همه ما از تعریف اولیه جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب (AC) آگاه هستیم. تفاوت‌های خاصی بین این دو وجود دارد و همچنین معایب، اشکالات یا مزایای جریان متناوب نسبت به جریان مستقیم (DC) نیز وجود دارد. در این مقاله مزایا و همچنین برخی از تعاریف آنها را توضیح خواهیم داد.
مزایای جریان متناوب (AC) نسبت به جریان مستقیم (DC) چیست؟
مزایای جریان متناوب (AC) نسبت به جریان مستقیم (DC) متعدد است، اما اصلی‌ترین آنها در اینجا به طور خلاصه ارائه شده است:
تولید جریان متناوب ارزان‌تر از سیستم DC است. دستگاه‌های AC مقاوم، ساده و مفید هستند و در طول کار به توجه زیادی برای نگهداری و تعمیرات نیاز ندارند. با استفاده از برخی ترانسفورماتورها در سیستم‌های AC می‌توان به طیف وسیعی از ولتاژها دست یافت. می‌توان با استفاده از یک رسانا یا یک سلف، مقدار جریان را بدون اتلاف قابل توجه انرژی کاهش داد. سیستم‌های AC را می‌توان به راحتی با استفاده از یکسوکننده‌ها به نوع DC تبدیل کرد. هنگامی که از نوع AC در ولتاژهای بالاتر در کاربردهای مسافت طولانی استفاده می‌شود، ضایعات خط در مقایسه با انتقال DC کم است.
تعریف جریان متناوب
جریان متناوب یا AC نوع خاصی از الکتریسیته است که عموماً در خانه‌ها و مشاغل سراسر جهان به کار می‌رود. در حالی که جریان مستقیم یا برق DC در یک جهت درون یک سیم حرکت می‌کند، الکترون‌های AC جهت خود را در یک حرکت جلو و عقب تغییر می‌دهند. طبق قوانین برق کشور، این جهت حرکت ۵۰ بار در ثانیه و در برخی کشورها تا 60 بار تغییر می‌کند که به آن فرکانس می گویند. جریان متناوب توسط یک ژنراتور الکتریکی تولید می‌شود که سرعت چرخش آن فرکانس را مشخص می‌کند.
نکته قابل توجه در مورد نوع AC این است که ولتاژ را می‌توان تغییر داد، بنابراین آن را برای کاربردهای مسافت طولانی نسبت به نوع DC مطلوب‌تر می‌کند. اما همچنین، AC می‌تواند از سلف‌ها و خازن‌ها در سیستم الکترونیکی استفاده کند و طیف وسیعی از کاربردها را امکان‌پذیر سازد.
سوالاتی که ممکن است داشته باشید عبارتند از:
تعریف دقیق برق AC و DC چیست؟
چرا از AC به جای DC استفاده می‌کنیم؟
مزایای AC نسبت به DC چیست؟
پس بیایید بطور دقیق به تک تک این سوالات پاسخ دهیم.
جریان متناوب چیست؟
جریان متناوب (AC) نوعی جریان الکتریکی است که توسط نیروگاه‌های مختلف تولید می‌شود و توسط اکثر سیستم‌های توزیع برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. تولید جریان متناوب ارزان‌تر است و در مقایسه با سیستم مستقیم، هنگام استفاده از برق در فواصل طولانی، اتلاف انرژی کمتری دارد. در مقایسه با جریان مستقیم، آمپراژ و جهت جریان متناوب در هر ثانیه بارها تغییر می‌کند.
ویژگی‌های جریان متناوب
جریان متناوب، جهت جریان بار را بر اساس منطقه (50 بار در ثانیه در اروپا و ایران (50 هرتز) و 60 بار در ثانیه در آمریکای شمالی (60 هرتز)) منتقل می‌کند. این امر عموماً توسط یک موج سینوسی اتفاق می‌افتد که می‌تواند ولتاژ و جریان را تغییر دهد و جهت جریان را تغییر دهد و یک حرکت دوره‌ای برای جریان ایجاد کند. در حالی که این جریان بارها در هر ثانیه به جلو و عقب جریان می‌یابد، انرژی می‌تواند به طور مداوم و بدون هیچ گونه وقفه‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی به نیروگاه جریان یابد.
یک مزیت مهم جریان متناوب این است که ولتاژ آن را می‌توان به سادگی با استفاده از یک ترانسفورماتور تغییر داد، که امکان استفاده از برق در ولتاژهای بسیار بالا را قبل از تغییر به ولتاژهای ایمن‌تر برای مصارف مسکونی و تجاری فراهم می‌کند. این امر تلفات انرژی را کاهش می‌دهد، همانطور که در زیر ارائه شده است.
انرژی منتقل شده در داخل خط، معادله دیگری دارد:
که در آن P عبارت توان، چه تلف شده و چه منتقل شده و بر حسب وات اندازه‌گیری می‌شود، I عبارت جریان الکتریکی درون سیم است که بر حسب آمپر اندازه‌گیری می‌شود، V عبارت ولتاژ است که بر حسب ولت اندازه‌گیری می‌شود و R مقدار مقاومت است که بر حسب اهم اندازه‌گیری می‌شود.
همانطور که در فرمول اول مشاهده می‌شود، توان تلف شده در اثرانتقال با مجذور جریان درون سیم مرتبط است. بنابراین، کاهش جریان درون سیم مناسب تر از کاهش مقاومت مسیر است تا اتلاف انرژی به حداقل برسد. البته، کاهش مقاومت، انرژی تلف شده را نیز کاهش می‌دهد، اما جریان به دلیل مجذور بودن مقدار آن، تأثیر بیشتری بر اتلاف انرژی دارد.
معادله بعدی: اگر ولتاژ بهبود یابد، جریان نسبت به انتقال همان انرژی کاهش می‌یابد. در نتیجه، ولتاژ درون سیم‌های انتقال بسیار زیاد است که جریان را کاهش می‌دهد و به نوبه خود توان تلف شده در فرآیند انتقال را کاهش می‌دهد. این بهترین دلیل برای ترجیح جریان متناوب بر جریان مستقیم برای فرآیند انتقال برق است، زیرا تغییر ولتاژ جریان متناوب بسیار ارزان‌تر است.
کاربردها و مزایای اصلی جریان متناوب
بیشتر ابزارها (به عنوان مثال موتورهای بزرگ کارخانه‌ای) که مستقیماً به پیکربندی الکتریکی متصل هستند، با جریان متناوب کار می‌کنند و شبکه‌های برق در خانه‌ها و اماکن تجاری از جریان متناوب استفاده می‌کنند. ابزارهایی که به جریان مستقیم نیاز دارند، مانند لپ‌تاپ‌ها، معمولاً دارای یک آداپتور AC هستند که جریان متناوب را به شکل مستقیم تبدیل می‌کند.
جریان متناوب به طور کلی جریان انتخابی است زیرا در مقایسه با نوع مستقیم چندین مزیت آشکار دارد. برخی از مزایا عبارتند از:
پله‌بندی ولتاژ کارآمد و ارزان با استفاده از ترانسفورماتورها. همانطور که قبلاً بحث شد، این امر امکان بهبود بهره‌وری انرژی در انتقال برق با خطوط برق را فراهم می‌کند. این انتقال کارآمد به شرکت‌های انرژی و مصرف‌کننده کمک می‌کند تا در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند و به کاهش آلودگی کمک می‌کند زیرا نیروگاه‌ها به سوخت بیشتری نیاز ندارند. همچنین، هزینه‌های نگهداری پایین انواع خاصی از موتورهای AC مانند انواع پرسرعت، قیمت آنها را کاهش می‌دهد. همچنین کنترل جریان آنها با یک بریکر جریان معمولاً در هر نیم سیکل آسان است. برای مثال، یک بریکر کنترل ممکن است حدود ۱/۲۰ (یک بیستم) برابر نوع AC، جریان DC را قطع کند.
مزایای کلیدی جریان متناوب (AC) نسبت به جریان مستقیم (DC)
همه ما می‌دانیم که در دفاتر یا خانه‌های خود از نوع جریان متناوب (AC) استفاده می‌کنیم و با انتقال فرآیند جریان متناوب در مسیرهای طولانی، از این منبع تغذیه بهره می‌بریم.
نوع جریان متناوب را می‌توان با استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده انتقال داد، اما جریان مستقیم را نمی‌توان با این روش انتقال داد.
تولید جریان متناوب (AC) ساده‌تر از جریان مستقیم (DC) است. همچنین تولید آن از جریان مستقیم (DC) ارزان‌تر است.
سیستم‌های جریان متناوب (AC) مانند ژنراتورهای جریان متناوب (AC) راندمان بالاتری نسبت به جریان مستقیم (DC) دارند.
اتلاف توان در جریان متناوب (AC) در طول انتقال ناچیز است.
نوع جریان متناوب (AC) را می‌توان به سادگی به نوع جریان مستقیم (DC) تبدیل کرد.
اصلاح جریان متناوب (AC) را می‌توان به راحتی با استفاده از ترانسفورماتورهای خاص، چه از نوع افزاینده (step-up) و چه از نوع کاهنده (step-down)، انجام داد.
مقدار یا دامنه جریان متناوب را می‌توان به راحتی و بدون اتلاف انرژی اضافی کاهش داد. این کار را می‌توان با استفاده از یک سیم‌پیچ چوک (choke coil) انجام داد.
دیدگاه خود را بنویسید