ไฟฟ้ากระแสสลับ คืออะไร AC (Alternating Current Electricity)

Alternating Current Electricity ไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current Electricity: AC หรือ ac) หมายถึงกระแสที่มีทิศทางไปและกลับตลอดระยะเวลา มีการสลับขั้วบวกและลบกันอยู่ตลอดเวลา ไม่เหมือนกระแสตรง (Direct Current, DC หรือ dc) ที่ไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางเดียวและไม่ไหลกลับ เช่น ไฟฟ้าที่ได้จากถ่ายไฟฉาย แบตเตอรี่ของรถยนต์ เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสสลับจึงเป็นไฟฟ้าที่เหมาะสำหรับบ้านเรือนหรือธุรกิจอุตสาหกรรมที่ใช้ไฟฟ้าปริมาณมากๆ รูปคลื่นเป็น sine wave ในบางกรณี รูปคลื่นอาจเป็นสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม

สายส่ง, การจำหน่าย

ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่งไฟฟ้​​าด้วยพลังงานคงที่บนลวดใดๆ ถ้ากระแสลดลงสองเท่า, การสูญเสียพลังงานจะลดลงสี่เท่า

ดังนั้น ถ้าต้องการส่งพลังงานเท่าเดิม แต่ให้การสูญเสียน้อยที่สุด คือลดกระแสที่ส่งลง แต่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้น (มักจะหลายร้อยกิโลโวลต์) เพราะการที่ใช้กระแสที่ต่ำ ทำให้เกิดพลังงานสูญเสียน้อยลง

อย่างไรก็ตาม การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงยังมีข้อเสียเหมือนกัน อย่างแรกคือฉนวนไฟฟ้าต้องเพิ่มขึ้นและอย่างที่สองเรื่องความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ในโรงไฟฟ้​​าพลังงานจะถูกสร้างขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งและจากนั้นก็เพิ่มแรงดันสำหรับการส่ง ใกล้โหลดแรงดันจะถูกปรับลงเหลือไม่กี่ร้อยโวลต์

ระบบสายส่งแบบกระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ทำงานตรงกันข้ามกับระบบ AC ในการส่งพลังงานระยะทางไกลๆ แต่ระบบ HVDC มีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าถ้าระยะทางที่ส่งสั้นๆ ระบบ HVDC ยังเป็นไปไม่ได้เมื่อครั้งที่ เอดิสัน, เวสติงเฮ้าส์และเทสลาแข่งกันออกแบบระบบไฟฟ้า เพราะยังไม่มีวิธีแปลงไฟ AC เป็น DC แล้วแปลงกลับเป็น AC ใหม่ได้ด้วยเทคโนโลยีสมัยนั้น

ระบบไฟฟ้าสามเฟสเป็นเรื่องธรรมดามาก วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแยกขดลวดสเตเตอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกเป็น 3 ชุด แต่ละชุดทำมุม 120°ซึ่งกันและกัน รูปคลื่นของกระแสจะถูกสร้างขึ้นโดยมีขนาดเท่ากันแต่เฟสต่างกัน 120° ถ้าเพิ่มขดลวดตรงข้ามกับชุดเหล่านี้ (ระยะห่าง 60 °) พวกมันจะสร้างเฟสเดียวกันแต่กระแสไฟฟ้าตรงข้ามกันและสามารถต่อสายเข้าด้วยกันได้

ในทางปฏิบัติ จะใช้ “ลำดับของ pole”ที่สูงกว่า ตัวอย่างเช่นเครื่อง 12-pole จะมีขดลวด 36 ชุด (ระยะห่าง 10°) ข้อดีคือสามารถใช้ความเร็วต่ำได้ ตัวอย่างเช่นเครื่อง 2-pole ทำงานที่ 3600 รอบต่อนาทีแต่เครื่อง 12-pole ทำงานที่ 600 รอบต่อนาทีเพื่อผลิตความถี่เดียวกัน วิธีนี้ทำได้สำหรับเครื่องขนาดใหญ่

ถ้าโหลดในระบบสามเฟสจะมีความสมดุลกันทุกเฟส จะไม่มีการไหลของกระแสที่นิวทรอล แม้จะอยู่ในสภาวะโหลดไม่สมดุล (เชิงเส้น) ที่เลวร้ายที่สุด กระแสนิวทรอลก็จะไม่เกินกว่ากระแสสูงสุดของเฟส โหลดไม่เชิงเส้น (เช่นคอมพิวเตอร์) อาจต้องใช้สายนิวทรอลขนาดใหญ่ในแผงกระจายไฟเพื่อจัดการกับ Harmonics ที่เกิดขึ้น ฮาโมนิคส์สามารถทำให้กระแสในนิวทรอลสูงกว่ากระแสเฟสได้

