Vaihtovirran käyttö kondensaattorien varauttamisessa ja tyhjennämisessä

Kondensaattorit käyttäytyvät eri tavalla vaihtovirtapiireissä kuin jatkuvavirtapiireissä. Vaihtovirtapiirissä kondensaattoria voidaan katsella jatkuvasti latautuvaksi ja purkautuvaksi, koska vaihtovirtalähteen jännite muuttuu säännöllisesti.

Kondensaattorien käyttäytyminen vaihtovirtapiireissä

• Vastaa lyhyyspiiriä: Korkean taajuuden vaihtovirtapiirissä kondensaattori käyttäytyy lyhyyspiirin tavoin, koska sen impedanssi (kapasitiivinen reaktanssi) on hyvin alhainen.

• Vastaa avoimetta piiriä: Matalan taajuuden vaihtovirtapiireissä kondensaattorilla on korkeampi kapasitiivinen reaktanssi, ja se käyttäytyy avoimen piirin tavoin.

Latausprosessi

Virtasuunta

Kun kondensaattori yhdistetään vaihtovirtalähteeseen ladattavaksi, positiivisella puolikkaalla vaihtovirtalähdeltä virta kulkee lähteen positiivisesta polttopistosta kondensaattorin positiiviseen levylle, jolloin kondensaattorin positiivinen levy saa positiivisen varauksen ja negatiivinen levy negatiivisen varauksen. Negatiivisella puolikkaalla vaihtovirtalähdeltä virta kulkee vastakkaiseen suuntaan, eli ulos kondensaattorin positiivisesta levystä takaisin lähteen negatiiviseen polttopisteeseen, kun taas kondensaattorin negatiivinen levy saa positiivisen varauksen ja positiivinen levy negatiivisen varauksen.

Latausaika

Koska vaihtovirtalähteen jännite muuttuu jatkuvasti, kondensaattorin latausaika riippuu vaihtovirtalähteen taajuudesta ja kondensaattorin kapasitanssista. Yhden syklin aikana vaihtovirtalähdeltä kondensaattori ladataan eri ajoissa. Kun lähteen jännite nousee, kondensaattorin latausnopeus on nopeampi. Kun lähteen jännite laskee, kondensaattorin latausnopeus hidastuu ja se voi jopa alkavat purkautua.

Latausenergia

Kondensaattorin latauksessa varastoitava energia on verrannollinen lähteen jännitteen neliöön ja kondensaattorin kapasitanssiin. Kun vaihtovirtalähteen jännite kasvaa, kondensaattorin varastoma energia kasvaa. Kun jännite laskee, vähemmän energiaa varastoidaan.

Purkautumisprosessi

Virtasuunta

Kun kondensaattori on täysin ladattu ja se kytketään pois vaihtovirtalähteestä, kondensaattori purkautuu läpi kuormituksen. Purkautuessaan virta kulkee kondensaattorin positiivisesta levystä takaisin negatiiviseen levylle läpi kuormituksen, vastakkaiseen suuntaan kuin latauksessa.

Purkautumisaika

Kondensaattorin purkautumisaika riippuu kondensaattorin kapasitanssista ja kuormituksen vastuuksesta. τ=RC Ajanvakion mukaan (missä R on kuormituksen vastus ja C on kapasitanssi), purkautumisaika on verrannollinen ajanvakioon. Mitä suurempi kapasitanssi ja mitä suurempi kuormituksen vastus, sitä pidempi purkautumisaika.

Purkautumisenergia

Kondensaattori vapauttaa varastoitun energian purkautuessaan, ja mitä enemmän purkautuminen edistyy, kondensaattorin päätepisteiden välillä oleva jännite vähenee asteittain, purkautumisvirta myös vähenee, ja vapautettu energia on vähemmän ja vähemmän.

Yleinen ero

Suunnan muutos

Ladattaessa virtasuunta muuttuu jatkuvasti vaihtovirtalähteen muutoksen mukaisesti, kun taas purkautuessa virtasuunta kulkee kondensaattorista kuormitukseen, ja suunta on suhteellisen vakio.

Ajanominaisuus

Latausaika riippuu vaihtovirtalähteen taajuudesta ja kondensaattorin ominaisuuksista, kun taas purkautumisaika riippuu kondensaattorin ja kuormituksen parametreistä.

Energiomuutos

Kondensaattori varastoilee energiaa ladattaessaan, ja energia muuttuu lähteen jännitteen mukaan; purkautuessa kondensaattori vapauttaa energiaa, joka vähenee asteittain.