Transcript پيوست 2396 كيلوبايت

‫مقدمه‬
‫عناوين‬
‫پس از اتمام اين دوره شما بايد بتوانيد ‪:‬‬
‫• تفاوت بين رسانا (هادي )و نا رسانا (عايق)را توضيح دهيد ‪.‬‬
‫• قانون اهم رابراي محاسبه ي جريان ‪ ،‬ولتاژ و مقاومت به كار ببريد ‪.‬‬
‫• مقاومت معادل مقاومت هاي موازي و سري و يا مدارهاي تركيبي را محاسبه نماييد ‪.‬‬
‫• افت ولتاژ دو سر يك مقاومت را محاسبه نماييد ‪.‬‬
‫• توان و موارد اصلي ديگر داده شده را محاسبه نماييد ‪.‬‬
‫• فاكتور هايي كه جهت و قطبيت ميدان مغناطيس ي يك فلز حامل جريان را تعيين مي كند تشخيص دهيد ‪.‬‬
‫• مقادير ماكزيمم و مينيمم ‪،‬مقادير متوسط و موثر يك موج سينوس ي ‪ AC‬را تعيين نماييد ‪.‬‬
‫• فاكتور هايي كه روي راكتانس خازني و القايي در يك مدار ‪ AC‬تاثير مي گذارد را شناسايي كنيد ‪.‬‬
‫•ا مپدانس كل يك مدار ‪ AC‬را محاسبه نماييد ‪.‬‬
‫• تفاوت بين توان حقيقي و توان ظاهري را در يك مدار ‪AC‬را توضيح دهيد ‪.‬‬
‫اجزاء يك اتم‬
‫مفهوم الكتريسيته با عناصر پايه ي سازنده مواد يعني اتم اغاز مي شود ‪ .‬هسته ي يك اتم از پروتون‬
‫ها و نوترون ها تشكيل شده است ‪ .‬پروتون ها يك بار مثبت دارند و نوترون ها خنثي مي باشند‬
‫‪.‬الكترون ها با بار منفي به دور هسته در گردش ا ند ‪(.‬فقط الكترون ها و پرتون ها در شكل نشان‬
‫داده شده ا ند ‪.‬قسمت هاي آبي رنگ هسته ‪ ،‬نوترون ها را نشان ميدهند ‪).‬‬
‫الكترون هاي آزاد‬
‫الكترون ها ي خارجي ترين اليه مي توا نند بوسيله ي يك نيروي خارجي مثل ميدان مغناطيس ي ‪،‬اصطكاك و يا‬
‫واكنش هاي شيميايي از مدارشان خارج شوند ‪.‬‬
‫در اين صورت « الكترون هاي آزاد» ناميده مي شوند ‪ .‬مبناي الكتريسيته حركت اين الكترون هاي آزاد است ‪.‬‬
‫هادي ها‬
‫جريان الكتريكي هنگامي ايجاد مي شود كه الكترون هاي آزاد از يك اتم به اتم ديگر منتقل شوند ‪ .‬ماده‬
‫اي كه به الكترون ها اجازه حركت آزادانه را مي دهد هادي (رسانا) ناميده مي شود ‪.‬‬
‫مس ‪،‬نقره ‪،‬الومينيوم ‪،‬روي ‪ ،‬آهن از جمله هادي هاي خوب مي باشند ‪.‬‬
‫نارساناها‬
‫موادي كه به تعداد كمي از الكترون ها اجازه ي حركت مي دهند ‪ ،‬نارسانا (عايق) ناميده مي شوند ‪.‬‬
‫پالستيك ‪ ،‬الستيك ‪ ،‬شيشه ‪ ،‬ميكا و سراميك نارسا نا مي باشند ‪.‬‬
‫كاربرد هادي و عايق در كنار هم‬
‫بسياري از قطعات الكتريكي مثل كابل ‪ ،‬تركيبي از هادي ها و عايق ها هستند ‪ .‬عايق دور كابل رسانا ‪،‬‬
‫به جريان اجازه ميدهد كه تنها در هادي جاري شود ‪.‬‬
‫بارهاي الكتريكي‬
‫موادي كه الكترون اضافي دارند ‪ ،‬داراي بار منفي هستند ‪ .‬موادي كه تعداد پروتون هايشان بيشتر از‬
‫الكترون هايشان است داراي بار مثبت مي باشند ‪ .‬عناصري كه تعداد پروتون ها و الكترون هاي‬
‫مساوي دارند خنثي (بي بار ) ناميده مي شوند ‪.‬‬
‫بارها در اطراف خودشان ميدان الكتريكي غير قابل مشاهده اي دارند كه مي توان اثر اين ميدان را‬
‫توسط خطوط نيرو يي كه به صورت شعاعي از بار مثبت شروع و به بار منفي ختم مي شوند ‪ ،‬نشان‬
‫داد ‪ .‬بارهاي ناهمنام يكديگر را جذب مي نمايند و بارهاي همنام يكديگر را دفع مي كنند ‪.‬‬
‫نيمه هادي ها‬
‫‪reversed‬‬
‫‪reversed‬‬
