ديد کلي
جريان متناوب به جرياني گفته مي‌شود که در آن معادله جريان يک تابع تناوبي از زمان باشد، به عبارت ديگر جريان متناوبا با زمان تغيير کند. جرياني که بوسيله نيروگاههاي برق توليد مي‌شود جريان متناوب است. اگر انرژي الکتريکي و بخصوص جريان متناوب در دسترس عبور تکنولوژي جديد و در واقع نحوه زندگي امروزي غير از اين بود که هست، بدون نيروي محرکه الکتريکي متناوب و جريانهاي حاصل از آنها توليد شبکه‌هاي سراسري برق ، راديو ، تلويزيون ، سيستمهاي مخابرات ، سيستمهاي کامپيوتري و غيره امکان پذير نبود.
جريان برق داراي سه اثر شيميايي ، گرمايي و مغناطيسي است. اين آثار مخصوص جريان مستقيم نيستند و در جريان متناوب ظاهر مي‌شوند ولي تغييرات لحظه‌اي جريان متناوب و تغيير جهت در آن ، به اين آثار کيفيت و خواص متفاوتي مي‌دهد که در جريان مستقيم مشاهده نمي‌شود. جريان متناوب از خازن عبور مي‌کند اما از سيم پيچ به علت وجود اثر خودالقايي بخوبي نمي‌گذرد. براي حل مدارهاي جريان متناوب در حالتهاي ساده مي‌توان از روش محاسبه شده استفاده کرد، ولي در مدارهاي سري و موازي و مدارهاي نسبتا پيچيده اين روش عملي نيست و بايد از روشهاي ديگري مانند اعداد مختلط و روش رسم فرنل يا برداري استفاده کرد.
بررسي جريان متناوب و ولتاژ عناصر مدار
در جريان مستقيم القاگر مثل مدار کوتاه و خازن مثل مدار باز عمل مي‌کند، اما در جريان متناوب با بسامد زاويه‌اي ? القاگر و خازن ، مقاومتي از خود نشان مي‌دهد که مقدار آن به ? بستگي دارد. بنابراين در جريان متناوب با سه نوع مقاومت سر و کار داريم. براي آنکه بتوانيم مدارهاي متشکل از اين مقاومتها را بررسي کنيم بايد خصوصيات و تأثير هر کدام از آنها را در مدار بدانيم، در تحليل مدارهاي جريان متناوب مي‌توانيم مانند جريان مستقيم قوانين ولتاژ و جريان کيرشهف را بکار ببريم. زيرا اين قوانين در هر لحظه در مورد يک مدار صادق هستند.
مدار مقاومتي
مقدار مقاومت به فرکانس بستگي ندارد، اگر از اين مقاومت جريان i = ImSin?t بگذرد، اختلاف پتانسيل لحظه‌اي دو سر آن عبارت است از VR = Ri = RImSin?t ، در مقاومت اهمي R ، جريان و ولتاژ باهم اختلاف فاز ندارند.
مدار القايي
در يک مدار شامل القاگر مي‌دانيم که VL= Ldi/dt پس با فرض i = ImSin?t و VL = L?ImCos?t که در آن xL = L? را راکتانس القايي مي‌نامند، در جريان متناوب القاگر L در اثر خود القايي يک مقاومت xL از خود نشان مي‌دهد که متناسب با بسامد زاويه‌اي ? است. در جريان مستقيم (? = 0)
xL = 0 است، يعني القاگر به صورت مدار کوتاه عمل مي‌کند، ولي در بسامدهاي خيلي بالا رفتار القاگر مانند يک مقاومت بسيار بزرگ است. در حالتي که L فقط در مدار است ولتاژ القاگر به اندازه 90 درجه نسبت به جريان تقدم فاز دارد.
مدار خازني
مي‌دانيم که iC = dq/dt = Cdv/dt با فرض V = VmSin?t و iC = C?Cos?t که در آن (xC = 1/(C? را راکتانس خازن مي‌نامند. در جريان متناوب خازن C يک مقاومت 1-(C?) از خود نشان مي‌دهد که هر چه C يا ? کمتر باشد اين مقاومت بيشتر است. در جريان مستقيم (? = 0) و xC = ? است يعني خازن به صورت مدار باز عمل مي کند، ولي در بسامدهاي خيلي بالا رفتار خازن مثل يک شارش بسيار کوچک است. در اين حالت جريان به اندازه 90 درجه نسبت به ولتاژ تقدم فاز دارد.
اتصال سري R ، L ، C
اختلاف پتانسيل دو سر R برابر RIe و اختلاف پتانسيل دو سر L برابر xLIe و تاختلاف پتانسيل دو سر C برابر xCIe است. اگر معادله جريان به صورت i = ImSin?t باشد، معادله ولتاژ دو سر مدار به صورت (V = VmSin(?t + ? است ولتاژ مؤثر کل دو سر مدار عبارت است از:
Ve = (Ve²+(VeL - VeC)² اگر طرفين معادله فوق را بر Ie تقسيم کنيم
Z² = R² + (xeL - xeC)² را داريم که امپدانس (مقاومت ظاهري) ناميده مي‌شود.
tan? = R/Z يا tan? = xL - xC/R
xL - xC راکتانس ناميده مي‌شود، امپدانس Z دو مؤلفه است: مؤلفه اهمي يا حقيقي R و مؤلفه راکتيو يا موهومي xL - xC.
تشديد در مدار RLC
هرگاه در يک مدار RLC مؤلفه راکتيو (xL - xC) صفر باشد مي‌گوييم مدار در حالت تشديد است، اين تعريف معادل اين است که بگوييم اختلاف فاز ? برابر صفر است، يعني در شرايط تشديد جريان و ولتاژ مدار همفازند. با توجه به تعريف تشديد L? = 1/C? و xL = xC شرط تشديد عبارت است از: LC?² = 1 و بسامد زاويه‌اي تشديد ?² = ?0² = 1/LC با توجه به شرط تشديد در مدار RLC ملاحظه مي‌شود که در حالت Z=R ، Cos? = 1 و tg? = 0 و جريان Ie بيشترين مقدار را دارد، زيرا در اين حالت راکتانس مجموعه القاگر و خازن و همچنين ولتاژ اين مجموعه صفر است و قابليت رسانايي مدار از هر حالت ديگر بيشتر است.
اتصال موازي RLC
اگر ولتاژ V = VmSin?t معادله جريان کل عبارت است از: (i = ImSin(?t + ? جريان مؤثر کل مدار:
Ie² = IeR² + (IeC - IeL)²
که اگر طرفين معادله را بر Ve تقسيم کنيم ادميتانس مدار بدست مي‌آيد:
y² = (1/R)² + (1/xC - 1/xL)²1/xC را سوسپتانس خازني و (xL-1) را سوسپتانس القايي مي‌نامند. ادميتانس شامل دو مؤلفه است: مؤلفه حقيقي و مؤلفه سوسپتيو.
تشديد در مدار موازي RLC
در اين مدار نيز شرط تشديد از 1/xC/1 - xL بدست مي‌آيد که متناظر ?=0 است در نتيجه شرط تشديد LC?² = 1 و بسامد زاويه‌اي تشديد برابر ?² = ?0² = 1/LC ، در اين حالت جريان Ie کمترين مقدار را دارد، زيرا سوسپتانس مجموعه القاگر و خازن و همچنين جريان اين مجموعه صفر است و قابليت رسانايي مدار از هر حالت ديگر کمتر است.
منبع:http://atwis.com /خ