سیستمهای کنترل تردد و اعلام خطر

شامل مرکز کنترل SMART RIO – RIO-کارتخوان مغناطیسی-انواع قفل مکانیکی-لوله فنر هدایت کابل-کلید فشاری و سیستم اعلام خطر.
مراکز کنترل مغز سیستم بوده و کلیه اطلاعات و فرمانهای لازم از طریق کامپیوتر حافظه آنها تعریف و برنامه ریزی می شوند . همچنین فرمانهای لازم به باز شدن درب و یا قطع سیتسمهای جانبی اعلام خطر نیز توسط آنها صورت می گیرد.

مراکز کنترل در داخل خود دارای باطری می باشند که درمواقع اضطراری برق مورد نیازسیستم وقفلها را تامین می کند.حال در مورد سیستم توضیح می دهیم.

کارتخوان: قسمتی از سیستم می باشد که در کنار درب نصب شده و وظیفه دریافت و انتقال اطلاعات مربوط به کد کارت و کد شناسایی شخصی PINCODE یا کد مشترک عمومی COMMON CODE به مراکز کنترل عهده دار می باشد.

انواع کارتخوان:

الف:کارتخوان مغناطیسی MAGNETIC READER
که از معمولترین نوع کارتخوانهاست دارای صفحه کلیدی جهت دریافت کد شناسایی شخصی ویا کد مشترک عمومی برای باز کردن درب می
باشد .کارت مخصوص این نوع کارتخوان دارای نوار مغناطیسی در پشت خود می باشد که حاوی کد مربوطه بوده ودر مقابل میدانهای مغناطیسی حساس می باشد.

ب :کارتخوان ویگاند:
کاملا ظاهری شبیه به کارتخوان مغناطیسی را داشته ولی از ضریب اطمینان بسیار بالاتری برخوردار است .کارت مخصوص این نوع کارتخوان بدون نوار مغناطیسی و غیر قابل کپی است در نتیجه در مقابل میدانهای مغناطیسی حساسیت نخواهد داشت.

ج:کارتخوان از راه دور :
با نزدیک شدن کارت مخصوص به آن, کارت را می خواند. این نوع کارتخوان در محلهایی استفاد ه می گردد که کارتخوان نباید در دید قرار گیرد و یا بعلت تردد زیاد نیاز به سرعت عمل بیشتری می باشد. در اکثر موارد داشتن کارت بر روی سینه جهت فعال نمودن این نوع کارتخوان کافی است.

نرم افزار: سیتسم در دو محیط DOS وWINDOS قابل اجرا بوده و استفاده از آن به نحوی است که برای اپراتور بسیارساده و مطمئن می باشد. یکی از روشهای معمول سری نرم افزارهای جانبی RITA ونرم افزارهای PHOTO VIEW می باشد. این برنامه جهت نمایش عکسهای ثبت شده پرسنل در هنگام کشیدن کارت آنها برای مقایسه با تصویردوربین نصب شده برای کنترل تردد افراد از درب مورد نظر استفاده می شود.با نصب دوربین در مدخل ورودی یک درب مجهز به کارتخوان, تصویر دوربین را باید با افرادی که از درب وارد می شوند , کنترل نمود و در صورت مغایرت تصاویر, اپراتور می تواند زنگ خطر را به صدا در آورد و همچنین درب را بسته نگه دارد .

نرم افزار جانبی : DOOR STATUS
این برنامه جهت نمایش وضعیت هر درب بصورتی است که رنگ سبز نشان دهنده درب همیشه باز رنگ زرد علامت باز شدن درب بصورت مجاز و رنگ قرمز نشان دهنده وضعیت خطر مانند باز ماندن درب ویا باز شدن غیر مجاز آن می باشد و در حالت عادی هر درب به رنگ خاکستری و نشان دهنده بسته بودن آن می باشد. همچنین نرم افزارهای جانبی دیگر از قبیل کلید فشاری که برای خارج شدن سریع معمولا” در سمت داخلی قسمت محافظت شده به کار می رود و با زدن شستی در باز شده و بعد از خروج فرد, با فنری که به درب متصل است, درب بسته می شود.

سیتسمهای اعلام خطر ACCESS CONTROL

الف:شناسگر شکستن شیشهDETECTOR PASSIVE GLASSBREAK
از این شناسگر برای شیشه بانکها- مراکز دولتی وساختمانهای مهم استفاده می شود ودر صورت ضربه زدن به شیشه این شناسگر وارد عمل شده وآژیر مربوطه به صدا در می آید.


ب:شناسگر مغناطیسی درب MAGNETIC CONTACTS
این شناسگر که دارای نوار مغناطیسی است در صورت ضربه زدن به درب وارد عمل می شود.


ج:شناسگر مادون قرمز:
در صورت فعال کردن این شناسگر هر چیزی که از مقابلش عبور کند وارد عمل می شود.این شناسگرها به CONTROL UNIT وصل می شوند و
توسط مرکز کنترل تحت نظارت اپراتور قرار می گیرند.علاوه بر این شناسگرها شناسگر لرزشVIBRATION DETECTOR می باشدکه موارد استفاده آن روی درها-پنجره ها –دیوارها و سقف می باشد.

مدار هشدار دهنده گاز باسنسور TGS-813

اگر بخواهید مدار خود را بر روی برد بورد پیاده سازی کنید.متوجه خواهید شد که پایه های این سنسور از سوراخ های موجود در برد بورد خیلی بزرگتر است.این سنسور ۶ پایه دارد.۶ عدد تکه سیم مسی را که هر کدام در حدود ۱ تا ۲ سانتی متر هستند به این پا یه ها لحیم کنید.برای بهتر لحیم شدن این سیم های مسی به پای های سنسور از روغن لحیم استفاده کنید. پس از مرحله لحیم کردن، این سنسور را به گونه ای بر روی برد بورد قرار دهید که این پایه ها با یکدیگر ارتباط پیدا نکند.
برای پیدا کرد شماره پایه ها ی سنسور وارد قسمت سنسور گاز در انتهای همین مطلب بشوید.

مطابق نقشه پایه های ۱و۳ را به یکدیگر وصل کنید.ار این اتصال به مثبت ۵ ولت از منبع تغذیه وصل کنید.پایه ۵ از این سنسور را زمین کنید.،و پایه ۲ را به مثبت ۵ ولت از منبع تغذیعه متصل نمایید.

