Šta je čisti kondenzatorski krug
Čist kondenzatorski krug
Krug koji se sastoji samo od čistog kondenzatora sa kapacitetom C (merenim u faradima) naziva se Čist kondenzatorski krug. Kondenzatori čuvaju električnu energiju unutar električnog polja, karakteristika koja se naziva kapacitet (alternativno nazivana i "kondenzator"). Strukturno, kondenzator se sastoji od dve vodljive ploče razdvojene dielektričnim medijumom—uobičajeni dielektrični materijali uključuju staklo, papir, mikru i oksidne slojeve. U idealnom AC kondenzatorskom krugu, struja prethodi naponu za fazni ugao od 90 stepeni.
Kada se napon primeni na kondenzator, uspostavlja se električno polje između njegovih ploča, ali ne prolazi kroz njih struja. Sa oscilirajućim izvorom napona AC, kontinuirani tok struje nastaje zbog cikličnih procesa nabijanja i ispraznjavanja kondenzatora.
Objašnjenje i izvođenje kondenzatorskog kruga
Kondenzator se sastoji od dve izolovane ploče razdvojene dielektričnim medijumom, služeći kao uređaj za čuvanje električnog naboja. Nabija se kada je povezan na izvor napona i ispraznjava se kada je odspojen. Kada je povezan na DC izvor, nabija se do napona jednakog primenjenom potencijalu, ilustrujući svoju ulogu kao pasivnog električnog komponenta koji otpire promenama napona.
Neka je alternativni napon primenjen na krug dat jednačinom:
Naboj kondenzatora u bilo kom trenutku je dat kao:
Struja koja teče kroz krug je data jednačinom:
Uvrštavajući vrednost q iz jednačine (2) u jednačinu (3) dobijamo
Sada, uvrštavajući vrednost v iz jednačine (1) u jednačinu (3) dobijamo
Gde Xc = 1/ωC označava suprotstavljanje protoku alternativne struje čistim kondenzatorom, poznato kao kapacitivni reaktansi. Struja dostiže maksimalnu vrednost kada sin(ωt + π/2) = 1. Tako, maksimalna struja Im izražava se kao:
Uvrštavajući vrednost Im u jednačinu (4) dobijamo:
Fazorski dijagram i kriva snage
U čistom kondenzatorskom krugu, struja kroz kondenzator prethodi naponu za fazni ugao od 90 stepeni. Fazorski dijagram i talasi za napon, struju i snagu prikazani su ispod:
Na gornjem talasu, crvena kriva predstavlja struju, plava kriva predstavlja napon, a ružičasta kriva predstavlja snagu. Kada napon raste, kondenzator se nabija do maksimalne vrednosti, formirajući pozitivnu poluciklu; kako napon opada, kondenzator se ispraznjava, formirajući negativnu poluciklu. Pažljivo proučavanje krive pokazuje da kada napon dostigne svoj maksimum, struja pada na nulu, što znači da u tom trenutku ne teče struja. Kako napon opada do π i postaje negativan, struja dostiže maksimum, pokrećući ispraznjavanje kondenzatora—i ovaj ciklus nabijanja-i-ispraznjavanja nastavlja se.
Napon i struja nikada ne dostižu svoje maksimume istovremeno zbog njihove razlike faze od 90°, kao što je prikazano u fazorskom dijagramu gde struja (Im) prethodi naponu (Vm) za π/2. Instantani snaga u ovom čistom kondenzatorskom krugu definisana je sa p = vi.
Tako se može zaključiti iz gornje jednačine da je prosečna snaga u kapacitivnom krugu nula. Prosečna snaga tokom poluciklusa je nula zbog simetrije talasa, gde su pozitivne i negativne površine petlji identične.
Tokom prvog četvrtinskog ciklusa, snaga koju pruža izvor se čuva unutar električnog polja između ploča kondenzatora. U narednom četvrtinskog ciklusu, dok se električno polje rasipa, čuvana energija se vraća izvoru. Ovaj ciklični proces čuvanja i vraćanja energije nastavlja se neprekidno, rezultujući u tome da kondenzatorski krug ne troši neto snage.
