ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)

ไฟฟ้ากระแสสลับ(AC) ไหลทางเดียวแต่สลับทิศอย่างต่อเนื่อง

แรงดันกระแสสลับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างบวก(+) และลบ(-)

อัตราการเปลี่ยนทิศทางเรียกว่าความถี่ของไฟกระแสสลับ มีหน่วยวัดเป็นเฮิร์ท(Hz) ซึ่งก็คือจำนวนรอบคลื่นต่อ หนึ่งวินาที 

ไฟฟ้าหลักในประเทศไทยใช้ความถี่ 50Hz.

ดูรายละเอียดข้างล่างสำหรับ คุณสมบัติ ของสัญญาณ

แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับเหมาะสำหรับจ่ายกำลังให้อุปกรณ์บางอย่าง เช่น หลอดไฟและเครื่องกำเนิดความร้อน แต่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ต้องการเลี้ยงด้วยไฟกระแสตรงคงที่ 

ไฟฟ้ากระแสตรง (DC)

ไฟฟ้ากระแสตรง(DC) ไหลไปทิศทางเดียว  แต่อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง

แรงดันกระแสตรงเป็นบวก หรือเป็นลบก็ได้  แต่อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง

วงจรอิเล็กทรอนิกส์ปกติต้องเลี้ยงด้วยไฟกระแสตรงสม่ำเสมอและคงที่ ที่ค่าหนึ่งหรือไฟกระแสตรงที่เรียบมีค่าเปลี่ยนแปลง ที่เรียกว่าริบเปิ้ลเพียง เล็กน้อย

เซลล์ แบตเตอรี่ และแหล่งจ่ายกำลังแบบคุมค่า ให้ไฟกระแสตรงแบบสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นดีซีในอุดมคติสำหรับวงจร อิเล็กทรอนิกส์

แหล่งจ่ายกำลังประกอบด้วย หม้อแปลง ซึ่งทำหน้าที่แปลงไฟกระแสสลับหลักให้ได้แรงดันกระแสสลับที่เหมาะสม  จากนั้นก็
แปลงไฟกระแสสลับให้เป็นไฟกระแสตรงด้วย ตัวเรียงกระแสแบบบริดจ์  แต่ไฟที่ได้ยังไม่เรียบและไม่เหมาะที่จะใช้กับวงจร อิเล็กทรอนิกส์

แหล่งจ่ายกำลังบางแบบจะมี ตัวเก็บประจุ เพื่อกรองไฟให้เรียบ ซึ่งเหมาะสำหรับใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความไวน้อย
รวมทั้งใช้กับโครงงานส่วนใหญ่ของเรา

หลอดไฟ ตัวทำความร้อนและมอเตอร์ ทำงานด้วยไฟเลี้ยงกระแสตรงได้

คุณสมบัติของสัญญาณไฟฟ้า

สัญญาณไฟฟ้าคือแรงดันหรือกระแสซึ่งเป็นพาหะของข้อมูลข่าวสาร ปกติจะหมายถึงแรงดัน อย่างไรก็ตามสามารถ ใช้ได้ทั้งแรงดันหรือกระแสในวงจร

กราฟแรงดัน-เวลาทางด้านขวาแสดงถึงคุณสมบัติต่างๆของสัญญาณไฟฟ้า  นอกจากนี้แล้วยังแสดงความถี่ซึ่งเท่ากับ จำนวนรอบต่อวินาที

แผนภาพนี้แสดงคลื่นรูปซายน์แต่คุณสมบัติต่างๆเหล่านี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับสัญญาณอื่นๆที่มีรูปร่างคงที่ได้

• ขนาด(Amplitude) คือค่าแรงดันสูงสุดของสัญญาณมีหน่วยเป็นโวลท์ V

• แรงดันยอด(Peak voltage) คืออีกชื่อหนึ่งของขนาด(amplitude)

• แรงดันยอดถึงยอด(Peak-peak voltage) คือสองเท่าของแรงดันยอดหรือขนาด เมื่ออ่านค่ารูปคลื่นที่ออสซิลโลสโคปมักใช้หน่วยแรงดันยอดถึงยอด

• คาบเวลา(Time period) คือเวลาที่สัญญาณครบรอบหนึ่งรอบ มีหน่วยวัดเป็นวินาที(s) แต่คาบเวลาที่ใช้ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะสั้นเป็นมิลลิวินาที(ms) และไมโครวินาที (µs)  1ms = 0.001s and 1µs = 0.000001s.

• ความถี่(Frequency) คือจำนวนรอบคลื่นต่อวินาที มีหน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) แต่ความถี่ที่ใช้ส่วนใหญ่จะสูงเป็นกิโลเฮิรตซ์ (kHz) และเมกะเฮิรตซ์ (MHz) 
   1kHz = 1000Hz and 1MHz = 1000000Hz.

  ความถี่  =	1	และ	คาบเวลา  =	1
  	คาบเวลา			ความถี่

  ความถี่ของไฟฟ้าหลักในประเทศไทยคือ 50Hz,
  ดังนั้นจึงมีคาบเวลาเท่ากับ ¹/₅₀ = 0.02s = 20ms.

