อะไรคือความแตกต่างและตำแหน่งที่ใช้กระแสตรงและกระแสสลับ

ในโลกสมัยใหม่ ทุกคนต้องสัมผัสกับไฟฟ้ามาตั้งแต่เด็ก การกล่าวถึงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติครั้งแรกนี้เกิดขึ้นตั้งแต่สมัยของนักปรัชญาอริสโตเติลและทาเลส ผู้สนใจคุณสมบัติอันน่าพิศวงและลึกลับของกระแสไฟฟ้า แต่ในศตวรรษที่ 17 เท่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ได้เริ่มค้นพบเกี่ยวกับพลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องมาจนถึงทุกวันนี้

การค้นพบกระแสไฟฟ้าและการสร้างโดย Michael Faraday ในปี พ.ศ. 2374 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกของโลกได้เปลี่ยนแปลงชีวิตมนุษย์อย่างสิ้นเชิง เราเคยชินกับความจริงที่ว่าชีวิตของเราง่ายขึ้นด้วยอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า แต่จนถึงตอนนี้คนส่วนใหญ่ยังไม่เข้าใจปรากฏการณ์สำคัญนี้ ในการเริ่มต้น เพื่อทำความเข้าใจหลักการพื้นฐานของไฟฟ้า จำเป็นต้องศึกษาคำจำกัดความพื้นฐานสองประการ: กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟ

กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟคืออะไร

 

ไฟฟ้า คือการเคลื่อนที่แบบมีลำดับของอนุภาคที่มีประจุ (ตัวพาประจุไฟฟ้า). พาหะของกระแสไฟฟ้าคืออิเล็กตรอน (ในโลหะและก๊าซ) ไอออนบวกและแอนไอออน (ในอิเล็กโทรไลต์) รูที่การนำไฟฟ้าของรูอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์นี้แสดงออกโดยการสร้างสนามแม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีหรือความร้อนของตัวนำ ลักษณะสำคัญของกระแสคือ:

• กำลังไฟฟ้าที่กำหนดโดยกฎของโอห์มและวัดเป็นแอมแปร์ (แต่) ในสูตรจะแสดงด้วยตัวอักษร I;
• กำลังตามกฎหมาย Joule-Lenz วัดเป็นวัตต์ (อ.) เขียนแทนด้วยตัวอักษร P;
• ความถี่ วัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz).

กระแสไฟฟ้าในฐานะตัวพาพลังงานใช้เพื่อให้ได้พลังงานกลโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้า เพื่อให้ได้พลังงานความร้อนในเครื่องทำความร้อน การเชื่อมไฟฟ้าและเครื่องทำความร้อน เพื่อกระตุ้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่างๆ เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กในแม่เหล็กไฟฟ้าและเพื่อให้ได้แสง พลังงานในอุปกรณ์ให้แสงสว่างและโคมไฟชนิดต่างๆ .

แรงดันไฟฟ้า เป็นงานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าเคลื่อนประจุ 1 จี้ (Cl) จากจุดหนึ่งของตัวนำไปยังอีกจุดหนึ่ง จากคำจำกัดความนี้ ยังยากที่จะเข้าใจว่าความเครียดคืออะไร

เพื่อให้อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่จากขั้วหนึ่งไปอีกขั้วหนึ่ง จำเป็นต้องสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างขั้วเหล่านี้ (นั่นคือสิ่งที่เรียกว่าความตึงเครียด). หน่วยของแรงดันไฟฟ้าคือโวลต์ (ที่).

เพื่อให้เข้าใจคำจำกัดความของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าในที่สุด จึงมีการเปรียบเทียบที่น่าสนใจ: ลองนึกภาพว่าประจุไฟฟ้าคือน้ำ จากนั้นแรงดันน้ำในคอลัมน์คือแรงดัน และความเร็วของการไหลของน้ำในท่อ คือความแรงของกระแสไฟฟ้า ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูงเท่าใด กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

กระแสสลับคืออะไร

หากคุณเปลี่ยนขั้วของศักย์ ทิศทางของการไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนไป เป็นกระแสที่เรียกว่าตัวแปร จำนวนทิศทางการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่า ความถี่ และวัดดังที่กล่าวไว้ข้างต้นในหน่วยเฮิรตซ์ (Hz). ตัวอย่างเช่นในเครือข่ายไฟฟ้ามาตรฐานในประเทศของเราความถี่คือ 50 Hz นั่นคือทิศทางของการเคลื่อนที่ปัจจุบันเปลี่ยนแปลง 50 ครั้งต่อวินาที

กระแสตรงคืออะไร

เมื่อการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาคที่มีประจุมีทิศทางเดียวเท่านั้น กระแสดังกล่าวจะเรียกว่าค่าคงที่ กระแสตรงเกิดขึ้นในเครือข่ายแรงดันคงที่เมื่อขั้วของประจุที่ด้านหนึ่งและอีกด้านหนึ่งคงที่ตลอดเวลา มักใช้ในอุปกรณ์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เมื่อไม่ต้องการส่งพลังงานในระยะไกล

แหล่งที่มาของกระแสไฟฟ้า

แหล่งที่มาของกระแสไฟฟ้า มักเรียกว่าอุปกรณ์หรืออุปกรณ์ที่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าในวงจรได้ อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถสร้างได้ทั้งกระแสสลับและกระแสตรง ตามวิธีการสร้างกระแสไฟฟ้า แบ่งออกเป็นเครื่องกล แสง ความร้อน และเคมี

เครื่องกล แหล่งกระแสไฟฟ้าแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าอุปกรณ์เหล่านี้มีหลายประเภท เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเนื่องจากการหมุนของแม่เหล็กไฟฟ้ารอบขดลวดของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสลับ

แสงสว่าง แหล่งแปลงพลังงานโฟตอน (พลังงานแสง) เป็นไฟฟ้า พวกเขาใช้คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ในการผลิตแรงดันไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับฟลักซ์ของแสง แผงโซลาร์เซลล์เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ดังกล่าว

ความร้อน - แปลงพลังงานความร้อนเป็นไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสารกึ่งตัวนำสัมผัสสองคู่ - เทอร์โมคัปเปิล ขนาดของกระแสในอุปกรณ์ดังกล่าวเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแตกต่างของอุณหภูมิ ยิ่งความแตกต่างมาก ความแรงของกระแสก็จะยิ่งมากขึ้น แหล่งดังกล่าวถูกนำมาใช้ ตัวอย่างเช่น ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ

เคมี แหล่งกระแสไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ดังกล่าวรวมถึงแบตเตอรี่กัลวานิกและตัวเก็บประจุชนิดต่างๆ แหล่งปัจจุบันที่อิงจากเซลล์กัลวานิกมักใช้ในอุปกรณ์แบบสแตนด์อโลน รถยนต์ เทคโนโลยี และเป็นแหล่งกระแสตรง

การแปลง AC เป็น DC

อุปกรณ์ไฟฟ้าในโลกใช้กระแสตรงและกระแสสลับ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องแปลงกระแสหนึ่งเป็นกระแสอื่นหรือในทางกลับกัน

จากกระแสสลับสามารถรับกระแสตรงได้โดยใช้ไดโอดบริดจ์หรือที่เรียกว่า "วงจรเรียงกระแส" แก่นของวงจรเรียงกระแสคือไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่นำไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น หลังจากไดโอดนี้กระแสจะไม่เปลี่ยนทิศทาง แต่ระลอกคลื่นปรากฏขึ้นซึ่งจะถูกกำจัดด้วยความช่วยเหลือของ ตัวเก็บประจุ และฟิลเตอร์อื่นๆ วงจรเรียงกระแสมีให้เลือกทั้งแบบเครื่องกล สุญญากาศ หรือเซมิคอนดักเตอร์

ขึ้นอยู่กับคุณภาพของการผลิตของอุปกรณ์ดังกล่าว ระลอกปัจจุบันที่เอาท์พุทจะมีค่าแตกต่างกันตามกฎ ยิ่งอุปกรณ์มีราคาแพงและดีกว่า ระลอกน้อยและกระแสที่สะอาดกว่า ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าวได้แก่ พาวเวอร์ซัพพลาย อุปกรณ์และเครื่องชาร์จต่าง ๆ วงจรเรียงกระแสของโรงไฟฟ้าในโหมดการขนส่งต่าง ๆ เครื่องเชื่อม DC และอื่น ๆ

อินเวอร์เตอร์ใช้เพื่อแปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับ อุปกรณ์ดังกล่าวสร้างแรงดันไฟฟ้าสลับกับไซนัส อุปกรณ์ดังกล่าวมีหลายประเภท: อินเวอร์เตอร์พร้อมมอเตอร์ไฟฟ้า รีเลย์ และอิเล็กทรอนิกส์ ทั้งหมดแตกต่างกันในด้านคุณภาพของกระแสไฟสลับ ต้นทุน และขนาด ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าว ได้แก่ เครื่องสำรองไฟ อินเวอร์เตอร์ในรถยนต์ หรือตัวอย่าง ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ใช้ที่ไหนและข้อดีของกระแสสลับและกระแสตรงคืออะไร

งานต่าง ๆ อาจต้องใช้ทั้ง AC และ DC กระแสแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง

กระแสสลับ ส่วนใหญ่มักใช้เมื่อมีความจำเป็นในการส่งกระแสไฟในระยะทางไกล เป็นการสมควรมากกว่าที่จะส่งกระแสดังกล่าวจากมุมมองของการสูญเสียที่อาจเกิดขึ้นและต้นทุนของอุปกรณ์ นั่นคือเหตุผลที่เครื่องใช้ไฟฟ้าและกลไกส่วนใหญ่ใช้กระแสไฟฟ้าประเภทนี้เท่านั้น

บ้านพักอาศัยและสถานประกอบการ โครงสร้างพื้นฐาน และสิ่งอำนวยความสะดวกด้านการขนส่งอยู่ห่างจากโรงไฟฟ้า ดังนั้นเครือข่ายไฟฟ้าทั้งหมดจึงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ เครือข่ายดังกล่าวฟีดเครื่องใช้ในครัวเรือน, อุปกรณ์อุตสาหกรรม, หัวรถจักรรถไฟ มีอุปกรณ์จำนวนมหาศาลที่ทำงานโดยใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ และอธิบายอุปกรณ์ที่ใช้กระแสตรงได้ง่ายกว่ามาก

 

กระแสตรง ใช้ในระบบอัตโนมัติ เช่น ระบบออนบอร์ดของรถยนต์ เครื่องบิน เรือ หรือรถไฟฟ้า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในแหล่งจ่ายไฟของไมโครเซอร์กิตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ในการสื่อสารและอุปกรณ์อื่นๆ ซึ่งจำเป็นต้องลดปริมาณการรบกวนและการกระเพื่อมหรือกำจัดให้หมด ในบางกรณี กระแสดังกล่าวถูกใช้ในการเชื่อมด้วยไฟฟ้าโดยใช้อินเวอร์เตอร์ มีแม้กระทั่งตู้รถไฟที่ทำงานบนระบบ DC ในทางการแพทย์กระแสดังกล่าวใช้เพื่อแนะนำยาเข้าสู่ร่างกายโดยใช้อิเล็กโตรโฟรีซิสและเพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ในการแยกสารต่างๆ (โปรตีนอิเล็กโตรโฟรีซิส ฯลฯ).

การกำหนดเครื่องใช้ไฟฟ้าและไดอะแกรม

มักมีความจำเป็นต้องกำหนดว่าปัจจุบันอุปกรณ์ทำงานอย่างไร ท้ายที่สุด การเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ทำงานด้วยกระแสตรงกับเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับจะนำไปสู่ผลที่ไม่พึงประสงค์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้: ความเสียหายต่ออุปกรณ์ ไฟไหม้ ไฟฟ้าช็อต สำหรับเรื่องนี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป อนุสัญญา สำหรับระบบดังกล่าวและแม้กระทั่งรหัสสีของสายไฟ

