Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Пятница, 19.04.2024
Главная » Статьи » Другие статьи » Радиолюбительские статьи
Конденсатор в цепи переменного тока
Конденсатор (от лат. condensare - «уплотнять», «сгущать» или от лат. condensatio - «накопление») - двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки). Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах.
Под действием переменного напряжения генератора ( на рис.1 приведено векторное представление переменного тока) дважды за период происходят заряд  конденсатора (первая и третья четверти периода) и дважды его разряд (вторая и четвертая четверти периода). Но так как чередующиеся один за другим заряды и разряды конденсатора сопровождаются каждый раз прохождением по цепи зарядного и разрядного токов, то мы можем заключить, что по цепи с емкостью проходит переменный ток.

Убедиться в этом можно на следующем простом опыте. Подключите к сети переменного тока через лампочку электрического освещения мощностью 25 Вт конденсатор емкостью 4-6 мкф. Лампочка загорится и не погаснет до тех пор, пока не будет разорвана цепь. Это говорит о том, что по цепи с емкостью проходил переменный ток. Однако проходил он, конечно, не сквозь диэлектрик конденсатора, а в каждый момент времени представлял собой или ток заряда или ток разряда конденсатора.
Если подключить к источнику переменного тока конденсатор (рис.2) в момент, когда напряжение начинает увеличиваться, то несмотря на то, что напряжение невелико, ток заряда будет иметь максимальное значение, так как в начальный момент на пластинах нет противодействующих зарядов.
В первую четверть периода (рис.3) конденсатор будет заряжаться до тех пор, пока напряжение на его пластинах не достигает амплитудного значения напряжения источника тока. На одной из пластин будут накапливаться положительные заряды, на другой - отрицательные. Во второй четверти периода напряжение источника тока будет уменьшаться, то есть станет меньше напряжения на пластинах конденсатора и конденсатор начнет разряжаться через источник. По мере уменьшения напряжения источника разрядный ток конденсатора будет увеличиваться и к концу второй четверти периода достигнет своего максимального значения. В третьей четверти периода напряжение источника тока меняет свое направление и снова происходит возрастание напряжения. Конденсатор при этом будет заряжаться, но в обратной полярности.

В конце третьей четверти периода ток конденсатора прекратится в момент прекращения нарастания напряжения источника тока. В четвертой четверти периода конденсатор опять разряжается так же, как и во второй четверти и т.д. Таким образом, в цепи с конденсатором ток опережает по фазе напряжение на четверть периода, то есть на 90о.

Известно, что чем больше емкость конденсатора, тем больше его ток заряда или разряда. Емкостное сопротивление Хс определяется по формуле:
 
f - частота, гц; C - емкость, Ф; 6,28*f=ώ


Если построить график мощности в цепи переменного тока с конденсатором, можно убедиться что конденсатор так же, как и чистая индуктивность, не потребляет активной мощности. Энергия, полученная конденсатором при заряде в течение первой и третьей четверти, полностью возвращается источнику тока в результате разряда во вторую и четвертую четверти периода (рис.4).
Однако вследствие потерь мощности в диэлектрике (токи смещения нагревают диэлектрик) реальные конденсаторы потребляют некоторую активную мощность. Потери в диэлектрике зависят от температуры и частоты переменного тока (таблица 1), протекающего через конденсатор, поэтому на конденсаторах для мощных высокочастотных цепей указывается допустимая величина тока и максимальная частота, при которой конденсатор может работать не перегреваясь.
Кроме того, в конденсаторе имеют место потери на токи утечки, вследствие недостаточно совершенной изоляции между пластинами. В маломощных цепях потери в конденсаторе настолько малы, что их обычно не учитывают.
Полное сопротивление цепи с последовательно включенным конденсатором и активным сопротивлением (рис.5) равно их геометрической сумме:
Графическим путем полное сопротивление можно определить, построив треугольник сопротивлений (рис.6).
Сдвиг фаз в цепи переменного тока, содержащий емкостное и активное сопротивление, всегда меньше четверти периода, то есть меньше 90о, величина сдвига фаз зависит от соотношения величин активного и полного сопротивлений, то есть от R/Z, при Хс=0 сдвиг фаз равен 0; при R=0 сдвиг фаз равен 90о.

В таблице 2 приведены значения емкостного Хс и индуктивного Хинд сопротивлений на разных частотах для часто встречающихся значений С и L..
Категория: Радиолюбительские статьи | Добавил: cner (03.08.2017)
Просмотров: 1964 | Рейтинг: 0.0/0