جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) کداماند؟ + تفاوت برق ac و dc
همان طور که میدانید، جریان برق در زندگی روزمره ما استفادههای بسیاری داشته و برای اکثر اموری مانند روشنایی، گرمایش، سرمایش، تبرید، راه اندازی وسایل، بهرهگیری از وسایل کامپیوتری، الکترونیکی، ماشین آلات، سیستمهای حمل و نقل عمومی و غیره به کار گرفته میشود. به طوری که روند زندگی عادی بدون وجود برق مختل میشود.
با وجود این، آیا میدانید که جریان برق چند نوع مختلف میتواند داشته باشد؟ تفاوت برق ac و dc چیست و برای چه کاربردهایی میتوان از آنها استفاده کرد؟ شرکت سنابرق توان که بزرگترین تولیدکننده اینورتر ایرانی می باشد، قصد دارد در این مقاله علاوه بر توضیحات درباره جریان متناوب به این سؤالات پاسخ دهد.
به طور کلی، دو نوع مختلف جریان برق داریم که تحت عنوان جریان متناوب یا AC و جریان مستقیم یا DC شناخته میشوند. هر یک از این جریانهای برق کاربرد خاص خود را داشته و تفاوتهایی با همدیگر دارند. در ادامه ضمن آشنایی کامل با جریان برق متناوب و مستقیم به بررسی تفاوت AC و DC میپردازیم.
جریان متناوب یا برق ac چیست؟
درپاسخ به سوال برق ac چیست باید گفت، جریان برق ac به طور منظم تغییر جهت میدهد و نتیجه این تغییر جهت معکوس شدن سطح ولتاژ همزمان با تغییر جهت جریان میباشد. به طور کلی، شار در مفاهیم فیزیک و انتقال به جابجایی حجمهایی مانند آب، شار الکتریکی یا جریان الکتریکی از سطحی خاص در واحد زمان گفته میشود.
جریان AC نیز با استفاده از سیستمی تحت عنوان مولد جریان متناوب یا Alternator تولید میشود. دستگاه Alternator نوعی ژنراتور برق بوده و قابلیت تولید جریان متناوب را دارا است. نحوه کار این دستگاه به گونهای است که حلقهای از سیم یا سیم پیچی درون میدان مغناطیسی ثابتی به چرخش درمیآید و باعث القای جریان الکتریکی داخل سیم میشود.
انرژی لازم برای چرخش این سیم از منابع مختلفی مانند توربین بخار، توربین باد، جریان آب و غیره تأمین میشود. از سوی دیگر، سیم درون میدان مغناطیسی چرخیده و جریان قطبهای مغناطیسی متفاوتی را به وجود میآورد؛ به همین دلیل ولتاژ و جریان درون سیم نیز تناوبهای مختلفی را تولید میکند.
شکل موج جریان متناوب
به طور کلی، جریان AC شکلها و حالتهای مختلف دارد. به عبارت بهتر، هر جریان و ولتاژی که به طور متناوب تکرار شود، میتواند جریان AC باشد. در بیشتر مواقع جریان متناوب به شکل موجهای سینوسی ثبت میشود. جریان AC مربوط به اکثر خانهها و ادارات ولتاژی نوسانی دارد که موج سینوسی را تولید میکند که تصویر آن را در زیر میبینید:
شکلهای دیگر موج AC شکلهای متناوب مربعی و مثلثی را شامل میشوند. به طور معمول، امواج مربعی در دستگاههای الکترونیکی دیجیتال و سوئیچ دار و برای سنجش عملکرد آنها به کار گرفته میشوند. تصویر زیر امواج مربعی متناوب را نشان میدهد:
امواج مثلثی نیز بیشتر در مباحث صوتی کاربرد دارند و برای آزمایش قطعات الکترونیکی خطی مانند آمپلی فایرها یا تقویتکنندهها به کار گرفته میشوند. تصویر زیر به امواج مثلثی متناوب مربوط میشود:
کاربردهای جریان AC
به طور کلی، جریان متناوب یا AC برای رساندن برق به خانهها، ساختمانهای اداری و سایر مکانها مورد استفاده قرار میگیرد. چرا که تولید و انتقال جریان AC برای مسافتهای طولانی راحتتر است. از جمله دیگر کاربردهای جریان متناوب AC میتوان به استفاده در ولتاژهای بالاتر اشاره کرد.
