فهرست مطالب

عصر برق - پیاپی 14 (پاییز 1399)

نشریه عصر برق
پیاپی 14 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/26
  • تعداد عناوین: 11
|
  • یادداشت سردبیر
  • جواد ساده صفحه 2
  • مریم نیری *، حامد طاهری صفحات 7-10

    این پژوهش به مطالعه در خصوص نقص های تهی جای مولیبدن دی سولفید تک لایه بر پایه اصول اولیه می پردازد. روش محاسبات اصول اولیه مبتنی بر تیوری تابعی چگالی(DFT) به مطالعه و بررسی ساختار الکترونی اتم ها، مولکول ها و جامدات می پردازد و روش دقیق و هوشمندانه ای برای جایگزینی مسایل چندذره ای محسوب می شود. ابرسلول در نظر گرفته شده در این ساختار شامل 36 اتم می باشد و از تقریب شیب تعمیم یافته برای پتانسیل تبادلی-همبستگی استفاده شده است. مولیبدن دی سولفید تک لایه ذاتی دارای شکاف نوار مستقیم با انرژیeV 82/1 می باشد. وجود نقص در این ساختار منجر به تغییرات قابل توجهی در خواص الکترونیکی و مغناطیسی ماده می گردد. نتایج نشان می دهند حذف یک اتم مولیبدن و یا حذف یک اتم مولیبدن به همراه دو اتم گوگرد منجر به تغییر حالات اسپینی و مغناطیسی شدن ماده می گردد. به علاوه، حذف یک و دو اتم گوگرد منجر به انرژی شکاف نواری کمتر از حالت ذاتی می شود. با برداشتن یک اتم گوگرد اولین بیشینه قسمت موهومی تابع دی الکتریک در حوالی شکاف نوار رخ می دهد. حذف دو اتم گوگرد و یا یک اتم مولیبدن با یک اتم گوگرد نیز منجر به غیرمستقیم شدن شکاف نوار می گردد. مطالعه عیوب ساختاری می تواند فرصت های نوینی را برای رهیافت در خصوص رشد و سنتز نانومواد فراهم سازد.

    کلیدواژگان: تابع دی الکتریک، طیف انتقال، مغناطیسی، مولیبدن دی سولفید، نقص
  • پریناز سیف الدین*، حسین آقابابا صفحات 11-26

    چکیده - سنجش کوانتومی با استفاده از سیستم کوانتومی، خواص کوانتومی یا پدیده های کوانتومی، اندازه گیری یک مقدار فیزیکی را توصیف می کند. حسگرهای کوانتومی می توانند به حساسیت هایی برسند، که طبق قوانین متعارف فیزیک که زندگی روزمره را کنترل می کنند، غیرممکن باشد. این سطح حساسیت تنها به لطف دنیای مکانیک کوانتومی با خواص جذاب آن، مانند برهم نهی که در آن اتم می تواند در آن واحد در دو تراز مختلف انرژی باشد، قابل حصول است. نمونه های تاریخی حسگرهای کوانتومی شامل مغناطیس سنجی ها مبتنی بر دستگاه های تداخل کوانتومی ابررسانا و بخارات اتمی یا ساعت های اتمی است. اخیرا، سنجش کوانتومی به یک شاخه مجزا از تحقیقات در حال رشد در حوزه علم و فناوری کوانتومی تبدیل شده است، با رایج ترین سطوح که به کیوبیت های اسپینی، یون های به دام افتاده و کیوبیت های شار می پردازند. انتظار می رود این زمینه فرصت های جدیدی را با توجه به حساسیت و دقت بالا در فیزیک کاربردی و سایر زمینه های علمی فراهم کند. در این بررسی، مقدمه ای بر اصول اساسی، مفاهیم وکاربردهایی از حسگرهای کوانتومی ارایه خواهد شد.

    کلیدواژگان: سنجش کوانتومی، حسگر کوانتومی، تکنولوژی کوانتومی
  • علی کارساز*، محبوبه قاسمی صفحات 27-36

     پیچیدگی مدل های ریاضی، افزایش نمایی زمان حل بسیاری از روش ها، عدم دسترسی به اطلاعات گرادیان و همگرایی به بهینه محلی، از جمله مشکلاتی هستند که الگوریتم های بهینه سازی کلاسیک در حل مسایل پیچیده با آن ها مواجه هستند. به منظور رفع این مشکلات از الگوریتم های فراکاوشی به طور گسترده برای حل مسایل پیچیده و چند متغیره استفاده می شود. انتخاب بهترین و مناسب ترین الگوریتم به دلیل تنوع بالای آن ها کاری دشوار است. در پژوهش های گذشته برخی از این روش ها جمع بندی شده اند ولی به دلیل انتشار بیش از اندازه این الگوریتم ها در سال های اخیر، مقاله ای مشخصی که تمامی این روش ها را بیان و مقایسه نماید وجود ندارد. در این مقاله مهم ترین الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی از سال 2012 تاکنون معرفی شده است. در بخش های مجزا برای هر الگوریتم، تاریخچه، منبع الهام، تابع هدف و تعداد پارامترهای تنظیم آن بیان شده است. سپس با استفاده از چندین نظریه، این الگوریتم ها دسته بندی و مقایسه شده اند. با توجه به نوع کاربرد هر الگوریتم در مسایل مهندسی، نمی توان الگوریتم واحدی را به عنوان بهترین روش معرفی نمود با این وجود الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری (GWO)، یکی از الگوریتم های با تعداد ارجاع بالا در سال های اخیر می باشد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، الگوریتم های فراکاوشی، تکامل، بهینه سازی ازدحام موجودات
  • سعید احمدی*، علی دستفان، محسن اصیلی صفحات 37-43

    چکیده - بحران انرژی و آلودگی محیط زیست، دو عامل مهم هستند که باعث شده اند، کاهش مصرف انرژی در حمل و نقل  و بخصوص در سامانه های قطارشهری مورد توجه بهره برداران و محققین قرارگیرد. بهینه سازی مشخصه سرعت می تواند با صرفه جویی، در کاهش مصرف انرژی موثر باشد. استفاده از ذخیره سازها نیز می تواند با بازیابی انرژی بازتولیدی ترمزی، به افزایش بازده انرژی سیستم کمک کند. در این مقاله از دو راهکار فوق به صورت هم زمان استفاده شده است. ابتدا انرژی مصرفی کل و ظرفیت ذخیره ساز ساکن مورد نیاز برای شبکه با قطارهای با مشخصه سرعت عادی تعیین شده است، سپس مقدار انرژی و اندازه ذخیره ساز برای قطارهای با مشخصه سرعت بهینه محاسبه شده است. نشان داده شده است که با استفاده از مشخصه سرعت بهینه، ضمن حصول به کاهش قابل توجه انرژی، ظرفیت ذخیره ساز انرژی ساکن موردنیاز نیز نسبت به حالت مشخصه سرعت عادی، کاهش پیدا می کند. با استفاده از نتایج عملی استخراج شده از خط 1 قطار شهری مشهد، شبیه سازی شبکه واقعی انجام شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از کاهش قابل توجه انرژی کل ورودی و ظرفیت ذخیره ساز مورد نیاز در حالت مشخصه سرعت بهینه است که می تواند هزینه کمتر ذخیره سازها را نیز به دنبال داشته باشد.

    کلیدواژگان: صرفه جویی انرژی، قطار شهری، انرژی بازتولیدی ترمزی، مشخصه بهینه سرعت قطار، سامانه ذخیره ساز انرژی ساکن، ابرخازن
  • مهدی بیگدلی*، داود عزیزیان صفحات 46-57

    در حال حاضر مشکل عمده تشخیص عیب ترانسفورماتور با استفاده از FRA، پیچیدگی زیاد روش های تحلیل موجود به لحاظ الگوریتمی و محاسباتی و عدم امکان استفاده آسان توسط کاربر است. برخلاف روش DGA که  نرم افزارهای مناسبی برای تفسیر نتایج اندازه گیری های آن توسعه یافته اند، روش FRA، با توجه به نوپا بودن، فاقد چنین نرم افزارهای جامعی است. بنابراین ضروری است نرم افزاری دقیق، کاربرپسند و قابل اطمینان برای این منظور تدوین شود. در این تحقیق نرم افزاری گرافیکی در محیط MATLAB تدوین شده است تا مهندس بهره بردار ترانسفورماتور، بدون نیاز به انجام محاسبات پیچیده، وضعیت ترانسفورماتور را تحلیل و بررسی نماید. برای این منظور، ابتدا آزمایش های لازم بر روی ترانسفورماتورهای مختلف (در حالت سالم و حالت های مختلف عیب) انجام و سپس به کمک روش های شناخته شده، نوع و شدت عیب مشخص می شود. علاوه بر روش های پیشین، روش جدیدی بر پایه ترکیب شبکه های عصبی احتمالی و شاخص های عددی برای تشخیص نوع عیب ارایه شده است. همچنین معیار جدیدی برای تشخیص معیوب بودن ترانسفورماتور بر پایه شاخص CC (در حالتی که نتایج اندازه گیری حالت سالم ترانسفورماتور در دسترس نیست) پیشنهاد می شود. در انتها عملکرد روش های پیشین و روش های پیشنهادی مورد ارزیابی و بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور، تحلیل پاسخ فرکانسی (FRA)، نرم افزار گرافیکی، پایش وضعیت، عیوب سیم پیچ
  • محمدرضا متولی کسمائی*، کریستین کونزلمان صفحات 58-66

    چکیده - یکی از روش های کمینه کردن مصرف مواد سوختی در خودروها، استفاده از سوپاپهای قابل کنترل در سیلندر است. سیستمهای مکانیکی و هیدرولیکی قدیمی، نمی توانند یک انطباق زمانی سریع بین موتور و موقعیت لحظه ای خودرو برقرار کنند. با کنترل جداگانه تک تک سوپاپها در سیلندر امکان انطباق کامل زمانی بین سوپاپها و حرکت آنی خودرو وجود دارد. معمولا کنترل کننده های با سنسور، یا مشکل تکنیکی دارند و یا از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیستند. لذا تحقیقیات کمپانی های خودروسازی به سمت و سوقی پیش می رود که روش بدون سنسور را جایگزین کنند، تا از یک طرف از محاسبات طاقت فرسا بدور باشند و از طرف دیگر در مقابل مزاحمتها، قابلیت انعطاف بیشتری داشته باشند. سوپاپ های مدرن که با نیروی الکترومغناطسیی کار می کنند به سوپاپ های الکترومغناطیسی معروف اند. آنها از دو سلف سیم پیچی شده با هسته فرومغناطیسی که در مقابل یکدیگر قرار دارند، تشکیل شده اند. این هسته فرومغناطیسی سیم پیچی شده، یک سیستم رزونانس الکتریکی- مکانیکی ایجاد می کند که زمینه حرکت سوپاپها در سیلندر را فراهم می سازد. در این مقاله، قسمت کنترل کننده الکترونیکی سوپاپ الکترومغناطیسی، تجزیه و تحلیل، طراحی و تست می شود.

    کلیدواژگان: سوپاپ الکترمغناطیسی، هسته فرومغناطیسی، کنترل کننده الکترونیکی مدرن، رزونانس الکتریکی - مکانیکی
|
  • Maryam Nayeri*, Hamed Taheri Pages 7-10

    This study investigates the defects of molybdenum disulfide substitutions based on first principles. The first principle-based computational method based on density functional theory (DFT) studies the electronic structure of atoms, molecules and solids and is an accurate and intelligent method for substituting multiparticle problems. The supercell considered in this structure consists of 36 atoms and a generalized gradient approximation is used for the exchange-correlation potential. Intrinsic molybdenum disulfide has a direct band gap with an energy of 1.82 eV. Defects in this structure lead to significant changes in the electronic and magnetic properties of the material. The results show that the removal of one molybdenum atom or the removal of one molybdenum atom with two sulfur atoms leads to a change in the spin states and magnetization of the material. In addition, the removal of one or two sulfur atoms results in a band gap energy lower than its intrinsic. By removing a sulfur atom, the first imaginary part of the dielectric function occurs around the band gap energy. Removal of two sulfur atoms or one molybdenum atom with one sulfur atom also causes the band gap to be indirect. The study of structural defects can provide new opportunities for approaches to the growth and synthesis of nanomaterials.

    Keywords: Dielectric function, transmission spectrum, magnetic, molybdenum disulfide, defect
  • Parinaz Seifaddini*, Hossein Aghababa Pages 11-26

    Using quantum systems, properties or phenomena are particular ways to measure a physical quantity. Quantum sensors are eligible to reach sensitivities that are not justifiable due to the usual physics laws. This level of sensitivity is only accessible by the quantum mechanic world and its inspiring features such as the possibility for simultaneous atoms presence at the two different energy bands. Magnetometers based on superconductive quantum interference systems or atomic clocks are historic examples of quantum sensors. Recently, quantum sensing has become a separate branch of progressing investigations in quantum science and technology, which points to spin qubits, trapped ions, and flux qubits. According to the high sensitivity and accuracy of the quantum sensors, it can open many new opportunities in the realm of applicable physic and other scientific fields. In this study, we present an introduction to basic principles, concepts, and applications of quantum sensors.

