به انتقال اطلاعات بیسیم پرداخت و اگر ارتباطی صورت گیرد با تداخل و نویز همراه می شود.

[am in 25,041]

نتیجه

۲.۴ گیگاهرتز فرکانس کاری غالب ارتباطات بیسیم و گجت های رایانه ای فعلی ماست و بخاطر عدم تداخل با باند فرکانسی سایر ارتباطات و یا نویز ها سال هاست معرفی شده و همچنان مورد استفاده است اما به مرور این رنج فرکانسی به همون دلایلی که انتخاب شده تغییر خواهد کرد و شاید در فرکانس های بالاتری غالب ارتباطات رایانه خود را داشته باشیم شاید رنج ۵ گیگاهرتز.

[سمندون 19,437]

دید کلی

معمولا اندازه گیری فرکانسهای صوتی (20Hz تا 20kHz) ساده‌تر از فرکانسهای دیگر انجام می‌شود و برای اندازه گیری این فرکانسها ابزارها و روشهای بسیاری موجود است. البته توجه داشته باشید که به صرف سادگی اندازه گیری فرکانسهای صوتی نباید از دقت لازم کاست، بلکه همانند دیگر اندازه گیریها این اندازه گیری نیز باید صحیح و دقیق باشد.

روشهای اندازه گیری

روش Beat _ Note (صدای تداخلی)

ساده‌ترین روش اندازه گیری فرکانس مجهول صوتی ( ) تنظیم دستگاه سیگنال ژنراتور صوتی روی تداخل صفر است. پس از این عمل می‌توان از روی صفحه مدرج سیگنال ژنراتور مقدار فرکانس را خواند. در این روش هم می‌توان از گوشی استفاده نمود و یا به جای آن میتری در مدار قرار داد. دو سیگنال بطور همزمان به شاخص اختلاف فرکانس وارد می‌شود. چنانچه اختلاف فرکانس دو سیگنال صفر باشد، در گوشی صدایی با قدرت بیشتر و یا در میتر با انحراف عقربه بیشتر روبه‌رو خواهیم شد.

در این حالت آزمایشگر باید دقت کند که سیگنال ژنراتور را روی هماهنگها یا هارمونیکهای تنظیم نکند. با چند آزمایش می‌توان به اختلاف این دو حالت پی برد. سیگنال منتجه حاصل از فرکانس اصلی دارای شدت بیشتری است. چنانچه آزمایشگر در اندازه گیری خود دقت لازم بکار برد، دقت اندازه گیری معادل با دقت دستگاه سیگنال ژنراتور صوتی که معمولا تا است، خواهد شد.

روش ولت متر

این روش اندازه گیری صامت است و در نتیجه از خطاهای حاصل از عیوب ممکن در گوش پرهیز می‌شود. در این روش با اندازه گیری مقدار موثر موج حاصل از تداخل دو سیگنال توسط ولت متر مقدار فرکانس مجهول بدست می‌آید. سیگنال مجهول ( ) و سیگنال ژنراتور ( ) از طریق مقاومتهای جداسازی و که می‌توانند دارای مقادیری بین 820 تا 1800 اهم باشند، به ولت متر وارد می شود.

برای اندازه گیری فرکانس با این روش ابتدا باید سیگنال مجهول را کنار گذارده و خروجی ژنراتور را برای انحراف عقربه ولت متر تا وسط صفحه مدرج تنظیم کنید. سپس با اعمال سیگنال مجهول مشاهده خواهید کرد که عقربه به نوسان افتاده و به بالا و پایین وسط صفحه حرکت می‌کند. با تنظیم فرکانس ژنراتور چنانچه روی فرکانسی برابر فرکانس مجهول قرار گیرد، عقربه از نوسان افتاده و به حالت سکون می‌رسد. بنابراین در این روش می‌توان با دقت بیشتری فرکانس مجهول را بدست آورد. یکی از مزایای این روش این است که عقربه تنها در فرکانس اصلی سکون خواهد یافت و در هماهنگها نیز نوسان خواهد کرد.

اندازه گیری فرکانس نوع القایی

این دستگاه را اندازه گیری فرکانس نوع آهن متحرک نیز می‌نامند. در این دستگاه فرکانس مستقیما توسط آهن متحرک خوانده می‌شود. در این دستگاه دو سیم پیچ ثابت و بطور عمود بر یکدیگر سوار می‌شوند. عنصر متحرک یک تیغه آهنی نرم و باریک و بلند است که به آن عقربه‌ای متصل کرده‌اند. انحراف این تیغه آهنی متناسب با میدان مغناطیسی حاصل از دو سیم پیچ و است. شبکه سلفی _ مقاومتی متصل به سیم پیچها اختلاف فاز بین جریانهای جاری در سیم پیچها را کاهش داده و بدان وسیله مانع از چرخش تیغه آهنی می‌شود. در این صورت چون تیغه نمی‌تواند چرخش میدان مغناطیسی را دنبال کند، انحرافی متناسب با فرکانس جریان پیدا می‌کند.