‫با اين كه نامشان نيمه هادي است اما آنها چيزي بين رسانا و عايق نيستند ‪ .‬بلكه آنها موادي با‬
‫آرايش خاص ي از كريستال ها هستند كه وقتي نيروي الكتريكي در يك جهت اعمال مي شو د به‬
‫عنوان رسانا و وقتي جهت اعمال نيرو معكوس شود به عنوان نارسانا عمل مي كند ‪.‬‬
‫اين اصل اساس كار ديود ها و ترانزيستور ها و ديگر قطعات الكترونيكي نيمه هادي مي باشد ‪.‬‬
‫جريان‬
‫جريان ‪ ،‬شارش الكترون هاي آزاد در يك ماده از يك اتم به اتم بعدي و در يك جهت مشخص مي‬
‫باشد كه آن را با نماد « ‪ »I‬نشان مي دهند‪ ،‬و با واحد آمپر سنجيده مي شود ‪.‬‬
‫جريان‬
‫بعض ي دانشمندان بين شارش الكترون و شارش جريان تمايز قائل مي شوند ‪.‬تئوري شارش جريان‬
‫قرار دادي شارش الكترون را رد مي كند و اظهار مي دارد كه جريان از مثبت به منفي شارش مي يابد‬
‫براي جلوگيري از اشتباه ‪ ،‬اين دوره نظريه ي شارش الكترون را به كار مي برد كه اظهار مي دارد‬
‫الكترون ها از منفي به مثبت شارش مي يابند‬
‫ولتاژ‬
‫به نيرويي كه موجب جاري شدن جريان در يك هادي مي شود نيروي محركه الكتريكي گويند كه از‬
‫وجود يك اختالف پتانسيل ناش ي مي شود ‪ .‬از اختالف پتانسيل عمدتا با عنوان ولتاژ ياد مي شود‬
‫و بر حسب ولت سنجيده مي شود ‪.‬‬
‫مقاومت‬
‫تمام مواد تا حدي مانع شارش جريان مي شوند ‪ .‬اين خاصيت مقاومت ناميده مي شود واحد اندازه‬
‫گيري مقاومت اهم است كه با حرف يوناني ( ‪ )Ω‬نمايش داده مي شود ‪ .‬با افزايش طول يا كاهش قطر‬
‫مقاومت زياد مي شود ‪.‬قطعاتي كه براي داشتن مقدار مقاومت خاص ي توليد مي شوند ” مقاومت“ ناميده‬
‫مي شوند ‪.‬عايق ها مقاومت بسيار بااليي در برابر عبور جريان دارند در حالي كه هادي ها مقاومت كمي‬
‫در برابر عبور جريان دارند و به جريان اجازه مي دهند به راحتي جاري شود ‪.‬‬
‫قانون اهم‬
‫قانون اهم فرمول پايه در مدارهاي الكتريكي است ‪ .‬اين قانون اظهار مي دارد كه جريان رابطه ي‬
‫مستقيم با ولتاژ و رابطه ي عكس با مقاومت دارد ‪.‬در فرمول فوق اين موضوع بيان شده است ‪.‬‬
‫قانون اهم‬
‫سه قاعده زير را به خاطر بسپاريد‪:‬‬
‫•جريان هميشه بر حسب آمپر بيان مي شود ‪.‬‬
‫•ولتاژ هميشه بر حسب ولت بيان مي شود ‪.‬‬
‫•مقاومت هميشه بر حسب اهم بيان مي شود ‪.‬‬
‫در مدار الكتريكي فوق قانون اهم براي يافتن جريان به كار رفته است ‪.‬‬
‫مقاومت مدار سري‬
‫مدار سري هنگامي شكل مي گيرد كه تعدادي مقاومت به صورت پشت سر هم قرار گيرند به گونه اي‬
‫كه تنها يك مسير جريان وجود داشته باشد ‪.‬مقدار مقاومت ها در يك مدار سري با هم جمع مي شوند به‬
‫عنوان مثال مقاومت كل ( ‪ )Rt‬در مدار سري فوق ‪ 16.1‬اهم مي باشد ‪.‬‬
‫ولتاژ مدار سري‬
‫ولتاژ دوسر هر مقاومت در يك مدار سري افت ولتاژ نام دارد ‪.‬افت ولتاژ دو سر مقاومت به مقدار‬
‫مقاومت و مقدار جريان عبوري از آن ( بر حسب آمپر) بستگي دارد ‪ .‬در شكل فوق به عنوان نمونه ‪4‬‬
‫مقاومت مساوي ‪1.5‬اهمي به صورت سري با يك باتري ‪12‬ولت قرار گرفته اند ‪.‬قانون اهم نشان مي‬
‫دهد كه افت ولتاژ دوسر مقاومت ها با هم مساوي هستند ‪.‬‬
‫مدار موازي‬
‫مدار موازي وقتي شكل مي گيرد كه بيش از يك مسير جريان موجود باشد ‪ .‬وقتي دو يا چند مقاومت به‬
‫صورت پهلو به پهلو قرار گرفته باشند در اين صورت يك مدار موازي خواهد بود ‪.‬‬
‫مقاومت مدارموازي‬
‫وقتي چند مقاومت نا مساوي به صورت موازي قرار گيرند ‪ ،‬فرمول ديگري مورد نياز است ‪.‬گرچه‬
‫مثال زير سه مقاومت را نشان مي دهد اما فرمول آن قابل تعميم به هر تعداد مقاومت ديگر مي‬
‫باشد ‪.‬‬
‫ولتاژ مدار موازي‬
‫هنگامي كه مقاومت ها به صورت موازي با منبع ولتاژ قرار گرفته باشند ‪ ،‬ولتاژ دو سر مقاومت ها‬
‫مساوي و برابر با ولتاژ منبع خواهد بود‪.‬‬
‫جريان مدار موازي‬
‫جريان عبوري در يك مدار موازي كه شامل مقاومت هاي مساوي است به صورت يكسان بين‬
‫شاخه ها تقسيم مي شود ‪.‬جريان كل عبوري ‪ ،‬مجموع جريان شاخه هاست‪.‬‬
‫وقتي مقاومت ها ي نامساوي به صورت موازي در يك مدار قرار گيرند ‪ ،‬مقدار و جهت جريان ها‬
‫در شاخه ها متفاوت خواهد بود‪.‬جريان مسيري كه كمترين مقاومت را دارد بيشتر است‪.‬با توجه به‬
‫شكل ‪،‬جريان بيشتري از مقاومت‪ R1‬نسبت به مقاومت ‪ R2‬عبور مي كند‪.‬جريان هر شاخه مي‬
‫تواند توسط قانون اهم محاسبه شود‪.‬‬
‫مدارهاي تركيبي‬
‫بسياري از مدار ها از تعدادي مقاومت سري و موازي تشكيل شده اند ‪ ،‬اين مدار ها را مدار هاي‬
‫تركيبي مي گويند‬
‫مدار هاي تركيبي مي توانند به مدارهاي ساده تر تبديل شوند ‪ .‬براي ساده سازي مدار مثال زير‪ ،‬ابتدا‬
‫مقاومت معادل مدار موازي را مي يابيم ‪.‬‬
‫مدار مي تواند دوباره با مقادير معادل جديد رسم شود ‪ .‬نتيجه يك مدار سري ساده مي باشدكه‬
‫براي حل مسئله ‪ ،‬معادالت آموخته شده ي قبلي را به كار مي بريم ‪.‬‬
‫توان‬
‫كار هنگامي صورت مي گيردكه يك نيروي اعمالي موجب حركت شود ‪ .‬در يك مدار الكتريكي ‪ ،‬نيروي اعمالي‬
‫‪ ،‬ولتاژ است وجريان همان حركت است ‪ .‬سرعتي كه تحت آن كار انجام مي شود توان ناميده مي شود‬
‫‪.‬مقدار توان مصرفي(بر حسب وات) در يك مدار الكتريكي به مقدار جريان عبوري از يك مقاومت و ولتاژ‬
‫اعمالي ‪ ،‬بستگي دارد ‪.‬‬
‫الكتريسيته و مغناطيس‬
‫از آن جايي كه از مغناطيس براي ايجاد جريان استفاده مي شود و همچنين جريان الكتريكي يك نيروي‬
‫مغناطيس ي ايجاد مي كند ‪ ،‬درك مغناطيس براي درك الكتريسيته بسيار مهم و ضروري است‪ .‬آهن ربا‬
‫هاي دائمي براي حفظ خاصيت مغناطيس ي خود ‪ ،‬نياز به جريان الكتريكي ندارند ‪ .‬سه نوع متداول‬
‫آهن رباهاي دائمي آهن رباي ميله اي ‪ ،‬نعلي شكل و قطب نماي مغناطيس ي مي باشد ‪.‬‬
‫قاعده اصلي مغناطيس‬
‫هرآهن ربا دو قطب شمال و جنوب دارد ‪ .‬اينها مناطقي هستند كه ماكزيمم ربايش را دارند ‪ .‬خطوط شار‬
‫مغناطيس ي كه قابل مشاهده نيستند ‪ ،‬از قطب شمال به سمت قطب جنوب است ‪.‬با اين كه خطوط‬
‫شار غير قابل مشاهده هستند اما اثر مغناطيس ي آنها مي تواند مشاهده شود ‪.‬وقتي كه يك برگه كاغذ‬
‫كه روي آن براده هاي آهن پخش شده است را باالي يك آهن ربا قرار دهيم ‪ ،‬براده ها خودشان را در‬
‫راستاي خطوط شار منظم مي كنند ‪.‬‬
‫اگر در امتداد مسيرهايي كه به وسيله ي براده هاي آهن در شكل قبل به وجود آمد ‪ ،‬خطوطي رسم‬
‫شود ‪ ،‬خطوط شار به دست مي آيد ‪.‬خطوط شار مغناطيس ي از قطب شمال به سمت قطب جنوب‬