    Keywords: Quantum measurement, Qunatum sensor, Quantum technology
  • Ali Karsaz*, Mahboobe Ghasemi Pages 27-36

     The complexity of mathematical models, exponential growth of the solution time for many methods, lack of access to gradient information and optimal local convergence are some of the problems that optimal classical algorithms face in solving complex problems. In order to eliminate these drawbacks, metaheuristic algorithms are widely used to solve complex and multivariate problems. Choosing the best and most suitable algorithm is difficult due to their high diversity. In previous studies, some of these methods have been summarized, but due to overpublicize of these methods in recent years, there is no specific article to describe and compare all of these methods. In this paper, the most important metaheuristic optimization algorithms are introduced from 2012 till now. In separate sections for each algorithm, the history, source of inspiration, objective function and number of its setting parameters are stated. These algorithms are then categorized and compared using several theories. Due to the type of application of each algorithm in engineering problems, it is not possible to introduce a single algorithm as the best methodology, but the Gray Wolf Optimization (GWO) algorithm is one of the algorithms with a high number of citations in recent years.

    Keywords: Optimization, Metaheuristic algorithms, Evolution, Particle swarm optimization
  • Saeed Ahmadi*, Ali Dastfan, Mohsen Assili Pages 37-43

    Energy crisis and environmental pollution are two important factors that have caused the operators and researchers to prioritize the reduction of energy consumption in transportation and especially in urban railway systems. Speed profile optimization could be effective in decreasing energy consumption. The use of energy storage systems (ESSs) can also help to increase energy efficiency by recovering regenerative braking energy. In this paper, the above two measures were used simultaneously. First, the total energy consumption and stationary energy storage capacity was determined for a network consisting of trains with normal speed. Then the amount of energy and ESS size required for trains with optimal speed profiles were calculated. It was shown that by using the optimum speed profiles, while achieving a significant increase in energy saving, the required ESS capacity is also reduced compared to the normal speed profile. By using the practical results extracted from line 1 of Mashhad urban railway, the real network simulation was performed. The simulation results showed a significant reduction in the total input energy and ESS capacity associated with the optimal speed profile mode, which can also lead to lower ESS costs.

    Keywords: energy saving, urban railway, regenerative braking energy, optimal speed profile, stationary energy storage system, super capacitor
  • Mehdi Bigdeli*, Davood Azizian Pages 46-57

    At present, the major problem with transformer fault detection using the FRA is that all analysis methods are highly complex in terms of algorithms and computations that are not easily used by the exploiter. Unlike the DGA method, which has developed good soft-wares to interpret the results of its measurements, the FRA method lacks this possibility due to its fledgling. Therefore, it is necessary to develop accurate, user-friendly and reliable software for this purpose. In this paper, graphical software is developed in MATLAB environment to enable transformer operation engineer to monitor the transformer condition without performing complex calculations. For this purpose, first the necessary experiments are performed on different transformers (in healthy and different fault conditions) and then by past well-known methods, the type and severity of fault are determined. In addition to the previous methods, a new method based on the combination of probabilistic neural network and numerical indices for the detection of fault type is proposed. Also, a new criterion for detecting fault occurrence based on CC index (for case where transformer healthy condition measurement results are not available) is proposed. Finally, the performance of previous methods and proposed methods is evaluated and evaluated.

    Keywords: Transformer, Frequency Response Analysis (FRA), Graphical Software, Condition Monitoring, Winding Faults
  • Mohammad Reza Motavalli Kasmaie*, Christian Gunselmann Pages 58-66

    One of the ways to minimize fuel consumption in automobiles is to use cylinder-controlled valves. Traditional mechanical and hydraulic systems cannot achieve a fast time adaptation between the engine and the instantaneous position of the vehicle. With the separate control of each valve in the cylinder, it is possible to fully adjust the timing between the valves and instantaneous movement of the car. Sensor controllers usually have either a technical problem or are not economically viable. So the research of car companies is moving towards replacing the sensorless approach, to avoid overwhelming computation on the one hand, and to be more flexible against interference, on the other. Modern valves that work with electromagnetic force are known as electromagnetic valves. They are composed of two coiled inductors with a ferromagnetic core facing each other. This coiled ferromagnetic core creates an electrical-mechanical resonance system that provides the ground for the valves to move in the cylinder. In this article, the electronic controller part of the electromagnetic valve is analyzed, designed, and tested.

    Keywords: Electromagnetic valve, ferromagnetic core, modern electronic controller, electrical - mechanical resonance