پایه های ۴و۶ این سنسور را به یکدیگر وصل کنید.از این اتصال مشترک به سر وسط پتانسیومتر ۵۰ کیلو اهم متصل نمایید.یک سر کناری این پتانسیومتر را با یک مقاومت یک کیلو اهم به منفی یا زمین منبع تغذیه متصل نمایید.سر دیگر یان پتانسیومتر را با یک مقاومت ۴٫۷ کیلو اهم به پایه ۳ آیسی CA3130 یا CA3140 که ورودی مثبت است.،متصل نمایید.آیسی CA3130 شود.این آیسی حاوی آپ امپ جهت مقایسه ولتاژ های ورودی است.

حال سر وسط پتانسیو متر ۱۰ کیلو اهم را همانطور که در نقشه نیز مشخص است.،به ورودی منفی آیسی CA3130 که پایه ۲ آیسی است.،متصل نمایید.یکی از پایه های کناری این پتانسیومتر را با یک مقاومت ۲٫۲ کیلو اهم به زمین و پایه دیگر این پتانسیومتر را با یک مقاومت ۲٫۲ کیلو اهم به مثبت ۵ ولت متصل نمایید.

تغذیه زمین این آیسی را که پایه ۴ است.،به زمین متصل کرده و تغذیه مثبت آنرا که پایه ۷ می باشد را بر روی برد بورد یا بورد سوراخدار مسی به مثبت منبع تغذیه متصل نمایید.بین ورودی های مثبت و زمین این مدار یک عدد خازن ۱۰۰ نانو فاراد قرار دهید.همانطور که می دانید.،در این خازنها جهت مهم نیست.

از پایه خروجی ۶ با دیود ۱N4148 به پایه ۳ که ورودی مثبت می باشد.متصل نمایید.نحوه اتصال این دیود به گونه ای است که پایه مثبت یا آند آن در پایه ۶ و پایه منفی یا کاتد آن در پایه ۳ باشد.

از پایه خروجی با یک مقاومت ۲۲۰ اهم به بیس ترانزیستور BC107 متصل نمایید.امیتر این ترانزیستور را زمین کنید.از کلکتور ترانزیستور به یک مقاومت ۱۰ کیلو اهم به مثبت ولتاژ متصل کنید.از اشتراک کلکتور با این مقاومت با یک مقاومت ۲۲۰ اهم به کاتد یا منفی LED متصل کنید.،و آند یا مثبت LED را به صورت مستقیم به ,ولتاژ‌5 ولت متصل نمایید.

 

 

 

تست مدار

جهت تست مدار از فندک استفاده کنید.البته فندک را روشن نکنید.،فقط گاز موجود در آن را بروی سنسور تست کنید.
در این مدار به محض سنس شدن گاز توسط سنسور ولتاژی که در پایه ۳ ایجاد می شود.بیشتر از ولتاژی است.،که در پایه ۲ ایجاد می شود.میزان این اختلاف ولتاژ‌و حساسیت مدار را می توانید با پتانسیو متر تنظیم کنید.
حتی شما می توانید میزان ماندگاری مدار را با پتانسیومترها تنظیم کنید.به طور مثال قسمت هشدار این مدار که در اینجا LED است.آیا پس از مدتی خاموش شود.یا اینکه شما به طور دستی این قسمت را غیر فعال کنید.برای غیر فعال کردن قسمت هشدار یا آلارم همانطور که در نقشه مشخص است.از یک عدد کلید PUSH-BOTTOM استفاده شده است.
یک سر این کلید در پایه ۳ که ورودی مثبت است .،می باشد و سر دیگر آن در زمین است.
زمانیکه قسمت هشدار دهنده مدار را با تنظیم پتانسیومترها به گونه ای تنظیم کرده باشید.،که پس از سنس گاز توسط سنسور هیچگاه به صورت غیر دستی فعال نشود.در این حالت با فشار کلید push-bottom می توانید قسمت هشدار را غیر فعال کنید.
در اینجا برای سادگی و جلوگیری از مزاحمت برای دیگران از LED استفاده کردم.برای روشن شدن یک فن جهت کم کردن میزان گاز منتشر شده یا فعال شدن یک آژیر می توانید از ترکیب همین ترانزیستور و رله ای که آمپر مورد نظر شما را بدهد.، استفاده کنید.

تذکر

در هنگام کار با این سنسور،اگر منبع تغذیه را به آن متصل کنید.،متوجه گرمایی در سنسور می شوید.این به خاطر المنتی است.که بین پایه های ۲و ۵ وجود دارد.از بابت گرم شدن سنسور نگران نباشید.پایه های مربوط به سنسور را به طور صحیح و مطابق با نقشه ببندید.در بستن مدار دقت کنید و اطلاعات مربوط به سنسور را در انتهای این صفحه به دقت ملاحظه کنید تا در بستن پایه های سنسور دچار اشتباه نشو ید.
متاسفانه نمی توانید این مدار را با باطری تست کنید.تغذیه لازم جهت تست این مدار را یا بایستی از منبع تغذیه فراهم شود.، یا اینکه با استفاده از ترانس و دیود پل و خازن و رگولاتور ۷۸۰۵ این تغذیه را برای تست فراهم کنید.ترانسی که برای این مدار تهیه می کنید.جریانش بایست بین ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی آمپر باشد.
در ضمن میتوانید.به جای تغذیه های بالا از ۳ عدد باطری CFL 2300A یا باطری SONY 2300A استفاده کنید.

سنسور گاز

برای دریافت اطلاعات مربوط به سنسور گاز اینجا را کلیک کنید.به شکل واقعی این سنسور در شکل زیر توجه کنید.برای دیدن این اطلاعات می بایست فایل Acrobat reader در کامپیوترتان موجود باشد.

 

آشنایی با CPU (ریزپردازنده یا میکرو پروسسور)

ریزپردازنده واحد پردازش مرکزی یا مغز رایانه می باشد. این بخش مدار الکترونیکی بسیار گسترده و پیچیده ای می باشد که دستورات برنامه های ذخیره شده را انجام می دهد. جنس این قطعه کوچک (تراشه) نیمه رسانا است. CPU شامل مدارهای فشرده می باشد و تمامی عملیات یک میکرو رایانه را کنترل می کند. تمام رایانه ها (شخصی، دستی و…) دارای ریزپردازنده می باشند. نوع ریزپردازنده در یک رایانه می تواند متفاوت باشد اما تمام آنها عملیات یکسانی انجام می دهند.

