תורת החשמל - זרם חילופין

אחת הדרכים הנפוצות ביותר ליצור חשמל היא באמצעות גנרטורים לזרם חילופין.
גנרטורים אלה מבוססים על התכונה הפיזיקלית שסליל של חוטים מלופפים,
המסתובב בשדה מגנטי במהירות קבועה, יוצר מתח חשמלי מהצורה הבאה:
(e = Vn sin. (wt + Φ
כאשר :  w = 2πf
ואילו : f = תדר הסיבוב

 



קל להסביר את נכונות התוצאה הזו בצורה ציורית אשר
מתיחסת למיבנה המכני של הגנרטור

 



נביט על המעגל המייצג עבורינו את גוף הגנרטור.
המחוג מייצג עבורינו את הרוטור (או החלק המסתובב שלו)
האנך מייצג עבורינו את המתח המושרה בסלילי הרוטור.
אם נסובב את המחוג במהירות קבועה  w אזי הזוית של המחוג
בכל רגע ורגע תהיה נתונה ע”י wt ואילו גודל האנך נתון ע”י:  wt. sin  v = e
צורת המתח בציר הזמן נראת כסינוס עם אמפליטודה (גודל מקסימלי) V והיא מחזורית.

 



הערך Φ שהופיע בנוסחה המקורית הינו הפאזה של המתח,
ביחס לאיזה מתח יחוס שאנו קובעים ואשר ברגע “0” ערכו “0” .
wt.sin 1 = Vref מתוך הגדרת מתח היחוס אנו יכולים להגדיר כל מתח
לא באמצעות הפונקציה הרגעית (או הזמנית) שלו, אלא באמצעות שני
פרמטרים (Φ,V)  כאשר V יהיה הגודל המקסימלי של המתח e ואילו  הזוית היחסית
בינו לבין המתח Vref, ייצוג זה מוכר בשם פאזור.

 



מערכת תלת פאזית
אם ניקח את הסליל המסתובב שלנו ונכפיל אותו ב- 3 ונמקם את הסלילים בזוית
שווה זה מזה כלומר:

120°=3 / 360°
ושוב נמדוד את האנך נקבל שלשה מתחים, ראה ציור 5:

 



המערכת הנ”ל מוכרת כמערכת תלת פאזית.
תכונה חשובה ביותר במערכת כזו היא:
eR + eS + eT = 0
תכונה זו אומרת שבמערכת תלת פאזית מאוזנת סכום המתחים שווה ל- “0 “
ומשמועותה המעשית היא שבמערכות אלה ניתן לוותר על
מוליך ה “0 “ ולספק את האנרגיה אך ורק באמצעות שלשה מוליכים.
באופן מעשי בגנרטורים חשמלים, מסתובב בדרך כלל השדה המגנטי ואילו הסליל
נייח ונמצא בסטטור.


אלמנטים של מעגל חשמלי    C  .  L  .  R
המתח הסינוסואידלי המושרה בדרך כלל מוזן לעומס חשמלי. עומס כזה יכול להיות:
נגד, קבל או סליל
יתכן גם שילוב של כולם או חלקם.
אנו יודעים כי כאשר נופל מתח על האלמנט החשמלי זורם דרכו זרם,
התנהגות זרם זה תלויה בסוג האלמנט החשמלי (העומס).
נראה אם כן כי קיימים הקשרים הבאים עבור עומסים שונים:

 



עבור מערכת עם כניסת מתח סינוסי e-V sin. wt נקבל:
ir = V/R sin. wt = Ir sin. wt = Ir 
ic=wc*Vcos.wt=Ic sin.(wt+90°)=Ic
il=V/ WI cos. wt=il sin.(wt-90°)=il 

אימפדנס
האימפדנס מוגדר כיחס בין פאזור המתח על רכיב כלשהו לבין פאזור הזרם על אותו רכיב.
Z=V / I  ואזי הצגה פאזורית של: קבל, נגד וסליל תהיה כדלקמן:

 



תוצאה חשובה: לקבל ולסליל יש הזזת פאזה יחסית לנגד.
תוצאה חשובה נוספת: אימפדנס של סליל וקבל תלויים בתדר (w) והנגד לא.

הספק
ההספק מוגדר כמכפלה של הזרם במתח , w=e*I, ובצורה פאזורית:  V*I
כאשר Φ הינה הזוית שבין הפאזור של המתח והפאזור של הזרם. (ציור 6):

 

 ההספק הזה ניתן לחלוקה לשני רכיבים ניצבים זה לזה  P   ו-  Q  
באופן כללי הספק ממשי הוא הספק הבא לידי ביטוי בעבודה כמו חום או תנועה,
ואילו ההספק המדומה הוא הספק המתפתח בתוך המערכת ואינו ניתן להמרה לעבודה.

 


 

 

המאמר נכתב על ידי נסים לוי, מנכ"ל סופקו אינטרנשיונל.

השאירו פרטים ונחזור אליכם בהקדם

'

'