กระแสสลับที่ซับซ้อน

นอกจากเรื่องง่ายๆ เช่น กระแสสลับไซน์มักจะพบกระแสที่ซับซ้อนซึ่งกราฟของการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันเมื่อเวลาผ่านไปไม่ใช่ไซน์ไซด์ แต่เป็นเส้นโค้งที่ซับซ้อนกว่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำหรับกระแสดังกล่าว กฎของการแปรผันของกระแสตามเวลานั้นซับซ้อนกว่ากระแสไซน์แบบธรรมดา ตัวอย่างของกระแสดังกล่าวแสดงในรูปที่ 1.

การศึกษากระแสเหล่านี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสที่ไม่ใช่ไซน์ซอยด์ที่ซับซ้อนสามารถพิจารณาได้ว่าประกอบด้วยกระแสไซน์แบบธรรมดาหลายกระแส ซึ่งมีแอมพลิจูดต่างกัน และความถี่มีจำนวนมากกว่าความถี่ของ a ให้กระแสที่ซับซ้อน การสลายตัวของกระแสเชิงซ้อนเป็นชุดของกระแสเชิงเดี่ยวมีความสำคัญ เนื่องจากในหลายกรณี การศึกษาของกระแสเชิงซ้อนสามารถลดลงเหลือการพิจารณาของกระแสเชิงเดี่ยว ซึ่งกฎพื้นฐานทั้งหมดได้รับมาจากวิศวกรรมไฟฟ้า

ข้าว. 1. กระแสที่ไม่ใช่ไซน์ไซด์ที่ซับซ้อน

เรียกว่ากระแสไซน์แบบธรรมดาที่สร้างฮาร์มอนิกกระแสที่ซับซ้อนและเรียงลำดับความถี่จากน้อยไปหามากตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสเชิงซ้อนมีความถี่ 50 Hz ฮาร์มอนิกตัวแรกหรือที่เรียกว่าการสั่นพื้นฐานเป็นกระแสไซน์ที่มีความถี่ 50 Hz ฮาร์มอนิกตัวที่สองคือกระแสไซน์ที่มีความถี่ 100 Hz ฮาร์มอนิกที่สามมีความถี่ 150 Hz เป็นต้น

หมายเลขฮาร์มอนิกระบุว่าความถี่ของมันมากกว่าความถี่ของกระแสเชิงซ้อนที่กำหนดกี่เท่า เมื่อจำนวนฮาร์โมนิกเพิ่มขึ้น แอมพลิจูดของฮาร์มอนิกมักจะลดลง แต่มีข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ บางครั้งฮาร์มอนิกบางตัวขาดหายไปนั่นคือแอมพลิจูดเท่ากับศูนย์ ฮาร์มอนิกแรกเท่านั้นที่มีอยู่เสมอ

ข้าว. 2. กระแสสลับที่ซับซ้อนและเสียงประสาน

ตัวอย่างเช่น มะเดื่อ 2a แสดงพล็อตของกระแสที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยฮาร์มอนิกที่หนึ่งและที่สองและพล็อตของฮาร์มอนิกเหล่านี้ และในรูปที่ 2, b, เหมือนกันสำหรับกระแสที่ประกอบด้วยฮาร์มอนิกที่หนึ่งและสาม ในกราฟเหล่านี้ การเพิ่มฮาร์โมนิกส์และการรับกระแสรวมที่มีรูปร่างซับซ้อนทำได้โดยการเพิ่มส่วนแนวตั้งที่แสดงกระแสในเวลาต่างๆ โดยคำนึงถึงสัญญาณ (บวกและลบ)

บางครั้งกระแสที่ซับซ้อนนอกเหนือไปจากเสียงประสานก็รวมอยู่ด้วย กระแสตรง.นั่นคือส่วนประกอบคงที่ เนื่องจากความถี่คงที่เป็นศูนย์ ส่วนประกอบคงที่จึงสามารถเรียกว่าฮาร์มอนิกที่ศูนย์

เป็นการยากที่จะหาฮาร์มอนิกของกระแสที่ซับซ้อน ส่วนพิเศษของคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกนั้นอุทิศให้กับสิ่งนี้... อย่างไรก็ตามตามสัญญาณบางอย่างสามารถตัดสินได้ว่ามีฮาร์มอนิกบางอย่าง ตัวอย่างเช่น ถ้าครึ่งคลื่นบวกและลบของกระแสเชิงซ้อนมีรูปร่างและค่าสูงสุดเหมือนกัน กระแสดังกล่าวจะมีฮาร์มอนิกคี่เพียงค่าเดียว

ตัวอย่างของกระแสดังแสดงในรูปที่ 2, ข.หากครึ่งคลื่นบวกและลบแตกต่างกันในรูปร่างและค่าสูงสุด (รูปที่ 2, a) สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นสัญญาณของการมีอยู่ของฮาร์มอนิกคู่ (ในกรณีนี้ อาจมีฮาร์มอนิกคี่ด้วย)

ข้าว. 3. กระแสสลับที่ซับซ้อนบนหน้าจอออสซิลโลสโคป

แรงดันไฟสลับและ EMF ที่มีรูปร่างซับซ้อน เช่น กระแสที่ซับซ้อน สามารถแสดงเป็นผลรวมของส่วนประกอบไซน์ไซด์อย่างง่าย

เกี่ยวกับความหมายทางกายภาพของการสลายตัวของกระแสที่ซับซ้อนเป็นฮาร์มอนิกส์ สิ่งที่ได้กล่าวไปแล้วสามารถพูดซ้ำได้ กระแสที่เต้นเป็นจังหวะซึ่งควรจัดเป็นกระแสที่ซับซ้อนด้วย

ในวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยอุปกรณ์เชิงเส้น การกระทำของกระแสที่ซับซ้อนสามารถพิจารณาและคำนวณเป็นการกระทำทั้งหมดของกระแสส่วนประกอบได้เสมอ อย่างไรก็ตาม เมื่อมีอุปกรณ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้น วิธีการนี้มีการใช้งานที่จำกัดมากกว่า เนื่องจากอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่สำคัญเมื่อแก้ปัญหาต่างๆ ได้

ดูเพิ่มเติมในหัวข้อนี้: การคำนวณวงจรกระแสที่ไม่ใช่ไซน์