Kapasitor AC

Apakah arus bergantian?

Jika kita menganggap arus terus, maka ia tidak boleh sentiasa tetap: voltan pada output sumber mungkin bergantung pada beban atau pada tahap pelepasan bateri atau bateri galvanik. Walaupun dengan voltan tetap stabil, arus dalam litar luaran bergantung kepada beban, yang mengesahkan hukum Ohm. Ternyata ini juga tidak cukup arus malar, tetapi arus sedemikian tidak boleh dipanggil pemboleh ubah sama ada, kerana ia tidak mengubah arah.

Pembolehubah biasanya dipanggil voltan atau arus, arah dan magnitud yang tidak berubah di bawah pengaruh faktor luaran, seperti beban, tetapi benar-benar "bebas": inilah cara penjana menghasilkannya. Di samping itu, perubahan ini perlu berkala, iaitu. mengulangi tempoh masa tertentu yang dipanggil tempoh.

Sekiranya perubahan voltan atau semasa, bagaimanapun, tanpa bimbang tentang kekerapan dan peraturan lain, isyarat sedemikian dinamakan bunyi bising. Contoh klasik adalah "salji" pada skrin TV dengan isyarat siaran yang lemah. Contoh beberapa isyarat elektrik berkala ditunjukkan dalam Rajah 1.

Untuk arus terus, terdapat hanya dua ciri: kekutuban dan voltan sumber. Dalam hal arus bolak balik, kedua-dua kuantiti ini jelas tidak mencukupi, jadi beberapa lagi parameter muncul: amplitud, kekerapan, tempoh, fasa, nilai segera dan berkesan.

Rajah 1Contoh beberapa isyarat elektrik berkala

Selalunya dalam teknologi, seseorang harus berurusan dengan ayunan sinusoidal, lebih-lebih lagi, bukan sahaja dalam kejuruteraan elektrik. Bayangkan roda kereta. Semasa memandu secara seragam di jalan yang lancar, pusat roda menggambarkan garis lurus selari dengan permukaan jalan. Pada masa yang sama, mana-mana titik pada pinggir roda bergerak di sepanjang sinusoid berbanding dengan garis yang disebutkan.

Yang disebutkan di atas boleh disahkan oleh Rajah 2, yang menunjukkan kaedah grafik untuk membina sebuah sinusoid: sesiapa yang mempelajari lukisan dengan baik tahu bagaimana untuk melaksanakan pembinaan tersebut.

Rajah 2Kaedah Gelombang Sine Grafik

Dari kursus fizik sekolah diketahui bahawa sinusoid adalah yang paling biasa dan sesuai untuk mengkaji lengkung berkala. Dengan cara yang sama, ayunan sinusoidal diperolehi alternatorkerana peranti mekanikal mereka.

Rajah 3 menunjukkan graf aliran sinusoidal.

Rajah 3Grafik semasa sinusoidal

Adalah mudah untuk melihat bahawa magnitud semasa berubah dari masa ke masa, oleh itu paksi ordinat ditunjukkan dalam angka sebagai i (t), adalah fungsi semasa berbanding masa. Tempoh penuh semasa ditunjukkan oleh garis pepejal dan mempunyai tempoh T. Jika anda memulakan pertimbangan dari asal, anda dapat melihat bahawa pada mulanya kenaikan semasa, mencapai Imax, pergi ke sifar, berkurang ke -Imax, kemudian meningkat dan mencapai sifar. Seterusnya, tempoh seterusnya bermula, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putusnya.

Dalam bentuk formula matematik, tingkah laku semasa ditulis seperti berikut: i (t) = Imax * sin (ω * t ± φ).

Di sini i (t) ialah nilai momen semasa, bergantung pada masa, Imax adalah nilai amplitud (sisihan maksimum dari keadaan keseimbangan), ω adalah frekuensi bulat (2 * π * f), φ ialah sudut fasa.

Frekuensi bulat ω diukur dalam radians sesaat, dan sudut fasa φ dalam radian atau darjah. Yang kedua hanya masuk akal apabila terdapat dua arus sinusoidal. Sebagai contoh, dalam rantai dengan kapasitor semasa berada di hadapan voltan sebanyak 90˚ atau tepat seperempat tempoh, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Jika terdapat satu sinusoidal arus, maka anda boleh menggerakkannya sepanjang paksi ordinat yang anda suka, dan tiada apa yang akan berubah dari ini.

Rajah 4 Dalam litar dengan kapasitor, arus berada di hadapan voltan sebanyak seperempat tempoh

Maksud fizikal frekuensi bulat ω ialah sudut apa yang akan "mengalir" gelombang sinus dalam satu saat.

Tempoh - T adalah masa di mana gelombang sinus akan membuat satu ayunan lengkap. Begitu juga dengan getaran bentuk yang berbeza, sebagai contoh, segi empat segi atau segi tiga. Tempoh diukur dalam saat atau unit yang lebih kecil: milisaat, mikrosekon atau nanodetik.

Satu lagi parameter setiap isyarat berkala, termasuk sinusoid, adalah kekerapan, berapa banyak ayunan yang akan dilakukan dalam masa 1 saat. Unit pengukuran kekerapan adalah Hertz (Hz), dinamakan selepas saintis abad ke-19 Heinrich Hertz. Oleh itu, kekerapan 1 Hz tidak lebih dari satu ayunan / kedua. Sebagai contoh, frekuensi rangkaian pencahayaan adalah 50Hz, iaitu, tepat 50 tempoh sinusoidal lulus dalam satu saat.

Jika tempoh semasa diketahui (anda boleh mengukur dengan oscilloscope), maka kekerapan isyarat akan membantu untuk mencari formula: f = 1 / T. Selain itu, jika masa dinyatakan dalam beberapa saat, hasilnya akan berada di Hertz. Sebaliknya, T = 1 / f, frekuensi dalam Hz, masa diperoleh dalam beberapa saat. Sebagai contoh, bila 50 hertz tempohnya ialah 1/50 = 0.02 saat, atau 20 milisaat. Dalam elektrik, frekuensi yang lebih tinggi lebih kerap digunakan: KHz - kilohertz, MHz - megahertz (ribuan dan berjuta ayunan per saat), dan sebagainya.

Semua yang dikatakan semasa adalah juga benar untuk voltan gantian: ia cukup dalam Rajah 6 hanya untuk menukar huruf I ke U. Formula akan kelihatan seperti ini: u (t) = Umax * sin (ω * t ± φ).

Penjelasan ini cukup untuk kembali ke bereksperimen dengan kapasitor dan jelaskan makna fizikal mereka.

Kapasitor menjalankan arus bolak-balik, yang ditunjukkan dalam rajah dalam Rajah 3 (lihat artikel - Kapasitor untuk pemasangan elektrik AC) Kecerahan lampu meningkat apabila kapasitor tambahan disambungkan. Apabila kapasitor disambung secara selari, kapasitinya hanya menambah, jadi dapat diasumsikan kapasitansi Xc bergantung pada kapasitansi. Di samping itu, ia juga bergantung kepada kekerapan arus, dan dengan itu formula seperti ini: Xc = 1/2 * π * f * C.

Ini adalah dari formula itu dengan peningkatan kapasitans dan kekerapan voltan berselang-seli, reaktansi Xc berkurangan. Ketergantungan ini ditunjukkan dalam Rajah 5.

Rajah 5. Ketergantungan reaktans kapasitor pada kapasitans

Jika kita menggantikan kekerapan dalam Hertz ke dalam formula dan kapasitansi di Farads, maka hasilnya akan berada dalam Ohms.

Adakah kondenser akan panas?

