کد خبر: ۳۶۵۸۹
تاریخ انتشار: ۱۵:۵۷ - ۳۰ دی ۱۳۹۷
متداول‌ترین شکل موجی که در مهندسی برق استفاده می‌شود، شکل موج سینوسی است. هرچند، همیشه شکل موج‌ها نرم نیستند و ممکن است شکل موج‌های مثلثاتی فقط پایه آن‌ها باشند. از شکل موج‌های رایج دیگر، می‌توان به شکل موج‌های پیچیده، مربعی و مثلثی اشاره کرد.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، می دانیم  که جریان مستقیم یا DC شکلی از جریان یا ولتاژ الکتریکی است که در یک مدار برقرار است و فقط یک جهت دارد (مثبت یا منفی است). در حالت کلی، جریان‌ها و ولتاژ‌های DC با منابع توان، باتری‌ها، دینام‌ها، منابع فتوولتائیک و … تولید می‌شوند. اندازه (دامنه) یک ولتاژ یا جریان DC، ثابت و پلاریته آن مشخص است. به عبارت دیگر، پلاریته آن تغییر نمی‌کند، مگر ترمینال‌های آن را به‌صورت فیزیکی جابه‌جا کنیم. شکل زیر یک مدار DC را نشان می‌دهد.

شکل موج AC به زبان ساده

اندازه و جهت سیگنال در یک تابع متناوب یا شکل موج AC با زمان تغییر می‌کند (مثبت و منفی می‌شود) و به همین دلیل آن را دوطرفه یا دوجهته می‌نامیم. شکل موج عمومی یک سیگنال سینوسی را می‌توان به‌صورت زیر نوشت:

شکل موج AC به زبان ساده
عبارت AC یا همان جریان متناوب، عموماً به یک شکل موج متغیر گفته می‌شود که شکل موج سینوسی شناخته شده‌ترین نوع آن است و در مهندسی برق کاربرد فراوانی دارد. پلاریته یک شکل موج AC سینوسی، دائماً در هر نیم سیکل بین دو مقدار ماکزیمم مثبت و ماکزیمم منفی تغییر می‌کند.

مشخصه‌های اصلی یک شکل موج AC

مشخصه‌های اصلی یک شکل موج AC به‌شرح زیر هستند:

دوره (Period) یا T، مدت زمانی است که ابتدا تا انتهای شکل موج تکرار می‌شود. این مشخصه را برای شکل موج‌های سینوسی، دوره تناوب (Periodic Time) و برای شکل موج‌های مربعی، پهنای پالس (Pulse Width) نیز می‌نامند.

فرکانس (Frequency) یا f، تعداد دفعاتی است که شکل موج در یک ثانیه تکرار می‌شود. فرکانس، عکس دوره تناوب است (۱/T) و برحسب هرتز (Hertz) یا Hz اندازه‌گیری می‌شود.

دامنه (ٰAmplitude) یا A، بزرگی یا شدت شکل موج، برحسب ولت، جریان یا ... است.

همان‌طور که گفتیم، متداول‌ترین شکل موجی که در مهندسی برق استفاده می‌شود، شکل موج سینوسی است. هرچند، همیشه شکل موج‌ها نرم نیستند و ممکن است شکل موج‌های مثلثاتی فقط پایه آن‌ها باشند. از شکل موج‌های رایج دیگر، می‌توان به شکل موج‌های پیچیده، مربعی و مثلثی اشاره کرد.
شکل موج AC به زبان ساده

زمانی که الگوی یک شکل موج AC از نیمه مثبت به نیمه منفی یا بالعکس کامل می‌شود، می‌گوییم یک دوره یا سیکل (Cycle) کامل شده است. یک سیکل کامل، شامل دو نیم‌سیکل مثبت و منفی است.

دامنه شکل موج AC

یکی از پارامتر‌های مهم شکل موج‌های AC، دامنه است که به عنوان مقدار حدکثر یا پیک شناخته می‌شود و با Vmax برای ولتاژ یا Imax برای جریان نشان داده می‌شود. پیک، بزرگترین مقداری از جریان یا ولتاژ است که شکل موج در هر دوره نسبت به مقدار صفر دارد.

در یک شکل موج سینوسی خالص، مقدار پیک در هر دو نیم‌سیکل برابر هستند، اما در شکل موج‌های غیرسینوسی یا پیچیده، مقدار پیک در دو نیم‌سیکل ممکن است بسیار متفاوت باشد. گاهی، شکل موج‌های متناوب را با مقدار پیک تا پیک (peak-to-peak) یا Vp-p نشان می‌دهند که فاصله یا اختلاف بین مقدار پیک حداکثر و پیک حداقل در یک سیکل است.

