Kapasitor AC

Mari pasang litar dengan kapasitor, di mana alternator menjana voltan sinusoidal. Mari analisa secara berurutan apa yang akan berlaku dalam litar apabila kita menutup suis. Kami akan mempertimbangkan momen awal apabila voltan penjana adalah sama dengan sifar.

Semasa suku pertama tempoh itu, voltan merentasi terminal penjana akan meningkat, bermula dari sifar, dan kapasitor akan mula mengecas. Arus akan muncul dalam litar, bagaimanapun, pada saat pertama mengecas kapasitor, walaupun pada hakikatnya voltan pada platnya baru sahaja muncul dan masih sangat kecil, arus dalam litar (arus pengecasan) akan menjadi yang terbesar. . Apabila cas pada kapasitor meningkat, arus dalam litar berkurangan dan mencapai sifar pada masa apabila kapasitor dicas sepenuhnya. Dalam kes ini, voltan pada plat kapasitor, dengan ketat mengikuti voltan penjana, menjadi maksimum pada masa ini, tetapi dengan tanda yang bertentangan, iaitu, ia diarahkan kepada voltan penjana.

nasi. 1. Perubahan arus dan voltan dalam litar dengan kapasiti

Dengan cara ini, arus mengalir dengan daya yang paling besar ke dalam kapasitor secara percuma, tetapi serta-merta mula berkurangan apabila plat kapasitor diisi dengan caj dan jatuh ke sifar, mengecasnya sepenuhnya.

Mari kita bandingkan fenomena ini dengan apa yang berlaku kepada aliran air dalam paip yang menyambungkan dua vesel komunikasi (Rajah 2), satu daripadanya penuh dan satu lagi kosong. Seseorang hanya perlu menekan injap yang menghalang laluan air, kerana air serta-merta mengalir dari bekas kiri di bawah tekanan hebat melalui paip ke dalam bekas kanan kosong. Walau bagaimanapun, serta-merta, tekanan air dalam paip secara beransur-ansur akan mula lemah disebabkan oleh penyamaan paras di dalam kapal dan akan turun kepada sifar. Aliran air akan berhenti.

nasi. 2. Perubahan tekanan air dalam paip yang menyambungkan saluran komunikasi adalah serupa dengan perubahan arus dalam litar semasa mengecas kapasitor

Begitu juga, arus mula-mula mengalir ke dalam kapasitor yang tidak dicas dan kemudian secara beransur-ansur melemah apabila ia mengecas.

Apabila suku kedua tempoh bermula, apabila voltan penjana pada mulanya bermula dengan perlahan dan kemudian semakin berkurangan dengan lebih cepat, kapasitor yang dicas akan menyahcas ke penjana, menyebabkan arus nyahcas dalam litar. Apabila voltan penjana berkurangan, kapasitor menyahcas lebih banyak dan arus nyahcas dalam litar meningkat. Arah arus nyahcas pada suku tempoh ini adalah bertentangan dengan arah arus cas pada suku pertama tempoh tersebut. Sehubungan itu, lengkung semasa yang telah melepasi nilai sifar kini terletak di bawah paksi masa.

Menjelang akhir separuh kitaran pertama, voltan penjana, serta voltan kapasitor, dengan cepat menghampiri sifar dan arus litar perlahan-lahan mencapai nilai maksimumnya. Memandangkan nilai arus dalam litar adalah lebih besar, lebih besar nilai cas yang dibawa dalam litar, ia akan menjadi jelas mengapa arus mencapai maksimum apabila voltan pada plat kapasitor, dan oleh itu cas pada kapasitor, berkurangan dengan cepat.

Dengan permulaan suku ketiga tempoh itu, kapasitor mula mengecas semula, tetapi kekutuban platnya, serta kekutuban penjana, berubah "dan sebaliknya, dan arus, terus mengalir dalam keadaan yang sama. arah, mula berkurangan apabila kapasitor mengecas. penghujung suku ketiga tempoh, apabila voltan penjana dan kapasitor mencapai maksimumnya, arus menjadi sifar.

Semasa suku terakhir tempoh itu, voltan, menurun, jatuh kepada sifar, dan arus, setelah menukar arahnya dalam litar, mencapai nilai maksimumnya. Di sini tempoh itu berakhir, selepas itu yang seterusnya bermula, betul-betul mengulangi yang sebelumnya, dan seterusnya.

Oleh itu, di bawah tindakan voltan berselang-seli penjana, kapasitor dicas dua kali dalam tempoh tersebut (suku pertama dan ketiga tempoh) dan dilepaskan dua kali (suku kedua dan keempat tempoh). Tetapi kerana mereka silih berganti satu demi satu cas dan nyahcas kapasitor disertai setiap kali dengan laluan pengecasan dan nyahcas semasa melalui litar, maka kita boleh membuat kesimpulan bahawa arus ulang alik.

Anda boleh menyemak ini dalam percubaan mudah berikut. Sambungkan kapasitor 4-6 mikrofarad ke sesalur kuasa melalui mentol lampu 25 W.Lampu akan menyala dan tidak akan padam sehingga litar rosak. Ini menunjukkan bahawa arus ulang alik telah melalui litar dengan kapasitansi. Sudah tentu, ia tidak melalui dielektrik kapasitor, tetapi pada bila-bila masa mewakili sama ada arus cas atau arus nyahcas kapasitor.

Seperti yang kita ketahui, dielektrik terpolarisasi di bawah tindakan medan elektrik yang timbul di dalamnya apabila kapasitor dicas, dan polarisasinya hilang apabila kapasitor dinyahcas.

