آموزش های پایه ای برق

تفاوت بین AC و DC (جریان و ولتاژ)

تفاوت بین AC و DC (جریان و ولتاژ)

تفاوت بین AC و DC (جریان و ولتاژ)

تفاوت بین AC (جریان متناوب) و DC (جریان مستقیم)

جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) دو نوع جریان الکتریکی هستند که در زندگی روزمره ما در کنار هم وجود دارند. هر دوی این نوع جریان‌ها برای عرضه‌ی برق به دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. اما تفاوت‌های بسیار زیادی دارند. پریزهایی که در خانه‌های ما وجود دارد تغذیه‌ی AC و باتری‌ها نیز تغذیه‌ی DC ارائه می‌کنند. ما نمی‌توانیم دستگاه DC را به پریز AC وصل کنیم (البته می‌توانیم، ولی این دستگاه کار نخواهد کرد و در بدترین حالت ممکن است منفجر شود). دلیل این کار تفاوت بین رفتار و تأثیرگذاری‌شان در مدارهاست.

تفاوت بین AC و DC

شکل ۱٫ تفاوت بین AC و DC

در این نوشته به صورت خلاصه تفاوت بین جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) را بررسی خواهیم کرد، اما ابتدا باید AC و DC را مورد توجه قرار دهیم.

مطلب مرتبط: AC یا DC – کدامیک خطرناک‌تر است و چرا؟

فهرست محتوا
  • جریان الکتریکی
  • جریان متناوب (AC
    • تولید
    • شکل موج‌ها
    • فرکانس و فاز
    • جریان، ولتاژ، مقاومت و فرمول‌های توان جریان AC
  • جریان مستقیم (DC)
    • تولید
    • شکل موج
    • جریان، ولتاژ، مقاومت و فرمول‌های توان جریان DC
  • ذخیره‌سازی و تبدیل بین AC و DC
  • تبدیل ولتاژ و انتقال
  • تفاوت‌های اصلی AC و DC (ولتاژ و جریان)
جریان الکتریکی

جریان الکتریکی یعنی حرکت الکترون‌های آزاد در ماده‌ی هادی، تحت تأثیر اختلاف پتانسیل. مواد حاوی الکترون‌های آزاد هادی نامیده می‌شوند، و برای هدایت یک جریان الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت بین AC و DC

الکترون‌های آزاد موجود در یک ماده وقتی تحریک می‌شوند که یک ولتاژ یا اختلاف پتانسیل اعمال شود، و بر این اساس با جهت مشخص حرکت می‌کنند؛ یعنی از پتانسیل بالا به پتانسیل پایین. پتانسیل بالا یا ولتاژ بالا با علامت مثبت (+) نشان داده می‌شود، و پتانسیل پایین نیز با علامت (-) نشان داده می‌شود که قطبیت جریان الکتریکی را تشکیل می‌دهند. بر اساس جهت حرکت الکترون یا جریان الکتریکی، جریان به دو دسته کلی تقسیم می‌شود: جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC).

پست مرتبط: وقتی خط AC با خط DC تماس پیدا می‌کند چه اتفاقی می‌افتد؟

جریان متناوب (AC)

وقتی جهت جریان به صورت پریودیک معکوس می‌شود، گفته می‌شود جریان متناوب است. چون جهت جریان به صورت پریودیک معکوس می‌شود، قطبیت ولتاژ نیز معکوس می‌شود، یعنی پتانسیل بالا (+) و پتانسیل پایین (-) باهم تبادل و تعویض می‌شوند. بنابراین، جریان متناوب با علامت موج (~) نشان داده می‌شود. تعداد دفعاتی که جریان الکتریکی جهت خود را در هر ثانیه تغییر می‌دهد، فرکانس نامیده می‌شود و معمولاً ۵۰ هرتز (اروپا) و ۶۰ هرتز (آمریکا) است.

تفاوت بین AC و DC

تولید

وقتی یک سیم پیچ یا حلقه‌ای از سیم در میدان مغناطیسی متغیر قرار می‌گیرد، یک جریان الکتریکی در سلف القا می‌شود. این اصول در دستگاه‌هایی با نام آلترناتور رخ می‌دهد که برای تولید جریان متناوب استفاده می‌شوند.

تفاوت بین AC و DC

آلترناتور از یک سیم پیچ تشکیل شده است که در داخل یک میدان مغناطیسی ثابت (از طریق نیروی آب، توربین بخار یا هرچیز دیگری) می‌چرخد. چرخش سیم پیچ خطوط میدان مغناطیسی موثر را تغییر می‌دهد. بنابراین، یک جریان الکتریکی در سیم پیچ القا می‌شود. چون سیم پیچ چرخنده قطبیت میدان مغناطیسی را تغییر می‌دهد، جریان و ولتاژ الکتریکی القا شده در سیم پیچ جهت خود را به صورت پریودیک تغییر می‌دهد.

پست مرتبط: صاعقه AC است یا DC؟

شکل موج‌ها

دامنه‌ی جریان و ولتاژ متناوب به صورت پیوسته با گذر زمان تغییر می‌کند. دامنه بین نقطه‌ی اوج حداکثر و نقطه‌ی اوج حداقل در یک نقطه‌ی مرجع مشترک نوسان می‌کند. شکل موج حاصل می‌تواند موج سینوسی، مربعی، مثلثی، دندان اره‌ای و غیره باشد. رایج‌ترین شکل موج‌ AC مورد استفاده در خانه‌های ما موج سینوسی است.

تفاوت بین AC و DC

فرکانس و فاز

قبلاً می‌دانیم که جریان متناوب دارای یک فرکانس مشخص بوده و فرکانس در راکتانس خازن و سلف تأثیر می‌گذارد. بنابراین، جریان متناوب در مدار راکتانس ایجاد می‌کند. راکتانس باعث می‌شود بین موج‌های ولتاژ و جریان اختلاف فاز ایجاد شود. همچنین می‌توانیم بگوییم که به همین دلیل فاکتور توان تنها در سیستم‌های AC در دسترس است. چون تعریف فاکتور توان cos (θ) است، که در آن θ اختلاف فاز بین شکل موج ولتاژ و جریان است؛ پس اختلاف فاز یعنی اختلافی که به نسبت شیفت زمانی بین دو شکل موج AC دیده می‌شود.

در این موارد، دامنه‌ی یک موج عقب‌تر (متأخر) از دامنه‌ی موج دیگر است. این باعث می‌شود در مدارها تلفات توان ایجاد شود. برای ارائه‌ی توان کامل به بار، ولتاژ و جریان AC باید همگام (یا هم فاز) شوند. پس فاکتور توان بین cos 0° (فاکتور توان = ۱، اختلاف فاز ۰ درجه) و cos 90° (فاکتور توان = ۰، اختلاف فاز ۹۰ درجه) متغیر است.

جریان AC

مدارات AC تک فاز

  • I = P / (V x Cosθ)
  • I = (V/Z)

مدارات AC سه فاز

  • I = P / √۳ x V x Cosθ
ولتاژ AC

مدارات AC تک فاز

  • V = P/(I x Cosθ)
  • V = I / Z
مدارات AC سه فاز
  • VL= √۳ VPH  یا  VL = √۳ EPH     [اتصال ستاره]
  • VL= VPH     [اتصال دلتا]
مقاومت AC
  • Z = √(R2+ XL2)… برای بار سلفی
  • Z = √(R2+ XC2)… برای بار خازنی
  • Z = √(R2+ (XL– XC)2… هر دو نوع بار خازنی و بار سلفی
توان AC