ตามธรรมเนียมแล้ว สำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทำงานด้วยกระแสตรง จะมีการระบุหนึ่งบรรทัด เส้นทึบสองเส้น หรือเส้นทึบร่วมกับเส้นประซึ่งอยู่ด้านล่างอีกเส้นหนึ่ง นอกจากนี้กระแสดังกล่าวยังมีการกำหนดเป็นตัวอักษรละติน กระแสตรง. ฉนวนไฟฟ้าของสายไฟในระบบ DC สำหรับสายบวกมีสีแดง ลวดลบเป็นสีน้ำเงินหรือสีดำ

ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องจักร ไฟฟ้ากระแสสลับจะแสดงด้วยตัวย่อภาษาอังกฤษ AC หรือเส้นหยัก บนไดอะแกรมและในคำอธิบายของอุปกรณ์นั้น ยังระบุด้วยสองบรรทัด: ทึบและหยัก ซึ่งอยู่ใต้อีกบรรทัดหนึ่ง ตัวนำไฟฟ้าส่วนใหญ่กำหนดไว้ดังนี้ เฟสเป็นสีน้ำตาลหรือสีดำ ศูนย์คือสีน้ำเงิน และพื้นเป็นสีเหลืองเขียว

เหตุใดจึงใช้กระแสสลับบ่อยขึ้น

ข้างต้น เราได้พูดคุยกันแล้วว่าเหตุใดกระแสสลับจึงถูกใช้บ่อยกว่ากระแสตรง เรามาดูรายละเอียดปัญหานี้กันดีกว่า

การโต้เถียงกันเกี่ยวกับกระแสไฟที่จะใช้ได้ดีกว่านั้นเกิดขึ้นตั้งแต่การค้นพบด้านไฟฟ้า แม้กระทั่งเรื่องที่เรียกว่า "สงครามแห่งกระแสน้ำ" - การเผชิญหน้าระหว่าง Thomas Edison และ Nikola Tesla สำหรับการใช้กระแสน้ำประเภทใดประเภทหนึ่ง การต่อสู้ระหว่างสาวกของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่เหล่านี้ดำเนินไปจนถึงปี 2550 เมื่อเมืองนิวยอร์กเปลี่ยนมาใช้กระแสสลับจากกระแสตรง

เหตุผลที่ใหญ่ที่สุดว่าทำไม AC ถูกใช้บ่อยขึ้นก็เพราะ ความสามารถในการส่งสัญญาณในระยะทางไกลโดยสูญเสียน้อยที่สุด. ยิ่งระยะห่างระหว่างแหล่งจ่ายกระแสกับผู้บริโภคปลายทางมากเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สายไฟ และการสูญเสียความร้อนเพื่อให้ความร้อน

เพื่อให้ได้พลังงานสูงสุด จำเป็นต้องเพิ่มความหนาของสายไฟ (และลดแรงต้าน) หรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้า

ในระบบ AC คุณสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าด้วยความหนาขั้นต่ำของสายไฟ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของสายไฟฟ้า สำหรับระบบที่มีกระแสตรง ไม่มีวิธีที่ไม่แพงและมีประสิทธิภาพในการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นสำหรับเครือข่ายดังกล่าว จำเป็นต้องเพิ่มความหนาของตัวนำหรือสร้างโรงไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวนมาก ทั้งสองวิธีนี้มีราคาแพงและเพิ่มค่าไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับ

ด้วยความช่วยเหลือของหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับมีประสิทธิภาพ (ด้วยประสิทธิภาพสูงสุดถึง 99%) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทุกทิศทางจากค่าต่ำสุดถึงสูงสุด ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบที่สำคัญของเครือข่าย AC การใช้ระบบไฟ AC แบบสามเฟสช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น และเครื่องจักร เช่น มอเตอร์ที่ใช้ไฟ AC นั้นเล็กกว่า ถูกกว่า และบำรุงรักษาง่ายกว่ามอเตอร์ DC

จากที่กล่าวมาข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับมีประโยชน์ในเครือข่ายขนาดใหญ่และเมื่อส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกล และเพื่อให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ทำงานอัตโนมัติทำงานได้อย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพ แนะนำให้ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง

บทความที่คล้ายกัน: