تيار متردد

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
المحور السيني يبين الزمن والمحور الرأسي يبين الجهد (بالفولت) . يسمى هاذا الشكل لتغير الفلولطية بأنة يتبع دالة جيبية.

التيار المتردد الجيبي أو التيار المتناوب الجيبي(بالإنجليزية: sinusoidal Alternating current) 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.

التيار المتردد(أخضر) بالمقارنة بالتيار المستمر (أحمر). المحور الأفقي يبين الزمن والمحور الرأسي يمثل الجهد .

ويتم الآن استخدام التيار المتردد لنقل الطاقة الكهربائية في كل دول العالم رغم أسبقية التيار المستمر التاريخية ، ورغم أن أول محطة تجارية لتوليد الكهرباء في العالم وهي التي أنشأها أديسون في نيويورك سنة 1882 م كانت كذلك محطة لتوليدة التيار المستمر حتى أن أولى الأجهزة الكهربية كانت تعمل على التيار المستمر مثل مصباح أديسون إلا أن الوضع انقلب رأسا على عقب بعيد حرب التيارات فأصبح التيار المتذبذب مفضلا في عملية ايصال الطاقة لأسباب لها علاقة بتقنتي نقل الطاقة من جهة ومعالجة الإشارات من جهة أخرى.

لماذا يتم استخدام التيار المتردد؟[عدل]

ربما يتساءل البعض لماذا يستخدم التيار المتردد في نقل الطاقة الكهربائية على الرغم من أنه أكثر تعقيدا من التيار المستمر. ولكن يمتاز التيار المتردد بعدد من الميزات عن التيار المستمر:

  1. يمكن نقل القدرة الكهربائية عبر التيار المتردد إلى مسافات بعيدة جدا وهذا ما لا يمكن للتيار المستمر أن يفعله بطريقة اقتصادية أو عملية. حيث يمكن خفض ورفع جهد المولد الكهربائي باستخدام جهاز يدعى المحول لا يمكن تطبيقه على التيار المستمر بسبب عدم وجود تغير في التدفق المغناطيسي. يقوم المحول برفع الجهد الكهربائي الآتي من المولد والذي يتراوح عادة بين 11-36 كيلو فولت ويقوم برفعه إلى مستويات تبلغ 110-765 كيلو فولت مما يجعل بالإمكان نقله إلى مسافات بعيدة جدا بين الدول أو حتى عبر القارات.
  2. تمتاز التيارات المترددة على المستمرة بقدرتها على نقل المعلومات. فمكبر الصوت مثلا يقوم بتحويل المعلومات المحتواة في كلمة إلى تيار متردد
  3. التيار المتناوب سهل التوليد من التوربينات حيث أن الوشائع والمغانط الدوارة تنتج تيارا متناوبا وللحصول على التيار المستمر منها يجب إجراء تقويم وترشيح وهذه العملية من الصعب تحقيقها في التوترات العالية.
  4. تنتج الخلايا الكهروكيميائة التيار المستمر مباشرة ولكنها تكون غير عملية لتلبية احتياجات مناطق سكانية كبيرة، بينما يمكن استخدام الطاقة الهائلة للمياه المخزونة خلف السدود على الأنهار، واستغلال طاقة المد والجزر للمحيطات وطاقة الرياح والوقود الاحفوري والتفاعلات النووية الآمنة لتدوير عنفات والتي بدورها تدير مولدات تيار متردد.

كان توماس إديسون يفضل التيار المستمر على المتردد في نقل الطاقة الكهربائية في الأيام الأولى لإنشاء الشبكات الكهربائية ولكن زملاؤه رؤوا أن التيار المتردد يمكن ان يعمل بشكل أفضل وقد أخذ اديسون وقتا حتى اقتنع بخطأ موقفه لكن ربما كان يعلم شيئا لم يكن يعرفه زملاؤه. هناك ميزة زائدة للتيار المستمر في الشبكات الكهربائية عند نقل الطاقة الكهربائية لمسافات يعيدة حيث أنها تنتقل بشكل أكثر فعالية عند التوترات العالية من التيار المتردد لأن الأسلاك لها مقاومة أصغر عند مرور التيار المستمر منها عند مرور التيار المتردد وأيضا تقل الطاقة المغناطيسية الضائعة على شكل حقل مغناطيسي حول الاسلاك. و يعتبر نقل الطاقة باستخدام التيار المستمر ذي التوتر العالي واعدا جدا في المستقبل ولكن في الوقت الحالي تكمن المشكلة الأساسية في الكلفة لأنه يلزم تجهيزات تحويل للطاقة مدروسة بشكل كبير.

تردد جيبي[عدل]

يمكن وصف تغير الجهد بالنسبة للزمن للتيار المتردد بمعادلة جيبية على الصورة :


u(t) = \hat u \cdot \sin (\omega t )

حيث :  \hat u  هو أقصى حد للجهد ويسمى مطال و t الزمن ، و   (\omega  ) التردد الزاوي .

  • يلاحظ أن التردد الزاوي   (\omega  ) له وحدة 1/ثانية مثل التردد ، أي تقاس أيضا بوحدة الهرتز التي هي 1/ثانية (أنظر أسفله).

التيار والدورة[عدل]

عدد الذبذبات في الثانية يسمى التردد ويقاس بوحدة هرتز واختصارها Hz .

والدورة هي تغير حالة تعيد نفسها على فترات زمنبة متساوية وتسمى تلك الفترة زمن الدورة (لنا مثلا دوران الأرض حول الشمس ،زمن الورة 1 سنة . أو دران الأرض حول محورها ، دورة كل 24 ساعة) . يرمز لزمن الدورة في الفيزياء بالحرف T .

بالنسبة للتيار المتردد تكون الدورة هي الزمن بين قمتين متتاليتين ، أو الزمن بين قاعين متتاليين على منحنى الجهد (بالمثل يتغير أيضا منحنى التيار) . بالمل يمكن القول أن الدورة في التيار المتردد تتكون من نصفي اهتزازة متتابعتين أحدهما موجبة والاخرى سالبة. ويمكن حساب زمن الدورة T بمقلوب التردد f.

T = \frac1f

في معظم بلاد العالم يكون تردد التيار المتردد المستخدم في البيوت له زمن دورة قدرها :

T_{50}= \frac1{50\text{ Hz}} = \frac1{50}\text{ s} = 20\text{ ms}

وفي حسابات الهندسة الكهربائية (حساب التيار المتردد ) نستخدم التردد الزاوي ω حيث يسهل كتابة المعادلات :

 \omega = 2 \pi \cdot f

فعندما يكون لدينا تيار متردد وله تردد 50 هرتز (أي يتذبذب بمعدل 50 مرة في الثانية) :

\omega_{50}= 2 \pi \cdot 50\text{ Hz} \approx 314\text{ s}^{-1}

وإذا كان هذا الجهد المتردد يغذي آلة كهربائية بواسطة قطبين ، فهي تدور بين منتصف القطب الموجب إلى منتصف القطب السالب ، وإلى منتصف القطب الموجب ثانيا . بذلك تدور الآلة وتكمل 360° (وهي دورة واحدة).

أنواع التيارات المترددة الجيبية[عدل]

هما نوعان :

  • التيار المتغير (المتردد) AC وهو الذي نحصل عليه من مولدات التيار المتغير وهذا النوع من التيار متغير القيمة والاتجاه وهو شائع الاستخدام في المنازل والمصانع ويمكن الحصول عليه بقدرات عالية ومن مميزات هذا النوع من التيار أنه يمكن رفعه أو خفضه باستخدام المحولات الكهربائية ويمكن نقله إلى مسافات بعيدة بأقل فقد في القدرة المنقولة والتيار المتردد نوعين :
  1. تيار متردد أحادي الطور Single Phase
  2. تيار متردد ثلاثي الطور (تري فاز)Three Phase

مغناطيس التيار المتردد[عدل]

{{عن مقالة مغناطيس كهربي}}

في التيار المتردد تتغير شدة التيار دوريا من نهاية عظمى (مطال) تنخفض إلى الصفر (عند ربع طول الموجة) إلى نهاية صغرى (مطال معكوس الإشارة) ثم إلى الصفر ثم يصل ثانيا إلى النهاية العظمى التي بدأ منها، وبذلك تكون الدورة قد تمت. وتتكرر تلك الدورة للتيار المتردد (أنظر الشكل). ونظرا لذلك التغير الذي تصل فيه قيمة التيار دوريا إلى الصفر في حالة التيار المتردد فلا بد من ضمان عمل المغناطيس المستمر خلال اللحظات الدورية التي لا يمر خلالها تيار في الملف .

تتطابق تياران مترددان مختلفي الطور. المحور الأفقي : الزمن، المحور الرأسي: شدة المجال المتولدة.

ويتم ذلك عن طريق استخدام ملف إضافي ينتج تيارا مترددا إضافيا ويكون في طور منزاحا عن طور التيار المتردد الأصلي، بحيث يتطابق التياران المترددان على بعضهما البعض، وتصبح للمحصلتهما دائما قيمة مختلفة عن الصفر (أنظر الشكل، المنحنى الأسود). كما يمكن إجراء ذلك عن طريق استخدام تيار ثلاثي الأطوار وهو النظام المتبع لتشغيل المحركات الكهربائية في القطارات والروافع وغيرها.

سريان تيار ثلاثي الأطوار للجهود U1, U2, U3

اقرأ أيضا[عدل]