Čisti kondenzatorski krog
Krog, ki vsebuje samo čist kondenzator z kapacitivnostjo C (merjeno v faradih), se imenuje čisti kondenzatorski krog. Kondenzatorji shranjujejo električno energijo znotraj električnega polja, značilnost, znana kot kapacitivnost (ali tudi "kondenzator"). Strukturno je kondenzator sestavljen iz dveh vodljivih plošč, ločenih dielektričnim medijem – pogosti dielektrični materiali so steklo, papir, mika in oksidne plasti. V idealnem AC kondenzatorskem krogu teče tok pred napetostjo za fazni kot 90 stopinj.
Ko se napetost uporabi na kondenzator, se vzpostavi električno polje med njegovima ploščama, toda tok skozi dielektrični medij ne teče. Z nihanjujočim AC virom napetosti pa se zaradi cikličnega nabiranja in raznabiranja kondenzatorja pojavlja stalni pretok toka.
Razlage in odvod kondenzatorskega kroga
Kondenzator sestoji iz dveh izoliranih plošč, ločenih dielektričnim medijem, ki služi kot naprava za shranjevanje električnega naboja. Nablja se, ko je povezan z virom napetosti, in se raznablja, ko je odviran. Ko je povezan z DC virom, se nablja na napetost, enako pripravljenemu potencialu, kar kaže na njegovo vlogo pasivnega električnega komponenta, ki nasprotuje spremembam napetosti.
Naj bo nihanjujoča napetost, ki jo uporabimo v krogu, podana z enačbo:
Naboj kondenzatorja v katerem koli trenutku je podan kot:
Tok, ki teče skozi krog, je podan z enačbo:
Vstavitev vrednosti q iz enačbe (2) v enačbo (3) da:
Sedaj, vstavitev vrednosti v iz enačbe (1) v enačbo (3) da:
Kjer Xc = 1/ωC označuje odpornost proti nihanjujočemu toku v čistem kondenzatorju, znano kot kapacitivna reaktivnost. Tok doseže svojo maksimalno vrednost, ko je sin(ωt + π/2) = 1. Torej, maksimalni tok Im je izražen kot:
Zamenjava vrednosti Im v enačbi (4) da:
Fazorski diagram in krivulja moči
V čistem kondenzatorskem krogu tok skozi kondenzator vodi napetost za fazni kot 90 stopinj. Fazorski diagram in talasne oblike za napetost, tok in moč so prikazane spodaj:
Na zgornjem talasu rdeča krivulja predstavlja tok, modra krivulja napetost, in roza krivulja moč. Ko napetost narašča, se kondenzator nablja do svoje maksimalne vrednosti, oblikuje pozitivni polperiod; ko napetost pada, se kondenzator raznablja, ustvarja negativni polperiod. Povzetek krivulje razkriva, da, ko napetost doseže svoj vrh, tok pada na nič, kar pomeni, da v tem trenutku tok ne teče. Ko napetost pada na π in postane negativna, tok doseže svoj vrh, kar spodbuja kondenzator, da se raznablja – in ta cikel nabiranja in raznabiranja se nadaljuje.
Napetost in tok nikoli ne dosežeta svojih maksimalnih vrednosti hkrati zaradi njunega faznega razlika 90°, kot je prikazano na fazorskem diagramu, kjer tok (Im) vodi napetost (Vm) za π/2. Trenutna moč v tem čistem kondenzatorskem krogu je definirana z p = vi.
Torej, iz zgornje enačbe lahko zaključimo, da je povprečna moč v kapacitivnem krogu enaka nič. Povprečna moč v polperiodu je enaka nič zaradi simetrije talasne oblike, kjer sta pozitivna in negativna območja enaka.
V prvi četrtletni periodi je moč, ki jo zagotovi vir, shranjena v električnem polju med ploščama kondenzatorja. V naslednjem četrtletnem periodu, ko se električno polje razprši, se shranjena energija vrne viru. Ta cikel shranjevanja in vračanja energije se neprekinjeno ponavlja, kar vodi v ničelno skupno porabo moči kondenzatorskega kroga.
