نظرية دارة التيار المتردد: ما هو التيار المتردد وكيف يتولد

المقدمة

الدائرة الكهربائية هي مسار موصل كامل تتدفق من خلاله الإلكترونات من المصدر إلى الحمل وتعود إلى المصدر. يعتمد اتجاه وحجم تدفق الإلكترونات على نوع المصدر. في الهندسة الكهربائية ، يوجد نوعان أساسيان من مصدر الجهد أو التيار (الطاقة الكهربائية) الذي يحدد نوع الدائرة وهما ؛ التيار المتردد (أو الجهد) والتيار المباشر.

لالقليلة القادمة وظائف، سنركز على التيار المتردد، والتحرك من خلال المواضيع التي تتراوح بين ما هو التيار المتردد إلى AC موجة أشكال وهلم جرا.

دوائر التيار المتردد

دارات التيار المتناوب كما يوحي الاسم (التيار المتردد) هي مجرد دوائر مدعومة بمصدر متناوب ، إما جهد أو تيار. على التيار المتردد أو الجهد ، هي واحدة فيه قيمة أي من الجهد أو يختلف الحالية حول معينة يعني قيمة والنكسات الاتجاه بشكل دوري.

يتم تشغيل معظم الأجهزة والأنظمة المنزلية والصناعية الحالية باستخدام التيار المتردد. تعمل جميع الأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر والتي تعمل بالبطاريات القابلة لإعادة الشحن من الناحية الفنية على التيار المتردد حيث تستخدم جميعها شكلًا من أشكال طاقة التيار المستمر المشتقة من التيار المتردد إما لشحن بطارياتها أو تشغيل النظام. وبالتالي فإن التيار المتردد هو الشكل الذي يتم من خلاله توصيل الطاقة في التيار الكهربائي.

ظهرت الدائرة المتناوبة في الثمانينيات عندما قررت تسلا حل مشكلة عدم القدرة على المدى الطويل لمولدات توماس إديسون DC. لقد سعى إلى طريقة لنقل الكهرباء بجهد عالٍ ثم استخدم المحولات لتصعيدها إما لأعلى أو لأسفل حسب الحاجة للتوزيع ، وبالتالي كان قادرًا على تقليل فقد الطاقة عبر مسافة كبيرة والتي كانت المشكلة الرئيسية لـ Direct الحالي في ذلك الوقت.

التيار المتردد VS المباشر الحالي (AC مقابل DC)

يختلف التيار المتردد والتيار المستمر بعدة طرق من جيل إلى نقل وتوزيع ، ولكن من أجل البساطة ، سنحتفظ بالمقارنة بخصائصهما لهذا المنشور.

الفرق الرئيسي بين التيار المتردد والتيار المستمر ، والذي هو أيضًا سبب خصائصهما المختلفة ، هو اتجاه تدفق الطاقة الكهربائية. في التيار المستمر ، تتدفق الإلكترونات بثبات في اتجاه واحد أو للأمام ، بينما في التيار المتناوب ، تتناوب الإلكترونات في اتجاه التدفق على فترات دورية. يؤدي هذا أيضًا إلى التناوب في مستوى الجهد حيث يتحول من الموجب إلى السالب تماشياً مع التيار.

يوجد أدناه مخطط مقارنة لتسليط الضوء على بعض الاختلافات بين التيار المتردد والتيار المستمر. سيتم تسليط الضوء على الاختلافات الأخرى عندما نتعمق أكثر في استكشاف الدوائر الحالية المتناوبة

أساس المقارنة	AC	العاصمة
قدرة نقل الطاقة	يسافر لمسافات طويلة بأقل قدر من فقدان الطاقة	يتم فقد كمية كبيرة من الطاقة عند إرسالها لمسافات طويلة
أساسيات الجيل	تدوير المغناطيس على طول السلك.	مغناطيسية ثابتة على طول السلك
تكرر	عادة 50 هرتز أو 60 هرتز حسب البلد	التردد صفر
اتجاه	يعكس الاتجاه بشكل دوري عند التدفق عبر دائرة	تدفق مستمر ثابت في اتجاه واحد.
تيار	حجمها يختلف مع الوقت	القدر الثابت
مصدر	جميع أنواع مولدات التيار المتردد والأنابيب	الخلايا ، البطاريات ، التحويل من التيار المتردد
المعلمات السلبية	المعاوقة (RC ، RLC ، إلخ)	المقاومة فقط
عامل القوى	تقع بين 0 و 1	دائما 1
الموجي	جيبي ، شبه منحرف ، مثلث ومربع	خط مستقيم ، نابض في بعض الأحيان.

مصدر التيار المتردد الأساسي (مولد التيار المتردد بملف واحد)

و المبدأ حول الجيل AC بسيط. إذا تم تدوير مجال مغناطيسي أو مغناطيس على طول مجموعة ثابتة من الملفات (الأسلاك) أو دوران ملف حول مجال مغناطيسي ثابت ، يتم إنشاء تيار متناوب باستخدام مولد التيار المتردد (مولد التيار المتردد).

يتكون أبسط شكل من أشكال مولد التيار المتردد من حلقة من الأسلاك تدور ميكانيكياً حول محور أثناء وضعها بين القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس.

النظر في الصورة أدناه.

