זרם חילופין

גל סינוס

זרם חילופין (AC) משנה כיוון באופן מחזורי.

מונח	הגדרה
מחזור (Cycle)	גל שלם – חיובי ושלילי
תדר (f)	מחזורים בשנייה – הרץ (Hz). במטוסים `400Hz`
זמן מחזור (T)	`T = 1 / f`. ב-`400Hz`: `2.5ms`
ערך שיא (Peak)	הערך המקסימלי
שיא-לשיא (Peak-to-peak)	פעמיים השיא
ערך אפקטיבי (RMS / Effective)	הערך ש״שקול״ ל-DC בחימום. `RMS = 0.707 × Peak`
ערך ממוצע	`0.637 × Peak` (לחצי גל)

דוגמה: 115V AC במטוס הוא ערך RMS. השיא: 115 / 0.707 ≈ 163V.

למה `400Hz` במטוסים

ככל שהתדר גבוה יותר, השנאים והמנועים קטנים וקלים יותר – כי ליבה קטנה מספיקה לאותו הספק.

פאזה

הפרש פאזה – כמה מעלות גל אחד מקדים או מפגר אחרי גל אחר.

מערכת תלת-פאזית

שלושה גלים בהפרש של 120°. מאפשרת העברת הספק יעילה, ומנועים פשוטים שמתחילים לבד. במטוסים גדולים – 115/200V תלת-פאזי ב-400Hz:

115V – בין פאזה לאפס (Neutral).
200V – בין שתי פאזות (115 × √3 ≈ 200).

חיבור	תיאור
כוכב (Wye / Y)	יש נקודת אפס; שני מתחים זמינים
משולש (Delta / Δ)	בלי אפס

היגב (Reactance)

היגב השראותי (XL)

XL = 2πfL

גדל עם התדר – סליל ״חוסם״ תדרים גבוהים.
הזרם מפגר אחרי המתח ב-90° במעגל השראותי טהור.

היגב קיבולי (XC)

XC = 1 / (2πfC)

קטן עם התדר – קבל ״מעביר״ תדרים גבוהים.
הזרם מקדים את המתח ב-90° במעגל קיבולי טהור.

עכבה (Impedance – Z)

ההתנגדות הכוללת במעגל AC – שילוב של התנגדות והיגב:

Z = √(R² + (XL − XC)²)

חוק אוהם ב-AC: E = I × Z.

דוגמה: R = 3Ω, XL = 8Ω, XC = 4Ω: Z = √(9 + 16) = 5Ω.

תהודה (Resonance)

כש-XL = XC – ההיגבים מבטלים זה את זה:

fr = 1 / (2π√(LC))

מעגל טורי בתהודה: עכבה מינימלית (רק R), זרם מקסימלי.
מעגל מקבילי בתהודה: עכבה מקסימלית, זרם מינימלי מהמקור.

משמש לבחירת תדר – מקלטי רדיו ומסננים.

הספק ב-AC

הספק	יחידה	הגדרה
הספק אמיתי (True power)	ואט (W)	ההספק שנצרך בפועל בנגדים
הספק מדומה (Apparent power)	וולט-אמפר (VA)	`E × I`
הספק ראקטיבי	VAR	מסתובב בין המקור להיגבים

מקדם הספק (Power factor): PF = True power / Apparent power = cos θ.

מעגל התנגדותי טהור: PF = 1.
גנרטורים ושנאים מדורגים ב-kVA – כי הם צריכים לספק את כל הזרם, גם הראקטיבי.

שנאים (Transformers)

שני סלילים על ליבה משותפת. AC בראשוני יוצר שדה משתנה, שמשרה מתח בשניוני.

Es / Ep = Ns / Np Is / Ip = Np / Ns (הפוך)

שנאי מעלה (Step-up): יותר כריכות בשניוני – מתח עולה, זרם יורד.
שנאי מוריד (Step-down): פחות כריכות בשניוני.
ההספק נשמר (חוץ מהפסדים): Ep × Ip ≈ Es × Is.

דוגמה: 115V בראשוני, יחס 5:1 מוריד: 23V בשניוני.

סוגים

שנאי	שימוש
אוטו-שנאי (Autotransformer)	סליל אחד עם נקודות חיבור; קל
שנאי זרם (Current transformer – CT)	לחישה ומדידת זרם גבוה; אסור לנתק את השניוני כשיש זרם בראשוני – מתח גבוה מסוכן
שנאי מבודד

הפסדים בשנאי

זרמי ערבולת בליבה – מפחיתים בליבה משכבות דקות (Laminations) מבודדות.
היסטרזיס – ברזל רך.
התנגדות הסלילים (Copper loss).

המרת זרם

יחידה	פעולה
מיישר (Rectifier)	AC ל-DC
TRU – שנאי מיישר	`115V AC` ל-`28V DC` – במטוסים גדולים
ממיר (Inverter)	DC ל-AC – סטטי (אלקטרוני) או סיבובי (ישן). מזין מכשירים שצריכים AC במטוסים עם מערכת DC

ממירים (Inverters) – פירוט

ממיר DC ל-AC – במטוסים שמערכת החשמל העיקרית בהם DC (28V), להזנת מכשירים שצריכים AC (115V / 26V ב-400Hz) – ג׳יירו חשמליים, סינכרו, אוויוניקה.

סוג	תיאור
סיבובי (Rotary inverter)	מנוע DC שמסובב גנרטור AC – ישן, רועש, כבד, פחמים לאחזקה
סטטי (Static inverter)	אלקטרוני – טרנזיסטורים מחליפים כיוון ויוצרים גל, ומסננים לגל סינוס. קל, שקט, אמין

ממיר חירום – במטוסים גדולים, מהמצבר אל פס AC חיוני.
בדיקות: מתח ותדר מוצא, טמפרטורה, נורת כשל ממיר.

נקודות למבחן

RMS = 0.707 × Peak; 115V RMS ≈ 163V שיא.
400Hz – רכיבים קלים.
XL = 2πfL – עולה עם התדר; XC – יורד.
ELI the ICE man.
Z = √(R² + (XL − XC)²).
תהודה טורית – עכבה מינימלית.
שנאי: יחס מתחים = יחס כריכות; לא עובד על DC.
ליבה משכבות – מפחיתה זרמי ערבולת.
גנרטור מדורג ב-kVA.