این نوع فرکانس را معمولا برای اندازه گیری فرکانس برق شهری (25 ، 40 ، 50 ، 60 و 125 هرتز) بکار می‌برند. البته وسایلی با این چنین ساختمانی برای اندازه گیری فرکانسهای بالاتر تا حدود 500 هرتز نیز ساخته شده است. اغلب دستگاه را برای یک فرکانس معمول طراحی کرده و آن را در وسط صفحه مدرج قرار می‌دهند. انحراف عقربه در دو طرف فرکانس کار دستگاه از 30 درصد تا 85 درصد متغیر است. دقت این نوع وسایل بستگی به نوع ساخت و مدل آن دارد و می‌تواند به 0،5درصد برسد. دستگاه اندازه گیر فرکانس نوع القایی را می‌توان برای یک ولتاژ / یک فرکانس ، دو ولتاژ/ یک فرکانس یا دو ولتاژ / دو فرکانس بکار برد.

اندازه گیری فرکانس نوع تیغه‌ای

این وسیله به نام تیغه مرتعش معروف است. در این وسیله M یک ماده مغناطیس دائمی می‌باشد. روی گردن این مغناطیس یک سیم پیچ (L) با تعداد دور بسیار از سیم نازک پیچیده شده است. این سیم پیچ به منبع جریان فرکانس صوتی مجهول متصل می‌شود. یک طرف تیغه R (یک نوار نازک فلزی مانند آهن یا فولاد) به یکی از قطبین آهنربا وصل شده است. طرف دیگر این تیغه با فاصله کمی روی قطب دیگر آهنربا قرار می‌گیرد. تیغه فنری دارای پریود ارتعاشی است که با توجه به طول و ضخامت آن تعیین می‌شود.

چنانچه جریان متناوبی به سیم پیچ جاری شود، نیروی میدان مغناطیسی منتج با فرکانس موج ac تغییر می‌کند و تیغه را وادار به ارتعاش می‌نماید. وقتی فرکانس موج ، معادل با فرکانس طبیعی باشد، ارتعاش خیلی شدید است، بطوری که انتهای آزاد تیغه دیده نمی‌شود. چنانچه فرکانس موج بالاتر یا پائین‌تر از فرکانس طبیعی تیغه باشد، ارتعاش کندتر صورت گرفته و به شکل خاکستری رنگ دیده می‌شود.

در دستگاههای عملی چندین تیغه را با طولهای مختلف کنار هم سوار می‌کنند. قطب بالایی آهنربا چنان بریده شده که تیغه‌ها دارای طولهای متفاوتی باشند. این عمل بدین منظور انجام می‌گیرد که انتهای آزاد تیغه‌ها در یک خط قرار گرفته و از خارج به سهولت قابل روئیت باشند. برای روئیت بهتر تیغه‌ها خمیدگی سر آزاد آنها را به رنگ سفید در می‌آورند. اگر اختلاف طول تیغه‌ها کم باشد، در یک فرکانس مشخص چندین تیغه به ارتعاش در می‌آید (معمولا 3 تیغه)، اما آن تیغه که ارتعاش طبیعی وی به فرکانس مجهول نزدیکتر است، فعالتر بوده و از دید محو می‌شود، در حالی که تیغه‌های دیگر به رنگی تیره هنوز دیده می‌شوند.

اندازه گیری الکترونیکی فرکانس از نوع آنالوگ

این دستگاه دارای امپدانس زیادی بوده و قابلیت اندازه گیری 0 تا 10kHz و 0 تا 100kHz را دارد. از آمپرمتر فرکانس جریان dc از 0 تا 50 میکروآمپر عبور می‌کند. مقدار فرکانس مستقل از دامنه سیگنال 1،7 ولت به بالا بوده و همچنین مستقل از شکل موج می‌باشد و پاسخ مدار خطی است و بنابراین کافی است در هر باندی یک نقطه تنظیم شود. این آرایش شامل دو تقویت کننده بیش تغذیه شده (Overdriven) است. خروجی طبقه آخر ( ) یک موج مربعی است که در یک مدار RC بکار برده می‌شود. دیودهای و عمل یکسوسازی را انجام می‌دهند.

تا وقتی دامنه موج مربعی ثابت است، انحراف عقربه (M) تنها به تعداد پالسهای موجود در هر ثانیه بستگی پیدا می‌کند و بنابراین بطور مستقیم با فرکانس سیگنال متناسب است. دستگاه را باید ابتدا روی یک نقطه از هر باند تنظیم نمود. این تنظیم تنها برای یک بار انجام می‌شود. بهترین نقطه برای تنظیم عبارت از فرکانس حد بالای باند جهت انحراف کامل عقربه است. پتانسیومترهای تا برای این منظور در مدار جای گرفته‌اند.

اندازه گیری الکترونیکی نوع دیجیتال

همانند اندازه گیر نوع آنالوگ اندازه گیر نوع دیجیتال نیز الکترونیکی است و امپدانس بالایی تولید می‌کند. در این نوع اندازه گیرها میتر M حذف شده و فرکانس به صورت یک سری اعداد که توسط مدارهای خاص تولید می‌شود، نشان داده خواهد شد. بنابراین اندازه گیر دیجیتال ، یک دستگاه تمام الکترونیکی است. دستگاه نوع دیجیتالی اصولا شامل یک شمارنده الکترونیکی است که تعداد پالسهای موجود در هر ثانیه را شمرده و سپس یک نمایش دهنده 5 یا 8 عددی را جهت نمایش فرکانس بکار می‌اندازد. گیت مبنای زمانی یک ثانیه‌ای توسط یک سیگنال مبنای زمانی دقیق (سیگنال ساعت) کنترل می‌شود. این سیگنال در داخل دستگاه تولید شده و معمولا از یک نوسان ساز کریستالی بدست.

 

منبع : electronice.blogfa.com

[am in 25,041]

در اوایل پیدایش صنعت تولید برق، ژنراتورها به علت محدودیتهای مکانیکی ونبودن انرژی لازم قادر به تولید انرژی الکتریکی با فرکانس بیش از 25 هرتز نبودند. فرکانس 25هرتز در آمریکا مورد استفاده قرار می گرفت ، به عنوان مثال در شهر نیویورک کمپانی New haven Haretford برای راه اندازی لوکوموتیو برقی از این فرکانس استفاده می کرد وهمچنین در شهر بوستون از فرکانس 25هرتز برای انتقال انرژی الکتریکی مورد نیاز خود استفاده می شد.

البته اینگونه نبود که 25هرتز به عنوان یک فرکانس واحد و استاندارد تلقی شود، طوریکه در اروپا فرکانسهای 3/2+16 یا 5/12 هرتز نیز استفاده می شد. استفاده از فرکانسهای پایین مشکلاتی در سیستم برق آن زمان ایجاد کرد که یکی از آنها پدیده چشمک زنی در لامپهای روشنایی بود خاموش و روشن شدن متناوب لامپهای روشنایی در فرکانسهای پایین کاملا محسوس بود و به علت بالا بودن راکتانس خط ، افت ولتاژ نیز شدیدتر است بنابراین لازم است در این خطوط نسبت به سیستمهای با فرکانس پایین تر از هادیهای با سطح مقطع بالاتر استفاده شود که علاوه بر این استفاده از فرکانسهای بالا بر خطوط تلفن نیز تاثیر نامطلوب دارد وباعث ایجاد نویز می گردد.

سازندگان ژنراتورها در اروپا با بررسی همه جوانب فرکانسی را با عنوان واحد انتخاب کردند و آن را در تمام اروپا به عنوان بک استاندارد گسترش دادند . این فرکانس 50 هرتز می باشد. برای اولین بار در اروپا یک شرکت آلمانی از انرژی الکتریکی با فرکانس 50هرتز استفاده کرد.

نکته قابل توجه این است که در ساخت ترانسفورماتورهای قدرت با بالا رفتن فرکانس به مواد اولیه کمتری نیاز است وترانسفورماتور کوچکتر ، سبکتر وارزانتر می شود.

برای لامپهایی که بر اساس تخلیه کار می کتد 40 هرتز می باشد.به همین دلیل مهندسان بر آن شدند تا فرکانسهای بالاتری تولید کتد.

در حدود سال 1900 میلادی تکنولوژی ی ساخت توربینهای با سرعت بالا به دست آمد وتولید فرکانسهای بالاتر میسر کشت و فرکانس جدید، توسط سازندگان ژنراتورها انتخاب ومعرفی شد. از آنجا که بیشتر خطوط انتقال در اروپا به یکدیگرمتصل بودند ضرورت انتخاب یک فرکانس واحد آشکار گردید . فرکانسهای بالا نیز مشکلاتی به وجود می آورند، به عنوان مثال تلفات در خطوط انتقال با بالا رفتن فرکانس هر دو استاندارد 50و60 هرتز با سیستم انتقال، ژنراتورها و اکثر مصرف کنندکان الکتریکی سازگار هستند. در این فرکانسها پدیده چشمک زنی در لامپهای روشنایی محسوس نخواهد بود و از تاثیر خطوط انتقال بر شبکه های مخابراتی می توان صرف نظر نمود. البته ترانسفورماتورهای قدرت با فرکانس 60هرتز نسبت به ترانسفورماتورهای 50 هرتز احتیاج به مواد اولیه کمتری دارند و از نظر اقتصادی به صرفه تر می باشند. به همین دلیل شاید بتوان گفت فرکانس 60 بهتر از 50 هرتز است.

[pesare irani 41,805]

فرکانس به تعداد نوساناتي ه ولتاژ در ي ثانيه دارد گويند

همانطور که گفتيد فرکانس متاثر از تعداد دور چرخش ژنراتور و تعداد قطب آن مي‌باشد.

براي کسب اطلاعات بيشتر از پيوند زير استفاده کنيد

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

 

 

[pesare irani 41,805]

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 و SECAM 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.

 

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 earth و 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.پ