جستجو در تالارهای گفتگو

جریان متناوب AC نوعی از جریان است که در تمام منازل و کارخانجات و در تمام دنیا از آن استفاده می شود. می دانیم که برخلاف جریان DC که در آن شارش الکترون ها در یک جهت خاص اتفاق می افتد، در جریان AC الکتریسیته به صورت رفت و برگشت جریان پیدا کرده و جهت آن در حال تغییر است. جریان مستقیم (DC) همان گونه که می دانید دو نوع مختلف جریان در پیرامون ما وجود دارد یکی از این جریان ها، جریان مستقیم یا (DC=Direct Current) است که در آن، مقدار بار ثابتی در یک جهت حرکت می کند. نوع دیگر جریان، جریان متناوب یا (AC=Alternating Current) است که بارها در این نوع جریان در دو جهت مخالف حرکت می کنند. حرکت در یک جهت: جریان در مدارهای مستقیم در یک جهت ثابت حرکت می کند. مقدار جریان می تواند تغییر کند اما همیشه از نقطه ای به نقطه دیگر شارش خواهد داشت. بهتر است اکنون از چیزی که مورد علاقه فیزیک دان ها یا متخصصین برق است، یعنی "جریان قراردادی" صحبت کنیم. شاید می دانید که فیزیک دان ها از بارهای مثبت برای رسم خطوط میدان الکتریکی استفاده می کنند. با پذیرفتن این مدل، فیزیک دان ها عقیده دارند شارش بار بیش تر بر عهده بارهای مثبت است تا الکترون ها. بنابراین اگرچه الکترون ها از سمت منفی به مثبت شارش می کنند، طبق قرارداد، فیزیک دان ها جهت جریان قراردادی را از نقطه ای با ولتاژ/پتانسیل بالا به نقطه ای با ولتاژ/پتانسیل پایین در تظر می گیرند. الکترون ها از ناحیه ای که فزونی بار منفی دارد، به سمت ناحیه ای که کمبود بار منفی دارد یا بار مثبت دارد، حرکت می کنند؛ یعنی الکترون ها از"-" به "+" حرکت می کنند، اما جریان قراردادی در جهت مخالف با جهت این بارهاست. وقتی یک مدار تشکیل می دهید، جریان قراردادی از "+" به "-" خواهد بود. بهترین مثال برای جریان مستقیم را در باتری ها می توان یافت. باتری ها دارای دو سر مثبت و منفی هستند. اگر سیمی را به دو انتهای + و – یک باتری متصل کنید، الکترون های درون سیم، شروع به حرکت و شارش خواهند کرد و از حرکت الکترون ها جریان به وجود خواهد آمد. اگر لامپ کوچکی را به مجموعه این باتری و سیم (مدار) اضافه کنید، می توانید ثابت کنید شارش به وجود آمده از اتصال سیم به باتری، باعث حرکت الکترون ها در سیم شده و در نهایت باعث روشن شدن لامپ خواهد شد؛ یعنی حرکت الکترون ها از طریق سیم به درون رشته های لامپ (فیلامان) باعث روشن شدن آن می شود. جریان مستقیم، محدودیت های زیادی دارد؛ از جمله این که ماشین های الکتریکی می توانستند الکتریسیته را قبل از این که توان آن کم شود، تنها حدود یک مایل ( حدود 1.60 کیلومتر) هدایت کنند. برای همین، زمانی که جرج وستینگهاوس (George Westinghouse) سیستم خود را که با جریان متناوب و ولتاژ بالا کار می کرد، معرفی کرد. این نوع سیستم می توانست الکتریسیته را تا هزاران کیلومتر و با افت توان کم تر منتقل کند. در نهایت بین این دو جریان، از جریان متناوب AC استفاده شد. منبع جریان مستقیم همواره در کل دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. هر چیزی که به باتری نیاز دارد، با جریان مستقیم کار می کند. در برخی کشورها از منبع تغذیه قابل حمل و نقل استفاده می شود؛ چون ممکن