مقاله درباره خازنهای قدرت و کاربرد آن در شبکه

اختصاصی از فایل هلپ مقاله درباره خازنهای قدرت و کاربرد آن در شبکه دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 44

عنوان پروژه:

خازنهای قدرت و کاربرد آن در شبکه

:

خازن چیست؟

انباره یا خازن‌ عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات

تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند .

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

الف – صفحات هادی ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک) ساختمان خازن هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است. انواع خازن الف- خازنهای ثابت • سرامیکی • خازنهای ورقه‌ای • خازنهای میکا • خازنهای الکترولیتی o آلومینیومی o تانتالیوم

ب- خازنهای متغیر • واریابل • تریمر انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازن سرامیکی 4. خازن متغییر

کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ:

در مدارات دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کننده انرژی استفاده می‌کنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دشارژ می‌شود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن(جداساختن)دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می‌شود خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه ورود یا خروج می‌دهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می‌کند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی‌دهد

.

خازن‌های قدرت، نقش مهمی را در سیستم‌های انتقال بازی می‌کنند. این تجهیزات راندمان شبکه‌های برق را بالا می‌برند. خازنهای AC برای تولید توان راکتیو که برای کار تجهیزاتی چون موتورهای الکتریکی مورد نیاز است، در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از خازنهای DC نیز عموماً در ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شود.

ضریب توان

ضریب توان در یک سیستم الکتریکی AC اصطلاحی است که به نسبت توان واقعی به توان ظاهری اطلاق می‌شود و مقداری بین 0 تا 1 دارد. توان واقعی در واقع توانایی یک مصرف کننده برای تبدیل انرژی الکتریکی به دیگر شکل‌های انرژی را نشان می‌دهد در حالی که توان ظاهری در اثر وجود اختلاف بین ولتاژ و جریان پدید می‌آید. با توجه به نوع بارها و میزان توان راکتیو آنها توان ظاهری می‌تواند از توان واقعی نیز بیشتر باشد.

کم بودن ضریب توان (بزرگ بودن توان ظاهری نسبت به توان واقعی) در یک مدار موجب بالا رفتن جریان در مدار و در نتیجه بالا رفتن تلفات در مدار می‌شود.

اندازگیری ضریب توان

ضریب توان در یک مدار تک فاز (یا یک مدار سه فاز متعادل) را می‌توان از روش وات‌متر- آمپرمتر- ولت‌متر اندازگیری کرد. به این ترتیب که توان به دست آمده به صورت وات (توان واقعی) را بر حاصل ضرب ولتاژ و جریان (توان ظاهری) تقسیم می‌کنیم. نسبت به دست آمده در واقع میزان ضریب توان بار است. البته ضریب توان در یک مدار سه فاز نامتعادل را نمی‌توان به این روش اندازگیری کرد.

برای اندازگیری ضریب توان می‌توان از یک دستگاه اندازگیری مستقیم ضریب توان نیز استفاده کرد. نوع انالوگ این دستگاه از دو قاب گردان الکترودینامیکی تشکیل شده است. این دو قاب گردان به صورت موازی به مدار متصل شده‌اند. اگر این دو قاب را A و B بنامیم در سر راه قاب A یک مقاومت و در سر راه قاب B یک القاگر قرار داده شده است به این ترتیب جریان در قاب B نسبت به قاب A با تاخیر همراه است. در حالتی که ضریب توان 1 باشد جریان در قاب A با جریان مدار هم زاویه است و بنابراین گشتاور بیشینه در قاب A به وجود می‌آید و میزان ضریب توان را حداکثر مشخص می‌کند بنابراین 1 بودن ضریب توان مشخص خواهد شد. در ضریب توان صفر, جریان جاری در قاب B با جریان مدار هم زاویه است و بنابر این گشتاور بیشینه در این قاب به وجود خواهد آمد که نشان دهنده مینیمم بودن ضریب توان است. در ضریب توان‌های بین این دو مقدار دستگاه اندازگیری با توجه به نسبت گشتاور در دو قاب میزان ضریب توان را مشخص می‌کند.