‫امتداد دارد ‪.‬اين خطوط هميشه حلقه بسته اي را كه به سمت قطب شمال برمي گردد ‪ ،‬در سرتا‬
‫سر آهنربا تشكيل مي دهند ‪.‬‬
‫الكترومغناطيس‬
‫هرگاه جريان در يك هادي شارش يابد در اطراف آن ميدان مغناطيس ي به وجود مي آيد ‪ .‬رابطه ي معيني‬
‫بين جهت جريان و جهت ميدان مغناطيس ي وجود دارد ‪ .‬براي هادي ها قاعده دست چپ اين رابطه را‬
‫شرح مي دهد ‪ .‬اگر يك هادي حامل جريان را دردست چپ بگيريم به طوري كه انگشت شست در جهت‬
‫جريان قرار گيرد ‪ ،‬انگشتان ديگر به جهت خطوط شار مغناطيس ي اشاره مي كند ‪.‬‬
‫يك سيم پيچ حامل جريان به عنوان حلقه هاي سيمي منحصر به فرد ‪،‬توليد ميدان هاي مغناطيس ي‬
‫كوچكي مي كنند ‪.‬اين ميدان هاي منحصر به فرد همديگر را تقويت مي كنند و ميدان بزرگي را ايجاد‬
‫مي كنند ‪ .‬شدت اين ميدان را مي توان با افزايش تعداد دورهاي سيم پيچ يا افزايش جريان ‪،‬تقويت‬
‫نمود ‪.‬قانون دست چپ براي سيم پيچ نيز وجود دارد ‪ .‬انگشتان دست چپ را در جهت جريان به دور‬
‫سيم پيچ حلقه كنيد ‪ .‬انگشت شست به قطب شمال اشاره مي كند ‪.‬‬
‫جريان متناوب‬
‫در جريان متناوب الكترون ها ابتدا در يك جهت و سپس در جهت ديگر جاري مي شود ‪ .‬جريان و ولتاژ‬
‫هر دو به طور مداوم تغيير مي كنند ‪ .‬شكل نمودار جريان متناوب )‪ ، (AC‬به صورت موج سينوس ي مي‬
‫باشد كه جريان يا ولتاژ را نشان مي دهد ‪ .‬دو محور براي موج سينوس ي رسم مي شود ‪.‬محور عمودي‬
‫دامنه و جهت جريان يا ولتاژ را نشان مي دهد ‪ .‬محور افقي زمان يا زاويه چرخش را نشان مي دهد ‪.‬‬
‫هنگامي كه شكل موج باالي محور زمان است ‪ ،‬گوييم جريان در جهت مثبت جاري است ‪ ،‬وقتي شكل‬
‫موج زير محور زمان است گوييم جريان در جهت منفي جاري است ‪.‬يك سيكل كامل در ‪ 360‬درجه‬
‫اتفاق مي افتد كه نيمي مثبت و نيمي منفي است ‪.‬‬
‫مولد ‪ AC‬ساده‬
‫اين مولد ‪ AC‬ساده از يك مغناطيس دائم ‪،‬يك آرميچر ‪،‬حلقه هاي لغزان)‪، (sleep rings‬‬
‫جاروبك و يك بار مقاومتي تشكيل شده است ‪ .‬يك آرميچر به طور معمول از تعدادي سيم رسانا كه‬
‫دور حلقه هايي پيچيده شده اند ‪ ،‬تشكيل شده اند اين حلقه ها حول ميدان مغناطيس ي دائم حركت‬
‫مي كند ‪ .‬براي ساده تر شدن ‪ ،‬در شكل فقط يك حلقه نشان داده شده است ‪ .‬هنگامي كه حلقه ي‬
‫آرميچر در ميدان مغناطيس دائم حركت مي كند ‪ ،‬ولتاژي توليد مي شود كه باعث ايجاد جريان مي‬
‫شود ‪.‬حلقه ي لغزنده با آرميچر تماس دارد و با آن مي چرخد ‪.‬جاروبك هاي زغالي حلقه ي لغزنده‬
‫براي رساندن جريان از آرميچر به بار مقاومتي ‪ ،‬در خالف جهت آن مي لغزند ‪.‬‬
‫مولد ‪AC‬‬
‫شكل ‪1‬‬
‫شكل ‪2‬‬
‫با توجه به اين كه آرميچر در ميدان مغاطيس ي مي چرخد ‪ ،‬در وضعيت ابتدايي صفر درجه (شكل ‪،)1‬‬
‫هاديهاي آرميچر به موازات ميدان مغناطيس ي حركت مي كنند ‪.‬آنها هيچ يك از خطوط شار مغناطيس ي را‬
‫قطع نمي كنند بنابرين هيچ ولتاژي القا نمي شود ‪.‬‬
‫با توجه به اين كه آرميچر از˚‪ 0‬تا ˚ ‪ 90‬مي چرخد (شكل‪ ، )2‬هادي ها ‪ ،‬خطوط شار مغناطيس ي بيشتر و‬
‫بيشتري را قطع مي كنند‪ .‬ولتاژ القايي به ماكزيمم مقدار در جهت مثبت مي رسد ‪.‬‬
‫شكل ‪3‬‬
‫شكل ‪4‬‬
‫با توجه به اين كه مولد به چرخش خود از ˚ ‪ 90‬تا ˚ ‪ 180‬ادامه مي دهد (شكل ‪ ،)3‬آرميچر خطوط شار‬
‫مغناطيس ي كمتري را قطع مي كند ‪. ،‬ولتاژ القايي از مقدار ماكزيمم مثبت به صفر كاهش مي يابد‪.‬‬
‫آرميچر به چرخش خود از ˚‪ 180‬تا ˚‪ 270‬ادامه مي دهد (شكل‪ .)4‬هاديها خطوط شار مغناطيس ي بيشتر و‬
‫بيشتري را قطع مي كند اما در جهت مخالف ‪ .‬ولتاژي در جهت منفي القا مي شود وبه مقدار ماكزيمم در‬
‫˚‪ 270‬مي رسد ‪.‬‬
‫آرميچر به چرخش خود از ˚‪ 270‬تا ˚‪ 360‬ادامه مي دهد ‪ .‬ولتاژ القايي از مقدار ماكزيمم منفي به‬
‫صفر كاهش مي يابد و اين ‪ ،‬چرخه را كامل مي كند ‪.‬‬
‫فركانس‬
‫فركانس مولد ‪ ،‬تعداد سيكل هاي ولتاژ القا شده درآرميچر در هر ثانيه ‪ ،‬مي باشد ‪.‬اگر يك آرميچر‬
‫تك حلقه اي با سرعت ‪ 60‬دور بر ثانيه (‪ )rpm‬بچرخد ولتاژ القا شده ‪ 60‬سيكل بر ثانيه خواهد بود‬
‫‪ .‬عبارت معادل براي سيكل بر ثانيه ‪ ،‬هرتز مي باشد ‪ .‬فركانس استاندارد مولدهاي ‪ AC‬در‬
‫امريكا ‪ 60 hz‬مي باشد ‪ .‬در بعض ي كشورها (از جمله ايران) فركانس توان خط ‪ 50 hz‬مي باشد ‪.‬‬
‫دو سيكل‬
‫يك دور‬
‫اگر ميدان مغناطيس ي تنها بوسيله دو قطب ايجاد شود ‪، ،‬فركانس با تعداد چرخش در هر ثانيه مي‬
‫باشد ‪ .‬افزايش در تعداد قطب ها به طور متناظر باعث افزايش در تعداد سيكل هاي كامل در يك‬
‫دور مي شود ‪.‬‬
‫ولتاژ يا جريان پيك‬
‫مقدار پيك يك موج سينوس ي در هر سيكل دوبار اتفاق مي افتد ‪ .‬يكي در مقدار ماكزيمم مثبت و‬
‫يكي در مقدار ماكزيمم منفي ‪.‬‬
‫پيك تو پيك ولتاژ يا جريان‬
‫قدر مطلق اختالف بين مقدار پيك مثبت و منفي ولتاژ يا جريان ‪ ،‬مقدار پيك تو پيك )‪ (p-p‬ناميده مي‬
‫شود ‪.‬‬
‫ولتاژ يا جريان نمونه‬
‫ولتاژ لحظه اي ‪ ،‬مقدار ولتاژ در هر لحظه از موج سينوس ي است ‪ .‬كه مي تواند در هر نقطه اي از صفر‬
‫تا مقدار پيك باشد ‪ .‬مثال فوق مقاديرولتاژ لحظه اي را در ˚‪150˚ ، 90‬و ˚‪ 240‬نشان مي دهد ‪.‬در اين‬
‫مثال پيك ولتاژ ‪100‬ولت مي باشد ‪.‬‬
‫ولتاژ و جريان موثر)‪(RMS‬‬
‫روش ي براي تبديل مقادير مختلف ولتاژ و جريان سينوس ي ‪ ،‬به مقدار ثابت معادل انها ‪ ،‬مورد نياز است‬
‫‪ .‬مقدار موثر ولتاژ يا جريان ‪ ،‬متداولترين روش براي بيان مقداي ‪ AC‬مي باشد كه به مقدار ‪RMS‬‬
‫)‪ (root- mean-square‬نيز معروف است ‪.‬به عنوان مثال وقتي گفته مي شود ‪ 120‬ولت اين‬
‫همان مقدار ‪ RMS‬آن است ‪ .‬براي يك موج سينوس ي مقدار موثر )‪ 0.707 (RMS‬برابر مقدار پيك‬
‫ولتاژ است ‪.‬‬
‫خود القايي و خودالقا‬
‫در مدارهاي ‪ AC‬مقاومت و ولتاژ تنها عوامل موثر روي جريان نيستند ‪ .‬دو عامل ديگر به نام هاي اندوكتانس‬
‫(خود القايي) كاپاستانس (ظرفيت خازني )كه روي جريان ‪ AC‬تاثير مي گذارند‪.‬‬
‫خود القايي(اندوكتانس ) ‪ ،‬ويژگي مدار الكتريكي است كه با هر گونه تغييري در جريان مخالفت مي نمايد ‪ .‬كه با‬
‫حرف ‪ L‬نمايش داده مي شود ‪ .‬واحد اندازه گيري خود القايي هانري )‪ (H‬مي باشد ‪ .‬هر تغييري در جريان يك‬
‫خودالقا(سلف) ‪ ،‬نيرو محركه اي در جهت مخالف توليد مي كند كه با عامل به وجود آورنده آن تغيير مخالفت‬
‫مي كند ‪.‬در يك مدار ‪AC‬جريان دائما تغيير مي كند و نيرو محركه مخالف توليد مي كند ‪.‬‬
‫يك خود القا(سلف) قطعه اي است كه براي داشتن مقدار خود القايي خاص ي طراحي مي شود ‪ .‬چند نمونه از‬
‫خود القاها يا قطعاتي كه خاصيت خود القايي دارند مثل چوك ‪ ،‬سيم پيچ ‪ ،‬رله و موتور مي باشند ‪.‬‬
‫اندوكتانس ها در سري‬
‫قواعد محاسبه ي اندوكتانس كل اندوكتانسها ي سري ‪ ،‬همانند قواعد محاسبه ي مقاومت كل در‬
‫يك مدار سري مي باشد ‪ .‬در مدار فوق اندوكتانس كل ‪ 6 mH‬مي باشد ‪.‬‬
‫اندوكتانس در حالت موازي‬
‫قواعد محاسبه ي مقاومت كل در يك مدار موازي را مي توان براي محاسبه ي اندوكتانس كل در يك‬
‫مدار موازي به كار برد ‪ .‬در شكل فوق اندوكتانس كل ‪ 2.8 mH‬مي باشد ‪.‬‬
‫خازن و ظرفيت خازني‬
‫ظرفيت خازني(كاپاسيتانس) ويژگي مدار الكتريكي است كه با تغيير ولتاژ مخالفت مي كند ‪ .‬اين ويژگي‬
‫يك مدار يا قطعه رابراي ذخيره ي بار الكتريكي فعال مي كند ‪.‬خازن قطعه اي ا ست كه براي داشتن‬
‫مقدار ظرفيت خاص توليد مي شود ‪ .‬واحد اندازه گيري آن فاراد)‪ (F‬مي باشد ‪ .‬خازن ها معموال بر‬
‫حسب ميكروفاراد (‪ ) µ F‬يا پيكوفاراد )‪ (pF‬نامگذاري مي شوند ‪.‬‬
‫خازن ها در حالت سري‬
‫قوانين محاسبه ي مقاومت كل در يك مدار موازي را مي توان براي خازن سري به كار برد ‪ .‬در مدار‬
‫فوق ظرفيت كل‪ 2.8 µ F‬مي باشد ‪.‬‬
‫خازن هاي موازي‬
‫قوانين محاسبه ي مقاومت كل در يك مدار سري مي تواند براي خازن هاي موازي به كار رود‪ .‬در‬
‫مدار فوق ظرفيت كل‪ 35µ F‬مي باشد ‪.‬‬
‫راكتانس‬
‫در يك مدار مقاومتي محض ‪ ،‬عاملي را كه با عبور جريان مخالفت مي كند مقاومت نامند ‪ .‬در يك‬
‫مدار ‪ AC‬سلف ها و خازن ها هم با عبور جريان مخالفت مي كنند ‪ .‬مخالفتي كه سلف و خازن در‬
‫برابر جريان از خود نشان مي دهند راكتانس ناميده مي شود‪.‬‬
‫راكتانس القايي‬
‫مخالفتي راكه سلف در برابر جريان متناوب از خود نشان مي دهد راكتانس القايي گويند ‪ .‬راكتانس‬
‫القايي كه بر حسب اهم اندازه گيري مي شود ‪ ،‬با فركانس )‪ (f‬و اندوكتانس )‪ (L‬متناسب مي باشد‬
‫‪.‬افزايش فركانس يا اندوكتانس موجب افزايش راكتانس القايي مي شود ‪.‬‬
‫راكتانس خازني‬
‫مخالفتي كه خازن در برابر جريان متناوب از خود نشان مي دهد راكتانس خازني )‪ (Xc‬ناميده مي‬
‫شود ‪ (Xc).‬با فركانس )‪ (f‬و ظرفيت خازن )‪ (C‬نسبت عكس دارد ‪ .‬خازن هاي بزرگتر ظرفيت‬
‫خازني كوچكتري دارند‪ .‬راكتانس خازني نيز بر حسب اهم اندازه گيري مي شود ‪.‬‬
‫امپدانس‬
‫عامل مخالف جريان متناوب كه توسط مدار ايجاد مي شود امپدانس )‪ (Z‬ناميده مي شود‬
‫امپدانس‪ ،‬برآيند بردارهاي راكتانس )‪ (XL , XC‬و مقاومت مي باشد ‪ .‬يك بردار اندازه و جهت‬
‫دارد ‪ .‬اندازه آن با طول بردار در يك شكل نشان داده مي شود ‪ .‬جهت بردار با زاويه بردار‬
‫مشخص مي شود (كه با حرف يوناني ‪ θ‬نشان مي دهيم ) ‪.‬‬
‫فاز ولتاژ و جريان (مدار مقاومتي )‬
‫در مدار مقاومتي محض ‪ ،‬ولتاژ و جريان هم فاز هستند ‪.‬‬
‫فاز هاي ولتاژ و جريان (مدار سلفي)‬
‫يك مدار جريان متناوب )‪ ، (AC‬هميشه تعدادي عناصر راكتيو سلف يا خازن يا هر دو را دارا مي‬
