AC یا DC؟ ترانسفورماتور، اینورتر و میراث شبکهٔ تسلا
تفاوت AC و DC، ترانسفورماتور، اینورتر و PWM، و دلیل ماندن شبکهٔ شهری روی AC با وجود پنل خورشیدی، باتری و لوازم DC.
جریان مستقیم و متناوب
DC جهت و دامنهٔ ثابت دارد؛ بنابراین فرکانسی ندارد (۰ هرتز) و مفهوم «فاز» برایش بی‌معناست. AC به‌شکل سینوسی تغییر جهت می‌دهد (در ایران ۵۰ هرتز). در سیم‌های AC الکترون‌ها عملاً نوسان می‌کنند و کل مسیر را نمی‌پیمایند؛ آنچه با سرعت بالا منتقل می‌شود انرژی میدان است.
ترانسفورماتور
ترانس دو سیم‌پیچ دور یک هسته است که با القای مغناطیسی ولتاژ را تغییر می‌دهد:
1
2
Vp / Vs = Np / Ns
Ip / Is = Ns / Np (برای ترانس ایده‌آل)
چون القا به میدان متغیر نیاز دارد، ترانس روی DC کار نمی‌کند. مزیت اصلی AC همین است: تغییر ولتاژ ساده، ارزان و بادوام. موتور القایی سه‌فاز هم بدون جاروبک کار می‌کند.
چرا یخچال سیم‌پیچ دارد؟
موتور القایی با سیم‌پیچ استاتور میدان دوار می‌سازد و در روتور جریان القا می‌کند. بدون سیم‌پیچ، میدان مغناطیسی لازم ساخته نمی‌شود.
اینورتر و PWM
اینورتر خورشیدی DC پنل را به AC تبدیل می‌کند. سوئیچ‌های نیمه‌هادی (IGBT یا MOSFET) با فرکانس چند کیلوهرتز (معمولاً تا ده‌ها کیلوهرتز) روشن و خاموش می‌شوند و با مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، پس از فیلتر، موج سینوسی ساخته می‌شود.
اینورتر متصل به شبکه از PLL استفاده می‌کند تا با فاز و فرکانس شبکه هم‌گام شود و جریانش را هم‌فاز (یا با زاویهٔ مطلوب) تزریق کند.
چرا شبکه هنوز AC است؟
- تغییر ولتاژ DC به مبدل‌های الکترونیکی گران‌تر و پیچیده‌تر نیاز دارد؛ ترانس AC ساده و پایدار است.
- در AC جریان ۱۰۰ بار در ثانیه از صفر می‌گذرد و قطع آرک آسان‌تر است. در DC باید کلید ویژه (کلیدهای هیبریدی یا نیمه‌هادی) استفاده شود.
- زیرساخت و موتورهای میلیاردها دستگاه بر پایهٔ AC ساخته شده است.
- با این حال، مبدل‌های متعدد (DC به AC و دوباره AC به DC) تلفات واقعی ایجاد می‌کنند؛ به همین دلیل ریزشبکه‌های DC و مراکز داده در حال بررسی توزیع DC هستند.