วงจร kondensator บริสุทธิ์
วงจรที่ประกอบด้วยเพียงแค่ kondensator บริสุทธิ์ที่มีความจุไฟฟ้า C (วัดเป็นฟาราด) จะเรียกว่าวงจร kondensator บริสุทธิ์ Kondensator สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าภายในสนามไฟฟ้า คุณสมบัตินี้เรียกว่า ความจุไฟฟ้า (หรือเรียกอีกอย่างว่า "คอนเดนเซอร์") ในโครงสร้าง kondensator ประกอบด้วยแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นที่ถูกแยกออกจากกันโดยสารฉนวน เช่น แก้ว กระดาษ มิกา และชั้นออกไซด์ ในวงจร AC แบบอุดมคติ กระแสไฟฟ้าจะนำหน้าแรงดันไฟฟ้าด้วยมุมเฟส 90 องศา
เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้ที่ kondensator สนามไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นระหว่างแผ่นของมัน แต่ไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านสารฉนวน เมื่อมีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า AC ที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง กระแสไฟฟ้าจะไหลอย่างต่อเนื่องเนื่องจากกระบวนการชาร์จและดิสชาร์จของ kondensator อย่างต่อเนื่อง
คำอธิบายและการอนุมานของวงจร kondensator
kondensator ประกอบด้วยแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นที่ถูกแยกออกจากกันโดยสารฉนวน ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานไฟฟ้า เมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า มันจะชาร์จ เมื่อถอดออก มันจะดิสชาร์จ เมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า DC มันจะชาร์จไปจนถึงแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันที่ใช้ แสดงให้เห็นถึงบทบาทของมันในฐานะองค์ประกอบไฟฟ้าแบบพาสซีฟที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน
ให้แรงดันไฟฟ้าสลับที่นำไปใช้ในวงจรกำหนดโดยสมการ:
ประจุไฟฟ้าของ kondensator ณ เวลาใดๆ กำหนดโดย:
กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรกำหนดโดยสมการ:
แทนค่า q จากสมการ (2) ในสมการ (3) เราจะได้
ตอนนี้ แทนค่า v จากสมการ (1) ในสมการ (3) เราจะได้
เมื่อ Xc = 1/ωC หมายถึงความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าสลับโดย kondensator บริสุทธิ์ ซึ่งเรียกว่า ความต้านทานรีแอคทีฟ กระแสไฟฟ้าจะมีค่าสูงสุดเมื่อ sin(ωt + π/2) = 1 ดังนั้น กระแสสูงสุด Im สามารถแสดงได้ว่า:
แทนค่า Im ในสมการ (4) เราจะได้:
แผนภาพเฟสเซอร์และเส้นโค้งกำลัง
ในวงจร kondensator บริสุทธิ์ กระแสไฟฟ้าผ่าน kondensator นำหน้าแรงดันไฟฟ้าด้วยมุมเฟส 90 องศา แผนภาพเฟสเซอร์และคลื่นรูปของแรงดัน กระแส และกำลังแสดงดังต่อไปนี้:
ในคลื่นรูปด้านบน เส้นโค้งสีแดงแทนกระแสไฟฟ้า เส้นโค้งสีฟ้าแทนแรงดันไฟฟ้า และเส้นโค้งสีชมพูแทนกำลัง เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น kondensator จะชาร์จไปจนถึงค่าสูงสุด สร้างครึ่งวงจรบวก เมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง kondensator จะดิสชาร์จ สร้างครึ่งวงจรลบ การตรวจสอบอย่างละเอียดของเส้นโค้งจะแสดงให้เห็นว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด กระแสไฟฟ้าจะลดลงเป็นศูนย์ หมายความว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในขณะนั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงถึง π และกลายเป็นลบ กระแสไฟฟ้าจะสูงสุด ทำให้ kondensator ดิสชาร์จ และวงจรชาร์จ-ดิสชาร์จนี้จะดำเนินต่อไป
แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าไม่เคยถึงค่าสูงสุดพร้อมกันเนื่องจากมีมุมเฟสแตกต่างกัน 90° ตามที่แสดงในแผนภาพเฟสเซอร์ ที่กระแสไฟฟ้า (Im) นำหน้าแรงดันไฟฟ้า (Vm) ด้วย π/2 กำลังในขณะนั้นในวงจร kondensator บริสุทธิ์นี้กำหนดโดย p = vi.
ดังนั้น สามารถสรุปได้จากสมการดังกล่าวว่า กำลังเฉลี่ยในวงจร capacitive เป็นศูนย์ กำลังเฉลี่ยในครึ่งวงจรเป็นศูนย์เนื่องจากความสมมาตรของคลื่นรูป ที่พื้นที่วงจรบวกและลบเท่ากัน
ในไตรมาสแรก พลังงานที่ส่งมาจากแหล่งกำเนิดจะถูกเก็บไว้ในสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นระหว่างแผ่นของ kondensator ในไตรมาสต่อไป เมื่อสนามไฟฟ้าหายไป พลังงานที่เก็บไว้จะถูกส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิด กระบวนการเก็บและส่งกลับพลังงานนี้จะดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่อง ทำให้ไม่มีการใช้พลังงานสุทธิในวงจร kondensator
