AC kondenzátorok

Mi a váltakozó áram?

Ha egy egyenáramot veszünk figyelembe, akkor az nem mindig lehet állandó: a feszültség a forrás kimenetén függhet az akkumulátor terhelésétől vagy az akkumulátor vagy a galván akkumulátor kisülési fokától. Még állandó stabilizált feszültség esetén is a külső áramkör árama a terheléstől függ, ami megerősíti Ohm törvényét. Kiderült, hogy ez szintén nem egészen állandó áram, de az ilyen áramot sem lehet változónak nevezni, mivel az nem változtatja meg az irányt.

Egy változót általában feszültségnek vagy áramnak hívnak, amelynek iránya és nagysága nem változik külső tényezők, például terhelés hatására, hanem teljesen "független": így generálja a generátor. Ezen felül ezeknek a változásoknak periodikusnak kell lenniük, azaz egy bizonyos ideig megismételve, úgynevezett időszak.

Ha a feszültség vagy az áram bármilyen módon megváltozik, anélkül, hogy aggódnunk kellene a frekvencia és más szabályszerűségek miatt, akkor ezt a jelet zajnak nevezzük. Klasszikus példa a „hó” a gyenge sugárzási jelű TV-képernyőn. Néhány időszakos elektromos jelre példákat mutat az 1. ábra.

Az egyenáramnak csak két jellemzője van: a forrás polaritása és feszültsége. Váltakozó áram esetén ez a két mennyiség nyilvánvalóan nem elég, tehát még több paraméter jelenik meg: amplitúdó, frekvencia, periódus, fázis, azonnali és hatékony érték.

1. ábraPéldák néhány időszakos elektromos jelre

A technológiában leggyakrabban a szinuszos rezgésekkel kell foglalkozni, ráadásul nem csak az elektrotechnikában. Képzelj el egy autó kereket. Ha egyenletesen halad egy jó sima úton, akkor a kerék közepe az útfelülettel párhuzamos egyeneset jelöl. Ugyanakkor a kerék kerületének bármely pontja a sinusoid mentén mozog az éppen említett vonalhoz képest.

A fentiek megerősíthetők a 2. ábrán, amely szemlélteti a szinuszos szerkezet létrehozásának grafikus módszerét: aki jól tanulmányozta a rajzot, tudja, hogyan kell ilyen konstrukciókat végrehajtani.

2. ábraGrafikus szinuszhullám-módszer

A fizika iskolai tanfolyamából ismert, hogy a sinusoid a leggyakoribb és megfelelő periódikus görbe tanulmányozására. Pontosan ugyanúgy érkeznek szinuszos oszcillációk generátorokmechanikai eszközük miatt.

A 3. ábra a szinuszos áram grafikonját mutatja.

3. ábraSzinuszos grafikon

Könnyű belátni, hogy az áram nagysága az idő függvényében változik, ezért az ordináta tengelyét az ábrán jelöljük, mivel i (t), az áram függvénye az idő függvényében. Az áram teljes periódusát egy folytonos vonal jelzi, és T ponttal rendelkezik. Ha a megfontolást az eredetről indítja, láthatja, hogy először az áram növekszik, eléri az Imax értéket, nullán megy át, csökken –Imax értékre, majd növekszik és eléri a nullát. Ezután a következő szakasz kezdődik, amint azt a szaggatott vonal mutatja.

Matematikai képlet formájában az aktuális viselkedést a következőképpen írják: i (t) = Imax * sin (ω * t ± φ).

I (t) itt az áram pillanatnyi értéke, az időtől függően, Imax az amplitúdó értéke (maximális eltérés az egyensúlyi állapottól), ω a körfrekvencia (2 * π * f), φ a fázisszög.

A ω körfrekvenciát radiánban / másodpercben, a fázisszöget radiánban vagy fokban mérjük. Ez utóbbi csak akkor van értelme, ha két szinuszos áram van. Például láncokban kondenzátor az áramerősség a feszültségnél 90 by-rel, vagy pontosan az időszak negyedével meghaladja, amint azt a 4. ábra mutatja. Ha van egy szinuszos áram, akkor mozgathatja azt a ordinát tengely mentén, ahogy tetszik, és ettől semmi nem változik.

4. ábra A kondenzátoros áramkörökben az áram egy negyed percestel haladja meg a feszültséget

A frequency körfrekvencia fizikai jelentése azt jelzi, hogy a sugárban mért szög melyik másodpercen belül „halad át” egy szinuszos szögen.

Periódus - T az az idő, amely alatt a szinuszhullám egy teljes rezgést hajt végre. Ugyanez vonatkozik más formájú rezgésekre is, például téglalap vagy háromszög. Az időtartamot másodpercben vagy annál kisebb egységekben mérik: milliszekundumban, mikrosekundumban vagy nanosekundumban.

Bármely periodikus jel, beleértve a szinuszos jelet, másik paramétere a frekvencia, a hány rezgést a jel 1 másodpercen belül végrehajtja. A frekvencia mértékegysége Hertz (Hz), amelyet a XIX. Századi Heinrich Hertz tudósnak neveztek el. Tehát az 1 Hz frekvencia nem más, mint egy rezgés / másodperc. Például a világítóhálózat frekvenciája 50Hz, vagyis pontosan 50 szinuszos periódus megy el egy másodpercben.

Ha az aktuális időszak ismert (akkor mérje meg egy oszcilloszkóppal), akkor a jel frekvenciája segít kiszámítani a képletet: f = 1 / T. Sőt, ha az időt másodpercben fejezik ki, akkor az eredmény Hertzben történik. Ezzel szemben T = 1 / f, frekvencia Hz-ben, az idő másodpercben. Például mikor 50 hertz az időtartam 1/50 = 0,02 másodperc vagy 20 milliszekundum. Az elektromosságban gyakrabban használnak magasabb frekvenciákat: KHz - kilohertz, MHz - megahertz (ezer és millió oszcilláció másodpercenként) stb.

