چه تفاوت‌های اصلی‌ای بین جریان متناوب و مستقیم از نظر تأثیرات آنها بر رساناهای الکتریکی، خازنهای الکتریکی و ترانسفورماتورها وجود دارد

تفاوت‌های تأثیر جریان متناوب و مستقیم بر روی هادی‌ها، خازن‌ها و ترانسفورماتورها

اثرات جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) بر روی هادی‌ها، خازن‌ها و ترانسفورماتورها به طور قابل توجهی متفاوت است، این تفاوت‌ها در ابعاد زیر برجسته می‌شوند:

تأثیر بر روی هادی‌ها

• اثر پوسته‌ای: در مدارهای AC، به دلیل القای الکترومغناطیسی، جریان تمایل دارد که نزدیک سطح هادی جریان یابد، این پدیده به آن اثر پوسته‌ای گفته می‌شود. این امر منجر به کاهش مساحت مؤثر عرضی هادی، افزایش مقاومت و در نتیجه افزایش اتلاف انرژی می‌شود. در مدارهای DC، جریان به صورت یکنواخت در سراسر مقطع عرضی هادی توزیع می‌شود و از اثر پوسته‌ای پرهیز می‌کند.

• اثر نزدیکی: وقتی یک هادی به یک هادی دیگر که جریان می‌گذرد نزدیک است، AC باعث تغییر توزیع جریان می‌شود که به آن اثر نزدیکی گفته می‌شود. این امر منجر به افزایش مقاومت هادی و ایجاد اتلافات انرژی اضافی می‌شود. DC از این پدیده تأثیر نمی‌پذیرد.

تأثیر بر روی خازن‌ها

• شارژ و دشارژ: AC باعث می‌شود خازن‌ها به طور دوره‌ای شارژ و دشارژ شوند، ولتاژ و جریان 90 درجه اختلاف فازی دارند. این امر به خازن‌ها اجازه می‌دهد که انرژی را ذخیره و آزاد کنند و در مقابل سیگنال‌های با فرکانس بالا مقاومت کمتری نشان دهند. در مدارهای DC، پس از اینکه خازن به حداکثر ولتاژ خود شارژ شده است، جریانی از آن عبور نمی‌کند.

• مقاومت ظاهری خازن: تحت AC، خازن‌ها مقاومت ظاهری خازنی نشان می‌دهند که به فرکانس و ظرفیت بستگی دارد؛ فرکانس‌های بالاتر منجر به کاهش مقاومت ظاهری می‌شود. در مدارهای DC، خازن‌ها مانند یک مدار باز عمل می‌کنند، یعنی مقاومت ظاهری بی‌نهایت.

تأثیر بر روی ترانسفورماتورها

• اصول عملکرد: ترانسفورماتورها بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کنند و از میدان‌های مغناطیسی متغیر برای انتقال انرژی استفاده می‌کنند. تنها میدان‌های مغناطیسی متغیر می‌توانند نیروی الکتروموتوری القاء کنند، بنابراین ترانسفورماتورها فقط با AC استفاده می‌شوند. DC قادر به تولید میدان مغناطیسی متغیر در داخل ترانسفورماتور نیست و نمی‌تواند عمل تغییر ولتاژ را انجام دهد.

• اتلافات هسته‌ای و مسی: در شرایط AC، ترانسفورماتورها از اتلافات هسته‌ای (اتلافات هیسترزیس و جریان‌های دوگردش) و اتلافات مسی (اتلاف انرژی به دلیل مقاومت پیچش) رنج می‌برند. در حالی که DC از مشکلات اتلافات هسته‌ای رنج نمی‌برد، بدون یک میدان مغناطیسی متغیر نمی‌تواند به درستی عمل کند.

به طور خلاصه، تأثیرات AC و DC بر قطعات الکتریکی بر اساس ویژگی‌های مربوط به فرکانس و جهت آن‌ها تعیین می‌شود. این تفاوت‌ها تعیین می‌کنند که چه نوع منابع تغذیه برای کاربردهای مختلف و نیازهای فنی مناسب هستند. با درک این تفاوت‌ها، مهندسان می‌توانند سیستم‌های الکتریکی را برای نیازهای خاص بهتر طراحی و بهینه‌سازی کنند.