Sekarang ingat pengalaman dengan kapasitor dan meter elektrik, mengapa tidak berputar? Hakikat bahawa meter itu menganggap tenaga aktif apabila pengguna adalah beban yang semata-mata aktif, sebagai contoh, lampu pijar, cerek elektrik atau dapur elektrik. Bagi pengguna sedemikian, voltan dan semasa bertepatan dalam fasa, mempunyai satu tanda: jika anda mengalikan dua nombor negatif (voltan dan arus semasa kitaran separuh negatif), hasilnya menurut undang-undang matematik masih positif. Oleh itu, keupayaan pengguna sedemikian sentiasa positif, iaitu. masuk ke dalam beban dan dilepaskan dalam bentuk haba, seperti ditunjukkan dalam Rajah 6 oleh garis putus-putusnya.

Rajah 6

Dalam kes apabila kapasitor dimasukkan ke dalam litar arus bergantian, arus dan voltan tidak bertepatan pada fasa: arus adalah 90 sifatkan fasa dalam voltan, yang membawa kepada gabungan apabila arus dan voltan mempunyai tanda yang berlainan.

Rajah 7

Pada saat-saat ini, kuasa adalah negatif. Dalam erti kata lain, apabila kuasa adalah positif, kapasitor dikenakan, dan apabila negatif, tenaga tersimpan dipindahkan semula ke sumber. Oleh itu, secara purata ia ternyata oleh sifar dan tidak ada apa-apa untuk dihitung di sini.

Kapasitor, kecuali sudah tentu ia boleh digunakan, tidak akan panas sama sekali. Oleh itu, selalunya kapasitor dipanggil rintangan percuma, yang membolehkan penggunaannya dalam bekalan kuasa kuasa tanpa kuasa tanpa transformer.Walaupun blok tersebut tidak disyorkan kerana bahaya mereka, kadang-kadang ia adalah perlu untuk melakukan ini.

Sebelum memasang unit sedemikian kapasitor pelindapkejutan, ia perlu disemak dengan sambungan mudah ke rangkaian: jika dalam setengah jam kondenser tidak dipanaskan, maka ia boleh dimasukkan dengan selamat ke dalam litar. Jika tidak, anda perlu membuangnya tanpa menyesal.

Apa yang ditunjukkan oleh voltmeter?

Dalam pembuatan dan pembaikan pelbagai peranti, walaupun tidak terlalu kerap, adalah perlu untuk mengukur voltan yang berselang-seli dan juga arus. Jika sinusoid berkelakuan begitu sibuk, maka naik dan turun, apa yang akan ditunjukkan oleh voltmeter biasa?

Nilai purata isyarat berkala, dalam kes ini sinusoid, dikira sebagai kawasan yang dibatasi oleh paksi abscissa dan imej grafik isyarat dibahagikan dengan 2 * π radian atau tempoh sinusoid. Oleh kerana bahagian atas dan bawah adalah sama, tetapi mempunyai tanda yang berlainan, nilai purata sinusoid adalah sifar, dan ia tidak perlu untuk mengukurnya sama sekali, dan ia bahkan tidak bermakna.

Oleh itu, peranti pengukur menunjukkan kepada kita nilai rms voltan atau semasa. Nilai kuadrat min ialah nilai arus berkala di mana jumlah haba yang sama dikeluarkan pada beban yang sama seperti pada arus terus. Dalam erti kata lain, mentol bersinar dengan kecerahan yang sama.

Ini dijelaskan oleh formula seperti ini: Icrc = 0.707 * Imax = Imax / √2 untuk voltan, formula adalah sama, hanya menukar satu huruf Ucrc = 0.707 * Umax = Umax / √2. Ia adalah nilai-nilai yang menunjukkan peranti mengukur. Mereka boleh digantikan menjadi formula apabila mengira menurut hukum Ohm atau ketika mengira kuasa.

Tetapi ini bukan semua yang kapasitor dalam rangkaian AC mampu. Dalam artikel seterusnya, kita akan mempertimbangkan penggunaan kapasitor dalam litar berdenyut, lulus tinggi dan penapis rendah, dalam penjana sinewave dan gelombang persegi.

Boris Aladyshkin

Penerusan artikel: Kapasitor dalam litar elektronik