กระแสสลับ (AC) และกระแสตรง (DC) คืออะไรและการใช้งาน

กระแสสลับ (AC) และกระแสตรง (DC) คืออะไรและการใช้งาน

ทั้งกระแสสลับและกระแสตรงอธิบายถึงการไหลของกระแสสองประเภทในวงจร ในกระแสตรงประจุไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางเดียว ในกระแสสลับประจุไฟฟ้าจะเปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ บางครั้งแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะกลับด้านเนื่องจากกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนทิศทาง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลส่วนใหญ่ ที่คุณสร้างโดยใช้ DC อย่างไรก็ตามเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจแนวคิด AC บางประการ บ้านส่วนใหญ่มีสายสำหรับ AC ดังนั้นหากคุณคิดที่จะเชื่อมต่อโครงการ Tardis melody box กับเต้าเสียบคุณจะต้อง แปลง AC เป็น DC . AC ยังมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์บางอย่างเช่นความสามารถในการแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าด้วยส่วนประกอบเดียวเช่นหม้อแปลงซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมในตอนแรกเราจึงต้องเลือก AC เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล



กระแสสลับ (AC) คืออะไร

กระแสสลับหมายถึงการไหลของประจุที่เปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ เป็นผลให้ระดับแรงดันไฟฟ้ากลับไปพร้อมกับกระแสด้วย AC ใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับบ้านอาคารสำนักงาน ฯลฯ


กำลังสร้าง AC

AC สามารถผลิตได้โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ อุปกรณ์นี้เป็นชนิดพิเศษของ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ออกแบบมาเพื่อผลิตกระแสสลับ



กำลังสร้างกระแสสลับ

กำลังสร้าง AC

วงลวดหมุนอยู่ภายในสนามแม่เหล็กซึ่งทำให้เกิดกระแสตามเส้นลวด การหมุนของเส้นลวดมาจากทรัพยากรที่แตกต่างกันเช่นกังหันไอน้ำกังหันลมน้ำไหลเป็นต้น เนื่องจากลวดหมุนและเข้าสู่ขั้วแม่เหล็กที่แตกต่างกันเป็นระยะ ๆ แรงดันและกระแสไฟฟ้าจึงสลับกันบนลวด นี่คือภาพเคลื่อนไหวขนาดเล็กที่แสดงหลักการนี้:



ในการสร้าง AC ในชุดท่อน้ำเราเชื่อมต่อลักษณะทางกลของลูกสูบที่เคลื่อนย้ายน้ำในท่อไปมา (กระแส 'สลับ' ของเรา)

รูปคลื่น

AC สามารถมีรูปคลื่นได้หลายรูปแบบตราบใดที่กระแสและแรงดันไฟฟ้าสลับกัน หากเราเชื่อมต่อออสซิลโลสโคปเข้ากับวงจรที่มี AC และพล็อตแรงดันไฟฟ้าเป็นเวลานานเราอาจเห็นรูปคลื่นที่แตกต่างกันจำนวนมาก คลื่นไซน์เป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุดของ AC AC ในบ้านและสำนักงานส่วนใหญ่มีแรงดันไฟฟ้าสั่นที่ก่อให้เกิดคลื่นไซน์


ไซน์เวฟ

ไซน์เวฟ

รูปแบบอื่น ๆ ของ AC ได้แก่ คลื่นสี่เหลี่ยมและคลื่นสามเหลี่ยม คลื่นสี่เหลี่ยมมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลและสวิตชิ่งและยังทดสอบการทำงานด้วย

สแควร์เวฟ

สแควร์เวฟ

คลื่นสามเหลี่ยมมีประโยชน์สำหรับการทดสอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงเส้นเช่นเครื่องขยายเสียง

คลื่นสามเหลี่ยม

คลื่นสามเหลี่ยม

อธิบายคลื่นไซน์

เรามักจะต้องอธิบายรูปคลื่น AC ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ สำหรับตัวอย่างนี้เราจะใช้คลื่นไซน์ทั่วไป คลื่นไซน์มีสามส่วน: ความถี่แอมพลิจูดและเฟส