در ولتاژهای بالای ۱۱۰ هزار ولت، در هنگام انتقال جریان برق AC انرژی کمتری تلف میشود. به عبارت بهتر، ولتاژ بالا منجر به جریان کمتر شده و همین جریان کمتر نیز موجب کاهش گرمای حاصل از مقاومت در سیم برق میشود. به علاوه، جریان برق ac را به راحتی میتوان توسط مبدلها از ولتاژهای بالا تولید کرده یا به ولتاژهای بالا تبدیل کرد.
از جمله دیگر کاربردهای جریان AC قابلیت برق رسانی آن به موتورهای الکتریکی است. بهتر است بدانید که موتور و ژنراتور دستگاههای یکسانی هستند؛ با این تفاوت که موتورها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکنند. از این ویژگی میتوان برای استفاده از جریان متناوب در وسیلههای متعددی مانند ماشینهای ظرفشویی، یخچالها و غیره که با جریان AC کار میکنند، استفاده کرد.
جریان مستقیم یا برق dc چیست؟
درک مفهوم جریان مستقیم به مراتب سادهتر از جریان متناوب است. به طور کلی جریان مستقیم به جای نوسان به عقب و جلو، ولتاژ یا جریان ثابتی را تولید میکند. برای تولید جریان مستقیم از روشهای مختلفی میتوان استفاده کرد. برای مثال ژنراتورهای AC مجهز به Commutator قابلیت تولید جریان DC را دارند.
همچنین برای تولید جریان مستقیم میتوان از وسیلههایی تحت عنوان Rectifier یا یکسو کننده نیز استفاده کرد که جریان برق ac را به DC تبدیل میکنند. به علاوه باتریها نیز جریان مستقیم ناشی از واکنشی شیمیایی درون باتری را تولید میکنند.
جریان مستقیم به عنوان شار یک طرفه شناخته میشود و تنها در یک جهت جریان را شارش میکند. در جریان DC برای عدم تغییر جهت شار با گذر زمان، ولتاژ و جریان ممکن است تغییر کنند. جریان مستقیم جریانی یک جهته است؛ ولتاژ و جریان آن در طول زمان میتوانند متفاوت باشند، اما جهت آن همواره باید بدون تغییر مانده و مستقیم باشد.
شکل موج جریان مستقیم
جریان DC شکل موجی ندارد، زیرا در یک جهت جاری میشود. به همین دلیل شکل موج آن به صورت خطی صاف نشان داده میشود. نمودار جریان DC بر حسب زمان به صورت زیر میباشد:
از این نمودار میتوان دریافت که منابع جریان مستقیم در طول زمان ولتاژی ثابت را ارائه میدهند. با وجود این، در واقعیت میبینیم که یک باتری به تدریج شارژ خود را از دست میدهد. به این معنی که با گذر زمان ولتاژ آن افت میکند. با این حال در بیشتر موارد میتوانیم ولتاژ را ثابت در نظر بگیریم.
کاربردهای جریان برق dc
از جمله کاربردهای جریان مستقیم میتوان به استفاده از آن در تمام ابزارهایی که به نوعی با باتری کار میکنند، یا توسط آداپتور AC به پریز برق متصل میشوند، یا اینکه از کابل USB برای دریافت و انتقال برق استفاده میکنند، اشاره کرد. از جریان DC میتوان در کاربردهای مهمتر دیگری مانند فرایند الکترولیز استفاده کرد که برای تجزیه مواد مرکب و همچنین دست یابی به عناصر سازنده کاربرد دارد.
همچنین برق مستقیم برای کاربردهای کنترلی که به دقت و کنترل بیشتر و همچنین توان کمتر نیاز دارند، انتخاب مناسبی محسوب میشود. دستگاههای الکترونیکی که با جریان مستقیم کار میکنند، موارد زیر را شامل میشوند:
- تلفنهای همراه
- چراغ قوهها
- تاس دستکشی لیلی پد D&D
- تلویزیونهای صفحه تخت
- وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی
تفاوت برق ac و dc به زبان ساده
اصلیترین تفاوت برق ac و dc به جهت جریان الکتریسیته در آنها مربوط میشود. به عبارتی جهت جریان الکتریکی در مدار از قطب مثبت به طرف قطب منفی نشان دهنده جریان مستقیم یا DC است. در مقابل جریان AC جریانی است که در آن حرکت الکترونها به شکل خطی صاف نیست. در جریان DC الکترونها به طور مداوم در یک جهت یا به طرف جلو حرکت میکنند.
در مقابل جهت حرکت الکترونها در جریان AC در مسیرهای مختلف بوده و گاهی مسیر حرکت آنها به سمت جلو است که پس از مدتی به عقب برمیگردند. جریان AC برای انتقال برق به راههای دور و فاصلههای زیاد بهترین گزینه است. در حالی که موتورهای الکتریکی اکثرا از برق DC استفاده میکنند، چرا که برق AC در توانهای بالا کاربردی ندارد.
