Kintamosios srovės kondensatoriai

Kas yra kintamoji srovė?

Jei mes apsvarstysime nuolatinę srovę, tada ji ne visada gali būti visiškai pastovi: šaltinio išėjimo įtampa gali priklausyti nuo apkrovos arba nuo akumuliatoriaus ar galvaninės baterijos iškrovos laipsnio. Net esant pastoviai stabilizuotai įtampai, srovė išorinėje grandinėje priklauso nuo apkrovos, o tai patvirtina Ohmo dėsnį. Pasirodo, tai taip pat nėra gana pastovi srovė, tačiau tokia srovė taip pat negali būti vadinama kintama, nes ji nekeičia krypties.

Kintamasis paprastai vadinamas įtampa arba srove, kurios kryptis ir dydis nesikeičia veikiant išoriniams veiksniams, tokiems kaip apkrova, bet yra visiškai „nepriklausomi“: būtent taip generatorius jį sukuria. Be to, šie pokyčiai turėtų būti periodiniai, t. pasikartojantis tam tikru laikotarpiu, vadinamas periodu.

Jei įtampa ar srovė bet kokiu atveju keičiasi, nesijaudindami dėl dažnio ir kitų dėsningumų, toks signalas vadinamas triukšmu. Klasikinis pavyzdys yra „sniegas“ televizoriaus ekrane su silpnu transliacijos signalu. Kai kurių periodinių elektrinių signalų pavyzdžiai parodyti 1 paveiksle.

Dėl nuolatinės srovės yra tik dvi savybės: šaltinio poliškumas ir įtampa. Kintamosios srovės atveju šių dviejų verčių aiškiai nepakanka, todėl atsiranda dar keli parametrai: amplitudė, dažnis, laikotarpis, fazė, momentinė ir efektyvi vertė.

1 pavKai kurių periodinių elektrinių signalų pavyzdžiai

Dažniausiai technologijoje tenka susidurti su sinusoidiniais virpesiais, be to, ne tik elektrotechnikoje. Įsivaizduokite automobilio ratą. Važiuojant tolygiai lygiu keliu, rato centras apibūdina tiesią liniją, lygiagrečią kelio dangai. Tuo pačiu metu bet kuris rato periferijos taškas juda išilgai sinusoido, palyginti su ką tik paminėta linija.

Tai galima patvirtinti 2 paveiksle, kuriame parodytas grafinis sinusoido konstravimo metodas: kas gerai mokėsi piešimo, žino, kaip atlikti tokias konstrukcijas.

2 pavGrafinis sinuso bangos metodas

Iš fizikos mokyklinio kurso žinoma, kad sinusoidas yra labiausiai paplitęs ir tinkamas periodinės kreivės tyrimui. Lygiai taip pat sinusoidiniai virpesiai gaunami generatoriaidėl jų mechaninio įtaiso.

3 paveiksle parodyta sinusoidinės srovės schema.

3 pavSinusoidinis srovės grafikas

Nesunku pastebėti, kad srovės stiprumas bėgant laikui kinta, todėl ordinatės ašis paveiksle nurodoma kaip i (t), yra srovės ir laiko funkcija. Visas srovės laikotarpis nurodomas ištisine linija ir turi periodą T. Jei pradedate svarstymą nuo ištakų, galite pamatyti, kad iš pradžių srovė padidėja, pasiekia Imax, praeina per nulį, sumažėja iki –Imax, tada padidėja ir pasiekia nulį. Tada prasideda kitas laikotarpis, kaip parodyta brūkšniuota linija.

Matematinės formulės pavidalu dabartinis elgesys užrašomas taip: i (t) = Imax * sin (ω * t ± φ).

Čia i (t) yra momentinė srovės vertė, atsižvelgiant į laiką, Imax yra amplitudės vertė (didžiausias nuokrypis nuo pusiausvyros būsenos), ω yra apskritimo dažnis (2 * π * f), φ yra fazės kampas.

Apskritimo dažnis ω matuojamas radianais per sekundę, o fazės kampas φ - radianais arba laipsniais. Pastarasis turi prasmę tik tada, kai yra dvi sinusinės srovės. Pavyzdžiui, grandinėse su kondensatorius srovė lenkia įtampą 90˚ arba tiksliai ketvirtadaliu laikotarpio, kaip parodyta 4 paveiksle. Jei yra viena sinusoidinė srovė, tada galite ją judėti išilgai ordinarinės ašies, kaip jums patinka, ir nuo to niekas nepasikeis.

4 pav Grandinėse su kondensatoriumi srovė viršija įtampą ketvirtadaliu laikotarpio

Fizinė apskritimo dažnio meaning reikšmė yra tai, koks kampas radianais „perbėgs“ sinusoidą per vieną sekundę.

Laikotarpis - T yra laikas, per kurį sinuso banga sukels vieną visišką virpesį. Tas pats pasakytina apie skirtingos formos virpesius, pavyzdžiui, stačiakampį ar trikampį. Laikotarpis matuojamas sekundėmis arba mažesniais vienetais: milisekundėmis, mikrosekundėmis ar nanosekundėmis.

Kitas bet kurio periodinio signalo, įskaitant sinusoidą, parametras yra dažnis, kiek virpesių signalas padarys per 1 sekundę. Dažnio matavimo vienetas yra Hertz (Hz), pavadintas XIX amžiaus mokslininkui Heinrichas Hertzas. Taigi 1 Hz dažnis yra ne kas kita, kaip vienas virpesys per sekundę. Pavyzdžiui, apšvietimo tinklo dažnis yra 50Hz, tai yra, tiksliai 50 sinusoidinių periodų praeina per sekundę.

Jei dabartinis laikotarpis yra žinomas (galite išmatuokite osciloskopu), tada signalo dažnis padės išsiaiškinti formulę: f = 1 / T. Be to, jei laikas bus išreikštas sekundėmis, rezultatas bus išreikštas Hertz. Priešingai, T = 1 / f, dažnis Hz, laikas gaunamas sekundėmis. Pavyzdžiui, kada 50 hercų laikotarpis bus 1/50 = 0,02 sekundės arba 20 milisekundžių. Elektroje dažniau naudojami aukštesni dažniai: KHz - kilohercai, MHz - megahercai (tūkstančiai ir milijonai virpesių per sekundę) ir kt.

Viskas, kas pasakyta srovei, galioja ir kintamai įtampai: 6 pav. Pakanka paprasčiausiai pakeisti raidę I į U. Formulė atrodys taip: u (t) = Umax * sin (ω * t ± φ).

Šių paaiškinimų pakanka grįžti į eksperimentuokite su kondensatoriais ir paaiškinti jų fizinę reikšmę.

Kondensatorius veda kintamąja srove, kuri buvo parodyta schemoje 3 paveiksle (žr. Straipsnį - Kintamosios srovės elektros įrenginių kondensatoriai) Prijungus papildomą kondensatorių, lempos ryškumas padidėja. Kai kondensatoriai yra sujungti lygiagrečiai, jų talpos tiesiog susideda, todėl galima manyti, kad talpa Xc priklauso nuo talpos. Be to, tai taip pat priklauso nuo srovės dažnio, todėl formulė atrodo taip: Xc = 1/2 * π * f * C.

Iš formulės išplaukia, kad didėjant kintamosios įtampos talpai ir dažniui, reaktyvumas Xc mažėja. Šios priklausomybės parodytos 5 paveiksle.

5 pav. Kondensatoriaus reaktyvumo priklausomybė nuo talpos

Jei formulę pakeistume dažniu Hertz ir Faradų talpą, tada rezultatas būtų Ohmas.

Ar kondensatorius įkaista?

