AC-condensator

Laten we het circuit samenstellen met condensator, waar de dynamo een sinusvormige spanning genereert. Laten we achtereenvolgens analyseren wat er in het circuit gebeurt als we de schakelaar sluiten. We zullen het eerste moment bekijken waarop de generatorspanning gelijk is aan nul.

Tijdens het eerste kwartaal van de periode zal de spanning over de generatorklemmen toenemen, beginnend bij nul, en zal de condensator beginnen op te laden. Er zal echter een stroom in het circuit verschijnen op het eerste moment dat de condensator wordt opgeladen, ondanks het feit dat de spanning op de platen net is verschenen en nog steeds erg klein is, zal de stroom in het circuit (laadstroom) het grootst zijn . Naarmate de lading op de condensator toeneemt, neemt de stroom in het circuit af en bereikt nul op het moment dat de condensator volledig is opgeladen. In dit geval wordt de spanning op de platen van de condensator, die strikt de spanning van de generator volgt, op dit moment maximaal, maar met het tegenovergestelde teken, dat wil zeggen, deze wordt naar de spanning van de generator geleid.

Rijst. 1. Verandering van stroom en spanning in een circuit met capaciteit

Op deze manier snelt de stroom met de grootste kracht gratis de condensator in, maar begint onmiddellijk af te nemen wanneer de platen van de condensator gevuld zijn met ladingen en tot nul dalen, waardoor deze volledig wordt opgeladen.

Laten we dit fenomeen vergelijken met wat er gebeurt met de waterstroom in een pijp die twee communicerende vaten verbindt (Fig. 2), waarvan het ene vol en het andere leeg is. Men hoeft alleen maar op de klep te drukken die de waterweg blokkeert, want het water stroomt onmiddellijk uit het linkervat onder grote druk door de pijp in het lege rechtervat. Onmiddellijk zal de waterdruk in de leiding echter geleidelijk beginnen te verzwakken door de nivellering van de niveaus in de vaten en tot nul dalen. De waterstroom stopt.

Rijst. 2. De verandering in waterdruk in de pijp die de communicatievaten verbindt, is vergelijkbaar met de verandering in stroom in het circuit tijdens het opladen van de condensator

Evenzo snelt de stroom eerst in een ongeladen condensator en verzwakt vervolgens geleidelijk naarmate deze oplaadt.

Als het tweede kwart van de periode begint, wanneer de generatorspanning aanvankelijk langzaam op gang komt en vervolgens steeds sneller afneemt, zal de geladen condensator zich ontladen naar de generator, waardoor een ontlaadstroom in het circuit ontstaat. Naarmate de generatorspanning afneemt, ontlaadt de condensator zich meer en meer en neemt de ontlaadstroom in het circuit toe. De richting van de ontlaadstroom in dit kwart van de periode is tegengesteld aan de richting van de laadstroom in het eerste kwartaal van de periode. Dienovereenkomstig bevindt de huidige curve die de nulwaarde is gepasseerd zich nu onder de tijdas.

Tegen het einde van de eerste halve cyclus nadert de generatorspanning, evenals de condensatorspanning, snel nul en bereikt de circuitstroom langzaam zijn maximale waarde. Aangezien de waarde van de stroom in het circuit groter is, hoe groter de waarde van de lading die in het circuit wordt vervoerd, zal het duidelijk worden waarom de stroom zijn maximum bereikt wanneer de spanning op de platen van de condensator, en dus de lading op condensator, neemt snel af.

Met het begin van het derde kwartaal van de periode begint de condensator weer op te laden, maar de polariteit van zijn platen, evenals de polariteit van de generator, verandert "en vice versa, en de stroom blijft in hetzelfde stromen richting, begint af te nemen naarmate de condensator oplaadt. het einde van het derde kwartaal van de periode, wanneer de generator- en condensatorspanningen hun maximum bereiken, gaat de stroom naar nul.

Tijdens het laatste kwart van de periode daalt de spanning, die afneemt, tot nul en bereikt de stroom, nadat hij van richting in het circuit is veranderd, zijn maximale waarde. Hier eindigt de periode, waarna de volgende begint, waarbij de vorige precies wordt herhaald, enzovoort.

Dus, onder invloed van de wisselspanning van de generator, wordt de condensator tweemaal opgeladen gedurende de periode (het eerste en derde kwartaal van de periode) en tweemaal ontladen (het tweede en vierde kwartaal van de periode). Maar omdat ze elkaar één voor één afwisselen condensator ladingen en ontladingen telkens vergezeld van het passeren van de laad- en ontlaadstroom door het circuit, dan kunnen we dat concluderen wisselstroom.

U kunt dit controleren in het volgende eenvoudige experiment. Sluit een condensator van 4-6 microfarad aan op het lichtnet via een gloeilamp van 25 W.Het lampje gaat branden en gaat pas uit als het circuit is verbroken. Dit suggereert dat er een wisselstroom door het circuit met de capaciteit is gegaan. Het gaat natuurlijk niet door het diëlektricum van de condensator, maar vertegenwoordigt op elk moment een laadstroom of een ontlaadstroom van de condensator.

Zoals we weten, wordt het diëlektricum gepolariseerd onder invloed van een elektrisch veld dat erin ontstaat wanneer de condensator wordt opgeladen, en de polarisatie verdwijnt wanneer de condensator wordt ontladen.