مدارات AC تک فاز

  • P = V x I x Cosθ
مدارات AC سه فاز
توان فعال
  • P = √۳ x VL x Ix Cosθ مدارات سه فاز
  • P = 3 x VPh x IPh x Cosθ
  • P = √ (S2 – Q2)
  • P =√ (VA– VAR2
توان راکتیو
  • Q = V I Sinθ
  • VAR = √ (VA– P2)
  • kVAR = √ (kVA2 – kW2)
توان ظاهری
  • S = √ (P + Q2)
  • kVA = √kW2 + kVAR2
توان مختلط
  • S = V I
  • S = P + jQ … (بار سلفی)
  • S = P – jQ … (بار خازنی)

که در آن‌ها:

I = جریان بر حسب آمپر (A)

V = ولتاژ بر حسب ولت (V)

P = توان بر حسب وات (W)

R = مقاومت بر حسب اهم (Ω)

فاکتور توان = Cosθ = R/Z

Z = امپدانس = مقاومت مدار AC

IPh  = جریان فاز

IL  = جریان خط

VPh  = ولتاژ فاز

VL  = ولتاژ خط

X راکتاس سلفی = ۲πfL؛ که در آن L = اندوکتانس بر حسب هنری

XC  راکتانس خازنی = ۱/۲πfC؛ که در آن C = ظرفیت خازنی بر حسب فاراد

پست مرتبط: چرا مدارات الکترونیکی به جای AC از جریان DC استفاده می‌کنند؟

جریان مستقیم (DC)

نوعی جریان الکتریکی که جهت آن تغییر نمی‌کند، جریان مستقیم یا DC نامیده می‌شود. این جریان تنها در یک جهت جاری می‌شود و برخلاف AC در جهت معکوس جاری نمی‌شود. چون جهت جریان تغییر نمی‌کند، قطبیت آن نیز تغییری نمی‌کند. بنابراین، جریان مستقیم همیشه با علامت‌های مثبت (+) یا منفی (-) نشان داده می‌شود.

تولید

جریان مستقیم را می‌توان به روش‌های بسیاری تولید کرد. همان متد تولید AC را می‌توان برای DC نیز به کار برد. این کار با اتصال یک دستگاه با نام کموتاتور انجام می‌شود. کموتاتور یک دستگاه چرخنده است که اطمینان حاصل می‌کند جریان در یک جهت جاری شود.

تفاوت بین AC و DC

جریان مستقیم معمولاً با استفاده از باتری‌ها یا سلول‌ها تولید می‌شوند. باتری‌ها شامل یک ماده‌ی شیمیایی هستند که بر اساس واکنش شیمیایی الکترون آزاد کرده و آن را به مدار الکتریکی تغذیه می‌کنند.

جریان متناوب را همچنین می‌توان با استفاده از دستگاه (قطعه‌ای) به نام یکسوساز به DC تبدیل کرد.

پست مرتبط: تفاوت بین درایوهای AC و درایو‌های DC

شکل موج

جریان مستقیم دارای شکل موج نیست، زیرا تنها در یک جهت جاری می‌شود. اگر DC را به اسیلوسکوپ متصل کنیم، یک خط مستقیم نشان خواهد داد. با این همه، اگر ولتاژ ضربه‌دار باشد، برای مثال در یک مدار دیجیتال که کاملاً با ولتاژ DC کار می‌کند، شکل موج سیگنال ممکن است به صورت یک زنجیره‌ی پالس و یا موج‌های مربعی دیده شود. اما شکل موج هرگز به زیر ۰V افت نمی‌کند.

جریان، ولتاژ، مقاومت و فرمول‌های توان DC

جریان DC
  • I = V/R
  • I = P/V
  • I = √P/R
ولتاژ DC
  • V = I x R
  • V = P / I
  • V = √ (P x R)
مقاومت DC
  • R = V/I
  • R = P/I2
  • R = V2/P
توان DC
  • P = IV
  • P = I2R
  • P = V2/R

که در آن‌ها:

I = جریان بر حسب آمپر (A)

V = ولتاژ بر حسب ولت (V)

P = توان بر حسب وات (W)

R = مقاومت بر حسب اهم (Ω)

ذخیره‌سازی و تبدیل بین AC و DC

در کاربردهای روزمره نیازمند هر دو نوع جریان الکتریکی هستیم. دستگاه‌های دیجیتال، مانند تلفن‌های هوشمند، لپ تاپ‌ها، کامپیوترها و غیره، با DC کار می‌کنند، درحالیکه ابزارهای خانگی مانند فن‌ها، لامپ‌ها، میکسرها و غیره با AC کار می‌کنند.

جریان مستقیم و جریان متناوب را می‌توان به جای همدیگر به کار برد. این دو نوع جریان را می‌توان به راحتی از یک حالت به حالت دیگر تبدیل کرد. دستگاهی که AC را به DC تبدیل می‌کند یکسوساز نامیده می‌شود، و دستگاهی که DC را به AC تبدیل می‌کند اینورتر نامیده می‌شود. ما از هر دوی آن‌ها بری تبدیل بین منابع تغذیه، با توجه به نیازهایمان استفاده می‌کنیم.

پریزهای موجود در خانه‌های ما تغذیه‌ی AC ارائه می‌کنند، اما وقتی نیازمند این هستیم که یک دستگاه DC نیز از همان پریز استفاده کند، از یکسوساز استفاده می‌کنیم (مانند منبع تغذیه‌ی موجود در PC یا آداپتور کابل لپ تاپ). این به ما کمک می‌کند از همان منبع برق برای تغذیه‌ی هر دو نوع دستگاه استفاده کنیم. همچنین می‌توانیم از تغذیه‌ی DC باتری‌ها برای تغذیه‌ی AC با اینورتر استفاده کنیم. اما یک محدودیت برای جریان متناوب وجود دارد؛ یعنی جریان الکتریکی تنها می‌تواند زمانی ذخیره شود که در حالت DC قرار داشته باشد. بنابراین، AC قبل از شارژ باتری مانند تلفن‌های همراه به DC نرم تبدیل می شود.

ذخیره‌سازی بار، امکان جابه‌جایی و وایرلس بودن دستگاه را فراهم می‌کند. ذخیره‌سازی همچنین به عنوان یک پشتیبان اضطرایی در شرایط بحرانی برای تغذیه‌ی تجهیزات حساس مانند بیمارستان‌ها و غیره استفاده می‌شود.

پست مرتبط: آیا می‌توانیم از مدارشکن AC برای مدار DC و برعکس استفاده کنیم؟

تبدیل و انتقال ولتاژ

خطوط انتقال به شکل گرما تلفات توان (I2R) تجربه می‌کنند که علت آن مقدار جریان عبوری از آن‌هاست. برای کاهش مقدار جریان، ولتاژ را افزایش می‌دهیم که همان توان تحویل داده شود (P=I*V).

در AC، ولتاژ‌ها را می‌توان به راحتی با استفاده از دستگاه‌هایی به نام ترانسفورماتور به ولتاژ‌های بالاتر یا پایین‌تر تبدیل کرد. در ایستگاه ژنراسیون[۱] یا تولید، از ترانسفورماتور افزاینده[۲] برای افزایش ولتاژ برای انتقال به فاصله‌های دور استفاده می‌کنیم. همچنین، همین ولتاژ برای سطوح ایمن یا خانگی و یا استفاده‌ی تجاری با استفاده از ترانسفورماتور کاهنده[۳] که در قطب شرکت‌های توزیع می‌بینیم کاهش داده می‌شود.

در انتقال ولتاژ بالای DC تلفات بسیار کمی وجود دارد و تنها نیازمند دو سیم است، اما نگهداری آن و تبدیل بین ولتاژ بالا و پایین بسیار هزینه‌بر است، پس هرگز از این روش استفاده نشده است. ولتاژ DC خطرناک‌تر از AC است، زیرا AC نوسان می‌کند ولی DC جریان مستقیم و ثابتی است که هرگز شما را رها نخواهد کرد!

