AC Kondansatörler

Alternatif akım nedir?

Doğru bir akım düşünürsek, her zaman mükemmel bir şekilde sabit olamaz: kaynak çıkışındaki voltaj yüke veya pilin veya galvanik pilin deşarj derecesine bağlı olabilir. Sabit bir stabil voltajla bile, dış devredeki akım, Ohm yasasını doğrulayan yüke bağlıdır. Bunun da oldukça sabit bir akım olmadığı ortaya çıkıyor, ancak yön değiştirmediği için böyle bir akım da değişken olarak adlandırılamıyor.

Bir değişken genellikle voltaj veya akım olarak adlandırılır, yönü ve büyüklüğü yük gibi harici faktörlerin etkisi altında değişmez, ancak tamamen "bağımsızdır": jeneratör bunu üretir. Ek olarak, bu değişiklikler periyodik olmalıdır, yani. nokta denilen belirli bir süre boyunca tekrarlanması.

Gerilim veya akım herhangi bir şekilde değişirse, frekans ve diğer düzenliliklerden endişe etmeden, böyle bir sinyale gürültü denir. Klasik bir örnek, zayıf bir yayın sinyali olan bir TV ekranında “kar” dır. Bazı periyodik elektrik sinyallerinin örnekleri Şekil 1'de gösterilmektedir.

Doğru akım için sadece iki özellik vardır: kaynağın polaritesi ve voltajı. Alternatif akım durumunda, bu iki miktar açıkça yeterli değildir, bu nedenle birkaç parametre daha görünür: genlik, frekans, dönem, faz, anlık ve etkin değer.

Resim 1Bazı periyodik elektrik sinyallerine örnekler

Çoğu zaman teknolojide, sadece elektrik mühendisliğinde değil, sinüzoidal salınımlarla da uğraşmak gerekir. Bir araba tekerleği düşünün. Düzgün bir yolda düzgün bir şekilde sürerken, tekerleğin merkezi yol yüzeyine paralel düz bir çizgiyi tanımlar. Aynı zamanda, tekerleğin çevresindeki herhangi bir nokta, belirtilen çizgiye göre bir sinüzoid boyunca hareket eder.

Yukarıda adı geçen, bir sinüzoit oluşturmak için grafik bir yöntem gösteren Şekil 2 ile doğrulanabilir: çizimi iyi inceleyen herkes bu tür yapıların nasıl yapılacağını bilir.

Resim 2Grafik Sinüs Dalgası Yöntemi

Fizik okul dersinden sinüsoidin periyodik bir eğriyi incelemek için en yaygın ve uygun olduğu bilinmektedir. Aynı şekilde sinüzoidal salınımlar alternatörlermekanik cihazlarından dolayı.

Şekil 3, sinüzoidal akımın bir grafiğini göstermektedir.

Şekil 3.Sinüzoidal akım grafiği

Akımın büyüklüğünün zamana göre değiştiğini görmek kolaydır, bu nedenle sıra ekseni şekilde i (t) olarak gösterilir, akımın zamana karşı fonksiyonudır. Akımın tam periyodu düz bir çizgi ile gösterilir ve bir T periyodu vardır. Kökten düşünmeye başlarsanız, ilk önce akımın arttığını, Imax'e ulaştığını, sıfıra gittiğini, –Imax'a düştüğünü, sonra arttığını ve sıfıra ulaştığını görebilirsiniz. Ardından, kesikli çizgi ile gösterildiği gibi, sonraki dönem başlar.

Matematiksel bir formül şeklinde, mevcut davranış aşağıdaki gibi yazılır: i (t) = Imax * sin (ω * t ± φ).

Burada i (t) akımın anlık değeridir, zamana bağlı olarak, Imax genlik değeridir (denge durumundan maksimum sapma), ω dairesel frekanstır (2 * π * f), φ faz açısıdır.