In dit geval dient het diëlektricum met de daarin optredende verplaatsingsstroom voor de wisselstroom als een soort voortzetting van het circuit, en voor de constante verbreekt het het circuit. Maar de verplaatsingsstroom wordt alleen gevormd binnen het diëlektricum van de condensator, en daarom vindt er geen overdracht van ladingen langs het circuit plaats.

De weerstand die een AC-condensator biedt, hangt af van de waarde van de capaciteit van de condensator en de frequentie van de stroom.

Hoe groter de capaciteit van de condensator, hoe groter de lading op het circuit tijdens het laden en ontladen van de condensator en dus hoe groter de stroom in het circuit. Een toename van de stroom in het circuit geeft aan dat de weerstand is afgenomen.

Daarom, naarmate de capaciteit toeneemt, neemt de weerstand van het circuit tegen wisselstroom af.

Het groeit huidige frequentie verhoogt de hoeveelheid lading die in het circuit wordt vervoerd omdat de lading (evenals de ontlading) van de condensator sneller moet plaatsvinden dan bij lage frequentie. Tegelijkertijd is een toename van de hoeveelheid overgedragen lading per tijdseenheid gelijk aan een toename van de stroom in het circuit en dus aan een afname van de weerstand.

Als we op de een of andere manier geleidelijk de frequentie van de wisselstroom verlagen en de stroom terugbrengen tot gelijkstroom, dan zal de weerstand van de condensator in het circuit geleidelijk toenemen en oneindig groot worden (het circuit verbreken) totdat het verschijnt in constant stroomcircuit.

Daarom, naarmate de frequentie toeneemt, neemt de weerstand van de condensator tegen wisselstroom af.

Net zoals de weerstand van een spoel tegen wisselstroom inductief wordt genoemd, wordt de weerstand van een condensator capacitief genoemd.

Daarom is de capacitieve weerstand groter, hoe lager de capaciteit van het circuit en de frequentie van de stroom die het voedt.

Capacitieve weerstand wordt aangeduid als Xc en wordt gemeten in ohm.

De afhankelijkheid van de capacitieve weerstand van de frequentie van de stroom en de capaciteit van het circuit wordt bepaald door de formule Xc = 1 /ωC, waarbij ω een circulaire frequentie is gelijk aan het product van 2πe, C is de capaciteit van het circuit in faraden.

Capacitieve weerstand heeft, net als inductieve weerstand, een reactief karakter, aangezien de condensator de energie van de stroombron niet verbruikt.

formule De wet van Ohm voor een capacitief circuit heeft het de vorm I = U / Xc, waarbij I en U — effectieve waarden van stroom en spanning; Xc is de capacitieve weerstand van de schakeling.

De eigenschap van condensatoren om hoge weerstand te bieden tegen laagfrequente stromen en om gemakkelijk hoogfrequente stromen door te laten, wordt veel gebruikt in circuits voor communicatieapparatuur.

Met behulp van condensatoren wordt bijvoorbeeld de scheiding van constante stromen en laagfrequente stromen van hoogfrequente stromen, noodzakelijk voor de werking van de circuits, bereikt.

Als het nodig is om het pad van laagfrequente stroom in het hoogfrequente deel van het circuit te blokkeren, wordt een kleine condensator in serie geschakeld. Het biedt grote weerstand tegen laagfrequente stroom en laat tegelijkertijd gemakkelijk hoogfrequente stroom door.

Als het nodig is om hoogfrequente stroom te voorkomen, bijvoorbeeld in het stroomcircuit van het radiostation, wordt een condensator met grote capaciteit gebruikt, parallel aangesloten op de stroombron. In dit geval gaat de hoogfrequente stroom door de condensator, waarbij het voedingscircuit van het radiostation wordt omzeild.

Actieve weerstand en condensator in het wisselstroomcircuit

In de praktijk worden vaak gevallen waargenomen in een serieschakeling met een capaciteit actieve weerstand is inbegrepen. De totale weerstand van het circuit wordt in dit geval bepaald door de formule

Daarom is de totale weerstand van een circuit bestaande uit actieve en capacitieve AC-weerstand gelijk aan de vierkantswortel van de som van de kwadraten van de actieve en capacitieve weerstand van dit circuit.

Ook voor deze I = U / Z schakeling blijft de wet van Ohm gelden.

In afb. 3 toont de krommen die kenmerkend zijn voor de faserelatie tussen stroom en spanning in een circuit met capacitieve en actieve weerstand.

Rijst. 3. Stroom, spanning en vermogen in een circuit met een condensator en een actieve weerstand

Zoals te zien is in de figuur, verhoogt de stroom in dit geval de spanning niet met een kwart van een periode, maar met minder, aangezien de actieve weerstand de puur capacitieve (reactieve) aard van het circuit schendt, zoals blijkt uit de verminderde fase verschuiving. Nu wordt de spanning op de circuitterminals gedefinieerd als de som van twee componenten: de reactieve component van de spanningsfactor zal de capacitieve weerstand van het circuit overwinnen en de actieve component van de spanning, waardoor de actieve weerstand wordt overwonnen.

Hoe groter de actieve weerstand van het circuit, hoe kleiner de faseverschuiving tussen stroom en spanning.

De curve van de vermogensverandering in het circuit (zie Fig. 3) tweemaal gedurende de periode kreeg een negatief teken, wat, zoals we al weten, een gevolg is van de reactieve aard van het circuit. Hoe minder reactief het circuit, hoe kleiner de faseverschuiving tussen stroom en spanning, en hoe meer stroombronvermogen dat circuit verbruikt.

Lees ook: Spanningsresonantie