الفرق بين شحن وتفريغ المكثفات بالتيار المتردد

تختلف سلوك المكثفات في الدوائر الكهربائية المتغيرة مع الزمن عن سلوكها في الدوائر الكهربائية الثابتة. يمكن اعتبار المكثفات في دائرة كهربائية متغيرة مع الزمن وكأنها تتصل وتفصل باستمرار لأن جهد مصدر الطاقة المتغير مع الزمن يتغير بشكل دوري.

سلوك المكثفات في الدوائر الكهربائية المتغيرة مع الزمن

• مكافئ للدائرة القصيرة: في الدائرة الكهربائية ذات التردد العالي، يُعتبر المكثف مكافئًا للدائرة القصيرة بسبب انخفاض معاوقة (الرد الفعال السعوي) الخاصة به بشكل كبير.

• مكافئ للدائرة المفتوحة: في الدوائر الكهربائية ذات التردد المنخفض، يكون للمكثفات رد فعل سعوي أعلى ويتم التعامل معها كدوائر مفتوحة.

عملية الشحن

اتجاه التيار

عند توصيل المكثف بمصدر الطاقة المتغير مع الزمن لبدء عملية الشحن، في النصف الموجب لمصدر الطاقة، يتدفق التيار من الطرف الموجب لمصدر الطاقة إلى الصفيحة الموجبة للمكثف بحيث يتم شحن الصفيحة الموجبة للمكثف بشحنة موجبة والصفيحة السالبة بشحنة سالبة. في النصف السالب لمصدر الطاقة، يكون اتجاه التيار عكسياً، حيث يتدفق خارج الصفيحة الموجبة للمكثف ويعود إلى الطرف السالب لمصدر الطاقة، بينما يتم شحن الصفيحة السالبة للمكثف بشحنة موجبة والصفيحة الموجبة بشحنة سالبة.

وقت الشحن

نظرًا لتغير جهد مصدر الطاقة المتغير مع الزمن باستمرار، فإن وقت شحن المكثف يعتمد على تردد مصدر الطاقة المتغير مع الزمن وقيمة السعة للمكثف. خلال دورة واحدة لمصدر الطاقة المتغير مع الزمن، سيتم شحن المكثف في أوقات مختلفة. عندما يرتفع جهد مصدر الطاقة، يكون معدل شحن المكثف أسرع. عندما ينخفض جهد مصدر الطاقة، يتباطأ معدل شحن المكثف وقد يبدأ حتى في التفريغ.

طاقة الشحن

طاقة التخزين التي تخزنها المكثف أثناء الشحن تكون متناسبة مع مربع جهد مصدر الطاقة وقيمة السعة للمكثف. عند زيادة جهد مصدر الطاقة المتغير مع الزمن، تزداد الطاقة المخزنة في المكثف. عند انخفاض الجهد، يتم تخزين طاقة أقل.

عملية التفريغ

اتجاه التيار

عندما يتم شحن المكثف بالكامل، إذا تم فصله عن مصدر الطاقة المتغير مع الزمن، سيقوم المكثف بالتفرغ عبر الحمل. أثناء التفريغ، يتدفق التيار من الصفيحة الموجبة للمكثف ويعود إلى الصفيحة السالبة عبر الحمل، باتجاه معاكس لما يحدث أثناء الشحن.

وقت التفريغ

يعتمد وقت تفريغ المكثف على قيمة السعة للمكثف وقيمة مقاومة الحمل. τ=RC وفقًا للثابت الزمني (حيث R هي مقاومة الحمل وC هي قيمة السعة)، يكون وقت التفريغ متناسبًا مع الثابت الزمني. كلما زادت قيمة السعة وكلما زادت مقاومة الحمل، كان وقت التفريغ أطول.

طاقة التفريغ

يقوم المكثف بإطلاق الطاقة المخزنة أثناء عملية التفريغ، ومع استمرار التفريغ، ينخفض الجهد بين طرفي المكثف تدريجيًا، ويقل تدريجيًا تيار التفريغ، ويقل أيضًا الطاقة المطلقة تدريجيًا.

التمييز العام

تغير الاتجاه

خلال الشحن، يتغير اتجاه التيار بشكل دوري مع تغير مصدر الطاقة المتغير مع الزمن، بينما خلال التفريغ، يتدفق التيار من المكثف إلى الحمل، ويكون الاتجاه نسبيًا ثابتًا.

خصائص الوقت

يعتمد وقت الشحن على تردد مصدر الطاقة المتغير مع الزمن وخواص المكثف، بينما يعتمد وقت التفريغ على معلمات المكثف والحمل.

تغيير الطاقة

تخزن المكثف الطاقة أثناء الشحن، وتتغير الطاقة مع جهد مصدر الطاقة. أثناء التفريغ، يقوم المكثف بإطلاق الطاقة والتي تتناقص تدريجيًا.