مقدار میانگین شکل موج AC

مقدار میانگین (Mean value) یا متوسط یک ولتاژ DC پیوسته برابر با حداکثر مقدار آن است (زیرا ثابت است) و تنها زمانی تغییر می‌کند که دوره کاری (duty cycle) آن تغییر کند. مقدار میانگین شکل موج‌های سینوسی خالص را در کل یک دوره محاسبه می‌کنیم که مقدار آن با توجه به اینکه هر دو نیم‌موج منفی و مثبت یکدیگر را خنثی می‌کنند، برابر با صفر است. بنابراین، میانگین شکل موج AC در یک نیم‌سیکل محاسبه می‌شود.
شکل موج AC به زبان ساده
مقدار میانگین یک شکل موج غیرسینوسی

برای یافتن مقدار میانگین می‌توان از قانون Mid-ordinate، قانون ذوزنقه یا قانون سیمپسون برای محاسبه سطح زیر شکل موج استفاده کرد. برای تقریب ناحیه زیر هر شکل موج نامتعارف، می‌توان قانون Mid-ordinate را به‌کار برد.

ابتدا، محور افقی را به قسمت‌های مساوی دلخواهی تقسیم می‌کنیم (برای شکل بالا V۱تا V۹). هرچه تعداد خطوط عمودی بیشتر باشند، دقت مقدار میانگین نهایی بیشتر است. مقدار میانگین، برابر با حاصل تقسیم مجموع مقادیر لحظه‌ای به تعداد آن‌ها است. به عبارت دیگر داریم:

شکل موج AC به زبان ساده

که در آن، n. تعداد خطوط عمودی میانگین است. برای یک شکل موج سینوسی خالص، مثلاً سیگنال ولتاژ، مقدار میانگین همواره برابر است با ۰.۶۳۷∗Vmax.

مقدار RMS شکل موج AC

مقدار «مقدار موثر» (Effective value) یک جریان AC، مقداری است که اگر جریان مستقیمی به همان اندازه داشته باشیم، در اثر عبور از مقاومت معینی همان مقدار حرارت را ایجاد می‌کند که جریان متناوب ایجاد کرده است. مقدار موثر یک شکل موج سینوسی معمولاً با نام «مجذور میانگین مربعات» (Root Mean Squared) یا RMS شناخته می‌شود. مقدار RMS هر شکل موج AC را می‌توان با فرمول اصلاح شده زیر محاسبه کرد (استفاده از توان دوم برای این است که همه نیم‌سیکل‌ها را به حساب آوریم):

شکل موج AC به زبان ساده

که در آن، n. تعداد خطوط عمودی در شکل بالا است.

مقدار موثر یا RMS یک شکل موج سینوسی (مثلاً ولتاژ)، همواره برابر با ۱/√۲∗Vmaxاست که برابر است با ۰.۷۰۷∗Vmax. مقدار RMS یک شکل موج سینوسی (جز برای شکل موج مستطیلی) همواره بزرگتر از مقدار میانگین است.

اکثر مولتی‌متر‌ها (چه آنالوگ و چه دیجیتال)، مقدار RMS ولتاژ و جریان (نه مقدار میانگین) آن‌ها را نشان می‌دهند. دقت کنید که در محاسبات توان، باید از مقدار VRMSبرای پیدا کردن IRMSو از Vp برای یافتن مقدار پیک Ip استفاده کنیم.

ضریب فرم و ضریب اوج

هرچند امروزه از «ضریب فرم» (Form Factor) و «ضریب اوج» (Crest Factor) استفاده زیادی نمی‌شود، اما می‌توان از آن‌ها اطلاعات مفیدی درباره شکل موج AC کسب کرد. ضریب فرم، نسبت بین مقدار میانگین و مقدار RMS و به‌صورت زیر است:

شکل موج AC به زبان ساده

ضریب فرم یک شکل موج سینوسی خالص، همیشه برابر با ۱.۱۱ است. ضریب اوج نیز به‌صورت نسبت بین مقدار RMS و مقدار پیک شکل موج تعریف می‌شود:

شکل موج AC به زبان ساده

ضریب اوج یک شکل موج سینوسی خالص، همواره برابر با ۱.۴۱۴ است.

جدول تبدیل زیر، یک مرجع مناسب برایتبدیل مقادیر مربوط به شکل موج‌های AC است.
شکل موج AC به زبان ساده
 
منبع: فرادرس
ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.
نام:
ایمیل:
* نظر:
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار