Čisti kapacitivni krug
Krug sastavljen isključivo od čistog kondenzatora s kapacitetom C (mjeren u faradima) naziva se Čisti kapacitivni krug. Kondenzatori pohranjuju električnu energiju unutar električnog polja, karakteristika koja se naziva kapacitet (alternativno se naziva "konddenzator"). Strukturno, kondenzator sastoji se od dvije vodljive ploče razdvojene dielektričnim sredstvom—uobičajeni dielektrični materijali uključuju staklo, papir, miku i oksidne slojeve. U idealnom AC kapacitivnom krugu, struja vodi naprezanju za fazni kut od 90 stupnjeva.
Kada se naprezanje primijeni na kondenzator, postavlja se električno polje između njegovih ploča, ali nema protoka struje kroz dielektrično sredstvo. S fluktuirajućim AC izvorom naprezanja, nastaje kontinuirani protok struje zbog cikličnih procesa nabijanja i razbijanja kondenzatora.
Objašnjenje i izvod kapacitivnog kruga
Kondenzator sastoji se od dvije izolirane ploče razdvojene dielektričnim sredstvom, služi kao uređaj za pohranu električnog naboja. Nabija se kada je spojen na izvor snage i razbija se kada je odspojen. Kada je povezan s DC izvorom, nabija se do naprezanja jednakog primijenjenom potencijalu, ilustrirajući svoju ulogu kao pasivni električni komponent koji otpire promjenama naprezanja.
Neka je alternativno naprezanje primijenjeno na krug dano jednadžbom:
Naboj kondenzatora u bilo kojem trenutku vremena daje se kao:
Struja koja teče kroz krug dana je jednadžbom:
Uvrštavanjem vrijednosti q iz jednadžbe (2) u jednadžbu (3) dobivamo
Sada, uvrštavanjem vrijednosti v iz jednadžbe (1) u jednadžbu (3) dobivamo
Gdje Xc = 1/ωC označava otpor protoku struje u čistom kondenzatoru, poznat kao kapacitivni reaktanc. Struja dostiže svoju maksimalnu vrijednost kada sin(ωt + π/2) = 1. Stoga, maksimalna struja Im izražena je kao:
Uvrštavanjem vrijednosti Im u jednadžbu (4) dobivamo:
Fazorski dijagram i krivulja snage
U čistom kapacitivnom krugu, struja kroz kondenzator vodi naprezanju za fazni kut od 90 stupnjeva. Fazorski dijagram i talasi za naprezanje, struju i snagu prikazani su u nastavku:
Na gornjem talasu, crvena krivulja predstavlja struju, plava krivulja označava naprezanje, a roza krivulja pokazuje snagu. Kada naprezanje raste, kondenzator se nabija do maksimalne vrijednosti, formirajući pozitivni poluciklus; kako naprezanje opada, kondenzator se razbija, stvarajući negativni poluciklus. Pažljiv pregled krivulje pokazuje da kada naprezanje doseže svoj vrh, struja pada na nulu, što znači da u tom trenutku ne teče struja. Kako naprezanje opada do π i postaje negativno, struja doseže vrh, pokrećeći kondenzator da se razbije—i ovaj ciklus nabijanja-razbijanja nastavlja se.
Naprezanje i struja nikada ne dosegu svoje maksimume istovremeno zbog njihove razlike u fazi od 90°, kao što je prikazano u fazorskom dijagramu gdje struja (Im) vodi naprezanju (Vm) za π/2. Trenutna snaga u ovom čistom kapacitivnom krugu definirana je sa p = vi.
Stoga, može se zaključiti iz gornje jednadžbe da je prosječna snaga u kapacitivnom krugu jednaka nuli. Prosječna snaga tijekom poluciklusa jednaka je nuli zbog simetrije talasa, gdje su površine pozitivnog i negativnog ciklusa identične.
Tijekom prvog četvrtciklusa, snaga koju pruža izvor pohranjena je unutar električnog polja između ploča kondenzatora. U sljedećem četvrtciklusu, kako se električno polje rasipa, pohranjena energija vraćena je izvoru. Ovaj ciklični proces pohrane i vraćanja energije nastavlja se neprekidno, rezultirajući time da kapacitivni krug ne potroši neto snagu.
