Як поводиться конденсатор в колі змінного струму?

Якщо джерело живлення змінного струму підключений до резистори, то струм і напруга в ланцюзі в будь-якій точці тимчасової діаграми будуть пропорційні один одному. Це означає, що криві струму і напруги будуть досягати "пікового" значення одночасно. При цьому ми говоримо, що струм і напруга знаходяться у фазі.

Розглянемо тепер, як буде себе вести конденсатор в ланцюзі змінного струму.

конденсатор в колі змінного струму

Якщо до джерела змінної напруги підключений конденсатор, максимальне значення напруги на ньому буде пропорційно максимальному значенню струму, що протікає в ланцюзі. Однак пік хвилі синусоїди напруга не буде наступати в той же самий час, що і максимум струму.

У цьому прикладі миттєве значення струму досягає свого максимального значення на чверть періоду (90 ел.град.) Раніше, ніж це зробить напругу. У такому випадку говорять, що «ток випереджає напругу на 90?».

На відміну від від ситуації в ланцюзі постояннго струму, значення V / I тут не є постійним. Тим не менш, ставлення V max / I max є вельми корисною величиною і в електротехніці називається ємнісним опором (Хс) компонента. Оскільки ця величина як і раніше відображає відношення напруги до струму, тобто у фізичному сенсі є опором, її одиницею виміру є Ом. Значення Хс конденсатора залежить від його ємності (С) і частоти змінного струму (f).

Так як на конденсатор в колі змінного струму подається середньоквадратичне значення напруги, у цьому ланцюзі протікає такий же змінний струм, який обмежується конденсатором. Це обмеження обумовлено реактивним опором конденсатора.

ток на конденсаторі

Тому значення струму в ланцюзі, що не містить ніяких інших компонентів, крім конденсатора, визначається альтернативною версією Закону Ома

I_RMS = U_RMS / X_C

Де U_RMS - среднеквадратическое (діюча) значення напруги. Зверніть увагу, що X_з замінює величину R у версії закону Ома для постійного струму.

Тепер ми бачимо, що конденсатор в колі змінного струму поводиться зовсім не так, як постійний резистор, і ситуація тут, відповідно, йде складніше. Для того щоб краще зрозуміти процеси, що відбуваються в такому колі, корисно ввести таке поняття, як вектор.

постійний резистор

Основна ідея вектора - це уявлення про те, що комплексне значення змінюється в часі сигналу може бути представлено ?? як добуток комплексного числа (Яке не залежить від часу) і якогось комплексного сигналу, що є функцією часу.

Наприклад, ми можемо уявити функцію A cos (2pi-nu-t + theta-) просто як складну постійну A • e^jTheta- .

Так як вектори представлені величиною (або модулем) і кутом, то графічно вони представляються стрілкою (або вектором), що обертається в площині XY.

З урахуванням того, що напруга на конденсаторі «запізнюється» по відношенню до струму, що представляють їх вектори розташовані в комплексній площині так, як показано на малюнку вище. На цьому малюнку вектори струму і напруги обертаються в напрямку, протилежному руху годинникової стрілки.

У нашому прикладі ток на конденсаторі обумовлений його періодичним перезарядом. Оскільки конденсатор в колі змінного струму має здатність періодично накопичувати і скидати електричний заряд, між ним і джерелом живлення відбувається постійний обмін енергією, яка в електротехніці називається реактивною.