دوائر التيار المتردد – فرق الطور ومعامل القدرة (cos φ)

ماذا تعرض

في دائرة التيار المتردد يكون الجهد والتيار جيبيين، لكنهما لا يتفقان في الطور دائمًا. فالمقاومة تبقيهما متفقين في الطور، والملف ذو المفاعلة X_L = 2πfL يجعل التيار يتأخر عن الجهد، والمكثف ذو المفاعلة X_C = 1/(2πfC) يجعله يتقدم عليه. وفي دائرة التوالي تكون المعاوقة Z = √(R² + (X_L − X_C)²) و tan φ = (X_L − X_C)/R. ولا ينجز شغلًا مفيدًا إلا جزء من القدرة الظاهرية S = UI، فالقدرة الفعلية هي P = UI cos φ. ويتطلب معامل القدرة المنخفض تيارًا أكبر للقدرة نفسها، ولذلك تُعوَّض الأحمال الحثية مثل المحركات بمكثفات.

طريقة الاستخدام

اختر «نوع الحمل» وقارن منحنيي u(t) و i(t) بمخطط المتجهات الطورية؛ واضغط «إيقاف مؤقت» لمقارنة القمم. مع حمل R–L، زد «المحاثة L» ولاحظ كبر زاوية الطور وانخفاض cos φ. ثم اختر حمل R–L–C على التوالي واضبط «السعة C» أو «التردد f» حتى تتساوى X_L مع X_C: يبلغ التيار قيمته العظمى، وتصبح φ صفرًا، ويصل cos φ إلى 1. قارن P و Q و S في القراءات كل مرة.

المعاملات القابلة للتغيير

• نوع الحمل حمل مقاومي صرف R (موقد، مصباح متوهج), حمل R–L (محرك، ملف خانق), حمل R–C (مكثف تعويض), حمل R–L–C على التوالي
• الجهد الفعال U 100–380 V
• التردد f 40–70 Hz
• المقاومة R 10–200 Ω
• المحاثة L 20–500 mH
• السعة C 10–300 µF

أسئلة للاستكشاف

1. في حمل R–L، هل يتقدم التيار على الجهد أم يتأخر عنه، وكيف تتغير φ عند زيادة L؟
2. كيف تتغير X_L و X_C عند رفع التردد من 40 Hz إلى 70 Hz؟
3. ما قيمة C التي تجعل دائرة R–L–C على التوالي في حالة رنين، وماذا يحدث للتيار I ومعامل القدرة cos φ؟