Dalam kes ini, dielektrik dengan arus anjakan yang timbul di dalamnya berfungsi untuk arus ulang alik sebagai sejenis kesinambungan litar, dan untuk pemalar ia memecahkan litar. Tetapi arus anjakan hanya terbentuk dalam dielektrik kapasitor, dan oleh itu pemindahan cas sepanjang litar tidak berlaku.

Rintangan yang ditawarkan oleh kapasitor AC bergantung kepada nilai kemuatan kapasitor dan kekerapan arus.

Semakin besar kapasiti kapasitor, semakin besar cas pada litar semasa mengecas dan menyahcas kapasitor dan, dengan itu, semakin besar arus dalam litar. Peningkatan arus dalam litar menunjukkan bahawa rintangannya telah berkurangan.

Oleh itu, apabila kapasitansi meningkat, rintangan litar kepada arus ulang alik berkurangan.

Ia semakin berkembang frekuensi semasa meningkatkan jumlah cas yang dibawa dalam litar kerana cas (serta nyahcas) kapasitor mesti berlaku lebih cepat daripada pada frekuensi rendah. Pada masa yang sama, peningkatan dalam jumlah cas yang dipindahkan setiap unit masa adalah bersamaan dengan peningkatan arus dalam litar dan, oleh itu, kepada penurunan rintangannya.

Jika kita entah bagaimana secara beransur-ansur mengurangkan kekerapan arus ulang-alik dan mengurangkan arus kepada arus terus, maka rintangan kapasitor yang termasuk dalam litar akan beransur-ansur meningkat dan menjadi tidak terhingga besar (memutuskan litar) sehingga ia muncul dalam litar arus malar.

Oleh itu, apabila frekuensi meningkat, rintangan kapasitor kepada arus ulang alik berkurangan.

Sama seperti rintangan gegelung kepada arus ulang alik dipanggil induktif, rintangan kapasitor dipanggil kapasitif.

Oleh itu, rintangan kapasitif lebih besar, lebih rendah kapasiti litar dan kekerapan arus yang menyuapnya.

Rintangan kapasitif dilambangkan sebagai Xc dan diukur dalam ohm.

Kebergantungan rintangan kapasitif pada frekuensi arus dan kapasiti litar ditentukan oleh formula Xc = 1 /ωC, di mana ω ialah frekuensi bulat bersamaan dengan hasil darab 2πe, C ialah kapasiti litar dalam farad.

Rintangan kapasitif, seperti rintangan induktif, mempunyai sifat reaktif, kerana kapasitor tidak menggunakan tenaga sumber semasa.

formula Hukum Ohm untuk litar kapasitif ia mempunyai bentuk I = U / Xc, di mana I dan U - nilai berkesan arus dan voltan; Xc ialah rintangan kapasitif litar.

Sifat kapasitor untuk memberikan rintangan yang tinggi kepada arus frekuensi rendah dan untuk menghantar arus frekuensi tinggi dengan mudah digunakan secara meluas dalam litar peralatan komunikasi.

Dengan bantuan kapasitor, sebagai contoh, pemisahan arus malar dan arus frekuensi rendah dari arus frekuensi tinggi, yang diperlukan untuk operasi litar, dicapai.

Sekiranya perlu untuk menyekat laluan arus frekuensi rendah di bahagian frekuensi tinggi litar, kapasitor kecil disambungkan secara bersiri. Ia menawarkan rintangan yang hebat kepada arus frekuensi rendah dan pada masa yang sama mudah melepasi arus frekuensi tinggi.

Sekiranya perlu untuk mengelakkan arus frekuensi tinggi, sebagai contoh, dalam litar kuasa stesen radio, maka kapasitor kapasiti besar digunakan, disambungkan selari dengan sumber semasa. Dalam kes ini, arus frekuensi tinggi melalui kapasitor, memintas litar bekalan kuasa stesen radio.

Rintangan aktif dan kapasitor dalam litar AC

Dalam amalan, kes sering diperhatikan apabila dalam litar bersiri dengan kapasitansi rintangan aktif disertakan. Jumlah rintangan litar dalam kes ini ditentukan oleh formula

Oleh itu, jumlah rintangan litar yang terdiri daripada rintangan AC aktif dan kapasitif adalah sama dengan punca kuasa dua jumlah kuasa dua rintangan aktif dan kapasitif litar ini.

Hukum Ohm kekal sah untuk litar I = U / Z ini juga.

Dalam rajah. 3 menunjukkan lengkung yang mencirikan hubungan fasa antara arus dan voltan dalam litar yang mengandungi rintangan kapasitif dan aktif.

nasi. 3. Arus, voltan dan kuasa dalam litar dengan kapasitor dan rintangan aktif

Seperti yang dapat dilihat dari rajah, arus dalam kes ini meningkatkan voltan bukan seperempat tempoh, tetapi kurang, kerana rintangan aktif melanggar sifat litar kapasitif (reaktif) semata-mata, seperti yang dibuktikan oleh fasa berkurangan. syif. Kini voltan pada terminal litar ditakrifkan sebagai jumlah dua komponen: komponen reaktif voltan tive, akan mengatasi rintangan kapasitif litar dan komponen aktif voltan, mengatasi rintangan aktifnya.

Lebih besar rintangan aktif litar, lebih kecil peralihan fasa antara arus dan voltan.

Lengkung perubahan kuasa dalam litar (lihat Rajah 3) dua kali dalam tempoh itu memperoleh tanda negatif, yang, seperti yang telah kita ketahui, adalah akibat daripada sifat reaktif litar. Lebih kurang reaktif litar, lebih kecil peralihan fasa antara arus dan voltan, dan lebih banyak kuasa sumber arus yang digunakan oleh litar.

Baca juga: Resonans voltan