جریانهای AC و DC را میتوان به همدیگر تبدیل کرد؛ به طوری که یکسو سازها برق AC را به DC تبدیل کرده و با استفاده از اینورتر تک فاز یا سه فاز نیز میتوان برق DC را به برق ac تبدیل کرد. در ادامه چند مورد از بارزترین تفاوت برق ac و dc را در جدولی آوردهایم:
| مشخصه | برق AC | برق DC |
| ولتاژ و جریان | متغیر | ثابت |
| جهت جریان | دوسویه در جهت مستقیم و معکوس | تکسویه در جهت مستقیم |
| منبع | ژنراتور | سلول و باتری |
| علت جهت حرکت الکترونها | آهنربای دوار در امتداد سیم | مغناطیس ثابت در امتداد سیم |
| ضریب توان | بین ۰ و ۱ | فقط ۱ |
| انواع | سینوسی، مثلثی | خالص و ضربان دار |
| شکل موج | سینوسی، مربعی، مثلثی | خط صاف یا پالس |
| فرکانس | فرکانس جریان متناوب بین ۵۰ یا ۶۰ هرتز | صفر |
| قطبیت | عدم وجود قطبیت به دلیل نوسان جریان | وجود قطبیتی ثابت با علامت مثبت و منفی |
| تولید | با آلترناتور | با کموتاتور در ژنراتور، پنلهای خورشیدی، واکنش شیمیایی در باتریها و سلولها |
| تبدیل | با یکسو ساز برای تبدیل آن به DC | با اینورتر موتور برای تبدیل آن به AC |
| انتقال | بروز تلفاتی در انتقال به فواصل دور | تلفات انتقال بسیار کم در ولتاژ بالا برای فواصل دور |
| خطوط انتقال | نیازمند حداقل ۳ هادی جداگانه | نیازمند تنها ۲ هادی |
| هزینه و نگهداری انتقال | گران؛ سادگی تبدیل و نگهداری بین ولتاژها نسبت به DC | ارزانتر؛ نگهداری خطر آفرینتر و گرانتر از AC |
| ذخیره سازی | عدم امکان ذخیره سازی | امکان ذخیره سازی مستقیم |
| مقدار انرژی قابل حمل | مناسب برای انتقال قدرت زیاد در فواصل طولانی | عدم توانایی انتقال ولتاژ جریان مستقیم تا فواصل دور |
| ریسکها | خطر کمتر نسبت به DC به دلیل حرکت در بازههای منظم برای رسیدن به. دوری از آن در ولتاژهای بالا | خطرناکتر و تهدیدکنندهتر از AC به دلیل حفظ جریانی ثابت |
با توجه به آنچه مطرح شد، میتوان گفت که جریان AC و DC هر کدام مشکلات و برتریهای نسبت به یکدیگر دارند که منجر به این شده تا در موقعیتهای مختلف گزینه مناسبتری برای استفاده باشند. برای مثال در جریان DC انتقال قدرت به فواصل دور امکان پذیر نیست؛ چرا که سیم برق قدرت خود را از دست داده و عملکرد خوبی را ارائه نمیدهد.
از سوی دیگر، در چنین شرایطی ارتقاء یا کاهش ولتاژ DC به مدارهای پیچیده نیاز دارد. در حالی که جریان AC به راحتی در فواصل دور انتقال مییابد و با استفاده از ترانسفورماتور نیز به مقادیر بالاتر یا پایینتر تبدیل میشود.
در عین حال جریان DC نیز برتریهای نسبت به برق ac دارد که از آن جمله میتوان به عدم تغییر جریان در هر شرایطی اشاره کرد. در واقع، جریان DC بر خلاف AC همواره در یک جهت با ولتاژی ثابت حرکت میکند. البته تکنولوژی امروزی امکان انتقال جریان مستقیم روی شبکه در فواصل طولانی را هم فراهم کرده است؛ با وجود این هنوز هم جریان AC کاربردهای گستردهتری دارد.
از سوی دیگر، جریان DC مزیتهای دیگری همچون کارایی بالای آن برای استفاده در دستگاههای الکترونیکی سازگار با محیط زیست را دارا است. به عبارتی، تمام سلولهای خورشیدی بر اساس لایههای نیمه هادی ساخته میشوند و به همین دلیل همه آنها با جریان DC تولید برق میکنند.
مقاله پیشنهادی: انواع درایو آسانسوری
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.