ไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current)

 ⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡⚡

เสาไฟฟ้าสายส่ง

           ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating current) หมายถึง “กระแสไฟฟ้าที่มีการสลับสับเปลี่ยนขั้วอยู่ตลอดเวลาอย่างสม่ำเสมอ ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนสลับ ไปมาจากบวก-ลบ และจากลบ-บวก อยู่ตลอดเวลา” ซึ่งไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้าที่ใช้กันตามบ้านเรือนและโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป  รูปคลื่นเป็น sine wave ดังรูปคลื่นสีเขียวในภาพด้านล่าง ในบางกรณี รูปคลื่นอาจเป็นสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม

ประวัติ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรก

                เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกเป็นครั้งแรกมีพื้นฐานมาจากหลักการของ ไมเคิล ฟาราเดย์ สร้างขึ้น โดยช่างชาวฝรั่งเศสชื่อ Hippolyte Pixiiในปี (ค.ศ.1832) หลังจากนั้น Pixii เพิ่มสายไฟกระแสสลับเข้าไปในอุปกรณ์ของเขา ซึ่งในขณะนั้นยังใช้ไฟ dc กันอย่างแพร่หลายอยู่ กระแสสลับที่เก่าแก่ที่สุดที่มีการถูกบันทึกไว้ว่าประยุกต์ใช้จริงโดย Duchenne นักประดิษฐ์และพัฒนาไฟฟ้าบำบัด ในปี ค.ศ.1855 เขาประกาศว่า AC ใช้รักษาการหดตัวของกล้ามเนื้อได้ดีกว่า DC

          ไมเคิล ฟาราเดย์ เกิดเมื่อวันที่ 22 กันยายน ในปี ค.ศ.1791 เป็นบุตรของช่างเหล็กชาวอังกฤษ เนื่องจากฐานะไม่สู้ดี เขาจึงได้รับการศึกษาน้อยยังไม่ทันเรียนสำเร็จก็ต้องออกจากโรงเรียนกลางคัน และใช้ชีวิตอยู่ในสลัมแห่งหนึ่งไม่มีแววว่าจะเติบโตขึ้นเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงไปได้ เมื่อมีอายุ 13 ปี ไมเคิลก็ได้ไปทำงานเป็นเด็กส่งหนังสือพิมพ์ และทำงานเย็บปกหนังสือในร้านขายหนังสือ จากการทำงานนี้ทำให้เขามีใจรักหนังสือและหาโอกาสอ่านหนังสืออยู่เสมอ โดยเฉพาะหนังสือที่เกี่ยวกับวิชาไฟฟ้าที่ไมเคิลได้สนใจมากที่สุด ซึ่งก็ได้ทำการทดลองดูด้วยตัวของเขาเอง และหาโอกาสไปฟังการบรรยายของเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวี ซึ่งเขาจะไปฟังทุกครั้ง

ไมเคิล ฟาราเดย์

และได้ส่งจดหมายแสดงความประสงค์ที่จะขอไปเป็นเด็กรับใช้ของเชอร์ฮัมฟรีย์อีกด้วยเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ เห็นชายหนุ่มมีความสนใจอย่างแรงกล้า จึงรับเข้าทำงานเป็นคนล้างเครื่องมือวิทยาศาสตร์ในห้องเครื่องมือ ทำให้เขามีโอกาสศึกษาวิชาทางวิทยาศาสตร์จากเชอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ จนเกิดความชำนาญ จนได้รับหน้าที่เป็นช่วยและติดตามท่านเชอร์ไปในการเดินทางไปบรรยายทุกครั้ง ในปี ค.ศ.1876 วิศวกรชาวรัสเซียชื่อPavel Yablochkov คิดค้นระบบไฟส่องสว่างขึ้นโดยมีรากฐานจากชุดของขดลวดเหนี่ยวนำโดยที่ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งไฟ AC ลวดทุติยภูมิสามารถเชื่อมต่อไปยังเทียนไฟฟ้า (โคมประกายไฟ) ได้หลายดวง ขดลวด Yablochkov ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้านั่นเอง

          Hippodrome ของกรุงปารีส ให้แสงสว่างโดยใช้เทียนของ Yablochkov 128 ดวง โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าที่ถูกพัฒนาขึ้นโดย Gaulard และจอห์น ดิกสัน กิ๊บส์ได้แสดงให้เห็นในลอนดอนในปี ค.ศ.1881 และดึงดูดความสนใจของเวสติงเฮ้าส์ พวกเขายังแสดงสิ่งประดิษฐ์ใน Turin ในปี ค.ศ.1884 ที่ๆมันถูกนำมาใช้สำหรับระบบไฟฟ้าแสงสว่าง งานออกแบบของพวกเขาหลายชิ้นถูกนำไปปรับใช้เป็นกฎหมายควบคุมการกระจายไฟฟ้าในสหราชอาณาจักร

          วิลเลียม สแตนลี่ย์ จูเนียร์ได้ออกแบบหนึ่งในอุปกรณ์จริงครั้งแรกในการถ่ายโอนไฟ AC อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างวงจรที่แยกออกมา การใช้คู่ของขดลวดพันบนแกนเหล็กเดียวกัน เรียกว่าขดลวดเหนี่ยวนำเป็นหม้อแปลงยุคแรก ระบบไฟ AC ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วหลังปี ค.ศ. 1886 

สงครามแห่งกระแส

และรวมทั้งการอุดหนุนโดยนิโคลา เทสลา และคาร์ล วิลเฮล์ม ซีเมนส์ ระบบ AC เอาชนะข้อจำกัด ของระบบ DC ที่ใช้โดยโทมัส เอดิสัน ในการแจกจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางไกล ถึงแม้ว่าเอดิสันพยายามที่จะทำลายชื่อเสียงของกระแสสลับว่าเป็นอันตรายเกินไปในสงครามแห่งกระแส

การใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในสายส่ง

            

โครงสร้างเสาในระบบสายส่งที่ระดับแรงดันต่างๆ

         แรงดันไฟฟ้า AC อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงด้วยหม้อแปลงไฟฟ้า การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงจะมีประสิทธิภาพในการส่งพลังงานมาก เนื่องจากการสูญเสียพลังงานในตัวนำเป็นผลคูณของกระแสยกกำลังสองกับค่าความต้านทานของตัวนำ ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่งไฟฟ้าด้วยพลังงานคงที่บนลวดใดๆ ถ้ากระแสลดลงสองเท่าทำให้การสูญเสียพลังงานจะลดลงสี่เท่า

กระแสสลับ

        ดังนั้น ถ้าต้องการส่งพลังงานเท่าเดิม แต่ให้การสูญเสียน้อยที่สุด คือลดกระแสที่ส่งลง แต่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้น (มักจะหลายร้อยกิโลโวลต์) เพราะการที่ใช้กระแสที่ต่ำ ทำให้เกิดพลังงานสูญเสียน้อยลง

อย่างไรก็ตาม การใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงยังมีข้อเสียเหมือนกัน อย่างแรกคือฉนวนไฟฟ้าต้องเพิ่มขึ้นและอย่างที่สองเรื่องความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน ในโรงไฟฟ้าพลังงานจะถูกสร้างขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งและจากนั้นก็เพิ่มแรงดันสำหรับการส่ง ใกล้โหลดแรงดันจะถูกปรับลงเหลือไม่กี่ร้อยโวลต์ ระบบสายส่งแบบกระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) ทำงานตรงกันข้ามกับระบบ AC ในการส่งพลังงานระยะทางไกลๆ แต่ระบบ HVDC มีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าถ้าระยะทางที่ส่งสั้นๆ  ระบบ HVDC ยังเป็นไปไม่ได้เมื่อครั้งที่ เอดิสัน, เวสติงเฮ้าส์และเทสลาแข่งกันออกแบบระบบไฟฟ้า เพราะยังไม่มีวิธีแปลงไฟ AC เป็น DC แล้วแปลงกลับเป็น AC ใหม่ได้ด้วยเทคโนโลยีสมัยนั้น

ความถี่ของไฟ AC

 ความถี่ของระบบไฟฟ้า

         ความถี่ของระบบไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามประเทศ ส่วนใหญ่จะถูกสร้างขึ้นที่ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ บางประเทศก็มีทั้งความถี่ 50 Hz และ 60 Hz เช่น ในประเทศญี่ปุ่น ประเทศไทยใช้ความถี่ 50 Hz หรือ 50 รอบต่อวินาที

 
ระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)

1. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase)

         ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้า ทำให้กระแสไหลไปยังวงจร ภายนอก โดยผ่านวงแหวน และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุนลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวดนำหลายชุดไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าหากออกแบบขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase)

2. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase)

         เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส โดยการออกแบบจัดวางขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (SinglePhase) ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้ สายไฟฟ้า 2 สายคือ สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่งอาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสียลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น

🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏 🙏