ค่ารูทมีนสแควร์(RMS)

ค่าของแรงดันกระแสสลับจะเปลี่ยนอย่างต่อเนื่อง จากศูนย์ไปถึงยอดทางบวก กลับลงมายังศูนย์และไปยังยอดลบ แล้วก็กลับขึ้นมา
ยังศูนย์อีกครั้ง  โดยเวลาส่วนมากจะน้อยกว่าแรงดันยอด ทำให้การวัดจากผลที่แท้จริงไม่ดี

จึงต้องใช้ค่าแรงดันรูทมีนสแควร์แทน (V_RMS) ซึ่งคือ 0.707 ของแรงดันยอด (V_peak):

V_RMS = 0.707 × V_peak   และ   V_peak = 1.414 × V_RMS

สมการนี้ใช้กับกระแสด้วย
ค่านี้เป็นจริงเฉพาะคลื่นรูปซายน์( เป็นรูปคลื่นธรรมดาที่สุดของไฟฟ้ากระแสสลับ)คลื่นรูปร่างอื่นต้องใช้ค่าที่ต่างออกไปไม่ใช่ 0.707 และ1.414 

ค่าอาร์เอ็มเอสเป็นค่าประสิทธิผลของแรงดันหรือกระแสที่เปลี่ยนแปลง สามารถเทียบเท่าได้กับค่าดีซี(DC)สม่ำเสมอหรือคงที่ ซึ่งให้ผลเหมือนกัน

ตัวอย่างเช่น ต่อหลอดกับไฟเอซี 6V RMS จะให้ความสว่างเท่ากันกับหลอดที่ต่อกับไฟดีซีสม่ำเสมอ 6V  อย่างไรก็ตามแสงจะหรี่ลงหากต่อหลอดกับไฟเอซีแรงดันยอด 6V เพราะเมื่อคิดเป็นค่า RMS จะได้เท่ากับ 4.2V เท่านั้น( เทียบได้กับไฟดีซีสม่ำเสมอ 4.2V )

มันเป็นการช่วยให้ง่ายหากคิดว่าค่าอาร์เอ็มเอสเป็นค่าแบบเฉลี่ย  แต่ก็ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยที่แท้จริง! ความจริงค่าเฉลี่ยของแรงดัน(หรือกระแส)ของสัญญาณเอซีจะเท่ากับศูนย์ เพราะส่วนบวกกับส่วนลบ จะหักล้างกันหมด

 ค่าไฟเอซีที่วัดด้วยมิเตอร์เป็นค่าอาร์เอ็มเอสหรือค่าแรงดันยอด?

โวลท์มิเตอร์และแอมป์มิเตอร์เอซีแสดงค่าอาร์เอ็มเอส(RMS) มิเตอร์ดีซี(DC)ก็แสดงค่าอาร์เอ็มเอส(RMS)เช่นกันเมื่อต่อวัดไฟดีซีที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แต่ถ้าความถี่น้อยกว่า 10Hz เราจะเห็นมิเตอร์แกว่งไปมา

คำว่า '6V AC' แท้จริงหมายถึง RMS หรือแรงดันยอด?

หากเป็นค่าแรงดันยอดต้องมีคำว่า"peak"กำกับชัดเจน ไม่เช่นนั้นเราต้องคิดว่าเป็นค่าอาร์เอ็มเอส(RMS)ไว้ก่อน  ปัจจุบันแรงดันและกระแสเอซีใช้ค่าอาร์เอ็มเอสเสมอเพราะรู้สึกมีเหตุผลเมื่อต้อง 
เทียบกับกระแสหรือ แรงดันดีซีสม่ำเสมอจากแบตเตอรี่

ตัวอย่างเช่น ไฟ'6V AC' หมายถึง 6V RMSและคิดเป็นแรงดันยอดเท่ากับ  8.5V  ไฟหลักในประเทศไทยคือ 220V AC หมายถึง 220V RMS ดังนั้นแรงดันยอดของไฟหลักประมาณเท่ากับ 311V

รูทมีนสแควร์(RMS)แท้จริงหมายถึงอะไร ?

ค่าอาร์เอ็มเอสคือค่าไฟกระแสสลับที่เทียบเท่าไฟกระแสตรง วิธีหาค่าอาร์เอ็มเอสจากคลื่นรูปซายน์ ใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ดังนี้
ตอนแรกให้ยกกำลังสองค่าทุกจุดทั้งด้านบวกและด้านลบของรูปซายน์  แล้วเฉลี่ยค่าที่ยกกำลังสองทั้งหมด และหาค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยนี้  นั่นคือค่าอาร์เอ็มเอส(RMS)  สับสนไหม? ไม่ต้องไปสนใจคณิตศาสตร์หรอก (มันดูซับซ้อนเกินความเป็นจริง) เพียงยอมรับว่าค่าอาร์เอ็มเอส(RMS)ของแรงดันและกระแส มีประโยชน์มากกว่าค่ายอด(peak)ก็พอ

เคดิต : http://www.neutron.rmutphysics.com/news/index.php?option=com_content&task=view&id=915&Itemid=3