جریان متناوب

انرژی الکتریکی و برق، اساس زندگی مدرن است و پایه گذار توسعه صنعتی و زیرساختی در صنایع مختلف است. برق، زندگی ما را راحت تر کرده است و پیشرفت های ما را سریعتر نموده است. در این مقاله بطور خلاصه با جریان متناوب، آشنا می شویم.

امروزه، برق بیشترین کاربرد را در زندگی ما دارد، اختراع جریان متناوب، باعث شده است که انتقال و توزیع برق، کارآمدتر و با هزینه کمتری در دسترس همه باشد. می توان اذعان داشت که جهان با انرژی الکتریکی متناوب، اداره می شود. رفتار و خصوصیات برق متناوب(AC)، پیچیده تر از برق مستقیم(DC) است.

مقدمه ای بر جریان الکتریکی متناوب

عبارت AC مخفف Alternating current  یا همان جریان متناوب است. جهت جریان متناوب، بصورت پریودیک یا دوره ای تغییر می نماید. شکل موج جریان برق AC بصورت سینوسی است و بین حداکثر مثبت و حداکثر منفی و با سرعت زیاد در نوسان است و در هر لحظه، ولتاژ AC مثبت یا منفی و یا صفر است.

فرکانس برق AC در برخی از کشورها مانند ایالات متحده آمریکا 60Hz و در برخی کشورها مانند اروپا و ایران 50Hz است. این به آن معنا است که فرکانس برق AC، در آمریکا 60 بار در ثانیه و در ایران 50 بار در ثانیه بین حداکثر مثبت و حداکثر منفی، تغییر می نماید و یا نوسان دارد.

تعریف:

جریان الکتریکی AC نوعی از جریان است که “جهت جریان خود را بصورت دوره ای و تقریبا منظم، معکوس می نماید” .

تولید برق AC

یک حلقه سیم ساده را در یک میدان مغناطیسی ثابت در نظر بگیرید، می توانید از شکل زیر کمک بگیرید.

زمانیکه سیم پیچ حول محور خود می چرخد، میدان مغناطیسی ایجاد شده در آن، میدان مغناطیسی ثابت را قطع می نماید. اینگونه تصور کنید که در این لحظه، سیم پیچ جریان عمود بر خطوط مغناطیسی نیرو است. بنابراین ولتاژ القا شده بر سیم پیچ در این لحظه ، صفر است. هنگامیکه سیم پیچ در جهت خلاف عقربه های ساعت (به سمت جهت میدان مغناطیسی ) تا 90 درجه می چرخد، به دلیل حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی و ولتاژ القایی سیم پیچ در آن، به تدریج تا حداکثر مثبت(طبق قانون فارادی) افزایش می یابد که به آن القای الکترومغناطیسی می گوییم.

زمانیکه سیم پیچ دوباره در جهت خلاف عقربه های ساعت به میزان 180 درجه می چرخد، ولتاژ به تدریج به صفر می رسد. در ادامه سیم پیچ در خلاف عقربه های ساعت و به اندازه 270 درجه می چرخد و در نهایت تا 360 درجه، در این حرکت ها و چرخش ها، ولتاژی در سیم پیچ القا می شود، این ولتاژ القا شده با رفتاری که دارد، ماهیت سینوسی پیدا می نماید که آنرا در شکل زیر می بینید.

در یک ژنراتور، تغییرات  جریان به همین صورت است و با معکوس شدن قطبیت ولتاژ ، جهت جریان نیز معکوس می شود. یک ژنراتور واقعی بصورت پیوسته کار می کند و زمان صرف شده توسط ژنراتور جهت تکمیل یک چرخش برابر با دوره یک چرخه ولتاژ سینوسی تولید شده است.

خصوصیات جریان الکتریکی متناوب

یک بار الکتریکی می تواند به مقاومت یا خازن یا سلف، اعمال شود. زمانیکه یک ولتاژ AC به یک بار مقاومتی اعمال می شود، ولتاژ و جریان همان شکل موج سینوسی خود را در دامنه های مختلف حفظ خواهند کرد .

ولی زمانیکه بار به یک المان خازنی اعمال شود، جریان 90 درجه جلو می افتد و در بارهای سلفی ، جریان 90 درجه عقب می افتد.

فرکانس:

ماهیت رفتاری جریان متناوب ، شبیه به موج سینوسی است، فرکانس به تعداد تغییرات در هر ثانیه گفته می شود و واحد اندازه گیری آن هرتز است، بعنوان مثال در جریان متناوب با فرکانس 50HZ ، جریان الکتریکی 50 بار در ثانیه تغییر می نماید.

توان واقعی:

میزان مصرف انرژی واقعی و مصرف شده توسط دستگاه های الکتریکی را توان واقعی می گوییم و واحد اندازه گیری آن وات (W) است.

توان رآکتیو

توان رآکتیو در واقع یک توان فرضی است و زمانی بوجود می آید که جریان الکتریکی به خازن ها و سلف ها اعمال شود، واحد اندازه گیری آن، var می باشد.

ضریب توان:

ضریب توان را می توان بصورت تفاوت کوسینوس فاز بین ولتاژ و جریان تعریف نمود. واحد ندارد و عددی بین صفر و یک است.

امپدانس

میزان مقاومت الکتریکی در برابر عبور جریان الکتریکی می باشد و ترکیبی از مقاومت و راکتانس است و متشکل از یک بخش واقعی مقاومتی و یک بخش فرضی راکتانس است که باعث مقاومت در برابر  حرکت جریان الکتریکی در یک مدار می شود.