تاریخچه ریزپردازنده
ریزپردازنده پتانسیل های لازم برای انجام محاسبات و عملیات مورد نظر یک رایانه را فراهم می سازد. در واقع ریزپردازنده از لحاظ فیزیکی یک تراشه است. اولین ریزپردازنده در سال ۱۹۷۱ با نام Intel ۴۰۰۴ به بازار عرضه شد. این ریزپردازنده قدرت زیادی نداشت و تنها قادر به انجام عملیات جمع و تفریق ۴ بیتی بود. تنها نکته مثبت این پردازنده استفاده از یک تراشه بود، زیرا تا قبل از آن از چندین تراشه برای تولید رایانه استفاده می شد. اولین نوع ریزپردازنده که بر روی کامپیوتر خانگی نصب شد. ۸۰۸۰ بود. این پردازنده ۸ بیتی بود و بر روی یک تراشه قرار داشت و در سال ۱۹۷۴ به بازار عرضه گردید. پس از آن پردازنده ای که تحول عظیمی در دنیای رایانه بوجود آورد ۸۰۸۸ بود. این پردازنده در سال ۱۹۷۹ توسط شرکت IBM طراحی و در سال ۱۹۸۲ عرضه گردید. بدین صورت تولید ریزپردازنده ها توسط شرکت های تولیدکننده به سرعت رشد یافت و به مدل های ۸۰۲۸۶، ۸۰۳۸۶، ۸۰۴۸۶، پنتیوم ۲، پنتیوم ۳، پنتیوم ۴ منتهی شد.
این پردازنده ها توسط شرکت intel و سایر شرکت ها طراحی و به بازار عرضه شد. طبیعتاً پنتیوم های ۴ جدید در مقایسه با پردازنده ۸۰۸۸ بسیار قوی تر می باشند زیرا که از نظر سرعت به میزان ۵۰۰۰ بار عملیات را سریعتر انجام می دهند. جدیدترین پردازنده ها اگر چه سریعتر هستند گران تر هم می باشند. کارآیی رایانه ها بوسیله پردازنده آن شناخته می شود. ولی این کیفیت فقط سرعت پروسسور را نشان می دهد نه کارآیی کل رایانه را. به طور مثال اگر یک رایانه در حال اجرای چند نرم افزار حجیم و سنگین است و پروسسور پنتیوم ۴ آن ۲۴۰۰ کیگاهرتز است، ممکن است اطلاعات را خیلی سریع پردازش کند. اما این سرعت بستگی به هارددیسک نیز دارد. یعنی این که پروسسور جهت انتقال اطلاعات زمان زیادی را در انتظار می گذراند.
پروسسورهای امروزی ساخت شرکت Intel، پنتیوم ۴ و سلرون هستند. پروسسورها با سرعت های مختلفی برحسب گیگاهرتز (معادل یک میلیارد هرتز با یک میلیارد سیکل در ثانیه است) برای پنتیوم ۴ از ۴/۱ گیگاهرتز تا ۵۳/۲ متغیر است و برای پروسسور سرعت از ۸۵/۰ گیگاهرتز تا ۸/۱ گیگاهرتز است. یک سلرون همه کارهایی را که یک پنتیوم ۴ انجام می دهد را می تواند انجام دهد اما نه به آن سرعت.
پردازنده دو عمل مهم انجام می دهد:
۱- کنترل تمام محاسبات و عملیات
۲- کنترل قسمت های مختلف
پردازنده در رایانه های شخصی به شکل یک قطعه نسبتاً تخت و کوچک به اندازه ۸ یا ۱۰ سانتی متر مربع که نوعی ماده، مانند پلاستیک یا سرامیک روی آن را پوشانده است تشکیل شده در واقع فرآیند بوجود آمدن این مغز الکترونیکی به این گونه می باشد که از سیلیکان به علت خصوصیات خاصی که دارد جهت ایجاد تراشه استفاده می شود. بدین گونه که آن را به صورت ورقه های بسیار نازک و ظریف برش می دهند و این تراشه ها را در درون مخلوطی از گاز حرارت می دهند تا گازها با آنها ترکیب شوند و بدین صورت طبق این فرآیند شیمیایی سیلیکان که از جنس ماسه می باشد به فلز و بلور تبدیل می شود که امکان ضبط و پردازش اطلاعات را در بردارد. این قطعه کار میلیونها ترانزیستور را انجام می دهد.
پردازنده وظایف اصلی زیر را برای رایانه انجام می دهد:
۱- دریافت داده ها از دستگاه های ورودی
۲- انجام عملیات و محاسبات و کنترل و نظارت بر آنها
۳- ارسال نتایج عملیات با دستگاه های خروجی
پردازنده مانند قلب رایانه است و از طریق کابلهای موجود با واحدهای دیگر مرتبط می شوند.
در واقع از نظر فنی عملکرد پردازنده با دو ویژگی تعیین می شود:
۱- طول کلید- تعداد بیت هایی که یک پردازنده در هر لحظه پردازش می کند و طول این کلمات معمولاً ۴ و ۸ و ۱۶ و ۳۲ و یا ۶۴ بیتی می باشد.
۲- تعداد ضربان الکترونیکی که در یک ثانیه تولید شده است و با واحد مگاهرتز سنجیده می شود.
محل قرارگیری پردازنده ها بر روی مادربرد می باشد. بنابراین بایستی هماهنگی لازم بین مادربرد و پردازنده وجود داشته باشد. این هماهنگی باعث بالا رفتن عملیات رایانه می شود. در غیر این صورت نتیجه خوبی بدست نمی آید.
نکته: بر روی پردازنده حروف و ارقامی دیده می شود که در واقع نشان دهنده شماره سریال ها ،سرعت، ولتاژ، مدل، نسل و نام سازنده آن می باشد. با توجه به نوع دستورالعمل ها یک ریزپردازنده با استفاده از واحد منطبق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عملیات محاسباتی مانند جمع و تفریق و ضرب و تقسیم است. البته پردازنده های جدید اختصاصی برای انجام عملیات مربوط به اعداد اعشاری نیز می باشند. ریزپردازنده قادر به انتقال داده ها از یک محل حافظه به محل دیگر می باشند و می توانند تصمیم گیری نمایند و از یک محل به محل دیگر پرش داشته باشد تا دستورالعمل های مربوط به تصمیم اتخاذ شده را انجام دهد.

الکتریسته

اگرچه که الکتریسیته به عنوان نتیجه واکنش شیمیایی ای که در یک پیل الکترولیت از زمانی که الساندرو ولتا در سال1800م این آزمایش را انجام داد، شناخته می شده است، اما تولید آن به این روش گران بوده و هست. در سال 1831م، میشل فارادی ماشینی ابداع کرد که از حرکت چرخشی تولید الکتریسیته می کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشید تا این فن آوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس ادیسون جایگزین عملی تجاری ای را برای روشنایی های گازی و سیستم های حرارتی ایجاد کرد و به فروش رساند که از الکتریسیته جریان مستقیم استفاده می کرد که بطور منطقه ای تولید و توزیع شده بود، استفاده می کرد. در سیستم جریان مستقیم ادیسون، ایستگاه های تولید توان اضافی می بایست نصب می شدند. بدلیل اینکه ادیسون قادر نبود سیستمی را تولید کند که به ژنراتورهای چندگانه اجازه دهد که به یکدیگر متصل شوند، گسترش سیستم او نیاز داشت که تمامی ایستگاه های تولید جدید مورد نیاز ساخته شوند.

نیاز به نیروگاه های اضافی ابتدا توسط قانون اهم بیان شده است: بدلیل اینکه تلفات با مربع جریان یا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل های طولانی در سیستم ادیسون به مفهوم داشتن ولتاژهای خطرناک در برخی نقاط یا کابل های بزرگ و گران قیمت و یا هر دوی اینها بود.

نیکولا تسلا که مدت کوتاهی برای ادیسون کار می کرد و تئوری الکتریسیته را بگونه ای درک کرده بود که ادیسون درک نکرده بود، سیستم جایگزینی را ابداع کرد که از جریان متناوب استفاده می کرد. تسلا بیان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جریان را نصف می کند و منجر به کاهش تلفات به میزان 4/3 می شود و تنها یک سیستم جریان متناوب اجازه انتقال بین سطوح ولتاژ را در قسمت های مختلف آن سیستم ممکن می سازد. او به توسعه و تکمیل تئوری کلی سیستم اش ادامه داد و جایگزین تئوری و عملی ای را برای تمامی ابزارهای جریان مستقیم آن زمان ابداع کرد و ایده های بدیع را در سال 1887م در 30 حق انحصاری اختراع به ثبت رساند.

در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستینگهاوس که حق انحصاری اختراع یک ترانسفورماتور را در اختیار داشت و یک کارخانه روشنایی را از سال 1886م در گریت بارینگتون، ماساچوست راه اندازی کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سیستم وستینگهاوس می توانست از روشنایی های ادیسون استفاده کند و دارای گرم کننده نیز بود، اما این سیستم دارای موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستینگهاوس یک سیستم قدرت برای یک معدن طلا در تلورید، کلورادو در سال 1891 ساخت که دارای یک ژنراتور آبی 100 اسب بخار(75 کیلو وات) بود که یک موتور 100 اسب بخار (75 کیلو وات) را در آنسوی خط انتقالی به فاصله 5/2 مایل (4 کیلومتر) تغذیه می کرد. سپس در یک قرارداد با جنرال الکتریک که ادیسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت یک نیروگاه در نیاگارا فالس کرد که دارای سه ژنراتور تسلای 5000 اسب بخار بود که الکتریسیته را به یک کوره ذوب آلومینیوم در نیاگارا ، نیویورک و به شهر بوفالو، نیویورک به فاصله 22 مایل (35 کیلومتر) انتقال می داد. نیروگاه نیاگارا در 20 آوریل 1895م شروع به کار کرد.

بخشی از تحقیق

انرژی الکتریکی در حال حاضر

امروزه سیستم انرژی الکتریکی جریان متناوب تسلا کماکان مهمترین ابزار ارایه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای ارسال مقادیر عظیم الکتریسیته در طول فواصل بلند بکار می رود، اما قسمت اعظم تولید الکتریسیته، انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسیته و داد و ستد الکتریسیته با استفاده از جریان متناوب محقق می شود.

در بسیاری از کشورها شرکت های توان الکتریکی کلیه زیرساخت ها را از نیروگاه ها تا زیرساخت های انتقال و توزیع در اختیار دارند. به همین علت، توان الکتریکی به عنوان یک حق انحصاری طبیعی در نظر گرفته می شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قیمت ها کنترل می شود و معمولا مالکیت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخی کشورها بازارهای الکتریسیته وسیع با تولید کننده ها و فروشندگان الکتریسیته، الکتریسیته را مانند پول نقد و سهام معامله می کنند.

منابع انرژی اولیه، بکار رفته در تولید انرژی الکتریکی

جهان امروز برای تولید انرژی بر زغال سنگ و گاز طبیعی تکیه می کند. هزینه های بالای مورد نیاز برای انرژی هسته ای و ترس از خطرات این انرژی، از دهه 1970م جلوی تاسیس نیروگاه های جدید هسته ای را در آمریکای شمالی گرفته است.
توربین های بخار را می توان توسط بخارهای ناشی از منابع زمین گرمایی، انرژی خورشیدی، مایعات، سوخت های فسیلی گازی و جامد، به راه انداخت. راکتورهای هسته ای از انرژی ناشی از شکافت اورانیوم یا پلوتونیوم رادیواکتیو برای تولید آزمایش‌های مربوط به گرما استفاده می کنند. این راکتورها اغلب از دو مدار بخار اولیه و ثانویه تشکیل شده تا یک لایه حفاظتی اضافی را بین محل قرار گرفتن سوخت هسته ای و اتاق ژنراتور قرار دهد. نیروگاه های برق آبی از آبی که مستقیماً از توربین ها عبور می کند، برای راه اندازی ژنراتورها استفاده می کنند.

کنترل جزر و مد از نیروی ماه بر روی بدنه آب دریاها برای گرداندن یک توربین استفاده می کنند.
ژنراتورهای بادی از باد برای گرداندن توربین هایی که با یک ژنراتور مرتبط اند، استفاده می کنند.
نیروگاه برق آبی ذخیره شده با پمپ برای هم سطح کردن تقاضاها روی یک شبکه برق به کار می رود.

