Што е чисто кондензаторска кола?

Чиста кондензаторска колона

Колона која се состои само од чист кондензатор со капацитет C (мерено во фаради) се нарекува Чиста кондензаторска колона. Кондензаторите зачувуваат електрична енергија во електрично поле, карактеристика позната како капацитет (или "кондензатор"). Структурално, кондензаторот се состои од две проводиви плочици разделени со диелектрична средина - обични диелектрични материјали вклучуваат стакло, папир, мика и оксидни слоеви. Во идеална AC кондензаторска колона, токот предварува напонот со фазен агол од 90 степени.

Кога се применува напон на кондензатор, се установува електрично поле помеѓу неговите плочици, но нема ток што преминува низ диелектричната средина. Со варирачки AC извор на напон, се јавува непрекинато протечење на ток поради цикличните процеси на зарежување и разорежување на кондензаторот.

Објаснување и изведување на кондензаторската колона

Кондензаторот се состои од две изолирани плочици разделени со диелектрична средина, служејќи како уред за зачувување на електрична енергија. Зарежува се кога е поврзан со извор на енергија и се разорежува кога е одсечен. Кога е поврзан со DC извор, се зарежува до напон еднаков на приложен потенцијал, што го илустрира неговата улога како пасивен електричен компонент кој се противставува на промени во напонот.

Нека променливият напон приложен на колоната е даден со равенката:

Наборот на кондензаторот во било кој момент е даден како:

Токот што протече низ колоната е даден со равенката:

Вметнувајќи вредноста на q од равенката (2) во равенката (3) ќе добиеме

Сега, вметнувајќи вредноста на v од равенката (1) во равенката (3) ќе добиеме

Каде Xc = 1/ωC означува противостојноста на алтернативниот ток од страна на чист кондензатор, познат како капацитивна реактанца. Токот достигнува својата максимална вредност кога sin(ωt + π/2) = 1. Така, максималниот ток I_m се изразува како:

Заменувајќи вредноста на I_m во равенката (4) ќе добиеме:

Фазор дијаграма и крива на моќта

Во чиста кондензаторска колона, токот низ кондензаторот предварува напонот со фазен агол од 90 степени. Фазор дијаграмата и формите на ток, напон и моќ се прикажани подолу:

На формата по горе, црвената крива претставува ток, сината крива означува напон, а розовата крива покажува моќ. Кога напонот се зголемува, кондензаторот се зарежува до својата максимална вредност, формирајќи позитивен полупериод; кога напонот се намалува, кондензаторот се разорежува, создавајќи негативен полупериод. Пажлив преглед на кривата покажува дека кога напонот достигнува својата максимална вредност, токот се поништува, што значи дека во тој момент нема ток. Кога напонот се намалува до π и станува негативен, токот достигнува својата максимална вредност, што активира кондензаторот да се разорежува - и овој циклус на зарежување-разорежување продолжува.

Напонот и токот никогаш не достигнуваат своите максимуми истовремено поради нивниот фазен агол од 90°, како што е прикажано на фазор дијаграмата каде што токот (Im) предварува напонот (Vm) со π/2. Инстантената моќ во оваа чиста кондензаторска колона е дефинирана со p = vi.

Така, може да се изведе од горната равенка дека просечната моќ во капацитивната колона е нула. Просечната моќ за полупериод е нула поради симетријата на формата, каде што областа на позитивната и негативната лупа се исти.

Во првиот четвртина-период, моќта доставена од изворот се зачувува во електричното поле установлено помеѓу плочиците на кондензаторот. Во следниот четвртина-период, како електричното поле се исцрпува, зачуваната енергија се враќа на изворот. Овој цикличен процес на зачувување и враќање на енергија се повторува непрекинато, резултирајќи со тоа дека кондензаторската колона не консумира нетна моќ.