المحتوى
عندما تزود محطات توليد الكهرباء الطاقة والمباني والأسر ، فإنها تقوم بها على مسافات طويلة في شكل تيار مباشر (DC). لكن الأجهزة المنزلية والإلكترونيات تعتمد بشكل عام على التيار المتردد (التيار المتردد).
يمكن أن يوضح لك التحويل بين النموذجين كيف تختلف مقاومات أشكال الكهرباء عن بعضها البعض وكيفية استخدامها في التطبيقات العملية. يمكنك التوصل إلى معادلات DC و AC لوصف الاختلافات في DC ومقاومة AC.
بينما تتدفق طاقة التيار المستمر في اتجاه واحد في دائرة كهربائية ، فإن التيار من مصادر طاقة التيار المتردد يتناوب بين الاتجاهين الأمامي والخلفي على فترات منتظمة. يصف هذا التعديل كيف يتغير التيار المتردد ويأخذ شكل موجة جيبية.
يعني هذا الاختلاف أيضًا أنه يمكنك وصف طاقة التيار المتردد ببعد زمني يمكنك تحويله إلى بُعد مكاني لتوضيح مدى اختلاف الجهد عبر مناطق مختلفة من الدائرة نفسها. باستخدام عناصر الدائرة الأساسية مع مصدر طاقة التيار المتردد ، يمكنك وصف المقاومة رياضيا.
العاصمة مقابل AC المقاومة
لدارات التيار المتردد ، تعامل مع مصدر الطاقة باستخدام موجة جيبية إلى جانب قانون أوم, V = IR للجهد الخامس، تيار أنا والمقاومة Rلكن استخدم معاوقة Z بدلا من R.
يمكنك تحديد مقاومة دائرة التيار المتردد بالطريقة نفسها التي تفعل بها لدائرة التيار المستمر: بقسمة الجهد على التيار. في حالة دارة التيار المتردد ، تسمى المقاومة الممانعة ويمكن أن تتخذ أشكالًا أخرى لعناصر الدائرة المختلفة مثل المقاومة الاستقلالية والمقاومة بالسعة ، وقياس مقاومة المحاثات والمكثفات ، على التوالي. تنتج المحاثات حقول مغناطيسية لتخزين الطاقة استجابة للتيار بينما تخزن المكثفات الشحن في دوائر.
يمكنك تمثيل التيار الكهربائي عبر مقاومة التيار المتردد أنا = أنام x sin (+t + θ) لأقصى قيمة للتيار انا، كما الفرق المرحلة θ، التردد الزاوي للدائرة ω و الوقت تي. فرق الطور هو قياس زاوية الموجة الجيبية نفسها التي توضح كيف أن التيار خارج الطور مع الجهد. إذا كان التيار والجهد في مرحلة مع بعضهما البعض ، فإن زاوية المرحلة ستكون 0 درجة.
تكرر هي دالة على عدد موجات الجيب التي تجاوزت نقطة واحدة بعد ثانية واحدة. التردد الزاوي هو هذا التردد مضروب في 2π لتفسير الطبيعة الشعاعية لمصدر القدرة. اضرب هذه المعادلة للتيار بالمقاومة للحصول على الجهد. الجهد يأخذ شكل مماثل الخامسم س الخطيئة (ωt) للحصول على الحد الأقصى للجهد V. هذا يعني أنه يمكنك حساب مقاومة AC نتيجة لتقسيم الجهد حسب التيار ، والذي يجب أن يكون Vم خطيئة (ωt) / أنام الخطيئة (+t + θ) .
تستخدم معاوقة التيار المتردد مع عناصر الدوائر الأخرى مثل المحاثات والمكثفات Z = √ (R2 + XL2), Z = √ (R2 + XC2) و Z = √ (R2 + (XL- إكسC)2 لمقاومة الاستقرائي إكسL، المقاومة بالسعة إكسC للعثور على مقاومة التيار المتردد Z. يتيح لك ذلك قياس المعاوقة عبر المحاثات والمكثفات في دوائر التيار المتردد. يمكنك أيضا استخدام المعادلات إكسL = 2πfL و إكسC = 1 / 2πfC لمقارنة قيم المقاومة هذه بالحث L والسعة C للحث في هنري والسعة في فارادس.
DC مقابل معادلات الدائرة AC
على الرغم من أن معادلات دوائر AC و DC تتخذ أشكالًا مختلفة ، إلا أن كلاهما يعتمد على نفس المبادئ. يمكن أن يوضح الدرس التوضيحي لدوائر التيار المتناوب مقابل دوائر التيار المتردد هذا. لا تحتوي دوائر التيار المستمر على تردد صفري ، لأنه إذا كنت ستلاحظ أن مصدر الطاقة لدائرة التيار المستمر لن يُظهر أي نوع من أشكال الموجات أو الزاوية التي يمكنك عندها قياس عدد الموجات التي ستجتاز نقطة معينة. تُظهر دوائر التيار المتردد هذه الموجات بأذرع وأحواض وسعات تتيح لك استخدام التردد لوصفها.
قد تُظهر مقارنة معادلات التيار المستمر مقابل الدارات تعبيرات مختلفة للجهد والتيار والمقاومة ، لكن النظريات الأساسية التي تحكم هذه المعادلات هي نفسها. تنشأ الاختلافات في معادلات التيار المباشر مقابل التيار المتردد عن طبيعة عناصر الدائرة نفسها.
يمكنك استخدام قانون أوم V = IR في كلتا الحالتين ، يمكنك تلخيص التيار والجهد والمقاومة عبر أنواع مختلفة من الدوائر بنفس الطريقة لكل من دوائر التيار المستمر والتيار المتردد. هذا يعني تلخيص انخفاض الجهد حول حلقة مغلقة تساوي الصفر ، وحساب التيار الذي يدخل كل عقدة أو نقطة على دارة كهربائية مساوية للتيار الذي يترك ، لكن بالنسبة لدارات التيار المتردد ، تستخدم المتجهات.
DC ضد AC دوائر الدوائر
إذا كان لديك دائرة RLC موازية ، أي دائرة AC مع المقاوم ، محث (L) ومكثف مرتبة بالتوازي مع بعضها البعض وبالتوازي مع مصدر الطاقة ، فسوف تحسب التيار ، والجهد والمقاومة (أو ، في هذه الحالة ، المعاوقة) بنفس الطريقة التي سوف تستخدمها لدائرة التيار المستمر.
إجمالي الحالي من مصدر الطاقة يجب أن يساوي قوه موجهة مجموع التيار الذي يتدفق عبر كل فرع من الفروع الثلاثة. مجموع المتجه يعني تربيع قيمة كل تيار وجمعها للحصول عليها أناس2 = أناR2 + (أناL - أناC)2 لتوريد الحالي أناسالمقاوم الحالي أناR، محث الحالية أناL ومكثف الحالي أناC. هذا يتناقض مع نسخة دائرة العاصمة من الوضع الذي سيكون أناس = أناR + أناL + أناC.
نظرًا لأن انخفاض الجهد عبر الفروع يظل ثابتًا في الدوائر المتوازية ، يمكننا حساب الفولتية عبر كل فرع في دائرة RLC الموازية مثل ص = الخامس / الأولR, إكسL = الخامس / أناL و إكسC = الخامس / أناC. هذا يعني أنه يمكنك تلخيص هذه القيم باستخدام إحدى المعادلات الأصلية Z = √ (R2 + (XL- إكسC)2 لتأخذ، لتمتلك 1 / ي = √ (1 / ص)2 + (1 / XL - 1 / سC)2. هذه القيمة 1 / Z ويسمى أيضا القبول لدائرة التيار المتردد. في المقابل ، فإن انخفاض الجهد عبر الفروع للدائرة المقابلة مع مصدر طاقة التيار المستمر سيكون مساوياً لمصدر الجهد لمصدر الطاقة الخامس.
لدائرة سلسلة RLC ، دائرة AC مع المقاوم ، محث ومكثف مرتبة في سلسلة ، يمكنك استخدام نفس الأساليب. يمكنك حساب الجهد والتيار والمقاومة باستخدام نفس مبادئ تعيين نقاط الدخول والخروج الحالية ونقاط متساوية مع بعضها البعض أثناء جمع انخفاض الجهد عبر حلقات مغلقة تساوي الصفر.
سيكون التيار عبر الدائرة متساويًا بين جميع العناصر ويعطى بواسطة التيار لمصدر التيار المتردد أنا = أنام س الخطيئة (ωt). الجهد ، من ناحية أخرى ، يمكن تلخيصها حول الحلقة الخامسس - الخامسR - الخامسL - الخامسC = 0 ل الخامسR لجهد العرض الخامسسالجهد المقاوم الخامسR، محث الجهد الخامسL والجهد مكثف الخامسC.
لدائرة العاصمة المقابلة ، فإن التيار سيكون ببساطة V / R كما قدمها قانون أوم ، والجهد سيكون أيضا الخامسس - الخامسR - الخامسL - الخامسC = 0 لكل مكون في السلسلة. الفرق بين سيناريوهات التيار المتردد والتيار المتردد هو أنه بينما ، بالنسبة إلى التيار المستمر ، يمكنك قياس الجهد المقاوم IR، محث الجهد كما LDI / دينارا والجهد مكثف كما QC (للتهمة C والسعة Q)، فإن الفولتية لدائرة التيار المتردد يكون الخامسR = IR ، VL = IXLالخطيئة (+t + 90_ °) و VC = _IXCالخطيئة (--t - 90°). هذا يدل على أن دوائر AC RLC لديها مغو قبل مصدر الجهد بمقدار 90 درجة ومكثف وراء 90 درجة.