‫باسد ‪ .‬در يك مدار سلفي محض ‪ ،‬ولتاژ نسبت به جريان ‪ 90 °‬تقدم فاز دارد ‪.‬‬
‫فاز هاي ولتاژ و جريان (در مدار مقاومتي و سلفي )‬
‫در اين مدار ساده راكتانس القايي )‪ (XL‬و مقاومت )‪ (R‬در فركانس مورد نظر با هم مساوي‬
‫هستند ‪ .‬وقتي دياگرام برداري آن را رسم نماييم ‪ ،‬مشاهده مي كنيم كه زاويه برآيند ‪ 45°‬مي‬
‫باشد ‪.‬در اين حالت ‪ ،‬ولتاژ نسبت به جريان ‪ 45°‬تقدم فاز خواهد داشت ‪(.‬به خاطر داشته باشيد‬
‫كه سلف با تغيير جريان مخالفت مي نمايد بنابرين در مدار سلفي ولتاژ نسبت به جريان تقدم فاز‬
‫خواهد داشت ‪).‬‬
‫فاز هاي ولتاژ و جريان( در يك مدار خازني)‬
‫در يك مدار خازني محض ‪ ،‬جريان نسبت به ولتاژ ‪ 90°‬تقدم فاز خواهد داشت ‪.‬‬
‫فازها (در مدار مقاومتي و خازني )‬
‫در مداري كه شامل خازن و مقاومت است ‪ ،‬جريان مدار نسبت به ولتاژ تقدم فازي كمتر از ‪90°‬‬
‫خواهد داشت ‪ .‬در مدار نمومه فوق ‪ ،‬مقاومت و راكتانس خازني با هم برابر هستند ‪.‬اگر دياگرام‬
‫برداري رسم شود مشاهده مي نماييم كه زاويه بردار برآيند ‪ -45°‬خواهد بود ‪.‬در اين مثال ‪ ،‬ولتاژ‬
‫نسبت به جريان در فركانس نشان داده شده ‪ 45°‬تقدم فاز خواهد داشت ‪.‬‬
‫محاسبه ي امپدانس‬
‫فرمول فوق جهت محاسبه ي امپدانس كل ‪ Z‬يك مدار ‪ AC‬سري شامل مقاومت ‪ ،‬خازن و سلف مورد‬
‫استفاده قرار مي گيرد ‪.‬‬
‫در اين حالت اگر راكتانس سلفي از راكتانس خازني بزرگتر باشد ‪ ،‬حاصل ‪ Xc-XL‬عددي مثبت خواهد بود‬
‫‪ .‬زاويه فاز مثبت نشان مي دهد كه راكتانس شبكه سلفي است ‪.‬‬
‫اگر راكتانس خازني از راكتانس سلفي بزرگتر باشد ‪،‬حاصل ‪ Xc-XL‬عددي منفي خواهد بود ‪.‬عالمت منفي‬
‫زاويه ي فاز نشان مي دهد كه راكتانس شبكه خازني است ‪.‬‬
‫در مدار ‪ AC‬فوق )در فركانس‪ 60‬هرتز( مقاومت‪ ،1000Ω‬سلف ‪ 5mh‬و خازن ‪ 2 µF‬مي باشد ‪ .‬براي‬
‫محاسبه امپد انس كل ابتدا بايد راكتانس هر عنصر راكتيو ( سلف و خازن ) محاسبه شود ‪.‬‬
‫توان‬
‫در مدار ها ي مقاومتي توان مصرفي به صورت گرما تلف مي شود ‪ ،‬كه به آن توان حقيقي مي گويند ‪.‬‬
‫تواني كه در اختيار خازن و سلف قرار مي گيرد ‪ ،‬به توان راكتيو معروف است ‪ .‬در يك مدار ‪ AC‬توان‬
‫كل از توان حقيقي و توان راكتيو تشكيل مي شود ‪ .‬بردار برآيند توان حقيقي و توان راكتيو ‪ ،‬توان‬
‫ظاهري ناميده مي شود ‪.‬‬
‫لفظ « ظاهري» را از اين جهت به كار مي بريم كه عناصر راكتيو ايده آل ( خازن ها و سلف ها ) توان‬
‫را به صورت گرما تلف نمي كنند بلكه فقط آن را به صورت ميدان هاي الكترو مغناطيس ي يا الكترو‬
‫استاتيكي ذخيره يا آزاد مي كنند ‪.‬‬
‫مدار ‪ AC‬و فرمول هاي فوق توان حقيقي و توان ظاهري را نشان مي دهد امپدانس داده شده و جريان‬
‫بدست آمده از قانون اهم ‪ 0.0849‬آمپر مي باشد ‪ .‬توان حقيقي تلف شده توسط مقاومت ‪ 7.2‬وات مي باشد‬
‫توان ظاهري ‪ 10.2‬ولت آمپر مي باشد ‪.‬‬
‫ضريب توان‬
‫ضريب توان نسبت توان حقيقي به توان ظاهري مي باشد كه رابطه اي است براي اندازه گيري‬
‫مقدار تواني كه مصرف مي شود و مقدار تواني كه به منبع برگشت داده مي شود ‪ .‬ضريب توان‬
‫اهميت زيادي دارد زيرا روي راندمان سيستم هاي توزيع توان اثر مي گذارد ‪.‬‬
‫ضريب توان توسط رابطه ي فازي بين ولتاژ و جريان تعيين مي شود و در حقيقت ‪ ،‬كسينوس زاويه‬
‫بين آنها مي باشد‪ .‬در يك مدار مقاومتي محض ‪ ،‬كه جريان و ولتاژ هم فاز هستند اختالف فاز صفر‬
‫مي باشد ‪ .‬كسينوس صفر درجه يك است ‪ .‬بنابر اين ‪ ،‬ضريب توان يك مي باشد و اين بدان معني‬
‫است كه همه انرژي توليدي منبع ‪ ،‬توسط مدار مصرف مي شود ‪.‬‬
‫در مدار راكتيو هميشه مقداري اختالف فاز بين ولتاژ و جريان وجود دارد ‪ .‬به عنوان مثال اگر اين‬
‫زاويه ˚‪ 45‬باشد ‪ ،‬ضريب توان ‪ 0.707‬خواهد بود كه همان كسينوس ˚‪ 45‬مي باشد ‪.‬‬
‫ترانسفورماتور ها‬
‫ترانسفورماتور ها و قطعات الكترو مغناطيس ي براي انتقال انرژي از يك مدار به مدار ديگر از طريق‬
‫القاي متقابل به كار مي روند ‪ .‬ترانسفورماتورها داراي سيم پيچ اوليه و ثانويه هستند ‪ .‬يك منبع ‪AC‬‬
‫توان سيم پيچ اوليه را تامين مي كند ‪ .‬ميدان مغناطيس ي توليد شده توسط سيم پيچ اوليه ولتاژي در‬
‫سيم پيچ ثانويه القا مي كند كه توان را به بارمي رساند ‪.‬‬
‫ترانسفورماتور ا فزاينده‬
‫يك ترانسفور ماتورافزاينده براي افزايش ولتاژ در مدار ثانويه به كار مي رود ‪ .‬سيم پيچ اوليه تعداد دور‬
‫كمتري نسبت به سيم پيچ ثانويه دارد ‪ .‬در مدار فوق يك ترانسفور ماتور براي افزايش ولتاژ از ‪ 120‬ولت‬
‫در سيم پيچ اوليه به ‪ 240‬ولت در سيم پيچ ثانويه به كار رفته است ‪ .‬گفته مي شود كه اين ترانسفور‬
‫ماتور نسبت ‪ 1:2‬دارد زيرابه همان نسبت امپدانس افزايش و جريان نيز به همان نسبت كاهش يافته‬
‫است‪ .‬در اين مثال با جريان ‪ 10‬آمپر در اوليه جريان ثانويه ‪ 5‬آمپر خواهد بود ‪.‬‬
‫ترانسفور ماتور كاهنده‬
‫ترانسفور ماتور كاهنده براي كاهش مقدار ولتاژ به كار مي رود ‪ .‬سيم پيچ اوليه ترانسفورماتور‬
‫كاهنده تعداد دور بيشتري نسبت به سيم پيچ ثانويه دارد ‪.‬در مثال فوق تعداد دور سيم پيچ اوليه‬
‫دو برابر سيم پيچ ثانويه است بنابر اين نسبت كاهش ‪ 2:1‬مي باشد ‪ .‬ولتاژ و امپدانس هر دو كاهش‬
‫مي يابند در حالي كه جريان به همان نسبت افزايش مي يابد ‪.‬‬
‫ترانسفورماتورهاي سه فاز‪ -‬ثانويه با اتصال مثلثي‬
‫ترانسفورماتور هاي سه فاز هنگامي به كار مي روند كه توان سه فاز مورد نياز است ‪ .‬مثال بارهاي بزرگ‬
‫نظير موتورهاي ‪AC‬صنعتي ‪ ،‬معموال توان سه فاز نياز دارند ‪ .‬دو نوع اتصال اصلي ترانسفورماتورها ي‬
‫سه فاز اتصال مثلث و ‪ Y‬مي باشد ‪ .‬در هر دو اتصال ولتاژ ثانويه برابر ولتاژ هر يك از فازها مي باشد ‪ .‬در‬
‫شكل فوق ‪ ،‬اتصال ترانسفورماتور سه فاز به صورت مثلث و ولتاژ ثانويه ‪ 480‬ولت ‪ AC‬مي باشد ‪.‬‬
‫ترانسفورماتور هاي سه فاز – ثانويه با اتصال ‪Y‬‬
‫اتصال ‪Y‬كه به اتصال ستاره معروف است ‪ ،‬چهار خط دارد ‪ .‬يكي از آنها مشترك با هر يك از فازها‬
‫است ‪ .‬اين خط به عنوان نقطه ي خنثي شناخته مي شود ‪ .‬ولتاژ خط به خط ‪ )√3(1.732‬برابر‬
‫ولتاژبين نقطه ي خنثي و هر خط است ‪.‬در مثال فوق ولتاژ خط به خط سيم پيچ ثانويه ‪480‬ولت مي‬
‫باشد ‪.‬ولتاژ بين نقطه ي خنثي و هر خط ‪277‬ولت مي باشد ‪.‬‬