تفاوت‌های اصلیِ بین AC و DC (ولتاژ و جریان)

جدول زیر مقایسه و تفاوت‌های کلیدی بین جریان متناوب AC و جریان مستقیم DC را نشان می‌دهد.

مشخصه جریان متناوب AC جریان مستقیم – DC
تعریف جریان الکتریکی که به صورت پریودیک بالا و پایین می‌شود جریان الکتریکی که تنها در جهت مستقیم حرکت می‌کند.
نماد تفاوت بین AC و DC تفاوت بین AC و DC
جهت جریان دوسویه است؛ یعنی می‌تواند در جهت مستقیم و معکوس جاری شود. تک سویه است و تنها در یک جهت حرکت می‌کند. یعنی مستقیم
ولتاژ و جریان جریان و ولتاژ به صورت پیوسته تغییر می‌کند. جریان و ولتاژ ثابت هستند.
قطبیت در AC قطبیتی وجود ندارد زیرا نوسان می‌کند. قطبیت ثابتی در DC با علامت (+) و علامت منفی (-) وجود دارد.
جابه‌جایی ترمینال‌ها یا قطبیت جابه‌جایی ترمینال منبع تأثیری در مدار نخواهد داشت. جابه‌جایی ترمینال منبع ممکن است به مدار آسیب زند.
فرکانس فرکانس جریان متناوب معمولاً ۵۰ یا ۶۰ است فرکانس جریان مستقیم ۰ است.
امپدانس مختلط AC در مدار راکتانس ایجاد می‌کند، پس امپدانس مختلط وجود دارد. مدار DC دارای بارهای مقاومتیِ خالص هستند. پس امپدانس کاملاً مقاومتی است.
فاکتور توان فاکتور توان در مدار AC همیشه برابر یا بین ۱ الی ۰ است. فرکانس صفر است، پس فاکتور توان همیشه ۱ است.
تولید
AC با استفاده از آلترناتور تولید می‌شود. با استفاده از کموتاتور در ژنراتور، با استفاده از پنل‌های خورشیدی، و یا واکنش شیمیایی در باتری‌ها و سلول‌ها تولید می‌شود.
شکل موج AC دارای شکل موج‌های سینوسی، مربعی، مثلثی، دندان اره‌ای است. تنها به صورت یک خط یا پالس وجود دارد.
تبدیل از یکسوساز برای تبدیل آن به DC استفاده می‌شود. از اینورتر برای تبدیل آن به AC استفاده می‌شود.
ذخیره‌سازی نمی‌توان آن را ذخیره کرد. می‌توان آن را مستقیماً ذخیره کرد.
انتقال در انتقال به فواصل دور تلفات وجود دارد. در ولتاژ بالا در فاصله‌ی دور تلفات انتقال بسیار کمی دارد.
خطوط انتقال نیازمند حداقل ۳ هادی جداگانه برای انتقال است. تنها نیازمند ۲ هادی برای انتقال است.
هزینه و نگهداری انتقال گران است، ولی نگهداری و تبدیل بین ولتاژ‌ها نسبت به DC آسان‌تر است. ارزان‌تر است، اما نگهداری آن خطرآفرین بوده و هزینه‌برتر از AC است.
خطر AC نسبت به DC خطر کمتری دارد، زیرا با بازه‌های منظم به ۰V می‌رسد (در ولتاژهای بالا نباید با آن بازی کرد). DC بسیار خطرناک و تهدیدکننده‌تر از AC است، زیرا جریان ثابتی را حفظ می‌کند.

لینک مقاله مرتبط:

تفاوت بین سیستم‌های انتقال AC و DC -(به همراه مزایا و معایب آن‌ها)

لینک مقاله زبان اصلی :

Difference between AC and DC (Current & Voltage)

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن