АЦ Цапациторс

Шта је наизменична струја?

Ако узмемо у обзир једносмерну струју, она не може увек бити потпуно константна: напон на излазу извора може зависити од оптерећења или од степена пражњења батерије или галванске батерије. Чак и са константним стабилизованим напоном, струја у спољном кругу зависи од оптерећења, што потврђује Охмов закон. Испада да то такође није баш константна струја, али такву струју не можемо назвати променљивом, јер не мења смер.

Променљива се обично назива напон или струја, чији се правац и величина не мењају под утицајем спољних фактора, као што је оптерећење, већ су у потпуности "независни": овако генерише генератор. Поред тога, ове промене би требале бити периодичне, тј. понављајући се током одређеног периода који се назива периодом.

Ако се напон или струја ионако мењају, не бринући о фреквенцији и другим регуларностима, такав сигнал се назива шумом. Класичан пример је „снег“ на ТВ екрану са слабим емитованим сигналом. Примери неких периодичних електричних сигнала приказани су на слици 1.

За једносмерну струју постоје само две карактеристике: поларитет и напон извора. У случају наизменичне струје ове две количине очигледно нису довољне, па се појављују још неколико параметара: амплитуда, фреквенција, период, фаза, тренутна и ефективна вредност.

Слика 1Примери неких периодичних електричних сигнала

Најчешће се у технологији мора бавити синусоидним осцилацијама, штавише, не само у електротехници. Замислите котач аутомобила. Када се равномјерно вози по добром и глатком путу, центар точка описује равну линију паралелну са површином пута. У исто време, било која тачка на периферији точка креће се синусоидом у односу на управо поменуту линију.

Горе наведено може се потврдити на Слици 2, која приказује графичку методу за конструкцију синусоида: ко је добро проучавао цртање, зна како извести такве конструкције.

Слика 2Графички метод синусног таласа

Из школског курса физике познато је да је синусоид најчешћи и погодан за проучавање периодичне криве. На потпуно исти начин добивају се синусне осцилације у алтернаторизбог механичких уређаја.

Слика 3 приказује граф синусоидне струје.

Слика 3Синусоидни граф струје

Лако је видјети да величина струје варира с временом, па је ординацијска ос означена на слици као и (т), функција струје у односу на вријеме. Пун период струје означен је чврстом линијом и има тачку Т. Ако започнете разматрање од настанка, можете видети да се на почетку струја повећава, достиже Имак, пролази кроз нулу, смањује на –Имак, а затим се повећава и достиже нулу. Затим започиње следећи период, као што је приказано испрекиданом линијом.

У облику математичке формуле тренутно се понашање пише на сљедећи начин: и (т) = Имак * син (ω * т ± φ).

Овде је и (т) тренутна вредност струје, зависно од времена, Имак је вредност амплитуде (максимално одступање од равнотежног стања), ω је кружна фреквенција (2 * π * ф), φ је фазни угао.

Кружна фреквенција ω мери се у радијанима у секунди, а фазни угао φ у радијанима или степенима. Ово последње има смисла само када постоје две синусоидне струје. На пример, у ланцима са кондензатор струја је испред напона за 90˚ или тачно за четвртину периода, као што је приказано на слици 4. Ако постоји једна синусоидна струја, тада је можете померити дуж ординалне осе, и ништа се од тога неће променити.

Слика 4 У круговима с кондензатором струја је испред напона за четвртину периода

Физичко значење кружне фреквенције ω је који угао у радијанима ће „проћи“ кроз синусоид у једној секунди.

Период - Т је време током којег ће синусни талас извршити једну потпуну осцилацију. Исто се односи и на вибрације различитог облика, на пример, правоугаон или троугласти. Период се мери у секундама или мањим јединицама: милисекундама, микросекундама или наносекундама.

Други параметар било којег периодичног сигнала, укључујући синусоид, је фреквенција, колико осцилација ће сигнал извршити у 1 секунди. Јединица за мерење фреквенције је Хертз (Хз), именован за научника 19. века Хеинрицха Хертза. Дакле, фреквенција од 1 Хз није ништа више од једне осцилације / секунде. На пример, фреквенција мреже за осветљење је 50 Хз, односно тачно у секунди прође тачно 50 синусоидних периода.

Ако је познат тренутни период (можете мерите осцилоскопом), тада ће фреквенција сигнала помоћи у проналажењу формуле: ф = 1 / Т. Штавише, ако се време изрази у секундама, резултат ће бити у Хертзу. Супротно томе, Т = 1 / ф, фреквенција у Хз, време се добија у секунди. На пример, када 50 хертз период ће бити 1/50 = 0,02 секунди, или 20 милисекунди. У електрицитету се чешће користе високе фреквенције: КХз - килохерц, МХз - мегахерц (хиљаде и милиони осцилација у секунди), итд.

Све наведено за струју такође важи за наизменични напон: на слици 6 довољно је једноставно променити слово И у У. Формула ће изгледати овако: у (т) = Умак * син (ω * т ± φ).

Ова објашњења су довољна за повратак експериментишите са кондензаторима и објаснити њихово физичко значење.

Кондензатор проводи наизменичну струју, што је приказано на дијаграму на слици 3 (види чланак - Кондензатори за електричне наизменичне струје) Осветљеност лампе се повећава када је прикључен додатни кондензатор. Кад су кондензатори спојени паралелно, њихови капацитети се једноставно збрајају, па се може претпоставити да капацитет Ксц зависи од капацитета. Поред тога, зависи и од фреквенције струје и зато формула изгледа овако: Ксц = 1/2 * π * ф * Ц.

Из формуле произилази да с повећањем капацитивности и фреквенције наизменичног напона, реактанција Ксц опада. Ове зависности приказане су на слици 5.

Слика 5. Зависност реактанције кондензатора од капацитивности

Ако фреквенцију у Хертзу заменимо формулом и капацитет у Фарадсу, резултат ће бити у Охму.

Хоће ли се кондензатор загрејати?

Сада се сетите искуства са кондензатором и електричним бројилом, зашто се не врти? Чињеница је да бројило разматра активну енергију када је потрошач чисто активно оптерећење, на пример, жаруље са жарном нити, електрични чајник или електрична пећ. За такве потрошаче напон и струја подударају се у фази, имају један знак: ако множите два негативна броја (напон и струја током негативног полуцикла), резултат према законима математике је и даље позитиван. Стога је капацитет таквих потрошача увијек позитиван, тј. иде у терет и ослобађа се у облику топлоте, као што је приказано на слици 6 испрекиданом линијом.

Слика 6

У случају када је кондензатор укључен у круг променљиве струје, струја и напон се не подударају у фази: струја је 90 оп испред фазе напона, што доводи до комбинације када струја и напон имају различите знакове.

Слика 7

У овим тренуцима снага је негативна. Другим речима, када је снага позитивна, кондензатор се напуни, а када је негативан, складиштена енергија се враћа назад до извора. Према томе, у просеку то испадне нулама и овде се једноставно нема шта рачунати.

Кондензатор, осим ако је наравно сервисан, неће се уопште загрејати. Стога често кондензатор назван слободним отпором, што омогућава његову употребу у трансформаторским изворима мале снаге.Иако се такви блокови не препоручују због њихове опасности, ипак је понекад потребно то учинити.

Пре инсталирања у такву јединицу кондензатор за гашење, то треба проверити једноставним повезивањем на мрежу: ако се за пола сата кондензатор није загрејао, онда се може сигурно укључити у круг. У супротном, морате то без жаљења бацити.

Шта показује волтметар?

У производњи и поправци разних уређаја, мада не баш често, потребно је измерити наизменичне напоне, па чак и струје. Ако се синусоид понаша тако ужурбан, онда горе и доле, шта ће нормалан волтметар показати?

Просечна вредност периодичног сигнала, у овом случају синусоида, израчунава се као површина омеђена оси апсцесе и графичка слика сигнала подељена са 2 * π радијанима или период синусоида. Пошто су горњи и доњи део потпуно идентични, али имају различите знакове, просечна вредност синусоида је нула, па га уопште није потребно мерити, а чак је и једноставно бесмислено.

Због тога нам мерни уређај показује рмс вредност напона или струје. Средња квадратна вриједност је таква вриједност периодичне струје при којој се ослобађа иста количина топлине на истом оптерећењу као и на истосмјерној струји. Другим речима, сијалица светли истом светлошћу.

Ово је описано овим формулама: Ицрц = 0.707 * Имак = Имак / √2 за напон, формула је иста, само промените једно слово Уцрц = 0.707 * Умак = Умак / √2. Управо ове вредности показују мерни уређаји. Они се могу заменити формулама када се рачунају према Охмовом закону или када се израчунава снага.

Али то није све што кондензатор у наизменичној мрежи може. У следећем ћемо чланку размотрити употребу кондензатора у импулзним круговима, високопропусним и нископропусним филтерима, у синусним и квадратно-таласним генераторима.

Борис Аладисхкин

Наставак чланка: Кондензатори у електронским круговима