است در برخی از منازل، سیم کشی الکتریکی وجود نداشته باشد. سیم کشی منازل شما AC یا متناوب است؛ این نوع جریان کاملا متفاوت با جریان مستقیم است. ابزارها و ماشین هایی وجود دارند که جریان DC را به AC تبدیل می کنند. این گونه ماشین ها از یک باتری برای این تبدیل استفاده می کنند. یخچال، یک نمونه خوب از این ماشین هاست. در واقع جریان مستقیم ابتدا برای انتقال توان الکتریکی پس از کشف تولید الکتریسیته در اواخر قرن 19 توسط توماس ادیسون بکار رفت. امروزه استفاده از جریان مستقیم برای این منظور غالباً کنار گذاشته شده است، چرا که جریان متناوب (که توسط نیکلا تسلا کشف و توسعه داده شده) برای انتقال در طول خطوط بلند بسیار مناسبتر است (جنگ جریانها را مشاهده کنید). هنوز هم انتقال توان DC برای اتصال شبکه‌های توان AC با فرکانسهای مختلف به هم ، بکار می‌رود. عموماً در بسیاری از کاربردهای کم ولتاژ استفاده می‌شود، خصوصاً در جایی که انرژی از طریق باتریها تأمین می‌شود که تنها می‌توانند ولتاژ DC تولید کنند. اکثر سیستمهای خودکار از DC استفاده می‌کنند. اگر چه ژنراتور یک وسیله AC است که از یک یکسو کننده برای تولید DC استفاده می‌کند، اغلب مدارات الکترونیکی نیاز به یک منبع تغذیه DC دارند. با وجود اینکه DC مخفف جریان مستقیم است، اما کلاً به ولتاژهای با پلاریته ثابت ، DC گفته می‌شود. برخی از انواع DC دارای تغییرات ولتاژ زیادی هستند، مانند خروجی دست نخورده یک یکسو ساز. با عبور این خروجی از یک فیلتر RC پایین گذر ، ولتاژ پایدارتری حاصل می‌شود. معمولاً به دلیل ولتاژهای بسیار پایین بکار رفته در سیستمهای جریان مستقیم، نصب آنها نیازمند پریزها ، |کلیدها و لوازم ثابت متفاوتی از آنچه که برای جریان متناوب بکار می‌رود است. در یک وسیله جریان مستقیم این نکته بسیار مهم است که پلاریته آنرا معکوس وصل نکنیم، مگر اینکه وسیله داری یک پل دیودی برای اصلاح این امر باشد (که اکثر دستگاههای عمل کننده با باتری این امکان را ندارند). امروزه گرایشاتی در جهت سیستمهای انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) ایجاد شده است. همچنین DC در سیستمهای برق خورشیدی که توسط باتریهای خورشیدی تغذیه می‌شوند، بکار می‌رود. جریان مستقیم در صنعت اگر چه در صنعت بیشتر جریانهای متناوب بکار می‌روند، گاهی جریان مستقیم نیز مورد نیاز است. چنین جریانی را یا توسط تبدیل جریان متناوب شبکه اصلی به کمک یکسو کننده‌ها و یا با استفاده از مولدهای dc خاصی بدست می‌آورند. اغلب روش دوم در کل راحت‌تر است. مولدهای جریان مستقیم مولدهای dc همان مولدهای القایی مرسوم هستند که با وسیله خاصی (به نام جابجاگر) مجهز هستند که در قطب‌ها (زغالها) تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ مستقیم را امکان پذیر می‌سازند. یک مولد ساده جریان مستقیم از چهار قسمت اصلی زیر تشکیل شده است: قطبهای مغناطیسی: که وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی مولد را به عهده دارد و می‌تواند بصورت آهنربای دائم و یا آهنربای الکتریکی باشد. هادیها: برای ایجاد ولتاژ القایی بکار گرفته می‌شود. کموتاتور: در ساده‌ترین حالت از دو نیم استوانه مسی که توسط میکا نسبت به یکدیگر عایق شده‌اند تشکیل می‌گردد، وظیفه یک طرفه کردن ولتاژ و جریان القایی را در خارج از مولد به عهده دارد. جاروبک: جهت انتقال جریان الکتریکی از هادیها به مصرف کننده استفاده می‌شود. طرز کار مولد ساده جریان مستقیم با حرکت هادیها در فضای ما بین قطبها باعث می‌شود میدان مغناطیسی توسط هادیها قطع شود. بدین ترتیب مطابق پدیده القاء در هادیها ولتاژ القاء می‌شود. ابتدا و انتهای هر کلاف به یک نیم استوانه مسی یا یک تیغه کوموتاتور وصل می‌شود، روی تیغه‌های کوموتاتور دو عدد جاروبک بطور ثابت قرار داشته و با حرکت هادیها تیغه‌های کموتاتور زیر جاروبک می‌لغزند، بدین ترتیب در ژنراتورهای جریان مستقیم از طریق کوموتاتور ولتاژ القاء شده طوری به جاروبکها منتقل می‌شود که همیشه یکی از جاروبکها دارای پلاریته مثبت و دیگری دارای پلاریته منفی است. ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم وسایل تبدیل انرژی الکترومکانیکی گردان را ماشینهای الکتریکی می‌گویند. ماشینهای الکتریکی به دو طریق دسته بندی می‌شوند: از نظر نوع جریان الکتریکی ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم ماشینهای الکتریکی جریان متناوب از نظر نوع تبدیل انرژی مولدهای الکتریکی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. موتورهای الکتریکی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند. بطور کلی ماشینهای الکتریکی جزء وسایل تبدیل انرژی غیر خطی هستند، یعنی هر تغییر در ورودی همیشه به یک نسبت در خروجی ظاهر نمی شود. جریان متناوبAC این جهت، بین 50 و 60 بار در هر ثانیه تغییر می کند و این تغییر به سیستم الکتریکی هر کشور بستگی دارد. الکتریسیته AC توسط ژنراتور الکتریکی متناوب تولید می شود؛ که این وسیله، فرکانس را معین می کند (به دلیل این که در جریان متناوب از تغییر جهت و نوسان در واحد زمان صحبت می کنیم، بنابراین در این نوع از جریان با فرکانس نیز سروکار داریم). مطلب جالبی که در مورد جریان متناوب وجود دارد، آن است که ولتاژ می تواند به سرعت و به راحتی تغییر کند؛ برای همین، این نوع از جریان برای انتقال به فواصل دور بسیار بهتر از جریان DC است. علاوه بر این، جریان AC می تواند در مدارهای الکترونیکی، از خازن ها و القاگرها استفاده کند و کاربردهای زیادی از این نوع جریان و مدارهای AC می توان داشت. سوالات مهم:جریان متناوب ممکن است این سۆالات ذهن شما را درگیر خود کنند: تفاوت بین جریان AC و DC چیست؟ چرا از جریان AC به جای DC استفاده می کنیم؟ مزیت های جریان AC کدامند؟ البته پاسخ تمامی این سوالات به طور مختصر در مطلب قبل و ابتدای این مطلب بیان شد، اما اگر باز هم اشکالی در این سۆالات دارید، جواب این سۆالات را در زیر خواهید یافت. تفاوت بین جریان AC و DC: می دانید که الکترون ها بارهای منفی دارند. از آن جایی که بارهای متضاد همدیگر را جذب می کنند، پس الکترون ها به سمتی که بارهای مثبت در آن قرار دارند، حرکت خواهند کرد. این حرکت در یک رسانای الکتریکی مانند سیم فلزی به راحتی به وجود می آید. الکترون ها در جریان DC به طور مستقیم حرکت می کنند: در جریان DC اتصال یک سیم از قطب منفی یک باتری به قطب مثبت، باعث می شود الکترون های منفی از طریق سیم به سمت مثبت حرکت می کنند. همین اتفاق در یک ژنراتور DC نیز تکرار می شود که در آن، حرکت سیم پیچ از میان میدان الکتریکی، الکترون ها را از یک قطب به بیرون می راند و آن ها را به سمت قطب دیگر جذب می کند. الکترون ها در جریان AC تغییر جهت می دهند: ژنراتور AC یک تفاوت مختصر در پیکربندی، کشش و دفع هر قطب ژنراتور را تغییر می دهد. بنابراین جریان در سیم برای لحظه ای کوتاه جرکت کرده و بعد، هنگامی که آرمیچر ژنراتور، وضعیت خود را عوض می کند، جهت جریان معکوس می شود. جریان متناوبDC بار موجود در دو انتهای سیم بین مثبت و منفی نوسان می کند. اگر بار، منفی است، الکترون های منفی را از قطب دور می کند و اگر مثبت است، الکترون ها به جهت آن ها جذب می شوند. 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. خاصیت های جریان متناوب آهنگ تغییر: جریان AC معمولا به تعداد 50 تا 60 بار در هر ثانیه جهت خود را تغییر می دهد؛ سیستم الکتریکی هر کشوری می تواند بر تعداد این ارقام تأثیر بگذارد. تعداد تغییرات جهت نوسان در واحد زمان، فرکانس نامیده می شود و بنابراین فرکانس جریان AC معمولا یا 50 هرتز و یا 60 هرتز است. چراغ ها و لامپ ها: بسیاری از وسایل الکتریکی مانند لامپ ها تنها به حرکت الکترون ها نیاز دارند و این که آن ها از درون سیم حرکت می کنند یا مسیر حرکت خود را تغییر می دهند، مهم نیست. بنابراین یک لامپ هم می تواند با جریان DC کار کند و هم با جریان AC. وقتی جریان الکتریسیته AC به یک سیم وصل شود، حرکت منظم در دو جهت مخالف برای الکترون ها، یک حرکت تناوبی مشابه حرکت آونگ است. به دلیل این حرکت تناوبی الکترون ها، ولتاژ و جریان، یک شکل موجی سینوسی بین مثبت و منفی خواهند داشت که می تواند با یک ولت متر یا مولتی متر اندازه گیری شود. آهنگ گذر قله جریان (بیش ترین مقدار موج سینوسی جریان) از یک نقطه خاص مدار، فرکانس جریان AC نامیده می شود. مزیت های جریان AC: جریان AC مزیت های کاملا مشخصی نسبت به جریان DC دارد. تبدیل ولتاژ بسیار سریع و آسان در جریان AC، دلیل اصلی استفاده از این نوع جریان در منازل و کارخانجات است. تبدیل ولتاژ: ولتاژ جریان AC می تواند به راحتی از کم ترین مقدار به بیش ترین مقدار و برعکس تغییر کند؛ در حالی که برای جریان DC این تغییر بسیار سخت صورت می گیرد. از آن جایی که ولتاژ بالا برای فرستادن الکتریسیته به نقاط دور، کارایی بیش تری دارد، این نوع جریان بر جریان DC برتری دارد. هم چنین این نوع جریان می تواند به راحتی از ایستگاه برق با ولتاژ زیاد به ولتاژ ایمن تر برای استفاده در منازل، کاهش یابد. تغییر ولتاژ با استفاده از یک ترانسفورماتور (مبدل) انجام می شود، این وسیله از خواص آهن ربای الکتریکی AC برای تغییر دادن ولتاژ استفاده می کند. مدارها: جریان AC می تواند استفاده از خازن و القاگر در یک مدار الکترونیکی را فراهم کند. این قطعات می توانند بر روی چگونگی تغییر جریان عبوری از یک مدار تاثیر بگذارند؛ هم چنین این قطعات تنها با جریان AC کارامد هستند. ترکیب خازن، القاگر و مقاومت، به عنوان یک وسیله تنظیم کننده امواج دریافتی در رادیوها و تلویزیون ها می شود. بدون این قطعات، متناسب کردن امواج ایستگاه های مختلف بسیار دشوار خواهد بود.