وبلاگ

۴-۲-۲- تئوری عبور جریان
در یک مدار معمولی جریان به صورت حرکت الکترونها در شبکه یونی هادی تعریف می شود. الکترونها در طول این حرکت به یونهای موجود در شبکه یونی برخورد کرده و مقداری از انرژی خود را به یونها می دهند این انرژی تلف شده بصورت گرما نمایان می شود که مقاومت الکتریکی نامیده می شود.
اما در ابررساناها وضعیت متفاوت است در یک ابررسانا جریان الکتریکی ناشی از جفت های الکترونی است. این جفت الکترونها در اثر نیروی جاذبه بین الکترونها که ناشی از تبادل فونون ها بین آنهاست به وجود می آیند وجود اختلاف انرژی (EΔ ) در طیف انرژی این جفت الکترونها حاکی از آن است که برای تحریک کردن آنها حداقل به انرژی EΔ نیاز است حال اگر انرژی گرمایی شبکه یونی KT ( T دما و K ثابت بولتزمان ) کمتر از EΔ باشد آنگاه جفت های الکترونی دچار پراکندگی و تلفات انرژی نمی شوند و در نتیجه مقاومت الکتریکی صفر خواهد بود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در نزدیک دمای بحرانی، مواد HTS در برابر عبور جریان الکتریکی به واسطه وجود میدان مغناطیسی ناشی از جریانهای الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهد دلیل این امر وجود جریانهای گردابی است. در صورتی که دما به اندازه کافی کاهش یابد این گردابها منجمد شده و مقاومت کاملا صفر می شود.
مشخصات ابررسانایی هنگامی ظاهر می شود که دمای آن کمتر از دمای بحرانی Tc گردد. مقدار این دما در مواد مختلف متفاوت می باشد ۰حیدری و شریفی،۱۳۸۸).
قبل از کشف ابررساناها با دمای بحرانی بالا یا HTS مواد LTS (ابررسانایی با دمای بحرانی پائین) مورد استفاده قرار میگرفت. دمای بحرانی در ابررساناهای LTS معمولا زیر ۲۰ درجه کلوین می باشد. از سویی دمای بحرانی در HTS ها در حدود ۷۷ درجه کلوین، دمای نیتروژن مایع است.
از تعداد مواد HTS که تا به حال شناخته شده اند تنها دو گروه به لحاظ اقتصادی مورد استفاده قرار گرفته اند. این دو گروه شامل BSCCO (هادیهای نسل اول) و YBCO (هادیهای نسل دوم) می باشند. یک ابررسانای HTS حدودا قادر به حمل جریان تا ۱۴۰ برابر یک هادی معمولی است(وجدا و همکاران، ۲۰۰۷)
۴-۲-۳- برخی اصطلاحات ابررساناها
جریان بحرانی (Ic): به جریانی گفته می شود که افت ولتاژ آن در سیم بیش از یک مقدار از پیش تعریف شده باشد این مقدار برای سیمهای HTS معمولا می باشد.
دمای بحرانی (Tc): مقدار دمایی است که اگر دمای HTS کمتر از آن باشد خاصیت ابررسانایی حفظ می‌شود.
چگالی جریان بحرانی ( Jc ): برابر مقدار جریان بحرانی تقسیم بر سطح مقطع عرضی سیم می باشد و معمولا برای سنجش کیفیت مواد سیم HTS به کار می رود.
منحنی مشخصه V-I : این منحنی در واقع افت ولتاژ در سیم ابررسانا را به صورت تابعی از جریان عبوری نشان می دهد و برای بدست اوردن پارامترهای فیزیکی سیم مانند جریان بحرانی به کار می‌رود(جانوسکی و همکاران، ۲۰۱۱).
۴-۳- انواع محدود سازها
در مرجع (حیدری و شریفی، ۱۳۸۸) در این بخش انواع محدود سازهای جریان خطا به صورت مختصر مورد بررسی قرار می گیرد.
۴-۳-۱- محدود سازی امپدانسی با کلید مکانیکی
در محدود سازی امپدانس بوسیله یک کلید با عملکرد بسیار سریع در موقع خطا یک امپدانس (مقاومت یا سلف) جهت کاهش جریان به صورت سری وارد مدار می شود. این محدود سازها به تشخیص دهنده خطا نیاز داشته و به علت وجود کلیدهای مکانیکی نمی توانند خیلی سریع عمل کنند و اغلب در محدود کردن جریان قبل از اولین پیک ناموفق هستند.
۴-۳-۲- فیوزهای محدود ساز جریان
در این نوع محدود کننده ها به محض اتصال کوتاه در شبکه فیوز در مدت زمان معین ذوب شده و با قطع خود عنصر محدود ساز را وارد مدار میکند به دلیل اینکه فیوز قابل بازیابی نیست با سوختن فیوز تعویض آن ضروری است و درنتیجه قابلیت اطمینان این محدود سازها پائین است
۴-۳-۳- محدود سازهای امپدانسی با ادوات نیمه هادی
در این محدود سازها از نیمه هادیها نظیر تریستور استفاده شده است یکی از مشخصه های مهم این محدود کننده ها سرعت بالای آن در هنگام نیاز می باشد. در این محدود کننده ها عموما از یک سلف و خازن به صورتهای سری و موازی و یا ترکیبی استفاده می کنند. شکل کلی بگونه ای است که در حالت عادی سیستم امپدانس خیلی کمی را دارا می باشد
برخی از این محدود کننده ها عبارتند از :
الف – محدودسازهای امپدانسی با کنترل سوئیچ تریستوری
ب – محدودسازها با مدار تشدید موازری سلف و خازن (LC)
ج – محدود سازها با تشدید سری- موازی
د- محدودسازهای پل تریستوری
ه - محدود سازهای جریان با خازن سری کنترل شده با تریستور (TCSC)
۴-۳-۴- محدود سازهای ابررسانایی
با ساخت سیم های ابر رسانا از نوع NbTi ، YBCO، BSCCO با درجه حرارت بحرانی بالا استفاده از این عناصر به عنوان محدود ساز جریان خطا بیشتر مورد تحقیق قرار گرفت. آشکار ساز خطا در این محدود کننده ها جریان بحرانی سیم پیچ ابررسانا می باشد با طراحی یک محدود ساز ابررسانای می توان مقدار جریان خطا را به ۲ تا ۵ برابر میزان جریان نامی تجهیز محدود کرد.
انواع محدود سازهای جریان خطا ابررسانایی به شرح زیل می باشند:
۴-۳-۴-۱- محدود ساز ابررسانایی نوع مقاومتی
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است این محدود کننده ها به صورت سری در مدار قرار می گیرند و مانند یک مقاومت متغیر عمل می کنند
شکل ۴-۲: محدود ساز ابررسانایی نوع مقاومتی
در شکلهای زیر تغییرات اندازه مقاومت ابررسانا با تغییرات دما و تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات چگالی جریان نشان داده شده است. که بسته به نوع، شدت خطا و … مقدار مقاومت نیز تغییر می کند.

شکل۴-۳: تغییرات اندازه مقاومت ابررسانا با تغییرات دما و تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات چگالی جریان
۴-۳-۴-۲- محدود ساز ابررسانایی نوع القایی
محدود ساز ابررسانایی نوع القایی بصورت سری در مدار قرار گرفته و بر اساس خاصیت ترانسفورماتوری عمل میکند که این موضوع در بخش بعد به طور کامل توضیح داده می شود.
۴-۳-۴-۳ محدود سازهای ابررسانایی نوع پل دیودی ( نوع راکتور DC)
در این ترکیب از یک پل دیودی یا تریستوری که به یک سیم پیچ ابر رسانا به عنوان اندوکتانس محدود کننده متصل شده استفاده می شود.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است در این نوع از محدود کننده ها از چهار دیود و یک راکتور ابررسانا در حالت تکفاز تشکیل شده است که به صورت سری در مدار قرار می گیرد. راکتور DC به خاطر عبور دادن جریان DC از خود در کار عادی شبکه هیچ گونه افت ولتاژی در دو سر خود نخواهد داشت. همانگونه که در قسمت (b) و © دیده می شود در این محدود کننده ها می توان جهت قطع جریان اتصال کوتاه از تریستور در یک شاخه و برای برگرداندن انرژی جذب شده در زمان اتصال کوتاه به شبکه از دو شاخه تریستوری استفاده کرد. همچنین جهت استفاده موثر از راکتور dc در زمان عیب می توان از ترانسفورماتور کوپلینگ استفاده کرد که در قسمت (d) نشان داده شده است(شول و همکاران، ۲۰۰۴).
شکل ۴-۴: محدود سازهای ابررسانایی نوع پل دیودی
در شکل زیر چیدمان مختلف این نوع محدود کننده ابررسانا در حالت سه فاز نشان داده شده است(ژانگ و همکاران،۲۰۱۰).
شکل ۴-۵: محدود سازهای ابررسانایی نوع پل دیودی سه فاز
در شکل زیر نحوه اتصال نوع سه فاز این محدود کننده به شبکه نشان داده شده است
شکل ۴-۶: نحوه اتصال نوع سه فاز این محدود کننده به شبکه
۴-۳-۴-۴- محدود ساز ابر رسانایی نوع قفل شار:
این مدار شامل یک راکتور قفل شار و یک مدار سیم پیچ میدان مغناطیسی است. راکتور قفل شار از دو سیم پیچ ۱ و ۲ که به وسیله یک عنصر ابر رسانایی دمای بالا به طور موازی قرار گرفته اند و مدار سیم پیچ مغناطیسی از سیم پیچ ۳ ، ۷سیم پیچ میدان مغناطیسی ویک مقاومت سری با خازن تقسیم کننده اختلاف فاز تشکیل شده است. سیم پیچهای ۱، ۲ و ۳ برای کاهش شار پراکندگی به صورت فشرده روی یک هسته آهنی پیچیده شده اند(حیدری و شریفی، ۱۳۸۸).
۴-۳-۴-۵- محدود ساز ابر رسانایی نوع راکتور هسته آهنی اشباع شده
شکل زیر ساختار تکفاز این محدود کننده را نشان می دهد. در این نوع به دو هسته مغناطیسی برای هر نیم سیکل نیاز است. برای هر فاز از سیستم نیاز به دو راکتور اشباع شده است جریان نیم سیکل مثبت از یک سیم پیچ و نیم سیکل منفی از سیم پیچ دیگر عبورمی کند. طرف ثانویه خط خاصیت ابررسانایی دارد که با یک جریان DC بایاس می شود و هسته آهنی را به اشباع می برد تا اندوکتانس دیده شده از دو سر محدود کننده کوچک باشد.
شکل ۴-۷: ساختار تکفاز محدود ساز ابر رسانایی نوع راکتور هسته آهنی اشباع شده
همانگونه که در شکل زیر دیده می شود نقطه کار هسته ها در حالت کار عادی شبکه انتخاب می شود.
شکل ۴-۸: منحنی B-H هسته
زمانی که خطا رخ می دهد جریان عیب از داخل سیم پیچها عبور کرده و هر کدام از سیم پیچ ها در یک نیم سیکل از اشباع خارج شده و اندوکتانس معادل محدود کننده افزایش می یابد.