Dabar prisimink patirtį su kondensatoriumi ir elektros skaitikliu, kodėl jis nesisuka? Faktas yra tas, kad skaitiklis atsižvelgia į aktyviąją energiją, kai vartotojas yra grynai aktyvus krovinys, pavyzdžiui, kaitrinės lempos, elektrinis virdulys ar elektrinė viryklė. Tokiems vartotojams įtampa ir srovė sutampa fazėje, turi vieną ženklą: jei padauginsi du neigiamus skaičius (įtampą ir srovę neigiamame pusciklo metu), rezultatas pagal matematikos dėsnius vis tiek yra teigiamas. Todėl tokių vartotojų galimybės visada yra teigiamos, t. patenka į apkrovą ir išsiskiria šilumos pavidalu, kaip parodyta 6 brėžinyje brūkšnine linija.

6 pav

Tuo atveju, kai kondensatorius yra įtrauktas į kintamosios srovės grandinę, srovė ir įtampa nesutampa fazėje: srovė yra 90 оп prieš fazės įtampą, o tai lemia derinį, kai srovė ir įtampa turi skirtingus ženklus.

7 pav

Šiais momentais galia yra neigiama. Kitaip tariant, kai galia yra teigiama, kondensatorius yra įkraunamas, o kai neigiamas - kaupiama energija perduodama atgal į šaltinį. Todėl vidutiniškai tai paaiškėja nuliais ir čia tiesiog nėra ko skaičiuoti.

Kondensatorius, net jei jis nėra eksploatuojamas, net nešils. Todėl dažnai kondensatorius vadinamas laisvu atsparumu, leidžiančią jį naudoti be transformatorių naudojančiuose mažos galios maitinimo šaltinius.Nors tokie blokai nerekomenduojami dėl jų pavojingumo, vis dėlto kartais tai daryti reikia.

Prieš montuodami tokiame bloke gesinimo kondensatorius, jis turėtų būti patikrintas paprastu prisijungimu prie tinklo: jei per pusvalandį kondensatorius neįkaista, tada jį galima saugiai įtraukti į grandinę. Priešingu atveju jūs tiesiog turėsite jį išmesti nesigailėdamas.

Ką rodo voltmetras?

Gaminant ir remontuojant įvairius įtaisus, nors ir ne labai dažnai, būtina matuoti kintamąją įtampą ir net sroves. Jei sinusoidas elgiasi taip džioviai, tada aukštyn ir žemyn, ką parodys normalus voltmetras?

Vidutinė periodinio signalo, šiuo atveju sinusoido, vertė apskaičiuojama kaip plotas, kurį riboja abscisės ašis, ir signalo grafinis vaizdas, padalytas iš 2 * π radianų, arba sinusoido laikotarpis. Kadangi viršutinė ir apatinė dalys yra absoliučiai identiškos, tačiau turi skirtingus ženklus, vidutinė sinusoido vertė yra lygi nuliui ir to visai nereikia matuoti, o ji netgi yra tiesiog beprasmė.

Todėl matavimo įtaisas mums parodo įtampos ar srovės kvadratinę vertę. Vidutinė kvadratinė vertė yra tokia periodinės srovės, kuria išleidžiama ta pati apkrova, kaip ir nuolatinė srovė, kiekis šilumos. Kitaip tariant, lemputė šviečia tokiu pat ryškumu.

Tai apibūdinama formulėmis taip: Icr = 0,707 * Imax = Imax / √2 įtampai, formulė yra ta pati, tereikia pakeisti vieną raidę Ucr = 0,707 * Umax = Umax / √2. Šias vertes rodo matavimo prietaisas. Jie gali būti pakeisti į formules skaičiuojant pagal Ohmo įstatymus arba apskaičiuojant galią.

Bet tai dar ne viskas, ką sugeba kintamos srovės tinklo kondensatorius. Kitame straipsnyje mes apsvarstysime kondensatorių naudojimą impulsinėse grandinėse, aukšto ir žemo dažnio filtruose, sinusinių ir kvadratinių bangų generatoriuose.

Borisas Aladyshkinas

Straipsnio tęsinys: Kondensatoriai elektroninėse grandinėse