عندما يدور ملف المحرك داخل المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة مغناطيس القطب الشمالي والجنوبي ، يتغير التدفق المغناطيسي عبر الملف ، وبالتالي يتم دفع الشحنات عبر السلك ، مما يؤدي إلى جهد فعال أو جهد مستحث. التدفق المغناطيسي عبر الحلقة هو نتيجة لزاوية الحلقة بالنسبة لاتجاه المجال المغناطيسي. النظر في الصور أدناه ؛

من الصور الموضحة أعلاه ، يمكننا أن نستنتج أنه سيتم قطع عدد معين من خطوط المجال المغناطيسي أثناء دوران المحرك ، تحدد كمية "الخطوط المقطوعة" خرج الجهد. مع كل تغيير في زاوية الدوران والحركة الدائرية الناتجة عن المحرك مقابل الخطوط المغناطيسية ، تتغير أيضًا كمية "الخطوط المغناطيسية المقطوعة" ، وبالتالي يتغير جهد الخرج أيضًا. على سبيل المثال ، خطوط المجال المغناطيسي المقطوعة عند درجة الصفر هي صفر مما يجعل الجهد الناتج صفرًا ، ولكن عند 90 درجة ، يتم قطع جميع خطوط المجال المغناطيسي تقريبًا ، وبالتالي يتم إنشاء أقصى جهد في اتجاه واحد في اتجاه واحد. ينطبق الأمر نفسه على 270 درجة فقط لأنها تتولد في الاتجاه المعاكس. وبالتالي هناك تغيير ناتج في الجهد حيث يدور المحرك داخل المجال المغناطيسي مما يؤدي إلى تكوين شكل موجة جيبية. وبالتالي فإن الجهد المستحث الناتج يكون جيبيًا ، مع تردد زاوي يقاس بالراديان في الثانية.

يعطي التيار المستحث في الإعداد أعلاه بالمعادلة:

أنا = V / R.

حيث V = NABwsin (بالوزن)

حيث N = السرعة

أ = المنطقة

ب = المجال المغناطيسي

w = التردد الزاوي.

من الواضح أن مولدات التيار المتردد الحقيقية أكثر تعقيدًا من هذا ولكنها تعمل على أساس نفس مبادئ وقوانين الحث الكهرومغناطيسي كما هو موضح أعلاه. يتم أيضًا توليد التيار المتردد باستخدام نوع معين من محولات الطاقة ودوائر المذبذب كما هو موجود في العاكسات.

محولات

لا تقتصر مبادئ الحث التي يعتمد عليها التيار المتردد على توليدها فقط ولكن أيضًا في نقلها وتوزيعها. في الوقت الذي بدأ فيه حساب التيار المتردد ، كانت إحدى المشكلات الرئيسية هي حقيقة أنه لا يمكن نقل التيار المستمر عبر مسافة طويلة ، وبالتالي فإن إحدى المشكلات الرئيسية ، التي كان لابد من حلها لتصبح قابلة للتطبيق ، كانت أن تكون قادرًا لتوصيل الفولتية العالية (KV) بأمان للمستهلكين الذين يستخدمون الفولتية في النطاق V وليس KV. هذا أحد أسباب وصف المحول بأنه أحد العوامل التمكينية الرئيسية للتيار المتردد ومن المهم التحدث عنه.

في المحولات ، يتم توصيل ملفين بطريقة سلكية عندما يتم تطبيق تيار متردد في أحدهما ، فإنه يحفز الجهد في الآخر. المحولات هي الأجهزة التي تستخدم إما للتنحي أو تصعيد الجهد المطبق في أحد طرفي (الملف الأساسي) لإنتاج جهد أقل أو أعلى على التوالي في الطرف الآخر (الملف الثانوي) للمحول. دائمًا ما يكون الجهد المستحث في الملف الثانوي مساويًا للجهد المطبق في المرحلة الأولية مضروبًا في نسبة عدد الدورات على الملف الثانوي إلى الملف الأساسي.

وبالتالي ، فإن المحول الذي يكون عبارة عن محول متدرج أو متدرج يعتمد على نسبة عدد المنعطفات على الملف الثانوي إلى عدد لفات الموصل على الملف الأساسي. إذا كان هناك عدد أكبر من المنعطفات على الملف الأساسي مقارنة بالثانوي ، فإن المحول ينخفض ​​الجهد ، ولكن إذا كان الملف الأولي يحتوي على عدد أقل من المنعطفات مقارنة بالملف الثانوي ، فإن المحول يزيد من الجهد المطبق في المرحلة الابتدائية.

جعلت المحولات توزيع الطاقة الكهربائية على المدى الطويل ممكنًا للغاية وفعال من حيث التكلفة وعمليًا. لتقليل الفاقد أثناء النقل ، تنتقل الطاقة الكهربائية من محطات التوليد ذات الجهد العالي والتيار المنخفض ثم يتم توزيعها على المنازل والمكاتب بجهد كهربائي منخفض والتيارات العالية بمساعدة المحولات.

لذلك سنتوقف هنا حتى لا نفرط في تحميل المقالة بمعلومات كثيرة. في الجزء الثاني من هذه المقالة ، سنناقش أشكال موجات التيار المتردد والدخول في بعض المعادلات والحسابات. ترقب.