ไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ

1.แรงเคลื่อน กระแสไฟฟ้าสลับ และค่ายังผล

เครื่องมือที่ให้กำเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับอย่างง่าย ๆ จะประกอบด้วยขดลวดหมุนอยู่ใน
สนามแม่เหล็ก การทำงานเป็นไปตามกฎการเหนี่ยวนำไฟฟ้าของฟาราเดย์ ปลายทั้งสองของ
ขดลวดต่อกับวงแหวนปลายละวง การใช้งานทำได้โดยต่อสายไฟจากวงแหวนนี้โดยมีแปรงแตะ
อยู่ระหว่างวงแหวนกับสายไฟ เรียกเครื่องมือนี้ว่าเครื่องกำเนิดกระแสสลับ (Alternating current
generator หรือ alternator)

เมื่อขดลวดหมุนตัดสนามแม่เหล็กด้วยความเร็วเชิงมุมสม่ำเสมอ = ω = 2πf
เรเดียน/วินาที เมื่อ f คือความถี่เป็นรอบต่อวินาที สมการแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เวลาใด ๆ
คือ v = Vm sin ωt .................... (1)

Vm คือ แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดในวงจร หรือเรียกว่า Voltage Amplitude วงจร
กระแสไฟฟ้าสลับที่ง่ายที่สุดคือวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทาน 1 ตัว และแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
กระแสสลับซึ่งจะแทนด้วยสัญลักษณ์


รูปแสดงความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้า บนตัวต้านทานเมื่อเวลา t ใด ๆ
และแผนภาพเฟเซอร์แสดงให้เห็นถึงกระแสมีเฟสตรงกับความต่างศักย์


ความต่างศักย์ไฟฟ้าและปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานจะเปลี่ยนไปตาม
เวลา สามารถแสดงเป็นกราฟได้ดังรูป 4.3 ความต่างศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ตกคร่อม R จะมี
ลักษณะที่เรียกว่า “in phase” หรือมีเฟสตรงกัน เมื่อความต่างศักย์มีค่าสูงสุด กระแสไฟฟ้าก็จะมี
ค่าสูงสุด และเมื่อความต่างศักย์มีค่าต่ำสุด กระแสไฟฟ้าก็จะมีค่าต่ำสุดด้วย สมการทั่วไปของ
กระแสไฟฟ้าสลับที่ไหลผ่านตัวต้านทาน R คือ
i = R
m V sin 2πt
= Im sin 2πft .................... (2)
เมื่อ Im = Vm / R


แรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าของวงจรกระแสสลับมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
ตั้งแต่ 0 ถึง Vm หรือ Im ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสที่วัดได้จะเป็นค่าที่ขณะใดขณะหนึ่งของ
เวลา เนื่องจากมีลักษณะเป็นเส้นโค้งรูป sine ค่าเฉลี่ยของกระแสไฟฟ้าใน 1 รอบจึงมีค่าเป็นศูนย์
เพราะขนาดของกระแสในทิศทางที่เป็นบวกและทิศทางที่เป็นลบมีขนาดเท่ากัน แต่ทิศทางของ
กระแสที่ไหลสลับไปกลับมาไม่มีผลต่อกำลังไฟฟ้าที่ตกคร่อมบนอุปกรณ์ไฟฟ้า

ค่ายังผลของกระแสไฟฟ้าสลับ หมายถึง ค่าของกระแสไฟฟ้าตรงค่าหนึ่ง ซึ่งจะทำให้ เกิดพลังงาน (ความร้อน, แสง, เสียง) บนตัวต้านทานตัวหนึ่งได้เท่ากันในเวลาที่เท่ากัน

กระแสไฟฟ้าค่ายังผลบางครั้งเรียกว่าค่าเฉลี่ยกำลังสอง (root mean square current, Irms) เพราะค่าเฉลี่ยของกระแสไฟที่ได้มาจากการนำค่ากระแสไฟฟ้ายกกำลังสองแล้วถอดรากที่สอง

2.วงจรที่มีขดลวดเหนี่ยวนำหรือตัวเก็บประจุ
2.1 วงจรไฟสลับที่มีเฉพาะขดลวดเหนี่ยวนำ

ความต่างศักย์ที่ตกคร่อมขดลวดเหนี่ยวนำและแผนภาพเฟเซอร์

ในวงจรที่มีขดลวดเพียงอย่างเดียว กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดจะตามหลังความต่างศักย์ที่ตกคร่อมขดลวดอยู่ 90 องศาเสมอ



2.2 วงจรไฟสลับที่มีเฉพาะตัวเก็บประจุ

กราฟกระแสนำหน้าความต่างศักย์ที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุอยู่ 90 องศา