เมื่อมองไปที่แรงดันไฟฟ้าเราสามารถอธิบายสมการทางคณิตศาสตร์ของคลื่นไซน์ได้:

V (t) = Vp บาป (2πft + Ø)

V (t) คือแรงดันไฟฟ้าของเราตามฟังก์ชันของเวลาซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าของเราเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาเปลี่ยนไป

VP คือแอมพลิจูด สิ่งนี้อธิบายถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่คลื่นไซน์ของเราสามารถเข้าถึงได้ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าของเราสามารถเป็น + VP โวลต์, -VP โวลต์

ฟังก์ชัน sin () ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าของเราจะอยู่ในรูปของคลื่นไซน์เป็นระยะซึ่งเป็นการสั่นที่ราบรื่นประมาณ 0V

2πคือค่าคงที่ที่แปลงความถี่จากรอบหรือในเฮิรตซ์เป็นความถี่เชิงมุม (เรเดียนต่อวินาที)

f แสดงความถี่ของคลื่นไซน์ สิ่งนี้กำหนดให้ในรูปของเฮิรตซ์หรือหน่วยต่อวินาที

t คือตัวแปรตามของเรา: เวลา (วัดเป็นวินาที) รูปคลื่นของเราแตกต่างกันไป

φอธิบายเฟสของคลื่นไซน์ เฟสคือการวัดว่ารูปคลื่นเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อเทียบกับเวลา มักกำหนดเป็นตัวเลขระหว่าง 0 ถึง 360 และวัดเป็นองศา เนื่องจากลักษณะของคลื่นไซน์เป็นระยะ ๆ หากรูปคลื่นถูกเลื่อนไป 360 °มันจะกลายเป็นรูปคลื่นเดียวกันอีกครั้งราวกับว่ามันถูกเลื่อนโดย 0 ° เพื่อความง่ายเราจะถือว่าเฟสคือ 0 °สำหรับส่วนที่เหลือของบทช่วยสอนนี้

เราสามารถหันไปหาตัวอย่างที่ดีของรูปคลื่น AC ได้ ในสหรัฐอเมริกากำลังไฟฟ้าที่ให้กับบ้านของเราคือไฟฟ้ากระแสสลับที่มีค่าศูนย์ถึงจุดสูงสุด (แอมพลิจูด) และ 60Hz (ความถี่) ประมาณ 170V เราสามารถเสียบตัวเลขเหล่านี้ลงในสูตรเพื่อให้ได้สมการ

V (t) = 170 บาป (2π60t)

เราสามารถใช้เครื่องคำนวณกราฟที่มีประโยชน์เพื่อสร้างกราฟสมการนี้ หากไม่มีเครื่องคิดเลขกราฟเราสามารถใช้โปรแกรมสร้างกราฟออนไลน์ฟรีเช่น Desmos

เครื่องคิดเลขกราฟ

การใช้งาน

ร้านค้าในบ้านและสำนักงานมักใช้ใน AC เนื่องจากการสร้างและขนส่ง AC ในระยะทางไกลและค่อนข้างง่าย ที่แรงดันไฟฟ้าสูงเช่นมากกว่า 110kV พลังงานจะสูญเสียไปในการส่งพลังงานไฟฟ้าน้อยลง แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นหมายถึงกระแสที่ต่ำกว่าและกระแสที่ต่ำกว่าหมายถึงความร้อนที่เกิดขึ้นในสายไฟน้อยลงเนื่องจากความต้านทาน สามารถแปลงไฟฟ้ากระแสสลับจากแรงดันไฟฟ้าสูงได้อย่างง่ายดายโดยใช้หม้อแปลง

AC ยังสามารถ กำลังขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า . มอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เดียวกัน แต่มอเตอร์แปลง พลังงานไฟฟ้า เป็นพลังงานกล สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่จำนวนมากเช่นตู้เย็นเครื่องล้างจานและอื่น ๆ ที่ทำงานโดยใช้ AC

กระแสตรง (DC) คืออะไร

กระแสตรงหมายถึงการไหลของประจุไฟฟ้าแบบทิศทางเดียว ผลิตจากแหล่งต่างๆเช่นแบตเตอรี่แหล่งจ่ายไฟโซลาร์เซลล์เทอร์โมคัปเปิลหรือไดนาโม กระแสตรงอาจไหลในตัวนำเช่นลวด แต่ยังสามารถไหลผ่านฉนวนเซมิคอนดักเตอร์หรือสูญญากาศได้เช่นเดียวกับคานอิเล็กตรอนหรือไอออน

กำลังสร้าง DC

DC สามารถสร้างได้หลายวิธี

  • เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่เตรียมด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า 'คอมมิวเตเตอร์' สามารถผลิตไฟฟ้ากระแสตรงได้
  • การแปลง AC เป็น DC ของอุปกรณ์ที่เรียกว่า 'วงจรเรียงกระแส'
  • แบตเตอรี่ให้กระแสตรงซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีภายในแบตเตอรี่

การใช้การเปรียบเทียบน้ำของเราอีกครั้ง DC จะคล้ายกับถังน้ำที่มีสายยางอยู่ที่ส่วนท้าย

การสร้างกระแสตรง (DC)

กำลังสร้าง DC

ถังสามารถดันน้ำได้ทางเดียวเท่านั้นคือออกทางท่อ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ที่ผลิตไฟฟ้ากระแสตรงเมื่อถังว่างเปล่าน้ำจะไม่ไหลผ่านท่ออีกต่อไป

อธิบาย DC

DC หมายถึงการไหลของกระแส 'ทิศทางเดียว' และกระแสจะไหลเพียงทิศทางเดียว แรงดันและกระแสอาจเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาดังนั้นทิศทางของการไหลจึงไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อทำให้สิ่งต่างๆง่ายขึ้นเราจะถือว่าแรงดันไฟฟ้าเป็นค่าคงที่ ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ให้ 1.5V ซึ่งสามารถอธิบายได้ในสมการทางคณิตศาสตร์ดังนี้:

V (เสื้อ) = 1.5V

ถ้าเราพล็อตสิ่งนี้เมื่อเวลาผ่านไปเราจะเห็นแรงดันไฟฟ้าคงที่

พล็อต DC

พล็อต DC

กราฟด้านบนหมายความว่าเราสามารถนับแหล่งจ่ายไฟ DC ส่วนใหญ่เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ตลอดเวลา จริงๆแล้วแบตเตอรี่จะคายประจุออกอย่างช้าๆซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่อใช้แบตเตอรี่ สำหรับวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่เราสามารถสันนิษฐานได้ว่าแรงดันไฟฟ้าคงที่

การใช้งาน

ทั้งหมด โครงการอิเล็กทรอนิกส์ และชิ้นส่วนสำหรับขายบน SparkFun ทำงานบน DC ทุกอย่างที่ใช้แบตเตอรี่หมดเสียบเข้ากับผนังด้วยอะแดปเตอร์ AC หรือใช้สาย USB ในการจ่ายไฟต้องใช้ DC ตัวอย่างของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DC ได้แก่ :

  • โทรศัพท์มือถือ
  • ไฟฉาย
  • ถุงมือลูกเต๋า D&D ที่ใช้ LilyPad
  • ทีวีจอแบน (AC เข้าสู่ทีวีซึ่งแปลงเป็น DC)
  • รถยนต์ไฮบริดและไฟฟ้า

ดังนั้นนี่คือข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับกระแสสลับกระแสตรงและการใช้งาน เราหวังว่าคุณจะเข้าใจแนวคิดนี้ดีขึ้น นอกจากนี้ข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับแนวคิดนี้หรืออื่น ๆ โครงการไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โปรดให้ข้อเสนอแนะที่มีค่าของคุณโดยการแสดงความคิดเห็นในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณ ความแตกต่างระหว่างกระแสสลับและกระแสตรงคืออะไร เหรอ?

เครดิตภาพ: