ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) และ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คืออะไร ? และ แตกต่างกันอย่างไร ?

ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) และ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ต่างกันอย่างไร ?

เมื่อพูดถึงไฟฟ้าที่เราใช้งานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ หรือตามบ้านเรือนปกติจะมีอยู่ 2 รูปแบบคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ "AC (Alternating Current)" และ ไฟฟ้ากระแสตรง หรือ "DC (Direct Current)" หลายคนอาจสงสัยไฟฟ้าทั้ง 2 แบบนั้นมันต่างกันอย่างไร และทำไมต้องใช้ต่างกัน ? บทความนี้เราจะมาหาคำตอบกัน

ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คืออะไร ?
(What is Alternating Current or AC Power ?)

ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ AC (Alternating current) หมายถึง กระแสไฟฟ้าในวงจรที่ไม่ได้เคลื่อนเป็นเส้นตรง แต่จะมีการเคลื่อนที่สลับทางกลับไปกลับมาอย่างเป็นจังหวะ มองภาพง่าย ๆ ก็คือ ไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ออกจาก ขั้วลบ และ ขั้วบวก สลับกันและทำให้เกิดคลื่นความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Sine Wave) ที่ส่งออกไปตามสายไฟ  โดยคลื่นความถี่นั้น จะใช้หน่วยวัดเป็น เฮิร์ต (Heartz) หรือ 1 รอบต่อวินาที ยกตัวอย่างเช่น กรณีถ้าไฟฟ้ากระแสสลับเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 30 เฮิร์ต ก็หมายถึงไฟฟ้านั้นจะถูกปล่อย 30 ครั้งจากแหล่งกำเนิดใน 1 วินาที และมีคลื่นความถี่ของไฟฟ้า 30 ลูก นั่นเอง

ภาพจาก : https://www.eeeguide.com/the-sine-wave/

การกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับนั้นจำเป็นต้องใช้มอเตอร์ เครื่องปั่นไฟ หรือ เครื่องให้กำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternator) ที่ติดตั้งในโรงงาน โดยทั่วไปแล้วจะมีการทำงาน ในลักษณะของการใช้วงลวดที่หมุนอยู่ภายในสนามแม่เหล็ก และการหมุนนั้นจะสร้างคลื่นของไฟฟ้าเมื่อมันเข้าสู่บริเวณที่มีขั้วแม่เหล็กที่ต่างกัน เช่น เมื่อลวดหมุนจากบริเวณขั้วบวกของแม่เหล็กและหมุนสลับไปยังขั้วลบ ก็จะเกิดการปล่อยไฟฟ้า ที่วิ่งออกจากประจุบวกและประจุลบตามลำดับ 

ภาพจาก : https://www.watelectrical.com/what-is-an-alternator-construction-working-applications/

การเคลื่อนที่แบบสลับไปมาหรือรูปแบบของ Sine Wave ทำให้ไฟฟ้ากระแสสลับนั้นสามารถใช้แรงดันที่สูงเพื่อส่งออกไปในระยะทางที่ไกล และ ประหยัดกว่าได้ ในขณะที่ ไฟฟ้ากระแสตรงหรือ 'DC' นั้นไม่สามารถใช้แรงดันสูงจึงต้องจ่ายไฟเข้าไปมากทำให้สิ้นเปลือง ดังนั้นไฟฟ้ากระแสสลับจึงถูกใช้งานเป็นระบบไฟหลัก และส่งไปตามบ้านเรือนนั่นเอง

นอกจากนี้อุปกรณ์ไฟ หรือ ระบบไฟแต่ละชนิด ยังใช้แรงดัน (โวลต์ = V) ไม่เหมือนกัน ถ้าส่งออกไปเป็นไฟ DC การปรับแรงดันสามารถทำได้ยากกว่า ในขณะที่ไฟฟ้ากระแสสลับนั้นสามารถแปลงแรงดันง่าย เพื่อให้เหมาะสำหรับ บ้านเรือน อาคาร และสถานที่ต่าง ๆ โดยมาตรฐานทั่วไปของไฟฟ้ากระแสสลับ คือ 50 - 60 เฮิร์ต และแรงดันประมาณ 100 - 240 โวลต์ แล้วแต่ประเทศ 

ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) คืออะไร ?
(What is Direct Current or DC Power ?)

