Tīrs kondensatora šķēršļi
Šķēršļi, kas sastāv tikai no tīra kondensatora ar kapacitāti C (mērīta faradās), tiek saukti par Tīriem Kondensatora Šķēršļiem. Kondensatori saglabā elektroenerģiju elektriskā laukā, īpašība, kas pazīstama kā kapacitāte (alternatīvi saukta arī par "kondensatoru"). Strukturāli kondensators sastāv no diviem vedlīgajiem plāksņiem, kas atdalīti dieletrijskā vidē — bieži izmantotie dieletrijskie materiāli ietver stiklu, papīru, miku un oksīda slāņus. Ideālā AC kondensatora šķēršļos strāva nolaida spriegumu ar fāzes leņķi 90 grādi.
Kad spriegums tiek piestiprināts uz kondensatora, starp tā plāksņiem veidojas elektrisks lauks, bet caur dieletrijsko vidu neiet strāva. Ar nestabilu AC sprieguma avotu, notiek nemainīga strāvas plūsma, jo kondensators cikliski uzlādējas un atlādējas.
Izskaidrojums un izcelsme Kondensatora Šķēršļiem
Kondensators sastāv no diviem izolētiem plāksņiem, kas atdalīti dieletrijskā vidē, darbojoties kā enerģijas krātvele elektrokrājumam. Tas uzlādējas, kad pieslēdzams pie enerģijas avota, un atlādējas, kad noņemts. Kad savienots ar DC avotu, tas uzlādējas līdz piestiprinātajam potenciālam, parādot to lomu kā pasīvo elektrisko komponentu, kas pretojas sprieguma maiņām.
Pieliktais alternavojošais spriegums šķēršļiem ir dots ar vienādojumu:
Kondensatora krājums jebkurā laika momentā ir dots kā:
Caurspīdīgā strāva šķēršļos ir dota ar vienādojumu:
Ievietojot q vērtību no vienādojuma (2) vienādojumā (3), mēs iegūsim
Tagad, ievietojot v vērtību no vienādojuma (1) vienādojumā (3), mēs iegūsim
Kur Xc = 1/ωC apzīmē pretestību alternavojošās strāvas plūsmai tīrā kondensatorā, zināma kā kapacitīva reaktivitāte. Strāva sasniedz maksimālo vērtību, kad sin(ωt + π/2) = 1. Tātad, maksimālā strāva Im ir izteikta kā:
Aizstājot Im vērtību vienādojumā (4), mēs iegūsim:
Fāzvektora diagramma un jaudas līkne
Tīros kondensatora šķēršļos, caurspīdīgā strāva kondensatorā nolaida spriegumu ar 90 grādu fāzes leņķi. Fāzvektora diagramma un sprieguma, strāvas un jaudas līknes ir attēlotas zemāk:
Augstāk minētajā līknē sarkanā līkne pārstāv strāvu, zilā līkne — spriegumu, bet rozā līkne — jaudu. Kad spriegums palielinās, kondensators uzlādējas līdz maksimālajai vērtībai, veidojot pozitīvo pusgari, un, kad spriegums samazinās, kondensators atlādējas, veidojot negatīvo pusgari. Līknes rūpīga izpēte parāda, ka, kad spriegums sasniedz savu maksimumu, strāva samazinās līdz nullei, nozīmējot, ka šajā mirkļā neiet strāva. Kad spriegums samazinās līdz π un kļūst negatīvs, strāva sasniedz maksimumu, aktivizējot kondensatora atlādi, un šis uzlādēšanas-atlādēšanas cikls turpinās.
Spriegums un strāva nekad neretiņās savā maksimumā vienlaicīgi, tāpēc, ka to starpā ir 90° fāzes atšķirība, kā to parāda fāzvektora diagrammā, kur strāva (Im) nolaida spriegumu (Vm) par π/2. Šajā tīrā kondensatora šķēršļos momentānā jauda ir definēta ar p = vi.
Tātad, no augstāk minētā vienādojuma var secināt, ka vidējā jauda kondensatora šķēršļos ir nulle. Vidējā jauda pusei garam ir nulle, tāpēc ka līknes simetrija, kur pozitīvais un negatīvais lūka laukumi ir vienādi.
Pirmajā kvartālgarā enerģija, ko nodrošina avots, tiek saglabāta elektriskajā laukā starp kondensatora plāksņiem. Nākamajā kvartālgarā, kad elektriskais lauks izsilek, saglabātā enerģija tiek atdotas avotam. Šis enerģijas saglabāšanas un atdevas cikliskais process notiek nepārtraukti, neveicot neto jaudas patēriņu kondensatora šķēršļos.
