Какво е чисто кондензаторна верига

Чисто кондензаторна верига

Верига, състояща се само от чист кондензатор с капацитет C (измерван в фаради), се нарича Чисто кондензаторна верига. Кондензаторите съхраняват електрическа енергия в електрическо поле, характеристика, известна като капацитет (понякога се нарича и "кондензатор"). Структурно, кондензаторът се състои от две проводещи плочки, разделени от диелектрична среда – общи диелектрични материали включват стъкло, хартия, мика и оксидни слоеве. В идеална AC кондензаторна верига, токът предваря напрежението с фазов ъгъл от 90 градуса.

Когато се приложи напрежение върху кондензатор, се установява електрическо поле между плочките му, но ток не преминава през диелектричната среда. При вариращ източник на AC напрежение, непрекъснат поток на тока се осъществява поради цикличните процеси на зареждане и разтоварване на кондензатора.

Обяснение и извеждане на кондензаторна верига

Кондензаторът се състои от две изолирани плочки, разделени от диелектрична среда, служейки като устройство за съхранение на електрически заряд. Той се зарежда, когато е свързан с източник на напрежение, и се разтоварва, когато е отстранен. Когато е свързан с DC източник, той се зарежда до напрежение, равно на приложеното потенциално напрежение, демонстрирайки ролята си като пасивен електрически компонент, който противодейства на промените в напрежението.

Нека алтернативното напрежение, приложено към веригата, е дадено от уравнението:

Зарядът на кондензатора във всеки момент от времето е даден като:

Токът, протичащ през веригата, е даден от уравнението:

Поставяйки стойността на q от уравнение (2) в уравнение (3), получаваме

Сега, поставяйки стойността на v от уравнение (1) в уравнение (3), получаваме

Където Xc = 1/ωC означава противодействието на алтернативния ток от чист кондензатор, известно като капацитивна реактивност. Токът достига максималната си стойност, когато sin(ωt + π/2) = 1. Така, максималният ток I_m се изразява като:

Замествайки стойността на I_m в уравнение (4), получаваме:

Фазорова диаграма и крива на мощността

В чисто кондензаторна верига, токът през кондензатора предваря напрежението с фазов ъгъл от 90 градуса. Фазоровата диаграма и формите на вълните за напрежение, ток и мощност са показани по-долу:

В горната форма на вълна, червената крива представлява тока, синята крива означава напрежението, а розовата крива указва мощността. Когато напрежението се увеличава, кондензаторът се зарежда до максималната си стойност, образувайки положителен полуцикл; когато напрежението намалява, кондензаторът се разтоварва, създавайки отрицателен полуцикл. Пристъпателно разглеждане на кривата показва, че когато напрежението достигне максимума си, токът се свежда до нула, което означава, че в този момент не протича ток. Когато напрежението намалява до π и става отрицателно, токът достига максимума си, активирайки разтоварването на кондензатора – и този цикъл на зареждане-разтоварване продължава.

Напрежението и токът никога не достигат своите максимуми едновременно поради техния фазов ъгъл от 90°, както е показано в фазоровата диаграма, където токът (Im) предваря напрежението (Vm) с π/2. Моментната мощност в тази чисто кондензаторна верига е определена от p = vi.

Така, може да се заключи от горното уравнение, че средната мощност в капацитивна верига е нула. Средната мощност за половин периода е нула поради симетрията на формата на вълната, където положителната и отрицателната област са идентични.

През първата четвърт периода, мощността, предоставена от източника, се съхранява в електрическото поле, установено между плочките на кондензатора. През следващата четвърт периода, когато електрическото поле се разтваря, съхранената енергия се връща обратно към източника. Този цикличен процес на съхранение и връщане на енергия продължава непрекъснато, водейки до нулево общо потребление на мощност от кондензаторната верига.