چیست که مدار متناوب است

اصول مدارهای متناوب

مدار متناوب به عنوان مداری تعریف می‌شود که توسط منبع قدرت متناوب تغذیه می‌شود. جریان متناوب (AC) به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود در کاربردهای خانگی و صنعتی گسترده استفاده می‌شود: برخلاف جریان مستقیم، هم اندازه و هم جهت جریان و ولتاژ در مدار متناوب با گذشت زمان به طور دوره‌ای متغیر می‌شوند.

امواج متناوب معمولاً الگوی سینوسی دارند و یک چرخه با نیمه‌های مثبت و منفی برابر را انجام می‌دهند. این رفتار به صورت ریاضی به عنوان تابعی از زمان (t) یا زاویه (θ = ωt) توصیف می‌شود، که در آن ω فرکانس زاویه‌ای را نشان می‌دهد.

مقاومت در مدارهای متناوب و مستقیم

• در مدارهای مستقیم، مخالفت فقط از مقاومت (R) ناشی می‌شود.

• در مدارهای متناوب، مخالفت از:

• مقاومت (R)

• ریاکتانس القایی (XL = 2πfL)، که در آن L القایی است و f فرکانس

• ریاکتانس ظرفیتی (XC = 1/(2πfC))، که در آن C ظرفیت است

رابطه فازی در سیستم‌های متناوب

در مدارهای متناوب، جریان و ولتاژ هم با اندازه و هم با زاویه فاز مشخص می‌شوند. ترازبندی فازی آنها به پارامترهای مدار (R, L, C) بستگی دارد. مقادیر سینوسی مانند ولتاژ و جریان با سینوس زاویه θ تغییر می‌کنند و اساسی برای تحلیل سیستم‌های متناوب هستند.

مزایای امواج سینوسی در تولید برق

ولتاژ و جریان سینوسی به دلیل موارد زیر در تولید برق در سراسر جهان ترجیح داده می‌شوند:

• کاهش ضرر آهن و مس در ترانسفورماتورها و ماشین‌های چرخان، که باعث افزایش کارایی می‌شود.

• کاهش تداخل با سیستم‌های ارتباطی مجاور.

• کاهش سطح اختلالات در مدارهای برقی.

پویایی ولتاژ و جریان متناوب

امواج ولتاژ و جریان مقاومتی متناوب

امواج ولتاژ متناوب در طول زمان و جریان عبوری از مقاومت (R) در مدار به شرح زیر نشان داده شده است:

انواع مدارهای متناوب و واژگان کلیدی
طبقه‌بندی مدارهای متناوب

مدارهای متناوب بر اساس تنظیمات مولفه‌های آنها طبقه‌بندی می‌شوند:

• مدارهای مقاومت محض (R)

• مدارهای ظرفیت محض (C)

• مدارهای القایی محض (L)

• ترکیبات مقاومت-القایی (RL)

• مدارهای مقاومت-ظرفیت (RC)

• مدارهای القایی-ظرفیت (LC)

• مدارهای مقاومت-القایی-ظرفیت (RLC)

واژگان کلیدی مدارهای متناوب

• دامنه:حداکثر مقدار مثبت یا منفی یک کمیت متناوب در یک چرخه، که همچنین به عنوان مقدار قله یا حداکثر مقدار شناخته می‌شود. با نماد Em/Vm برای ولتاژ و Im برای جریان نشان داده می‌شود.

• نیمه‌چرخه:نیمه یک چرخه از موج متناوب، معادل 180° الکتریکی.

• چرخه:مجموعه کاملی از مقادیر مثبت و منفی یک کمیت متناوب، معادل 360° الکتریکی.

• مقدار لحظه‌ای:اندازه ولتاژ یا جریان در هر لحظه خاص، با نماد e (ولتاژ) یا i (جریان).

• فرکانس (f)：تعداد چرخه‌های یک کمیت متناوب در ثانیه، با واحد هرتز (Hz) اندازه‌گیری می‌شود.

• دوره زمانی (T):مدت زمان در ثانیه برای اتمام یک چرخه از موج ولتاژ یا جریان.

• موج:نمایش گرافیکی مقادیر لحظه‌ای یک کمیت متناوب (ولتاژ/جریان) روی محور y در مقابل زمان (t) یا زاویه (θ = ωt) روی محور x.

ولتاژ متناوب به طور دوره‌ای قطبیت و اندازه خود را معکوس می‌کند، در حالی که جریان متناوب نیز همراه با تغییر زمانی جهت و دامنه خود را تغییر می‌دهد. وقتی یک منبع ولتاژ متناوب به بار مقاوم (مانند آنچه در زیر نشان داده شده) متصل می‌شود، جریان در نیمه‌چرخه مثبت در یک جهت جریان می‌یابد و در نیمه‌چرخه منفی معکوس می‌شود، که متناسب با تغییرات قطبیت منبع است.