Puhane kondensaatorite võrk
Võrk, mis koosneb ainult puhast kondensaatorist kapatsitse C (mõõdetud faaradites), nimetatakse Puhase Kondensaatorite Võrguks. Kondensaatorid säilitavad elektrilist energiat elektriväljas, selle omaduse nimetatakse kapatsitsuseks (mõnikord tuntud ka kui "kondensaator"). Struktuurselt koosneb kondensaator kahest juhingplatst, mis on eraldatud dielektrilise keskkonnaga – tavalised dielektrilised materjalid hõlmavad klaasi, paberi, miki ja oksiidkihte. Ideaalses AC kondensaatorite võrku jookseb vool eelnenud fasi nurga 90 kraadi võrra.
Kui kondensaatori plattele rakendatakse pinget, tekib nende vahele elektriväli, kuid vool ei läbi dielektrikut. Muutuvate AC pingeallikate korral toimub järsi voolu jooksmine kondensaatori tsükliliste laadimise ja lahutamise protsesside tõttu.
Puhase kondensaatorite võrgu selgitus ja tuletamine
Kondensaator koosneb kahest dielektrilise keskkonna poolt eraldatud platst, millel on roll elektrilise laenguga energia säilitamise seadme. See laebub, kui see on ühendatud võimsuse allikaga, ja lahutub, kui see on lahutatud. DC pingeallikaga ühendatuna laebub see pingele, mis vastab rakendatud potentsiaalile, näidates oma rolli passiivse elektroonilise komponendi kui pingemuutuste vastust.
Olgu võrku rakendatav muutuv pinge antud võrrandiga:
Kondensaatori laeng igal hetkel on antud kui:
Vool, mis läbib võrku, on antud võrrandiga:
Asendades q väärtuse võrrandis (2) võrrandisse (3) saame
Nüüd, asendades v väärtuse võrrandis (1) võrrandisse (3) saame
Kus Xc = 1/ωC tähistab vastastikku muutuvale voolule puhase kondensaatoriga, tuntud kui kapatsiitiline reaktants. Vool saavutab maksimaalse väärtuse, kui sin(ωt + π/2) = 1. Seega, maksimaalne vool Im väljendub kui:
Asendades Im väärtuse võrrandisse (4) saame:
Fasor diagramm ja võimsusgraafik
Puhases kondensaatorite võrku jookseb kondensaatori läbi vool eelnenud fasi nurgaga 90 kraadi. Fasor diagramm ja pinge, vool ja võimsuse lainekujud on näidatud allpool:
Ülaltoodud lainekujul tähistab punane kurv voolu, sinine kurv pinge ja roosa kurv võimsuse. Kui pinge kasvab, laebub kondensaator maksimaalseni, moodustades positiivse pooltsüklit; kui pinge väheneks, lahutab kondensaator, luues negatiivse pooltsükli. Hoolikas uurimine näitab, et kui pinge jõuab oma maksimumini, laskub vool nulli, tähendades, et selle hetkel voolu ei ole. Kui pinge väheneks π ja muutuks negatiivseks, jõuab vool oma maksimumini, käivitades kondensaatori lahutamise – ja see laadimine-lahutamine jätkub.
Pingel ja voogel ei jõuta kunagi nende maksimumi samaaegselt nende 90° fasi erinevuse tõttu, nagu näidatud fasor diagrammil, kus vool (Im) eeleneb pingel (Vm) π/2. Selle puhase kondensaatorite võrgu hetkevõimsus on defineeritud võrrandiga p = vi.
Seega, saab ülaltoodud võrrandist järeldada, et kapatsiitse võrgu keskmine võimsus on null. Pooltsükli jooksul on keskmine võimsus null sümmeetria tõttu, kus positiivsed ja negatiivsed tsüklite alad on identeed.
Esimesel neljandeltsükli jooksul säilitatakse allikast pärit energia kondensaatori plaatide vahele loodud elektriväljas. Järgmisel neljandeltsükli jooksul, kui elektriväli laguneb, tagastatakse säilitatud energia allikasse. See energia säilitamise ja tagastamise tsükliline protsess jätkub pidevalt, tulemuseks on kondensaatorite võrgu nettoenergia tarbimata jäämine.