Dairesel frekans ω saniyede radyan cinsinden, faz açısı rad radyan cinsinden veya derece cinsinden ölçülür. İkincisi, sadece iki sinüzoidal akım olduğunda mantıklıdır. Örneğin, zincirlerle kondansatör akım, Şekil 4'te gösterildiği gibi voltajın 90˚ veya tam olarak çeyreğinin önündedir, eğer bir sinüzoidal akım varsa, onu istediğiniz gibi normal eksen boyunca hareket ettirebilirsiniz ve bundan hiçbir şey değişmeyecektir.

Resim 4 Kapasitörlü devrelerde, akım bir çeyrek döneme kadar voltajın önünde

Dairesel frekansın meaning fiziksel anlamı, radyanlarda hangi açının bir sinüsoid içinde bir saniyede “geçeceği” dir.

Dönem - T, sinüs dalgasının bir tam salınım yapacağı zamandır. Aynısı, örneğin dikdörtgen veya üçgen gibi farklı bir şekildeki titreşimler için de geçerlidir. Süre saniye veya daha küçük birimlerle ölçülür: milisaniye, mikrosaniye veya nanosaniye.

Sinüsoid de dahil olmak üzere herhangi bir periyodik sinyalin başka bir parametresi, sinyalin 1 saniyede kaç salınım yapacağını gösterir. Frekans ölçüm birimi, 19. yüzyıl bilim adamı Heinrich Hertz için adlandırılan Hertz'dir (Hz). Yani, 1 Hz frekansı bir salınım / saniyeden başka bir şey değildir. Örneğin, aydınlatma ağının frekansı 50Hz'dir, yani bir saniyede tam olarak 50 sinüzoidal dönem geçer.

Geçerli dönem biliniyorsa ( osiloskop ile ölçüm), sinyalin frekansı aşağıdaki formülü bulmaya yardımcı olacaktır: f = 1 / T. Dahası, zaman saniye olarak ifade edilirse sonuç Hertz cinsinden olur. Tersine, T = 1 / f, Hz cinsinden frekans, saniye cinsinden süre elde edilir. Örneğin, 50 hertz süre 1/50 = 0.02 saniye veya 20 milisaniye olacaktır. Elektrikte daha yüksek frekanslar daha sık kullanılır: KHz - kilohertz, MHz - megahertz (saniyede binlerce ve milyonlarca salınım), vb.

Akım için söylenen her şey alternatif voltaj için de geçerlidir: Şekil 6'da sadece I harfini U'ya değiştirmek yeterlidir. Formül şöyle görünecektir: u (t) = Umax * sin (ω * t ± φ).

Bu açıklamalar geri dönmek için yeterlidir kapasitörlerle deney ve fiziksel anlamlarını açıklarlar.

Kondansatör, Şekil 3'teki şemada gösterilen alternatif akım iletir (makaleye bakın - AC elektrik tesisatı kondansatörleri). İlave bir kapasitör bağlandığında lambanın parlaklığı artar. Kapasitörler paralel bağlandığında, kapasiteleri basitçe toplanır, bu nedenle Xc kapasitansının kapasitansa bağlı olduğu varsayılabilir. Ek olarak, akımın frekansına da bağlıdır ve bu nedenle formül şöyle görünür: Xc = 1/2 * π * f * C.

Aşağıdaki formülden artan kapasitans ve alternatif voltajın frekansı ile Xc reaktansı azalır. Bu bağımlılıklar Şekil 5'te gösterilmiştir.

Şekil 5. Kondansatörün reaktansının kapasitansa bağımlılığı

Hertz'deki frekansı formüle ve Farads'taki kapasitansın yerine koyarsak, sonuç Ohm cinsinden olur.

Kondansatör ısınacak mı?

Şimdi bir kapasitör ve bir elektrik sayacı ile deneyimi hatırlayın, neden dönmüyor? Gerçek şu ki, tüketici, tamamen akkor lambalar, elektrikli su ısıtıcısı veya elektrikli soba gibi tamamen aktif bir yük olduğunda, sayaç aktif enerjiyi dikkate alır. Bu tür tüketiciler için, voltaj ve akım fazda çakışır, bir işaret vardır: iki negatif sayıyı (negatif yarım döngü sırasında voltaj ve akım) çarparsanız, matematik yasalarına göre sonuç hala pozitiftir. Bu nedenle, bu tür tüketicilerin kapasitesi her zaman olumludur, yani. yüke girer ve Şekil 6'da kesikli çizgi ile gösterildiği gibi ısı şeklinde salınır.

Resim 6

Alternatif akım devresine bir kondansatörün dahil edilmesi durumunda, akım ve voltaj fazda çakışmaz: akım, voltajdaki fazın 90 aheadп üzerindedir, bu da akım ve voltaj farklı işaretlere sahip olduğunda bir kombinasyona yol açar.

Resim 7

Bu anlarda güç olumsuzdur. Başka bir deyişle, güç pozitif olduğunda, kapasitör şarj edilir ve negatif olduğunda depolanan enerji kaynağa geri aktarılır. Bu nedenle, ortalama olarak sıfırlarla ortaya çıkıyor ve burada sayılacak hiçbir şey yok.

Kapasitör, elbette servis edilebilir olmadığı sürece, hiç ısınmayacaktır. Bu nedenle, sık sık serbest direnç denilen kapasitörtransformatörsüz düşük güçlü güç kaynaklarında kullanılmasına izin verir.Tehlikeleri nedeniyle bu tür bloklar önerilmemesine rağmen, yine de bazen bunu yapmak gerekir.

Böyle bir üniteye monte etmeden önce su verme kapasitörü, ağa basit bir bağlantı ile kontrol edilmelidir: yarım saat içinde kondenser ısınmazsa, devreye güvenli bir şekilde dahil edilebilir. Aksi takdirde, pişman olmadan atmanız gerekir.

Bir voltmetre ne gösterir?

Çeşitli cihazların imalatında ve onarımında, çok sık olmasa da, alternatif voltajları ve hatta akımları ölçmek gerekir. Bir sinüzoid bu kadar telaşlı davranırsa, yukarı ve aşağı, normal bir voltmetre ne gösterecektir?

Periyodik bir sinyalin ortalama değeri, bu durumda bir sinüzoid, apsis ekseni ile sınırlanan alan ve sinyalin grafik görüntüsü 2 * π radyana veya sinüzoid dönemine bölünür. Üst ve alt kısımlar tamamen aynı olduğundan, ancak farklı işaretlere sahip olduğundan, sinüzoidin ortalama değeri sıfırdır ve hiç ölçmek gerekli değildir ve hatta anlamsızdır.

Bu nedenle, ölçüm cihazı bize voltaj veya akımın rms değerini gösterir. Ortalama kare değeri, periyodik akımın, aynı akımda, doğru akım ile aynı yükte salındığı bir değerdir. Başka bir deyişle, ampul aynı parlaklıkla parlar.

Bu, aşağıdaki gibi formüllerle tarif edilir: Icrc = 0.707 * Imax = Imax / for2 voltaj için, formül aynıdır, sadece bir harf değiştirin Ucrc = 0.707 * Umax = Umax / √2. Ölçüm cihazının gösterdiği bu değerlerdir. Ohm yasasına göre hesaplarken veya güç hesaplarken formüllere değiştirilebilirler.

Ancak bu, bir AC ağındaki bir kapasitörün yapabileceği tek şey değildir. Bir sonraki makalede, sinüs dalgası ve kare dalga jeneratörlerinde darbeli devrelerde, yüksek geçişli ve düşük geçişli filtrelerde kapasitörlerin kullanımını ele alacağız.

Boris Aladyshkin

Makalenin devamı: Elektronik devrelerde kondansatörler

Comments

[#1]

Makale iyi. Bilişsel, Şekil 7, dielektrikin polarizasyonu nedeniyle kapasitörlerde ısıtıldığını eklemek istiyorum. Yazara bir soru sormak istiyorum. Kondansatör üzerinde voltaj olmadığında, plakalar üzerinde potansiyel bir fark olmadığı, maksimum akımın kondansatörden aktığı açık değil.