ระบบสามเฟส สี่เส้น จะถูกใช้ที่ปลายทาง ในการลดแรงดันจากสายส่ง ด้าน primary จะเป็นเดลต้า (3 สาย) ด้าน secondary เป็นดาว (4-wire,center เป็น สายดิน)

สำหรับลูกค้าขนาดเล็ก อาจใช้เพียงเฟสเดียวกับนิวทรอล หรือสองเฟสกับนิวทรอล สำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่ใช้สามเฟสกับนิวทรอล จากแผงหลักทั้งไฟสามเฟสและเฟสเดียวจะถูกจ่ายออกไป

สายนิวทรอลหรือสายดิน จะต่อระหว่างโลหะที่เป็นฝาตู้ใส่อุปกรณ์กับสายดิน ตัวนำนี้จะป้องกันไฟฟ้าดูด ในกรณีที่มีกระแสไฟฟ้ารั่วมาที่ฝาตู้โลหะนี้ การเชื่อมฝาตู้ที่เป็นโลหะทั้งหมดมาที่สายดินเพียงจุดเดียว จะทำให้แน่ใจได้ว่า จะมีเส้นทางของกระแสรั่วไปลงดินที่สั้นที่สุด กระแสที่รั่วนี้ จะต้องทำให้อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้ารั่ว (เบรกเกอร์, ฟิวส์)ทำงานเช่นเบรกเกอร์ตก หรือฟิวส์ละลายให้เร็วที่สุด สายที่เชื่อมตู้ทุกเส้นต้องมาลงดินที่ตู้กระจายไฟหลักหรือที่เดียวกับที่สายนิวทรอลต่อลงดิน

ความถี่ของไฟ AC

ความถี่ของระบบไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามประเทศ; พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่จะถูกสร้างขึ้นที่ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ บางประเทศมีส่วนผสมของความถี่ 50 Hz และ 60 Hz เช่นพลังงานไฟฟ้าในประเทศญี่ปุ่น ประเทศไทยใช้ความถี่ 50 Hz หรือ 50 รอบต่อวินาที หรือ ไฟฟ้าวิ่งจากโรงไฟฟ้ามาบ้านผู้ใช้ ไปกลับ 50 ครั้งต่อวินาที

ความถี่ต่ำทำให้ง่ายในการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการยก การบดและการกลิ้ง และมอเตอร์ชนิดฉุดสำหรับการขนส่งเช่นรถไฟ อย่างไรก็ตาม ความถี่ต่ำยังทำให้เกิดการกระพริบที่เห็นได้ชัดเจนในหลอดไฟอาร์คและหลอดไส้ การใช้ความถี่ที่ต่ำๆยังให้ประโยชน์จากการลดการสูญเสียความต้านทานซึ่งเป็นสัดส่วนกับความถี่ แต่เดิมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่น้ำตกไนแอการาผลิตไฟฟ้า 25 Hz, เพื่อประนีประนอมระหว่างมอเตอร์เหนี่ยวนำเพื่อการลากความถี่ต่ำในขณะที่ยังช่วยให้หลอดไฟในการทำงาน (แม้ว่าจะมีการกระพริบที่เห็นได้ชัด) ส่วนใหญ่ของลูกค้าที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ที่ใช้ 25 Hz ถูกแปลงเป็น 60 Hz ในปลายปี 1950 ไฟฟ้าความถี่16.7 เฮิรตซ์ (เดิม 16 2/3 Hz) ก็ยังคงใช้ในบางระบบของรถไฟในยุโรปเช่นในประเทศออสเตรีย, เยอรมนี, นอร์เวย์, สวีเดนและสวิส

การใช้งานนอกชายฝั่ง, การทหาร, อุตสาหกรรมสิ่งทอ, ในทะเล, คอมพิวเตอร์เมนเฟรม, เครื่องบินและยานอวกาศบางครั้งใช้ 400 Hz เพื่อประโยชน์ของน้ำหนักที่ลดลงของอุปกรณ์หรือเพิ่มความเร็วของมอเตอร์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี