ما هي أنواع التيار الكهربائي؟
هنالك
نوعان رئيسيان للتيار الكهربائي، الأول يسمى التيار الثابت (المباشر) irect CurrentD ويرمز له بالرمز DC. أما النوع الثاني من التيار الكهربائي
فيسمى بالتيار الكهربائي المتردد (المتناوب) Alternating Current ويرمز له بالرمز AC. وأحيانا يطلق على التيار المتردد باسم
التيار المتردد الجيبي Sinusoidal
Alternating current.
ما هو رمز مصدر التيار الكهربائي المباشر والمتردد في الدارة الكهربائية؟
الشكل
التالي يوضح رمز كل من التيار DC
والتيار AC
في الدارة الكهربائية:
ما هو مصدر الكهرباء في البيوت والمصانع؟ ما هي استخدامات التيار المتردد المتناوب؟
يتم استخدام التيار المتناوب المتردد أو ما
يعرف بالتيار الجيبي في البيوت والمنازل والمصانع، حيث يعتبر هذا من أهم استخدامات التيار المتردد. إن
مصدر التيار المتناوب الجيبي هي المولدات الكهربائية الموجودة في محطات نقل الطاقة
الكهربائية والعائدة للشركات الحكومية أو الشركات الخاصة.
في بعض الأحيان وعند انقطاع التيار الكهربائي، نحصل على التيار المتردد الجيبي من
المولدات الخاصة التي يتم شرائها من قبل الأفراد كما في الشكل التالي:
ما هو مصدر التيار الكهربائي المباشر المستمر؟
إن أهم مصدر للحصول على التيار المباشر المستمر
هي البطاريات أو ما تسمى بالأعمدة الجافة. والشكل التالي يوضح العلاقة بين مصدر الجهد/
التيار مع مرور الزمن لكل من التيار المباشر والتيار المتردد:
نلاحظ من الشكل أعلاه أن التيار الكهربائي
المباشر يبقي قيمته واتجاهه ثابتين مع مرور الزمن، لذلك يطلق عليه اسم التيار
المستمر. أما التيار المتناوب فتتفاوت قيمته واتجاهه بشكل دوري بالنسبة الى الزمن.
الفرق بين التيار المتردد والتيار المستمر
هنالك العديد من الفروق بين التيار المتردد والتيار المستمر والتي تعد
بدورها ميزات أوعيوب لكلا النوعين من التيار المباشر والمتردد وهذه أهمها:
ما هي مميزات التيار المباشر المستمر؟
1- لا يتغير اتجاه التيار فيه مع مرور الزمن، بل
يتدفق التيار باتجاه واحد فقط.
2- تتحرك الالكترونات في السلك من القطب الموجب
للبطارية أي منطقة الجهد العالي إلى القطب السالب للبطارية أي الجهد الأقل.
3- يمتاز التيار المباشر المستمر بثبات في قيمة
شدة التيار فيه، لذا فإن معامل القدرة له دائما يساوي واحد.
4- يمكن تحديد القطب الموجب (+)
و القطب السالب (ــ) للتيار المباشر المستمر بسهولة
إذ أنه لا يتغير مع مرور الزمن ولا يتم عكس القطبية فيه الا بعكس أطراف البطارية.
5- لا يمتلك
التيار الكهربائي المباشر المستمر أي تردد إذ أن تردده يساوي صفراً.
ما هي عيوب التيار المباشر المستمر؟
1- يجب مراعاة القطب الموجب و القطب السالب خاصة
عند التوصيل، إذ أن عكس تلك الأقطاب في الدوائر الكهربائية المباشرة ينتج عنها تلف
تلك الدارة أو بعض من عناصرها وفي بعض الأحيان ينشب عنها حريق.
2- عدم قدرة التيار الكهربائي المباشر المستمر في
الانتقال الى مسافات بعيدة في السلك الكهربائي.
3- خطورة التيار المباشر المستمر DC أعلى منها في حال التيار المتردد المتناوب AC.
ما هي مميزات التيار المتردد المتناوب؟
1- يتغير اتجاه التيار فيه بالنسبة الى الزمن.
2- يتم توليد التيار المتردد اما من المولدات
الكهربائية أو بفعل الحث الكهرومغناطيسي كما في المحولات الكهربائية.
3- بما أن التيار المتردد يتغير بالنسبة الى الزمن، فإنه ينتج موجة جيبيه
تتذبذب بتردد مقداره إما 50 أو 60 هيرتز. أي بمقدار 50 أو 60 موجة في الثانية
الواحدة بحسب مصدر البلد.
4- لا يقتصر تغيير الاتجاه فقط على التيار المتردد،
وإنما شدة ذلك التيار أيضا.
5- هنالك العديد من أنواع التيار المتردد أهمها التيار
المتردد المثلثي، التيار المتردد
الرباعي، التيار المتردد الشبه
منحرف وأخيرا التيار المتردد
الجيبي، والذي
يعتبر الأكثر شيوعا بعد التيار المتردد الرباعي المستخدم في جميع الأنظمة الرقمية Digital Systems وسيتم شرح استخدامات هذه
الأنواع لاحقا.
6- يتحدد
اتجاه التيار الكهربائي المتردد بحسب القوة المغناطيسية الدوارة علي طول السلك والمولدة لذلك التيار.
7- يتراوح معامل القدرة الكهربائية Power
Factor
لدى التيار المتردد من الصفر إلي الواحد الصحيح.
8- بما أن التيار المتردد
يمتلك ترددا فإنه لا يفقد
الكثير من طاقته الكهربائية، وعليه يكون التيار المتردد أكثر كفاءة في
التوصيل عند وجود مسافات طويلة.
ما هي عيوب التيار المتردد المتناوب؟
1- بما أن التيار المتردد يتغير اتجاهه بالنسبة
الى الزمن (بشكل دوري)، فعليه سيكون من الصعب تحديد
القطب الموجب من السالب في فترة قصيرة من الزمن.
2- يتأثر اتجاه التيار فيه بالمجال المغناطيسي،
وعليه فإن التيار المتردد أكثر عرضة للتشويش Noise.
3- لا تعمل عليه المحركات الكهربائية من نوع DC
مباشرة، وأيضا قد تتلف بعض الأجهزة الكهربائية بسبب التردد الدوري لذلك التيار
وعليه يجب تركيب دارة مقوم للتيار ومواسع لضمان الحفاظ على نبضات مستمرة Pulsating Current ومباشرة قدر الامكان.
كيف نحول التيار المتردد الى تيار مباشر؟
يمكن تحويل التيار المتردد المتناوب AC إلى تيار
مستمر مباشر DC وذلك من خلال استخدام دائرة تقويم جسريه والتي
تسمى أيضاً بدارة مقوم موجة كاملة Full Bridge Rectifier كما
في الشكل التالي:
كيف يتم تحويل التيار المباشر الى تيار متردد؟
يتم تحويل التيار من DC الى AC
وذلك باستخدام ما يسمى بالقلاب أو العاكس الكهربائي Power
Inverter فعلى سبيل المثال تنتج الخلايا الشمسية تيارا كهربائياً مستمراً،
ولكي يتم دمجه مع خطوط الطاقة الكهربائية المترددة AC يتم تحويل
ذلك التيار من DC الى تيار كهربائي متردد AC بواسطة العاكس Inverter.
ما الفرق بين دارة مقوم نصف موجة ودارة مقوم موجة كاملة؟
في حال دارة نصف الموجة ينتج تيار مباشرDC لكنه يكون متقطع بانتظام وبشكل
دوري عبر الزمن كما في الشكل التالي:
أما في دارة مقوم نصف موجة فيكون التيار
المباشر الناتج غير متقطعا بمرور الزمن وفي بعض الأحيان يضاف مكثف كهربائي الى مخرج
دارة مقوم موجة كاملة بهدف تعديل التشويش وتنقية الإشارة الكهربائية وفلترتها Filtering وثبات
استمرارية التيار المباشر كما في الشكل التالي:
أيهما أخطر، التيار المباشر المستمر DC أم التيار المتردد المتناوب AC ؟
التيار المستمر المباشر يعتبر أخطر
من التيار المتردد المستمر وذلك لأن التيار المستمر ذو التردد الصفري لا يعطي فرصة
لعضلات الانسان بالإفلات منه وذلك كونه يتشكل من نبضات كهربائية مستمرة مسببة
انقباضا مستمرا في تلك العضلات. أما بالنسبة للتيار المتردد والذي تتغير قيمته
بحسب معامل القدرة لديه من صفر الى واحد (أي من صفر الى 220 فولت) فإن هنالك فرصة
ولو ضئيلة للعضلات أن تنبسط للحظة ومنها الإفلات من الخطر.
جدول لمقارنة الفرق بين التيار المباشر المستمر والتيار المتناوب المتردد (الجيبي)
وجه المقارنة
|
التيار المتردد
|
التيار المباشر
|
كمية الطاقة التي يمكن نقلها
|
يتم نقل
الطاقة الكهربائية فيها الى مسافات بعيدة جداً وبطرق آمنة مع إمكانية زيادة تلك
الطاقة الكهربائية ومضاعفتها
|
فرق
الجهد المباشر يضعف عند وجود مسافات كبيرة
|
سبب حركة الالكترونات واتجاه التيار
|
الحركة المغناطيسية الدورانية المؤثرة حول
السلك
|
الحركة المغناطيسية الثابتة حول السلك
|
التردد
|
يعمل التيار
المتردد بتردد اما 60 أو 50 هيرتز بحسب البلد
|
لا يوجد
تردد للتيار المباشر (أي التردد = صفر)
|
الاتجاه
|
يعكس التيار اتجاهه بمرور الزمن
|
يتجه باتجاه واحد فقط أي خارجا من القطب
الموجب وصولا الى القطب السالب
|
مقدار التيار
|
يختلف
مقدار التيار بالنسبة الى الزمن
|
مقدار
التيار يبقى ثابتا ولا يتغير مع مرور الزمن
|
مصدر التيار
|
المولدات الكهربائية المترددة، الدينامو،
الأنهار والجداول والتيارات المائية والمحولات
|
الأعمدة الجافة (البطاريات)
|
المعاملات السلبية
|
معوقة
التيار Impedance
|
المقاومات
فقط Resistors
|
معامل القدرة
|
يتراوح من صفر الى الواحد
|
يساوي واحد دائماً
|
خطورة التيار
|
أقل
خطرا من DC
|
أكثر
خطرا من AC
|
أصناف التيار
|
نقي ونبضي (نبضات مستمرة)
|
جيبي، مثلثي (منشاري)، شبه منحرف ومربع
|
أبرز العلماء
|
نيقولا
تسلا
|
توماس
أديسون
|
رمز التيار
|
AC
|
DC
|
.