Ako sa správa kondenzátor v obvode striedavého prúdu?

Ako sa správa kondenzátor v obvode striedavého prúdu?
Ako sa správa kondenzátor v obvode striedavého prúdu?
Anonim

Ak je k rezistoru pripojený zdroj striedavého prúdu, prúd a napätie v obvode v ktoromkoľvek bode časového diagramu budú navzájom úmerné. To znamená, že prúdová a napäťová krivka dosiahnu „špičkovú“hodnotu súčasne. Pritom hovoríme, že prúd a napätie sú vo fáze.

Teraz zvážte, ako sa bude kondenzátor správať v obvode striedavého prúdu.

AC kondenzátor
AC kondenzátor

Ak je kondenzátor pripojený k zdroju striedavého napätia, maximálne napätie na ňom bude úmerné maximálnemu prúdu pretekajúcemu v obvode. Vrchol sínusovej vlny napätia však nenastane v rovnakom čase ako vrchol prúdu.

V tomto príklade okamžitá hodnota prúdu dosiahne svoju maximálnu hodnotu štvrtinu periódy (90 el.deg.) pred napätím. V tomto prípade hovoria, že "prúd vedie pred napätím o 90◦".

Na rozdiel od situácie v obvode jednosmerného prúdu tu hodnota V/I nie je konštantná. Napriek tomu je pomer V max / I max veľmi užitočná hodnota a v elektrotechnike sa nazýva kapacita.(Xc) zložka. Keďže táto hodnota stále predstavuje pomer napätia k prúdu, t.j. vo fyzikálnom zmysle je to odpor, jeho mernou jednotkou je ohm. Hodnota Xc kondenzátora závisí od jeho kapacity (C) a frekvencie striedavého prúdu (f).

Pretože rms napätie je privedené na kondenzátor v obvode striedavého prúdu, v tomto obvode tečie rovnaký striedavý prúd, ktorý je obmedzený kondenzátorom. Toto obmedzenie je spôsobené reaktanciou kondenzátora.

prúd kondenzátora
prúd kondenzátora

Preto je hodnota prúdu v obvode, ktorý neobsahuje žiadne iné komponenty okrem kondenzátora, určená alternatívnou verziou Ohmovho zákona

IRMS=URMS / XC

Kde URMS je rms (efektívna) hodnota napätia. Všimnite si, že Xc nahrádza R v DC verzii Ohmovho zákona.

Teraz vidíme, že kondenzátor v obvode striedavého prúdu sa správa veľmi odlišne od pevného odporu a situácia je v tomto prípade zložitejšia. Aby sme lepšie porozumeli procesom vyskytujúcim sa v takomto reťazci, je užitočné zaviesť takýto koncept ako vektor.

pevný odpor
pevný odpor

Základnou myšlienkou vektora je predstava, že komplexná hodnota časovo premenného signálu môže byť reprezentovaná ako súčin komplexného čísla (ktoré je nezávislé od času) a nejakého komplexného signálu, ktorý je funkcia času.

Môžeme napríklad reprezentovať funkciu Acos(2πνt + θ) len ako komplexná konštanta A∙ejΘ.

Keďže vektory sú reprezentované veľkosťou (alebo modulom) a uhlom, sú graficky znázornené šípkou (alebo vektorom) otáčajúcou sa v rovine XY.

Vzhľadom na to, že napätie na kondenzátore je „oneskorenie“vo vzťahu k prúdu, vektory, ktoré ich reprezentujú, sú umiestnené v komplexnej rovine, ako je znázornené na obrázku vyššie. Na tomto obrázku sa vektory prúdu a napätia otáčajú v opačnom smere ako v smere hodinových ručičiek.

V našom príklade je prúd na kondenzátore spôsobený jeho pravidelným nabíjaním. Keďže kondenzátor v striedavom obvode má schopnosť periodicky akumulovať a vybíjať elektrický náboj, dochádza k neustálej výmene energie medzi ním a zdrojom energie, ktorá sa v elektrotechnike nazýva reaktívna.

Odporúča: