2. التيار الكهربائي المتناوب

تعريف التيار المتردد الجيبي: هو تيار كهربائي يعكس اتجاهه بشكل دوري ويتذبذب في مكانه ذهابا وإيابا 50 أو 60 مرة في الثانية حسب النظام الكهربائي المستخدم. يمكن توليده فقط حسب قانون فرداي عن طريق مولد كهربائي متردد.

بحيث التيار المتردد هو تيار متغير القمة والاتجاه مع مرور الوقت وله تردد ودور وقيمة عظمى وقيمة فعالة وقيمة متوسطة أي قيمة DC في التيار المتردد ويكون إما إشارة جيبية او مربعة او مثلية او موجة اسنان المنشار او كيفية.

مبدأ التوليد:

تتولد الإشارة الجيبية المترددة بواسطة الدينامو (المنوبة) يحتوي داخليا على مغناطيسان ثابتان وقويان لهما قطب شمالي N وجنوبS يدور داخل المغناطيس ملف له عدد لفات معيّن وحسب قانون فاراداي ولنز بحيث لو تحرك
مغناطيس داخل ملف او ملف داخل مغناطيس فيتولد جهد متردد وتيار متردد الذي ينشأ بعد وضع الحمل

يتولد هذا لجهد حسب العلاقة المشهورة:

بحيث e القوة المحركة الكهربائية بالفولط v
وФ التدفق المغناطيسي الذي يسببه دوران الملف امام المغناطيس او داخل الحقل
t الزمن بالثانية sec

التيار الكهربائي المتردد ليس له قطب موجب وقطب سالب.

مصادر التيار المتردد AC source

يمكن الحصول على التيار المتناوب من المولدات ، مقبس كهرباء المنازل، او منوب السيارة

يرمز لمصادر التيار الكهربائي المتردد بالرمزين التاليين:

اقطابه هي الطور او الخط (Phase or Line) قطب صدور الإشارة المتردد وأحيانا نضع إشارة + على الطور والحيادي Nutral

اشكال التيار المستمر DC المدروس سابقا:

ملخص للتيار المستمر المدروس سابقا: له اتجاه ثابت ونجده بكثرة في البطارية بكل أنواعها ومصدر DC له قطب

موجب وقطب سالب والتيار المستمر يسري من القطب الموجب الى القطب السالب

بعض الرموز الأخرى لمصادر التيار المتردد:

الشكل 1: مولد إشارة مثلثية Triangle wave
الشكل 2: مولد نبضات Pulses
الشكل 3: مولد إشارة مربعة Square wave
الشكل 4: مولد تشويش Noise

اشكال التيار المتردد AC

الإشارة الأكثر شهرة والأكثر استعمالا والتي ستتم الدراسة والتركيز عليها هي الإشارة الجيبية Sine wave

التيار الكهربائي المتردد وخصائصه

اتجاه التيار المتردد بالنسبة للتيار المستمر

1-الزمن الدوريPeriodic time رمزه T

هو الزمن الذي تستغرقه الإشارة لإكمال دورة واحدة وهذا ينطبق على جميع أنواع الإشارة جيبية مربعة مثلثة و ....

ملاحظة: اعلى قسيمة للجهد بالموجب دائما نفسها اعلى قيمة بالسالب فمثلا +12v;-12v او +220v ; -220v

وحدة قياس الزمن الدوري او الدور T بالثانية sec

2-التردد (التواتر) Frequency رمزه f

عبارة عن عدد الدورات في الثانية الواحدة او عدد مرات تكرر الشكل في الثانية، ويقاس بوحدة الهرتز Hz

علاقة التردد بالزمن الدوري:

مثال:

مرت ثانية واحدة وتكرر الشكل ثلاث مرات أي الزمن الدوري تكرر 3 مرات

اوجد تردد هذه الإشارة: f = 1/T = 1/3 = 3Hz

التردد في منازلنا هو 50 او 60 هرتز حسب البلد وبالتالي الشكل او الدور T يتكرر 50 او 60 مرة في الثانية الواحدة.

3-جهد القمة او الجهد الاعظمي Vpeak (Vpk) او Amplitude

هو اقصى قيمة تصل إليها الإشارة سواء بالموجب او السالب فهي نفسها Vpeak to peak تعني الجهد من القمة الى القمة Vp-pوهو اقصى جهد تصل اليها الإشارة من الجهة الموجبة الى الجهة السالبة وهو ضعف جهد القمة Vp-p = 2Vp

4-الجهد الفعال او القيمة الفعالة Vrms

القيمة الفعالة Vrms: هي نفسها قيمة الجهد المستمر والذي ينتج نفس القدرة عند تغذية نفس الحمل

العلاقة بين جهد القمة والجهد الفعال Vpk وVrms

ملاحظة: هذه العلاقات تطبق على الموجبة الجيبية فقط.

مثال: لدينا سخان Heater يسحب تيار 5A تحت جهد تغذية 10VDC فانتج لنا حرارة قدرها 100C°

نريد تشغيل هذا السخان على مصدر تغذية AC

- كم يجب وضع قيمة جهد AC حتى يسحب 5A وينتج نفس الحرارة؟

V(DC) =10v ≡10Vrms (AC)

حسب العلاقة: Vpk = Vrme . √2

ومنه: Vpk = 10√2 = 14.1V (AC)

معناه إذا وضعنا مصدر AC قيمته 14.1v فإننا نستفيد من 10v فقط وهي القيمة الفعالة Vrms

س-في بيوتنا جهد 220v هل هو Vpk او Vrms؟

220v الموجودة في بيوتنا هي الجهد الفعال Vrms=220v جهد القمة Vpk = 220√2=311.1v

تردد الشبكة في المنازل f = 50Hz

دور هذه الإشارة T=1/f = 1/50 = 0.02sec = 20ms

ملاحظة: جهد الفعال بالموجب يساوي جهد الفعال بالسالب.

إشكالية: لماذا يتولد تيار متردد جيبي Sinewave بدل الإشارة المربعة او المثلثية؟

السبب هو وجود المغناطيس بقطبين شمالي N وجنوبي S بحيث لو تحرك الملف داخل الحقل المغناطيسي يتولد جهد والقدرة التي ينتجها الدينامو من جهد وتيار يتعلق بقوة المغناطيس ولفات الملف وعدد لفات الدينامو (المحور الدوار) هي التردد.

لما يكون الملف عمودي على المغناطيس لا يوجد تدفق مغناطيسي وبالتالي الجهد يكون معدوم والتيار معدوم 0

لما يبدأ الملف بالدوران نحو القطب الشمالي للمغناطيس يبدأ الجهد بالظهور في النوبة الموجبة حتى يصبح الملف موازي تماما للمغناطيس فيكون الجهد اعظمي Vpk لينزل لينعدم مرة أخرى لتنزل الى الجهة السالبة وهكذا.