Jak zachowuje się kondensator w obwodzie prądu przemiennego?

Jeśli źródło zasilania AC jest podłączonedo rezystora, wtedy prąd i napięcie w obwodzie w dowolnym punkcie wykresu czasu będą proporcjonalne do siebie. Oznacza to, że krzywe prądu i napięcia osiągną w tym samym czasie wartość "szczytową". Jednocześnie mówimy, że prąd i napięcie są w fazie.

Zastanówmy się teraz, jak kondensator zachowuje się w obwodzie prądu przemiennego.

Jeśli podłączone jest źródło napięcia zmiennegokondensator, maksymalna wartość napięcia na nim będzie proporcjonalna do maksymalnej wartości prądu płynącego w obwodzie. Jednak szczyt fali sinusoidy napięcia nie będzie atakował jednocześnie z maksymalnym prądem.

W tym przykładzie prąd chwilowy sięgajego maksymalna wartość za jedną czwartą okresu (90 el.grad.) wcześniej niż spowoduje to napięcie. W tym przypadku mówią, że "prąd wyprzedza napięcie o 90 °".

W przeciwieństwie do sytuacji w obwodzie prądu stałego,Wartość V / I nie jest tutaj stała. Niemniej jednak, stosunek Vmax / Imax jest bardzo przydatną wartością, a w elektrotechnice nazywany jest rezystancją pojemnościową (Xc) składnika. Ponieważ ta wartość nadal odzwierciedla stosunek napięcia do prądu, tj. w sensie fizycznym jest oporem, jego jednostką miary jest Om. Wartość Xc kondensatora zależy od jego pojemności (C) i częstotliwości prądu przemiennego (f).

Od kondensatora w obwodzie prądu przemiennegoprzyłożona jest średnia kwadratowa wartości napięcia, w tym obwodzie płynie ten sam prąd przemienny, który jest ograniczony przez kondensator. To ograniczenie wynika z reaktancji kondensatora.

Dlatego prąd w obwodzie, który nie zawiera żadnych innych elementów innych niż kondensator, jest określony przez alternatywną wersję prawa Ohma

Ja_RMS = U_RMS / X_C

Gdzie U_RMS - wartość napięcia rms. Zwróć uwagę, że X_z zastępuje wartość R w wersji prawa Ohma dla prądu stałego.

Teraz widzimy, że kondensator w obwodzieAC zachowuje się zupełnie inaczej niż stały rezystor, a sytuacja tutaj, odpowiednio, jest bardziej skomplikowana. Aby lepiej zrozumieć procesy zachodzące w takim łańcuchu, warto wprowadzić taką koncepcję jako wektor.

Główną ideą wektora jest idea, żeże złożona wartość sygnału zmieniającego się w czasie może być reprezentowana jako iloczyn liczby zespolonej (która nie zależy od czasu) i jakiegoś złożonego sygnału, który jest funkcją czasu.

Na przykład możemy reprezentować funkcję A cos (2πνt + θ) po prostu jako stałą zespoloną A ∙ e^jΘ .

Ponieważ wektory są reprezentowane przez wielkość (lub moduł) i kąt, są one przedstawione graficznie za pomocą strzałki (lub wektora) obracającej się w płaszczyźnie XY.

Biorąc pod uwagę napięcie na kondensatorze"Lagi" w odniesieniu do prądu, reprezentujące ich wektory, znajdują się na złożonej płaszczyźnie, jak pokazano na powyższym rysunku. Na tej figurze wektory prądu i napięcia obracają się w kierunku przeciwnym do kierunku zgodnego z ruchem wskazówek zegara.

W naszym przykładzie jest to spowodowane prądem na kondensatorzejego okresowe doładowanie. Ponieważ kondensator w obwodzie prądu przemiennego ma możliwość okresowego gromadzenia i rozładowania ładunku elektrycznego, istnieje stała wymiana energii między nim a źródłem energii, które w inżynierii elektrycznej nazywa się reaktywne.