ژنراتور الکتریکی

قبل از اینکه ارتباط بین مغناطیس و الکتریسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکترواستاتیک بهره می‌بردند. ماشین ویمشاست از القای الکترو استاتیک یا تاثیر کردن استفاده می‌کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تریبوالکتریک برق مالشی برای جدا سازی بارهای الکتریکی با استفاده از اصطکاک بین عایقها استفاده می‌کرد. ژنراتورهای الکترواستاتیک کارآمد نیستند و تنها برای آزمایشات علمی که نیازمند ولتاژهای بالا است، مناسب هستند.

موتور الکتریکی

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.

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.

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 یونیورسال 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.

موتورهای AC

• موتورهای AC تک فاز:

معمول ترین 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 مایکروویو 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.

• 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.

تاریخچه پیدایش الکترومغناطیس

مبدا علم الکتریسیته به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خرده‌های کاغذ را می‌رباید. از طرف دیگر مبدا علم مغناطیس به مشاهده این واقعیت برمی‌گردد که بعضی از سنگها (یعنی سنگهای ماگنتیت) بطور طبیعی آهن را جذب می‌کند. این دو علم تا سال 1199 – 1820 به موازات هم تکامل می‌یافتند

در سال 1199-1820 هانس کریستان اورستد (1777 – 1851) مشاهده کرد که جریان الکتریکی در یک سیستم می‌تواند عقربه قطب نمای مغناطیسی را تحت تاثیر قرار دهد. بدین ترتیب الکترومغناطیس به عنوان یک علم مطرح شد. این علم جدید توسط بسیاری از پژوهشگران که مهمترین آنان مایکل فاراده بود تکامل بیشتری یافت.

انرژی مغناطیسی

هرگاه یک منبع ولتاژی را که قادر به ایجاد ولتاژی به اندازه V است، به مداری متصل کنیم، در این مدار جریان الکتریکی برقرار می‌‌شود، اما هر ماده دارای یک مقاومت الکتریکی می‌‌باشد، بنابراین مجموع ولتاژ چشمه و نیروی محرکه القایی در مدار با حاصلضرب مقاومت مدار در جریانی که از آن می‌‌گذرد، برابر خواهد بود و چون جریان را به صورت مشتق زمانی بار الکتریکی تعریف می‌‌کنند، بنابراین می‌‌توان گفت که چشمه ولتاژ یا باتری مقداری کار انجام می‌‌دهد تا مقداری بار الکتریکی را در مدار انتقال دهد.

نگرش کلی

قابلیت کنترل پذیری عبور جریان از طریق یکسو سازها و اینورترهای HVDC ، کاربرد آنها در اتصالات بین شبکه های غیر سنکرون و کاربرد آنها در کابل های کارای زیر دریا به این معنی است که کابل های HVDC اغلب در مرزهای ملی و برای مبادلات توان به کار می برند.

نیروگاه های بادی داخل آب نیز نیازمند کابل های زیر دریا هستند و توربین های آنها نیز غیر سنکرون. از خطوط انتقال HVDC می توان در برقراری اتصالات بسیار بلند بین تنها دو نقطه استفاده کرد، برای مثال اطراف اجتماعات دور افتاده سیبری، کانادا و شمال اسکاندیناوی که در این صورت کاربرد این سیستم که دارای هزینه های کمتر از خطوط معمولی است منطقی به نظر می رسد.

مقاله مهندسی برق

مهندسی برق (به انگلیسی: Electrical engineering) زیرمجموعه‌ای از مهندسی است که به مطالعه و کاربردهای مرتبط با الکتریسیته، الکترومغناطیس و الکترونیک می‌پردازد. می‌توان مهندسی برق را به دو قسمت عمده تقسیم کرد: بررسی و طراحی سیستم‌های انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی؛ یا بررسی و طراحی سیستم‌های الکترونیکی برای پردازش و انتقال اطلاعات، نظیر رایانه‌ها، سامانه‌های مخابراتی، مدارهای مجتمع، رادارها و نظایر آن. به بیان دیگر، مهندسان برق از الکتریسیته یا برای انتقال انرژی یا برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند

فراگیرتر شدن استفاده از انرژی الکتریکی و افزایش نیاز به انتقال و نیز پردازش سریع‌تر اطلاعات، مهندسی برق را به یکی از مهم‌ترین و پرطرفدارترین زمینه‌های مهندسی و صنعت تبدیل کرده‌است.

تاریخچه:

الکتریسیته یکی از موضوعات جذاب علمی از اوایل قرن هفدهم بوده‌است. یکی از اولین مهندسین برق احتمالاً ویلیام گیلبرت بوده‌است که اولین وسیلهٔ اندازه‌گیری الکتریسیته یا الکتروسکوپ را طراحی کرد و آن را ورسوریوم (versorium) نامید. همچنین او اولین کسی بود که به‌طور واضح مغناطیس و الکتریسیتهٔ ساکن را تمیز داد. تا پیش از حدود دههٔ ۱۸۸۰، مباحث مربوط به الکتریسیته و کاربردهای آن، زیرمجموعه‌ای از فیزیک تلقی می‌شد. این رشته اولین بار در نیمهٔ دوم قرن نوزده میلادی، بعد از تجاری سازی تلگراف، تلفن و توزیع برق و استفاده‌های آن به عنوان یک شغلِ شناخته شده مطرح شد. از حدود سال ۱۸۸۵ برخی دانشگاه‌ها و موسسات فناوری مانند دانشگاه کرنل یا موسسهٔ فناوری ماساچوست، رشتهٔ کارشناسی مهندسی برق را ایجاد نمودند. دانشگاه فنی دارمشتات اولین دانشگاهی بود که در سال ۱۸۸۲ دانشکدهٔ مهندسی برق را ایجاد کرد و پس از آن دانشگاه کرنل و دیگر دانشگاه‌ها این رشته را ارائه نمودند.[۲]

مبانی رشته برق در علوم فیزیک و ریاضات تدوین شده است و دانشمندان بزرگی که پایه‌های علمی رشته مهندسی برق را بنا نهادند عبارتند از:

• مایکل فارادی
• جیمز کلارک ماکسول
• هاینریش هرتز
• آندره ماری آمپر
• گوستاو رابرت کیرشهوف
• الساندرو جوزپه ولتا
• گئورگ زیمون اهم[۳]
• نیکولا تسلا
•  

اولین مهندس برق در ایران

حیدرخان عمواوغلی (زاده ۱۲۵۹ خورشیدی در ارومیه آذربایجان-درگذشته ۵ آبان ۱۳۰۰ در مسجدپیش گیلان) معروف به حیدر برقی، اولین مهندس برق ایران و انقلابی ایرانی با دیدگاه جهان‌شمول و از فعالان مؤثر جنبش مشروطه ایران، نهضت جنگل و نیز از رهبران حزب کمونیست ایران بود.

رشتهٔ مهندسی برق در ایران

گرایش‌های مقطع کارشناسی:

رشته مهندسی برق در مقطع کارشناسی دارای ۵ گرایش زیر است. در برخی دانشگاه‌ها، گرایش دانشجو پس از گذراندن ۳ تا ۵ ترم مشخص می‌شود.

• مهندسی الکترونیک
• مهندسی مخابرات
• مهندسی قدرت
• مهندسی کنترل
• مهندسی پزشکی (بیوالکتریک ـ بیوانفورماتیک در برخی دانشگاه‌ها)

در دانشگاه‌های صنعتی شریف، تهران و صنعتی امیرکبیر و فردوسی مشهد گرایش سیستم‌های دیجیتال (که در تقسیم‌بندی پنج‌گانه، زیرمجموعه‌ای از گرایش الکترونیک محسوب می‌شود) به ۵ گرایش فوق اضافه شده‌است در پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، علاوه‌بر گرایش قدرت، گرایش شبکه‌های انتقال و توزیع ایجاد شده‌است که ترکیبی از گرایش قدرت و مباحث مربوط به شبکه سراسری برق و مدیریت توزیع و مصرف می‌باشد.

مباحث اصلی:

به‌طور کلی، مباحث اصلی مهندسی برق (عمدتاً در دورهٔ کارشناسی) موارد زیر هستند:

• معادلات دیفرانسیل، جبر خطی و تحلیل فوریه
• پردازش سیگنال (پیوسته و گسسته‌زمان)
• مدارها و سیستم‌های الکترونیکی آنالوگ
• مدارها و سیستم‌های الکترونیکی دیجیتال، ریزپردازنده‌ها
• الکترومغناطیس، امواج الکترومغناطیسی و آنتن‌ها
• ماشین‌های الکتریکی (موتورها، ژنراتورها و ترانسفورمرها)
• سیستم‌های انتقال انرژی الکتریکی
• سیستم‌های مخابراتی و انتقال اطلاعات (آنالوگ و دیجیتال)
• سیستم‌های کنترل و رباتیک

مدارهای الکتریکی ۱و۲، سیگنال‌ها و سیستم‌ها، الکترونیک ۱و۲، مدارهای منطقی، الکترومغناطیس، معادلات دیفرانسیل، ریاضیات مهندسی، آمار و احتمالات، ماشین‌های الکتریکی ۱و۲، بررسی سیستم‌های قدرت ۱ برخی از دروسی است که دانشجویان تمام گرایش‌های مهندسی برق در مقطع کارشناسی موظف به گذراندن آن هستند.

گرایش الکترونیک

الکترونیک علمی است که به بررسی حرکت الکترون در خلاء در مواد رسانا یا نیمه رسانا و اثرات و کاربردهای آن می‌پردازد. با توجه به این تعریف، مهندس الکترونیک در زمینه ساخت قطعات الکترونیک و کاربرد آن در مدارها، فعالیت می‌کند. البته متأسفانه به علت عدم توانایی رقابت در بازار با برندهای مشهور موجود، در ایران در سطح وسیع، تولید قطعات الکترونیکی صورت نمی‌گیرد.

به عبارت دیگر، زمینه فعالیت مهندسی الکترونیک را می‌توان به دو شاخه اصلی «ساخت قطعات و کاربرد مداری قطعه» و «طراحی مدارهای الکتریکی» تقسیم کرد.

تکنیک پالس، الکترونیک ۳، میکروپروسسور، معماری کامپیوتر، مدارهای مخابراتی، فیزیک مدرن و فیزیک الکترونیک از جمله دروس اصلی گرایش الکترونیک محسوب می‌شوند

گرایش قدرت

مهندسی قدرت با تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی و ساخت برخی دستگاه‌های مربوط به آن نظیر ترانسفورمرها، ژنراتورهای الکتریکی، موتورهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی مورد نیاز سروکار دارد.

این گرایش، به عنوان قدیمی‌ترین گرایش در رشته مهندسی برق، خود به چندین زیرگرایش تقسیم می‌شود.

در مبحث انتقال و توزیع، روش‌های مختلف انتقال برق اعم از کابل‌های هوایی و زیرزمینی، اصول مهندسی فشار قوی و همچنین مدیریت شبکه توزیع و توزیع بهینه را مطالعه می‌کنند. برای مثال، می‌توان با بهینه‌سازی شبکه‌های برق‌رسانی، تا حد زیادی از تلفات در شبکه جلوگیری نمود که این‌کار موضوع این گرایش از مهندسی قدرت است.

مبحث حفاظت نیز به بررسی انواع وسایل و تجهیزات حفاظتی‌ای می‌پردازد که در مراحل مختلف تولید، توزیع، انتقال و مصرف انرژی و تأسیسات الکتریکی و نیز انسان‌ها را در برابر حوادث مختلف محافظت می‌کنند.

گرایش ماشین‌های الکتریکی شامل ژنراتورها، ترانسفورمرها و موتورهای الکتریکی می‌شود که این شاخه از زمینه‌های مهم صنعتی و پژوهشی گرایش قدرت است.

گرایش الکترونیک قدرت به طراحی و بهره‌برداری از تجهیزات الکترونیکی ویژه سیستم‌های قدرت می‌پردازد. این تجهیزات باید با ولتاژ و جریان‌های بالا سازگار باشند. ماشین‌های الکتریکی ۳، بررسی سیستم‌های قدرت ۲، حفاظت سیستم، رله و حفاظت، اصول مهندسی عایق و فشار قوی، تولید و نیروگاه، طراحی و توسعه شبکه و مدیریت توزیع از اصلی‌ترین دروس این گرایش می‌باشند.

گرایش مخابرات

هدف از مخابرات ارسال و انتقال اطلاعات از نقطه‌ای به نقطه دیگر است که این اطلاعات می‌تواند صوت، تصویر یا داده‌های کامپیوتری باشد.

مخابرات، گرایشی از مهندسی برق است که در حوزه ارسال و دریافت اطلاعات از روش‌های موجی و مخابراتی فعالیت می‌کند. مهندسی مخابرات با ممکن ساختن ایجاد ارتباط پرسرعت، امن و آسان بین دو یا چند کاربر در مکان‌های مختلف، زندگی انسان را متحول ساخته‌است. از آثار گسترش مهندسی مخابرات می‌توان به رادیو و تلویزیون، اینترنت و ماهواره‌های ارتباطی یا تحقیقاتی (مخابرات فضایی) اشاره کرد.

مهندسی مخابرات از دو قسمت عمدهٔ مخابرات میدان و موج و سیستم‌های مخابراتی تشکیل می‌شود. البته با توجه به گستردگی گرایش سیستم امروزه در برخی از دانشگاه‌ها مانند دانشگاه صنعتی شریف، دانشگاه تهران و دانشگاه صنعتی اصفهان گرایش‌های رمز و شبکه از گرایش سیستم در مقطع کارشناسی ارشد جدا شده‌است. دروس اصلی گرایش مخابرات در مقطع کارشناسی عبارت است از: میدان و امواج، مایکروویو و آنتن، فیلتر و سنتز مدار (مرتبط یا مخابرات میدان) مخابرات دیجیتال و اصول پردازش سیگنال‌های گسسته در زمان (مرتبط با گرایش سیستم‌های مخابراتی).

گرایش مخابرات میدان:

در مبحث میدان، مهندسان با ارسال، انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیسی از طریق یک کانال مخابراتی (که می‌تواند فضای آزاد در مخابرات بی‌سیم یا یک فیبر نوری در مخابرات فیبر نوری باشد) و فرستنده و گیرنده (که می‌تواند یک آنتن ماهواره در مخابرات ماهواره‌ای یا یک مدار الکترونیکی در مخابرات فیبر نوری باشد) سروکار دارند. به عبارت دیگر، می‌توان گفت مهندسین میدان به‌طور عمده با جنبهٔ فیزیکی چگونگی انتقال امواج حاوی اطلاعات، از نقطه‌ای به نقطهٔ دیگر روبه‌رو هستند. بدین‌ترتیب مهندسی مخابرات میدان، رابطه زیادی با فیزیک کاربردی (در قسمت الکترومغناطیس) دارد.

برخی از دروس گرایش مخابرات میدان در مقطع کارشناسی ارشد عبارت است از الکترومغناطیس پیشرفته، ریاضیات مهندسی پیشرفته، اجزاء نیمه هادی مایکروویو، طراحی مدارات فعال مایکروویو، فیبر نوری، تئوری پراکندگی امواج و روش‌های عددی در الکترومغناطیس.

گرایش سیستم‌های مخابراتی:

حوزه فعالیت در گرایش سیستم بسیار گسترده‌است و شامل مباحث متنوعی همچون پردازش سیگنال، مخابرات بی‌سیم، شبکه‌های مخابراتی و موبایل، شبکه‌های کامپیوتری، تئوری اطلاعات، مخابرات نوری و امنیت است. به‌طور کلی محققان گرایش سیستم، سعی در مقاوم‌سازی سیستم در برابر نویز، انتقال مؤثر سیگنال و در نهایت آشکارسازی یک سیگنال مخابراتی دارند. اما در این فرایند معمولاً محققین گرایش سیستم به ساختار فیزیکی سیستم توجه چندانی ندارند و یک سیستم مخابراتی را همچون یک جعبه سیاه در نظر می‌گیرند و تمرکز اصلی را بر بهبود پارامتریک سیگنال از دیدگاه ریاضیاتی می گدارند. این گرایش نزدیکی بسیار زیادی با مباحث ریاضیات کاربردی به خصوص آنالیز ریاضی و فرایندهای تصادفی دارد.

دروس گرایش سیستم‌های مخابراتی در مقطع کارشناسی ارشد بسیار متنوع است. برخی از این دروس عبارتند از: فرایند تصادفی، مخابرات پیشرفته، تئوری اطلاعات، تئوری کدینگ، تئوری تخمین و آشکارسازی، تئوری صف، اصول سیستم‌های رادار، مخابرات ماهواره‌ای، پردازش گفتار، پردازش تصویر و ویدئو، پردازش زمان - فرکانس، مخابرات نوری، فیبر نوری ، انتقال داده و شبکه‌های کامپیوتری، شبکه مخابرات داده.

گرایش مخابرات رمز:

با توجه به گسترش حوزه فعالیت محققین گرایش مخابرات سیستم و به منظور تمرکز بر مباحث امنیت گرایش رمز برای اولین بار در ایران در سال ۱۳۷۸ در پژوهشکدهٔ الکترونیک دانشگاه شریف وابسته به دانشکدهٔ برق این دانشگاه، پذیرش دانشجو در مقطع کارشناسی ارشد را آغاز کرد. از این رو این گرایش نزدیکی بسیاری با گرایش مخابرات سیستم دارد. در حال حاضر علاوه بر دانشگاه صنعتی شریف، دانشگاه تهران و دانشگاه صنعتی اصفهان و دانشگاه صنعتی مالک اشتر نیز این گرایش را در مقطع کارشناسی ارشد مخابرات اضافه کرده‌اند. البته گرایش مخابرات رمز در ایران دارای مقطع دکترا نیست و دانشجویان علاقه‌مند فعالیت‌های پژوهشی خود را در این مقطع در زمینه‌های مرتبط تحت عنوان گرایش مخابرات سیستم انجام خواهند داد. عمده فعالیت محققین مخابرات رمز در حوزه ارسال و دریافت امن اطلاعات می‌باشد که به‌طور کلی شامل امنیت در پردازش سیگنال، امنیت در شبکه‌های کامپیوتری، امنیت در الگوریتم‌های رمزنگاری و امنیت در انتقال اطلاعات می‌باشد. مباحثی که در حوزه رمزشناسی و الگوریتم‌ها قرار می‌گیرند، عمدتاً نیازمند دانش قوی ریاضیاتی در نظریه اعداد و جبر مجرد می‌باشد و معمولاً دروس ریاضیات رمزنگاری و اصول رمز نگاری به منظور آشنایی دانشجویان با مفاهیم مرتبط در نظریه اعداد و جبر مجرد تدریس می‌شوند. برخی از این مفاهیم عبارت اند از: نظریه هم‌نهشتی‌ها، مسئله تجزیه اعداد، مسئله لگاریتم گسسته، معادلات هم‌نهشتی، نظریه گروه حلقه و میدان، میدان‌های برداری و خم‌های بیضوی. مباحثی که مرتبط با امنیت اطلاعات هستند به دلیل استفاده از تئوری اطلاعات، عمدتاً نیازمند دیدگاهی قوی در حوزهٔ آمار و فرایندهای تصادفی است.

