ما هو التيار المتردد؟
يبدأ معظم طلاب الكهرباء دراستهم بما يعرف بالتيار المستمر (DC) ، وهو تدفق الكهرباء في اتجاه مستمر ، أو امتلاك جهد ذو قطبية ثابتة.
DC هو نوع الكهرباء التي تنتجها البطارية (مع أطراف موجبة وسالبة محددة) ، أو نوع الشحنة الناتجة عن فرك أنواع معينة من المواد مع بعضها البعض.
التيار المتردد مقابل التيار المستمر
على الرغم من أنه مفيد وسهل الفهم مثل التيار المستمر DC ، فهو ليس "النوع" الوحيد من الكهرباء المستخدم.
تنتج مصادر معينة للكهرباء (ولا سيما المولدات الكهروميكانيكية الدوارة) بشكل طبيعي الفولتية بالتناوب في القطبية ، مما يعكس الإيجابية والسلبية بمرور الوقت.
إما كقطبية تبديل للجهد أو كاتجاه تحويل التيار ذهابًا وإيابًا ، يُعرف هذا "النوع" من الكهرباء باسم التيار المتناوب (AC):
التيار المباشر والمتناوب (AC و DC)
التيار المباشر مقابل التيار المتردد
في حين يتم استخدام رمز البطارية المألوف كرمز عام لأي مصدر جهد DC ، فإن الدائرة التي يوجد بها خط متموج في الداخل هي الرمز العام لأي مصدر جهد تيار متردد .
قد يتساءل المرء لماذا يهتم أي شخص بشيء مثل التيار المتردد AC. صحيح أنه في بعض الحالات لا يتمتع ACالتيار المتردد بميزة عملية مثل التيار المستمر DC.
في التطبيقات التي يتم فيها استخدام الكهرباء لتبديد الطاقة في شكل حرارة ، فإن قطبية أو اتجاه التيار غير ذي صلة ، طالما هناك ما يكفي من الجهد والتيار للحمل لإنتاج الحرارة المطلوبة (تبديد الطاقة). ومع ذلك ، مع AC ، من الممكن بناء مولدات كهربائية ومحركات وأنظمة توزيع طاقة أكثر كفاءة بكثير من DC ، وبالتالي نجد أن التيار المتردد يستخدم في الغالب في جميع أنحاء العالم في تطبيقات الطاقة العالية.
لشرح تفاصيل سبب ذلك ، من الضروري الحصول على القليل من المعرفة بالخلفية عن التيار المتردد.
مولدات التيار المتردد
إذا تم إنشاء آلة لتدوير مجال مغناطيسي حول مجموعة من لفائف الأسلاك الثابتة مع تحول العمود ، سيتم إنتاج جهد التيار المتردد عبر ملفات الأسلاك أثناء تدوير هذا العمود ، وفقًا لقانون فاراداي للتحريض الكهرومغناطيسي .
هذا هو مبدأ التشغيل الأساسي لمولد التيار المتردد ، والمعروف أيضًا باسم المولد : الشكل أدناه
لاحظ كيف أن قطبية الجهد عبر ملفات الأسلاك تنعكس مع مرور الأقطاب المعاكسة للمغناطيس الدوار.
والمتصل بالحمل ، سيخلق قطبية الجهد العكسي اتجاه التيار العكسي في الدائرة. كلما تم تشغيل عمود المولد بشكل أسرع ، كلما كان المغناطيس مغزليًا بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى إنتاج جهد متناوب والتيار الذي يغير الاتجاهات في كثير من الأحيان في فترة زمنية معينة.
بينما تعمل مولدات التيار المستمر على نفس المبدأ العام للتحريض الكهرومغناطيسي ، فإن بنائها ليس بسيطًا مثل نظيراتها AC.
باستخدام مولد التيار المستمر ، يتم تثبيت ملف السلك في العمود حيث يوجد المغناطيس على مولد التيار المتردد ، ويتم إجراء التوصيلات الكهربائية إلى هذا الملف الدوار عبر "فرش" الكربون الثابتة التي تتصل بشرائط النحاس على العمود الدوار.
كل هذا ضروري لتحويل أقطاب الإخراج المتغيرة للملف إلى الدائرة الخارجية بحيث ترى الدائرة الخارجية قطبية ثابتة:
سوف ينتج المولد الموضح أعلاه نبضين من الجهد لكل دورة للعمود ، وكلا النبضات في نفس الاتجاه (القطبية). من أجل أن ينتج مولد التيار المستمر جهدًا ثابتًا ، بدلاً من نبضات الجهد القصيرة مرة واحدة كل دورة 1/2 ، هناك مجموعات متعددة من الملفات التي تتلامس بشكل متقطع مع الفرش.
الرسم البياني الموضح أعلاه أكثر بساطة قليلاً مما قد تراه في الحياة الحقيقية.
يجب أن تكون المشاكل المتعلقة بصنع وكسر الاتصال الكهربائي مع ملف متحرك واضحة (شرارة وحرارة) ، خاصة إذا كان عمود المولد يدور بسرعة عالية. إذا كان الجو المحيط بالماكينة يحتوي على أبخرة قابلة للاشتعال أو متفجرة ، فإن المشاكل العملية لاتصالات الفرشاة المنتجة للشرر تكون أكبر.
لا يتطلب مولد التيار المتردد (المولد) عمل فرش وأجهزة تبديل ، وبالتالي فهو محصن ضد هذه المشاكل التي تواجهها مولدات التيار المستمر.