ไฟฟ้ากระแสตรง หรือ DC (Direct Current) หมายถึง ไฟฟ้าที่มีทิศทางการไหลไปในทิศทางเดียวกันอย่างสม่ำเสมอ และเป็นเส้นตรง รูปแบบการเคลื่อนที่ของไฟฟ้ากระแสตรง สามารถอ้างอิงได้ตาม 2 ทฤษฎี คือไฟฟ้าจะวิ่งจากประจุบวกของแบตเตอรี่ หรือ เครื่องให้กำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ผ่านเข้าไปยังอุปกรณ์และกลับไปยังขั้วลบ โดยอิงตามทฤษฎี Conventional Current

แต่ถ้าอิงตามหลักวิทยาศาสตร์ที่ใหม่กว่าและยืนพื้นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า ไฟฟ้า คือ อิเล็กตรอน ตามหลัก Electron Current ประจุไฟฟ้าก็จะวิ่งจากประจุลบไปยังประจุบวกแทน แต่ไม่ว่าจะมองตามทฤษฎีไหน ผลลัพธ์ของการกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ก็ไม่ต่างกัน เราสามารถมองได้ 2 แบบ

พูดถึงการใช้งาน ข้อได้เปรียบของไฟฟ้ากระแสตรง คือการให้ค่าแรงดันไฟฟ้าที่คงที่และต่อเนื่อง มีหน่วยวัดเป็นจูลต่อคูลอมบ์ (โวลต์) ทำให้มันมีความจำเป็นต่อการใช้งานสำหรับวงจรอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด เพราะอุปกรณ์เหล่านั้นต้องการแรงดันไฟที่เหมาะสมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งไม่สามารถรองรับไฟ AC ที่มีแรงดันสูงได้ ไม่เช่นนั้นก็จะเกิดความเสียหาย ดังนั้นอุปกรณ์อิเล็กอิเล็กทรอนิกส์ส่วนมากจึงต้องมี หม้อแปลง หรือ Power Adaptor เพื่อที่เวลาดึงไฟ AC ในบ้านมาใช้งาน ก็สามารถแปลงเป็น DC และมีค่าแรงดันคงที่ ตัวอย่างที่ชัดเจน ก็คือ โน้ตบุ๊ค หรือ โทรศัพท์มือถือ ที่มีแบตเตอรี่ในตัวเป็นต้น

ส่วนแหล่งพลังงานของกระแสไฟฟ้า DC นั้นส่วนมากจะมาจาก ถ่านไฟฉาย โซลาร์เซลล์ เซลล์เชื้อเพลิง หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่ติดตั้งหม้อแปลงให้เป็นกระแสตรง

สรุป ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) และ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ต่างกันอย่างไร ?
(What is the difference between AC and DC Power ?)

เรื่องจริงคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บางอย่าง ยังคงใช้ระบบไฟ DC เป็นหลัก แต่บางชนิดก็มีประเภทที่ใช้ไฟ AC โดยตรงเหมือนกัน เช่น ตู้เย็น หลอดไฟ ทีวี พัดลม เครื่องปรับอากาศ หรือ จอมอนิเตอร์ เป็นต้น คุณไม่สามารถแยกความแตกต่างได้ด้วยตาเปล่า แต่อุปกรณ์ DC จะต้องมีแบตเตอรี่ หรือเพาเวอร์ซัพพลายที่ใช้แปลงไฟ AC อยู่แล้ว ในขณะที่อุปกรณ์ AC สามารถต่อตรงกับปลั๊กไฟและดึงกระแสไฟฟ้า AC มาใช้ได้เลย

แน่นอนว่าหลายคนอาจรู้สึกสับสนว่ากระแสไฟฟ้า AC นั้นมันมีแรงดันที่สูงและไม่เสถียร มันจะควบคุมกระแสไฟในวงจรได้อย่างไร ? คำตอบคือสามารถทำได้ เพราะอุปกรณ์ที่ใช้ไฟ AC จะมีการควบคุมแรงดันและความถี่ด้วยโมดูลชนิดพิเศษ ยกตัวอย่างเช่น SCR (Silicon Control Rectifier) ที่สามารถควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงดันสูง ๆ มักใช้กับเครื่องฮีตเตอร์ทุกชนิด 

หรืออีกอันเช่น PWM (Pulse Width Modulation) ที่มีความสามารถในการควบคุมสัญญาณพัลส์ หรือ สัญญาณทางไฟฟ้าเหมือนรูปแบบการเคลื่อนที่ของกระแสไฟ AC มีการใช้งานในอุปกรณ์อย่างพัดลมและจอมอนิเตอร์ เป็นต้น

เดิม PWM มันถูกใช้ในเรื่องของการปรับแรงดันของไฟฟ้า DC ให้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ หรือควบคุมกระแสไฟ DC นั่นเอง นึกภาพไม่ออกให้นึกถึงการหรี่ไฟหรือเพิ่มความสว่างในไฟ LED