نوع دیگری از دستگاه‌های اندازگیری مستقیم ضریب توان دستگاه‌های دیجیتال هستند. این دستگاه‌ها با اندازگیری میزان اختلاف زمانی بین شکل موج جریان و ولتاژ یا اندازگیری میزان توان ظاهری و توان واقعی میزان ضریب توان را تشخیص می‌دهند. روش اول - یعنی اندازگیری میزان اختلاف بین جریان و ولتاژ - تنها در صورتی قابل استفاده است که شکل موج جریان و ولتاژ کاملاً سینوسی باشد. در بارهایی مانند یکسوکننده‌ها استفاده از این روش میزان درست ضریب توان را اندازگیری نخواهد کرد.

اصلاح ضریب توان

خازنهای میکرو الکترو مکانیکی (MEMS)

اختصاصی از فایل هلپ خازنهای میکرو الکترو مکانیکی (MEMS) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

خازنهای میکرو الکترو مکانیکی (MEMS)

58 صفحه در قالب word

فهرست مطالب :           

خازن   ................................................................................      2

خازنهای ثابت    .....................................................................      4 

خازنهای متغیر     ..................................................................      6

خازنهای میکرو الکترو مکانیکی    ...............................................      8

خازنهای میکروالکترومکانیکی متغیر   ...........................................    14

خازنهای متغیربا محدوده تغییرات وسیع    ........................................    20

خازنهای شانه ای   ..................................................................    27

خازن های با لبه جفت شده    ......................................................     32

بررسی اثرات حفره های ایجادشده برروی دیافراگم   ............................    35

نوسان سازهای کنترل شونده با ولتاژ   ...........................................    44

نتیجه گیری    ........................................................................    54

مراجع     .............................................................................    55

• خازن :

    خازن یکی ازاجزای مدارهای الکترونیکی می باشد.هنگامی که در مدار قرار می‌گیرد،برخلاف  مقاومت، بارالکتریکی را از خود عبور نمی‌دهد، بلکه آن را در خود ذخیره می نماید وبه همین سبب کاربردهای فراوان وقابل توجهی در مدار دارد.

واحد ظرفیت در SI فاراد است که با F نشان داده می‌شود.یک فارادظرفیت خازنی است که هرگاه اختلاف پتانسیل بین صفحات آن یک ولت باشد، بار ذخیره شده روی هر یک از صفحات یک کولن شود. واحدهای دیگر ظرفیت: میکروفاراد (10-6 F) ، نانوفاراد (10-9 F) ، پیکوفاراد .( 10-12 F) 

خازن های مسطح ازدوصفحه که به صورت موازی بایکدیگرقرار گرفته اند،تشکیل شده است.

شکل -1  طرح کلی این نوع خازن ها را نشان می دهد.

ظرفیت خازن (C) :

نسبت میزان بارانباشته شده برروی صفحات خازن به اختلاف پتانسیل میان آنهارا ظرفیت خازن می نامند.مقداری ثابت داردواز رابطه زیرمحاسبه می شود:

C = kε0 A/d                                                                                       

که در آن :

 ε0 : قابلیت گذردهی الکتریکی خلأ است که برابر بااست.

k : ثابت دی الکتریک است که برای موادمختلف متفاوت می باشد(برای هوا و خلأ 1=K است).

A : سطح مشرک صفحات بالا و پایین خازن بر حسب مترمربع(m2)

d : فاصله میان دو صفحه خازن بر حسب متر(m)

همان گونه که رابطه فوق نشان می دهد مقدار ظرفیت خازن به پارامترهای مختلفی وابسته می باشد،به طوریکه می توان با تغییر هر یک از آنها می توان مقدار ظرفیت خازن را تغییر داد.

وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری متصل می نماییم؛الکترونها در مدار جاری می‌شوند. به دنبال آن یکی از صفحات بارمثبت (+) و صفحه دیگر بارمنفی (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. مقدار بار ذخیره شده از رابطه زیر بدست می آید:

حال اگر بتوانیم بار ذخیره شده در روی هر صفحه را ثابت نگه داریم با تغییر ظرفیت خازن،ولتاژ خروجی تغییر می کند،از این خاصیت درساخت بسیاری از سنسورها استفاده می نماییم.

       خازنهای مسطح تا قبل ازاستفاده ازتکنولوژی میکروالکترومکانیکی (MEMS) به طور کلی به دو دسته:

1. خازن های ثابت
2. خازنها متغییر

تقسیم بندی می شدند.

• خازن های ثابت :

خازن ثابت به خازنی گفته می شود که ظرفیتش از پیش تعیین شده و ثابت باشد،به طوری که مقدار آن را پس از ساخت نمی توان تغییر داد.خازن های ثابت را معمولاً با جنس دی الکتریک به کار رفته در آنها می شناسند.

• خازنهای متغییر

خازنها متغیر خازنهایی هستند که ظرفیت آنها در هر لحظه می توان از حداقل تا حداکثر تغییر داد . با خازنهای متغیر می توان ظرفیت مورد نیاز را تنظیم نمود.از این گونه خازنها در فرکانس های پایین ، متوسط و بالا استفاده می شود.مقدارظرفیت آنهادرمحدوده فرکانس های پایین از 250 تا 500 پیکوفاراد بوده و برای فرکانس ها بالا درحدود چند پیکو فارادمی باشد.

• خازنهای میکرو الکترو مکانیکی (MEMS)

بسیاری ازکاربردهای پهن باند (باندگسترده) باطراحی های خاص وویژه وجوددارند که به خازن به عنوان کنترل کننده پارامترهای مهم واساسی الکترونیکی نیازمبرم دارند.این کابردها شامل تقویت کننده های با نویزپایین (LNAS)، ژنرراتورهای یا مولدهای امواج با فرکانسهای متفاوت ونیزکنترل کننده های فرکانس می باشد.دربسیاری ازسیستم های بی سیم مدرن وامروزی نیازمبرم وشدیدی به کیفیت بالا،پایداری،نویزفازپایین به همراه محدوده تغییرات وگستره تنظیمات وسیع فرکانسی برای اسیلاتورهای کنترل شده باولتاژ(VCOها)مشاهده می شود.محدوده تغییرات این اسیلاتورها می بایست به اندازه کافی بزرگ باشدتاباندفرکانسی موردنظرمارابه طورکامل پوشش دهد.دربسیاری ازنوسان سازهای کنترل شده باولتاژ (VCOها)، وجودخازن های الکترونیکی متغیربه عنوان عناصری کلیدی برای تحقق اهداف ماضروری می باشد

به دلیل وجودمشکلات ومسائلی که درساخت خازن های متغیرباضریب کیفیت بالابرروی تراشه موجود می باشد، مجبوربه طراحی عناصروخازن هایی دربیرون ازتراشه دربسیاری ازمدارها هستیم.عناصری ازقبیل انتخاب کننده های باند فرکانسی، کانال های مخابراتی وادواتی که به منظور تنظیم نوسان سازهای کنترل شونده باولتاژ به کار می رود در بیرون ازتراشه ها ساخته شده وبه کار می روند که دلیل امر،این مطلب می باشدکه ساخت سلفها و خازن های متغیر(ورکتورها)با ضریب کیفیت بالا با استفاده ازتکنولوژی استاندارد CMOS (سیلیکونی( محقق نمی گردد.ضریب کیفیت (Q) ورکتورهای متداول ومرسوم که بااستفاده ازسیلیکون یاگالیم آرسناید یاپیوندهای شاتکی برای کاربردهای تنظیم جریان که درساخت ادواتی بانویز فاز پایین مورد نیازمی باشد، بسیاراندک وناکافی می باشد.

درمقایسه باورکتورهای حالت جامد، خازن های ساخته شده باتکنولوژی MEMSمیزان تلفات پایین تر ونیز قابلیت تنظیم ومحدوده تغییرات وسیع تری دارند.درسال های اخیر،ظهورسیستم ها وادواتی که بابهره گیری ازتکنولوژیMEMS وبرای کاردر فرکانسهای نسبتا ًبالا ساخته می شوند، تحولی شگرف درعلم مهندسی و شاخه مخابرات پدیدآورده است. نیاز به ضرایب کیفیت بالا و مشخصه های تنظیم پذیری و محدوده تغییرات بالا در ادوات غیرفعالی نظیرسلف ها، خازن ها و...که درسیستم های مخابراتی کاربردی وسیع دارند، سبب روی آوردن این رشته به تکنولوژیMEMS به سبب توانایی بالای آن دررفع این موانع ومعضلات می باشد.ساخت خازن های تنظیم پذیر و دارای محدوده تغییرات وسیع با این تکنولوژی که درساخت مدارهای شبه مجتمع  نیزمی توان ازآنها استفاده نمود، ودر محدوده  فمتوفاراد تاچند ده پیکوفاراد باشند ونیزرنج تغییرات بالاتراز50 درصد وضریب کیفیت بالاتراز50 داشته باشند، ازموارد مطلوب ومورد انتظارما ازاین ادوات می باشد.

      ضرایب کیفیت بالاازطریق خازن های متغیربااستفاده ازتکنولوژی MEMS که مبتنی براستفاده ازفلز باشد تحقق می پذیرد.سیستم های میکروالکترومکانیکی(MEMS) قابلیت حرکت دادن وجابجایی صفحات (Plates) وتیرها (Beams) را با ولتاژهای بسیارپایین رادارد و نیز ازاین تکنولوژی برای مجتمع سازی سیستم هایی درفرکانس های رادیویی وبالابه منظورتنظیم وسوییچینگ استفاده می شود.به عبارت بهترهدف ازبه کارگیری این تکنولوژی درسیستم های مخابراتی بی سیم،تحقق عملکرد وکارایی به مراتب بسیار بهتروعالی تر از ادوات وقطعات مورداستفاده فعلی می باشد.

بسیاری ازادوات غیرفعال (Passive) ازقبیل سلفها، خازنها  وسوییچها که برروی تراشه ها ساخته می شوند، قطعاتی حیاتی ومهم برای استفاده درپهناهای فرکانسی نسبتاً بالامی باشند. خازن های متغیرکه بابهره گیری ازتکنولوژیMEMSساخته می شونداین پتانسیل وقابلیت رادارامی باشندکه جایگزین دیودهای ورکتورمتداول دربسیاری ازکاربردهاازقبیل نوسان سازها، فیلترهای قابل تنظیم وشیفت دهنده های فازشوند.

ادواتی که از طریق حرارت (گرم کردن)  ونیزبا استفاده ازخواص پیزوالکتریکی تحریک می شوند قابلیت کنترل پذیری بهتری را فراهم می آورند، بسیاری ازخازن های متغیرخطی رابا استفاده ازاین روشها محقق می سازند.تحریک الکترواستاتیکی ونیزبهره گیری ازهوا یا خلا به عنوان دی الکتریک بین صفحات خازن سبب ایجاد ادواتی باتوان مصرفی پایین وضرایب کیفیت بالامی شوند. خازن های متغیر بسیاری با استفاده ازتکنولوژیMEMS ساخته شده اند (بادوصفحه موازی که یکی ازآنها ثابت ودیگری متحرک می باشد). درمیان خازنهای متغیربسیاری که درسالهای اخیرساخته شده اند خازنهایی باصفحات موازی که درآنهاازتحریک الکترواستاتیکی بهره گرفته می شود،بسیارمتداول ومرسوم می باشند.

یک خازن متغیرباصفحات موازی رامی توان بااستفاده ازتکنولوژی وپروسه ماشین کاری سطحی (Surface Micromachining) محقق نمود.درسال های اخیر،به منظور بالا بردن محدوده تغییرات درخازن های متغیر،خازن هایی بادوصفحه متحرک ونیزباصفحات به شکل شانه ساخته شده ومورد بررسی ومطالعه قرارگرفته اند.خازن های متغیرشانه ای دارای تعدادی نقیصه می باشند که ازجمله آنهامی توان به ولتاژکنترل بالا،ناسازگاری باتکنولوژی ساخت IC(مدارهای مجتمع)، قابلیت اطمینان پایین ونیزپیچیدگی هایی درزمینه ساخت آن اشاره نمود.

ذکراین نکته ضروری می باشدکه درساخت یک خازن خوب و بهینه تنها فراهم ساختن کارآیی وکارکرد مطلوب، انتظارما ازآن نمی باشد، بلکه قیمت پایین، پروسه ساخت آسان به منظورصرفه جویی درزمان ونیزکمترین میزان اشغال سطح تراشه ازضروریات وخواستهای ماازآن می باشند.

قبل از طراحی یک خازن بااستفاده ازتکنولوژیMEMS برای کاربردهای باند وسیع ، طراح باید مواردی مانند مقاومت،تلفات الحاقی،خازنهای پارازیتی عنصر،ESR (معادل مقاومت سری)، پاسخ خطی دستگاه درفرکانسهای رادیویی ونسبتاً بالا و نیزضریب کیفیت خوب و بالا برای تمامی باند فرکانسی رابه خوبی مدنظرداشته باشد

ساختار کلی خازنهای میکرو الکترومکانیکی به همراه مدار تغذیه  به شکل زیر می باشد:

چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود، ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می‌باشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.