دروس اصلی این گرایش در دانشگاه صنعتی شریف شامل ریاضیات رمزنگاری، اصول رمزنگاری، رمزنگاری پیشرفته، تئوری اطلاعات و کدینگ، مخابرات پیشرفته و فرایندهای تصادفی است. ضمناً دانشجویان می‌توانند دروسی مانند نهان‌سازی اطلاعات، تئوری اطلاعات شبکه، امنیت در شبکه‌های کامپیوتری و… را به عنوان دروس اختیاری اخذ کنند.

گرایش کنترل:

اگر بخواهیم یک تعریف کلی از کنترل ارائه دهیم، می‌توانیم بگوییم که هدف این علم، کنترل متغیرهای اساسی سیستم (که متغیرهای خروجی می‌تواند تنها بخشی از این متغیرها باشد) بر مبنای برخی ملاکهای مطلوب می‌باشد. این ملاکها می‌تواند سرعت یک موشک، دمای یک اتاق، زاویهٔ چرخش بازوی ربات و… باشد. به عنوان یک مثال ساده می‌توان کنترل زمان اوج‌گیری یک هواپیمای جنگنده را در نظر گرفت. در این مثال، زاویه پره‌های هواپیما، میزان سوخت تزریقی و سایر متغیرهای تأثیرگذار بایستی با روش‌های ریاضی محاسبه و سیستم کنترل‌کننده به دقت طراحی شود تا بتوان زمان عکس‌العمل سیستم را کاهش داد و آن را در برابر اثرات نویز محیط (مانند وزش باد یا …) مقاوم کرد.

کنترل، در پیشرفت علوم دیگر نقش ارزنده‌ای را ایفا می‌کند. به‌طور کلی می‌توان گفت مهندسی کنترل حلقه اتصال میان مهندسی برق و رشته‌های دیگر می‌باشد. امروزه مهندسی کنترل به صورت بخش اصلی و مهمی از فرایندهای صنعتی و تولیدی درآمده‌است.

به کمک این علم می‌توان به عملکرد بهینه سیستم‌های پویا، بهبود کیفیت و ارزان‌تر شدن فراورده‌های تولیدی، گسترش میزان تولید، ماشینی کردن بسیاری از عملیات تکراری و خسته‌کننده دستی و نظایر آن دست یافت. هدف سیستم کنترل‌کننده عبارت است از کنترل خروجی‌ها (مانند زاویهٔ حملهٔ موشک هدایت‌شونده) به روش معین به کمک ورودی‌ها (مانند سیگنال دریافتی از رادار موشک) از طریق اجزای سیستم کنترل که می‌تواند شامل اجزای الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی به تناسب نوع سیستم کنترل باشد.

یکی از مفاهیم پرکاربرد در این رشته مفهوم پسخورد (فیدبک) می‌باشد. پسخورد در واقع اندازه‌گیری متغیرهای خروجی و استفاده از این متغیرهای اندازه‌گیری شده برای اصلاح متغیر ورودی سیستم می‌باشد. برای مثال، در یک سیستم سرمایشی، یک سنسور، که در واقع یک دماسنج است، دمای اتاق را اندازه‌گیری می‌کند تا سیستم بتواند از دما مطلع شده و از کاهش یا افزایش بیش از اندازه دما جلوگیری کند. با استفاده از سیستم‌های دارای پسخورد می‌توان بسیاری از فرایندهای صنعتی را به صورت خودکار کنترل کرد. اتوماسیون صنعتی بخشی از رشته کنترل می‌باشد که بر پایه سیستم‌های فیدبک‌دار توانسته‌است صنعت مدرنی را پایه‌گذاری کند.

گفتنی است که گرایش کنترل دارای زیر بخش‌های متنوعی مانند کنترل خطی، کنترل غیرخطی،کنترل مقاوم،کنترل تطبیقی،کنترل دیجیتال،کنترل فازی و غیره‌است.

از دروس اصلی این گرایش مهندسی برق می‌توان به کنترل دیجیتال و کنترل غیرخطی، کنترل مدرن، کنترل صنعتی، ابزار دقیق، اصول میکروکامپیوتر، ترمودینامیک، مبانی تحقیق در عملیات، سیستم‌های کنترل پیشرفته و سیستمهای کنترل خطی اشاره کرد.

وضعیت تحصیل در مقاطع بالاتر از کارشناسی

فارغ‌التحصیل در مقطع کارشناسی برق که مدرک خود را در یکی از چهار گرایش الکترونیک، مخابرات، قدرت و کنترل می‌گیرد، می‌تواند در یکی از این گرایشها (اختیاری) یا رشته‌ای که برق زیر مجموعه‌ای برای آن تعریف شده، ادامه تحصیل نماید.

1. این رشته به صورت: مهندسی برق - الکترونیک (سه گرایش طراحی آنالوگ، مدارهای دیجیتال، ادوات میکرو و نانو الکترونیک)
2. برق - قدرت
3. برق - کنترل
4. برق - مخابرات (شامل گرایش‌های میدان و مایکروویو نوری، سیستم، رمز، شبکه)
5. مهندسی پزشکی (گرایش بیوالکتریک)
6. مهندسی کامپیوتر (معماری کامپیوتر، هوش مصنوعی و رباتیک است)
7. مهندسی مکاترونیک (شامل گرایش‌های انسان جنبی ماشین، کنترل، رباتیک)
8. مهندسی هسته‌ای (دو گرایش مهندسی رآکتور و مهندسی پرتو پزشکی)

برای تحصیل در مقطع دکترای تخصصی، می‌توان در هر یک از زیرشاخه‌های تخصصی‌تر گرایشهای یاد شده میزان مورد نیاز واحدها را اخذ کرد و رساله دکتری را در همان موضوع خاص ارائه داد. مسلم است این زیر شاخه‌ها، گرایشهای تخصصی تر این چهار گرایش است. رشته برق به دلیل کاربردی بودن آن در بسیاری از علوم مهندسی دیگر، برای فارغ التحصیلان امکان تحصیل در بسیاری گرایش‌ها و دانش‌ها را فراهم می‌کند.