الجهد المتردد - Alternating Voltage

التوصيل بمصدر الطاقة:

أصبح إمداد الجهد المتردد أمراً معتاداً الآن، ولكن التيار المتردد متعدد الأطوار يشيع استخدام الإمداد للمحركات الكبيرة ومعدات المعالجة الحرارية. هذا يؤدي إلى مزايا في كل من التوليد والنقل ويكون تدفق الطاقة أكثر انتظاماً من التيار المتردد أحادي الطور.

يمكن أن تتمتع المحركات بتصميم أكثر صلابة وعزم دوران أكثر انتظاماً. ربما يكون النظام ثلاثي الطور هو الأكثر شيوعاً بصرف النظر عن المرحلة الواحدة. التيار والجهد في مراحل منفصلة تعمل بشكل فردي. مع الأنظمة متعددة الأطوار المتوازنة، تكون الطاقة المتوفرة متساوية في جميع المراحل. أصبح كل من التشغيل والإيقاف والتغلب على الجمود الميكانيكي أسهل من خلال استخدامهما.

توليد الجهد المتردد – Generation of Alternating Voltage:

إنّ الجهد الذي توفره بطارية أو مصدر تيار مستمر آخر له قطبية معينة ويظل ثابتاً. لو نظرنا للتيار المستمر وفحصنا البطارية المتصلة بشيء ما سنرى أنّ لها قطبية موجبة وقطبية سالبة وبقيت ثابتة ولم تتغير. التيار المتردد المتناوب يختلف في القطبية والسعة. هنا نرى موجة جيبية (AC) ونرى أنّها تتغير باستمرار لتصبح سالبة أو موجبة ثم سالبة، إنّه بالتناوب.

يعد التيار المتردد والجهد المتردد جزءاً مهماً في الأنظمة الكهربائية والإلكترونية. تشمل الأنظمة التي تستخدم التيار المتردد، (120) فولت خارج الجدار وأحياناً يُشار إلى ذلك بـ (60) دورة (cycles) لأنّه يتناوب (60) مرة في الثانية، أثناء انخفاض تيار الدورة الموجبة في اتجاه واحد وأثناء دورة السالبة، فإنّه يسقط في الاتجاه المعاكس. تستخدم موجات الراديو للإرسال التلفزيوني والراديوي التيار المتردد، وموجات الميكروويف، والإيثرنت (Ethernet). كل هذه أمثلة على التيار المتردد.

شرح توليد الجهد المتردد:

لتبسيط الأمور، عادةً ما يتم تصنيع الملف للدوران داخل المجال، عندما يدور الملف، فإنّه يقطع خطوط التدفق، ويولد جهداً عبر أطراف الملف. عندما يكون وجه الملف موازياً للمجال، فإنّه يقطع بسرعة عبر خطوط التدفق. ولكن عندما يتحول الملف إلى (90) درجة ويكون عمودياً على خطوط المجال، فإنّ حركة الملف تكون عرضية للمجال ولا يتم إنتاج أي جهد.

عندما يتخطى الملف هذه النقطة، فإنّه يقطع المجال في الاتجاه المعاكس، ويولد جهداً سلبياً. النتيجة النهائية لهذه السلسلة من الأحداث هي أنّ الجهد الناتج عن المولد يختلف حسب جيب التمام للزاوية، يشار إلى هذا الشكل الموجي الجيبي بالتيار المتردد (AC).

يحتوي جهد التيار المستمر (DC voltage) على قطبية أعلى من الطرف الآخر طوال الوقت، على الرغم من أنّ اتساعها قد يختلف. يعني الجهد المتناوب أو المتردد أنّ أقطاب الجانبين تتغير باستمرار، أو تتناوب، بانتظام على فترات. تحدد الفواصل الزمنية التردد (عدد مرات حدوث التغيير).

يمكن أن يتخذ شكل الشكل الموجي لفرق الجهد المتغير أشكالاً مختلفة. قد تكون موجة جيبية عادية أو مستطيلة أو أخرى. بمقارنة تأثير هذا الجهد على المقاومة النقية، والحصول على تأثير تسخين مكافئ، يعطينا جهد (RMS).

دوائر التيار المتردد – Alternating-current circuits:

تتضمن دوائر معينة مصادر للقوة الدافعة الكهربائية المتناوبة من الشكل الجيبي :((V = V₀ cos (ωt) أو ((V = V₀ sin (ωt). دالتا الجيب وجيب التمام لها قيم تختلف بين (+1 و -1)، تمثل أي من المعادلتين للجهد إمكانات تختلف فيما يتعلق بالوقت ولها قيم من (+ V₀) إلى (−V₀). يختلف الجهد بمرور الوقت بمعدل تعطى بالقيمة العددية لـ (ω) ،(ω) والذي يسمى التردد الزاوي، يتم التعبير عنه بالراديان في الثانية.

يتم استخدام جهد الجذر التربيعي (rms) للمصدر الجيبي للقوة الدافعة الكهربائية (V_rms) لوصف المصدر. إنّه الجذر التربيعي للمتوسط الزمني لمربع الجهد. قيمة (V_rms) هي (2 √ / V₀)، أو ما يعادله (0.707V₀). وبالتالي، فإنّ التيار المتردد (60) هرتز، (120) فولت، والذي يتوفر من معظم المنافذ الكهربائية في منازل الولايات المتحدة، يحتوي على (V₀ = 120 / 0.707 = 170) فولت.

يتراوح فرق الجهد عند المنفذ من (+170) فولت إلى (-170) فولت ويعود إلى (+170) فولت (60) مرة في الثانية. قيم جذر متوسط التربيع للجهد والتيار مفيدة بشكل خاص في حساب متوسط القدرة الكهربائية في دوائر التيار المتردد.

يمكن توليد القوة الدافعة الكهربائية الجيبية باستخدام المبادئ والقوانين في قانون “فاراداي” للحث الكهرومغناطيسي. باختصار، يمكن إحداث قوة دافعة كهربائية متناوبة أو مترددة في حلقة من سلك موصل عن طريق تدوير حلقة السلك في مجال مغناطيسي موحد.