Minden, ami az áramerősségre vonatkozik, a váltakozó feszültségre is igaz: a 6. ábrán elegendő egyszerűen az I betűt U-ra változtatni. A képlet így néz ki: u (t) = Umax * sin (ω * t ± φ).

Ezek a magyarázatok elegendőek a visszatéréshez kísérletezzen a kondenzátorokkal és magyarázza meg azok fizikai jelentését.

A kondenzátor váltakozó áramot vezet, amit a 3. ábra ábra mutat (lásd cikk - Kondenzátorok váltakozó áramú villamos berendezésekhez). Egy további kondenzátor csatlakoztatása esetén a lámpa fényereje növekszik. Ha a kondenzátorok párhuzamosan vannak csatlakoztatva, kapacitásuk egyszerűen összeadódik, tehát feltételezhető, hogy az Xc kapacitás a kapacitástól függ. Ezenkívül az áram frekvenciájától is függ, ezért a képlet így néz ki: Xc = 1/2 * π * f * C.

A képletből következik, hogy a váltakozó feszültség kapacitásának és frekvenciájának növekedésével az Xc reaktancia csökken. Ezeket a függőségeket az 5. ábra mutatja.

5. ábra: A kondenzátor reaktanciájának függése a kapacitástól

Ha helyettesítjük a Hertz frekvenciát a képletben és a kapacitást Faradokban, akkor az eredmény Ohms lesz.

Felmelegszik a kondenzátor?

Emlékezzünk vissza a kondenzátorral és az elektromos fogyasztásmérővel kapcsolatos tapasztalatokra, miért nem forog? A tény az, hogy a fogyasztásmérő aktív energiát vesz figyelembe, amikor a fogyasztó tisztán aktív terhelés, például izzólámpák, elektromos vízforraló vagy elektromos tűzhely. Az ilyen fogyasztók számára a feszültség és az áram fázisban egybeesnek, és van egy jele: ha szorozunk két negatív számot (feszültség és áram a negatív félciklus alatt), akkor az eredmény a matematikai törvények szerint továbbra is pozitív. Ezért az ilyen fogyasztók kapacitása mindig pozitív, azaz a rakományba megy, és hő formájában szabadul fel, amint a szaggatott vonal a 6. ábrán látható.

6. ábra

Abban az esetben, ha a kondenzátort beépítik a váltakozó áramú áramkörbe, akkor az áram és a feszültség nem esik egybe a fázisban: az áram 90 μP-rel meghaladja a feszültség fázisát, ami kombinációhoz vezet, amikor az áram és a feszültség eltérő jelekkel rendelkezik.

7. ábra

Ezekben a pillanatokban az erő negatív. Más szavakkal, ha a teljesítmény pozitív, a kondenzátor töltődik, és ha negatív, a tárolt energia visszatér a forráshoz. Ezért átlagosan nullával kiderül, és itt egyszerűen nincs mit számolni.

A kondenzátor, hacsak természetesen nem használható, egyáltalán nem melegszik fel. Ezért gyakran kondenzátor, amelyet szabad ellenállásnak hívnak, amely lehetővé teszi felhasználását transzformátor nélküli kis fogyasztású tápegységekben.Noha az ilyen blokkok veszélye miatt nem ajánlottak, ennek ellenére néha meg kell csinálni.

Mielőtt telepítené egy ilyen egységet kioltó kondenzátor, ellenőrizni kell a hálózathoz történő egyszerű csatlakoztatással: ha fél óra alatt a kondenzátor nem melegszik fel, akkor biztonságosan be lehet vonni az áramkörbe. Ellenkező esetben csak megbánás nélkül el kell dobnia.

Mit mutat a voltmérő?

Különböző eszközök gyártása és javítása során, bár nem nagyon gyakran, meg kell mérni a váltakozó feszültségeket és az egyenletes áramokat. Ha egy sinusoid annyira hektikusan viselkedik, akkor felfelé és lefelé, mit fog mutatni egy normál voltmérő?

A periódusos jel, ebben az esetben a szinuszos átlagértékét úgy számítják ki, mint az abszcissza tengely által határolt terület és a jel grafikus képe osztva 2 * π sugárral, vagy a szinusz periódusa. Mivel a felső és az alsó rész teljesen azonos, de eltérő jelek vannak, a sinusoid átlagértéke nulla, és ezt egyáltalán nem szükséges megmérni, sőt egyszerűen értelmetlen.

Ezért a mérőkészülék megmutatja a feszültség vagy áram effektív értékét. Az átlagos négyzetérték a periódusos áram olyan értéke, amelynél ugyanolyan hőmennyiség szabadul fel ugyanazon a terhelésen, mint az egyenáram. Más szavakkal, az izzó ugyanolyan fényerővel világít.

Ezt a következő képletek írják le: Icrc = 0,707 * Imax = Imax / √2 feszültségre, a képlet ugyanaz, csak változtasson egyet Ucrc = 0,707 * Umax = Umax / √2. A mérőeszköz ezeket az értékeket mutatja. Ezek helyettesíthetők képletekké, amikor az Ohmi törvény szerint számítanak, vagy ha a teljesítményt számítják.

De ez nem minden, amire egy AC hálózat kondenzátora képes. A következő cikkben megvizsgáljuk a kondenzátorok alkalmazását impulzusos áramkörökben, a nagy- és aluláteresztő szűrőkben, a szinuszhullámú és négyszöghullámú generátorokban.

Boris Aladyshkin

A cikk folytatása: Kondenzátorok elektronikus áramkörökben