กระแสในวงจรที่มีตัวเก็บประจุสามารถไหลได้ก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมันเปลี่ยนแปลง และความแรงของกระแสที่ไหลผ่านวงจรเมื่อชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุจะยิ่งมากขึ้น ความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การเปลี่ยนแปลง EMF
ตัวเก็บประจุรวมอยู่ในวงจร กระแสสลับส่งผลต่อความแรงของกระแสที่ไหลผ่านวงจร กล่าวคือ มีลักษณะต้านทาน ค่าความต้านทาน capacitive ยิ่งเล็ก ยิ่งความจุสูง และความถี่ของกระแสสลับยิ่งสูงขึ้น ในทางกลับกัน ความต้านทานของตัวเก็บประจุต่อกระแสสลับจะเพิ่มขึ้นตามความจุที่ลดลงและความถี่ที่ลดลง

X C = 1 /(2πƒC)

โดยที่ Xc คือค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ, f คือความถี่, C คือค่าความจุ

ในการคำนวณค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ ให้กรอกแบบฟอร์มที่เสนอ:

การคำนวณความจุสำหรับรีแอกแตนซ์:

การคำนวณความจุ: C = 1 /(2πƒX C)

• บทความที่คล้ายกัน

• - อุปกรณ์จ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลงพร้อมตัวเก็บประจุแบบดับจะสะดวกในความเรียบง่าย มีขนาดเล็ก และน้ำหนัก แต่ไม่สามารถใช้งานได้เสมอไปเนื่องจากการต่อพ่วงแบบกัลวานิกของวงจรเอาท์พุตกับเครือข่าย 220 V ในแหล่งจ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลงไปยังเครือข่าย แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับต่อกันเป็นชุด...
• - หลักการ แผนภูมิวงจรรวมมิเตอร์วัดความจุแบบดิจิตอลช่วงกว้างแสดงอยู่ในรูป หลักการทำงานของอุปกรณ์คือการวัดระยะเวลาพัลส์ของออสซิลเลเตอร์ในตัว วงจรตั้งเวลาซึ่งรวมถึงตัวเก็บประจุที่วัดได้ นอกจากนี้ยังมีการปะทุของความถี่ที่เป็นแบบอย่างเกิดขึ้น...
• - บทความนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับบล็อกธรรมดาที่มีโคลงประเภท KREN KREN เป็นไมโครเซอร์กิต 3 หรือ 4 พิน เช่น ไมโครเซอร์กิต 3 พิน สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร (บวก) คุณสามารถใช้ชิป KREN5A, + 5V ส่วนกำลัง (ดูรูปที่ 1) ใกล้เคียงกันสำหรับ...
• - เนื่องจากความจำเป็นในการตรวจสอบความแข็งแรงทางไฟฟ้า ขนาดและน้ำหนักของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงจึงมีขนาดใหญ่มาก ดังนั้นจึงสะดวกกว่าที่จะใช้ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าในอุปกรณ์จ่ายไฟแรงต่ำแรงสูง ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของวงจรการแก้ไขด้วย capacitive ...
• - ตัวรับสัญญาณสามารถสร้างใหม่ได้ในช่วง 70...150 MHz โดยไม่ต้องเปลี่ยนค่าขององค์ประกอบการปรับแต่ง ความไวที่แท้จริงของเครื่องรับคือประมาณ 0.3 μV แรงดันไฟฟ้าคือ 9 V ควรสังเกตว่าแรงดันไฟฟ้าของ MC3362 คือ 2 ... 7 V และ MC34119 คือ 2 ... 12 V ดังนั้น MC3362 ขับเคลื่อนด้วย ...

ให้เราสมมติว่าส่วนของวงจรมีความจุ คและความต้านทานและความเหนี่ยวนำของส่วนสามารถละเลยได้และมาดูกันว่ากฎหมายใดที่แรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายของส่วนจะเปลี่ยนไปในกรณีนี้ แสดงว่าแรงดันระหว่างจุด เอและ ขผ่าน ยูและเราจะพิจารณาประจุของตัวเก็บประจุ qและกำลังในปัจจุบัน ผมบวกถ้าสอดคล้องกับรูปที่ 4 แล้ว

และด้วยเหตุนี้

หากกระแสในวงจรเปลี่ยนแปลงตามกฎหมาย

แล้วประจุของตัวเก็บประจุคือ

.

ค่าคงที่การรวม q 0 ในที่นี้หมายถึงประจุคงที่ตามอำเภอใจของตัวเก็บประจุซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับความผันผวนของกระแสดังนั้นเราจึงใส่ . เพราะเหตุนี้,

. (2)

การเปรียบเทียบ (1) และ (2) เราเห็นว่าด้วยความผันผวนของกระแสไซน์ในวงจร แรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุก็เปลี่ยนแปลงตามกฎของโคไซน์ด้วย อย่างไรก็ตาม ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในตัวเก็บประจุนั้นไม่อยู่ในเฟสโดยมีความผันผวนของกระแสอยู่ที่ p/2 การเปลี่ยนแปลงของกระแสและแรงดันเมื่อเวลาผ่านไปจะแสดงเป็นภาพกราฟิกในรูปที่ 5 ผลลัพธ์ที่ได้มีความหมายทางกายภาพที่เรียบง่าย แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุ ณ เวลาที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยประจุที่มีอยู่ในตัวเก็บประจุ แต่ประจุนี้เกิดจากกระแสที่ไหลมาก่อนหน้านี้นานกว่า ระยะเริ่มต้นความผันผวน ดังนั้นความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าจึงล่าช้ากว่าความผันผวนของกระแส

สูตร (2) แสดงว่าแอมพลิจูดแรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุคือ

เปรียบเทียบนิพจน์นี้กับกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรที่มีกระแสตรง () เราจะเห็นว่าค่า

ทำหน้าที่เป็นส่วนต้านทานของวงจรเรียกว่าความจุ ความจุขึ้นอยู่กับความถี่ w และที่ความถี่สูง แม้แต่ความจุขนาดเล็กก็สามารถให้ความต้านทานน้อยมากต่อกระแสสลับ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าความจุกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดและไม่ใช่ค่ากระแสและแรงดันทันที

ไฟ AC ทันที

เปลี่ยนแปลงตามเวลาตามกฎไซน์ที่มีความถี่สองเท่า ในช่วงเวลาตั้งแต่ 0 ถึง ตู่/4 กำลังเป็นบวก และในไตรมาสถัดไปของงวด กระแสและแรงดันไฟมีสัญญาณตรงข้ามกัน และกำลังจะกลายเป็นลบ เนื่องจากค่าเฉลี่ยสำหรับช่วงเวลาผันผวนของปริมาณเท่ากับศูนย์ ดังนั้น กำลังเฉลี่ยกระแสสลับบนตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ เช่น ตัวต้านทาน เป็นองค์ประกอบจำนวนมากที่สุดของอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุ คุณสมบัติหลักของตัวเก็บประจุคือ ความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้า . พารามิเตอร์หลักของตัวเก็บประจุคือ ความจุ .

ความจุของตัวเก็บประจุจะมากขึ้น พื้นที่มากขึ้นแผ่นเปลือกโลกและชั้นอิเล็กทริกที่บางลงระหว่างพวกมัน หน่วยพื้นฐานของความจุไฟฟ้าคือฟารัด (ตัวย่อ F) ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ M. Faradayอย่างไรก็ตาม 1 F เป็นความจุขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างเช่น โลกมีความจุน้อยกว่า 1 F ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุ พวกเขาใช้หน่วยความจุเท่ากับหนึ่งในล้านของฟารัดซึ่งเรียกว่า microfarad (ย่อมาจาก microfarad) .

ความจุของตัวเก็บประจุต่อกระแสสลับขึ้นอยู่กับความจุและความถี่ของกระแส: ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุและความถี่ของกระแสมากขึ้นเท่าใด ความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

ตัวเก็บประจุเซรามิกมีความจุค่อนข้างเล็ก - มากถึงหลายพัน picofarads พวกมันถูกวางไว้ในวงจรที่กระแสไหล ความถี่สูง(วงจรเสาอากาศ, วงจรออสซิลเลเตอร์) สำหรับการสื่อสารระหว่างกัน

ตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยตัวนำสองตัว กระแสไฟฟ้าตัวอย่างเช่น: - แผ่นโลหะสองแผ่นที่เรียกว่าแผ่นตัวเก็บประจุซึ่งคั่นด้วยอิเล็กทริกเช่น: - อากาศหรือกระดาษ ยิ่งพื้นที่ของแผ่นตัวเก็บประจุใหญ่ขึ้นและยิ่งอยู่ใกล้กันมากเท่าไหร่ความจุไฟฟ้าของอุปกรณ์นี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หากแหล่งเชื่อมต่อกับแผ่นตัวเก็บประจุ กระแสตรงจากนั้นกระแสระยะสั้นจะปรากฏขึ้นในวงจรผลลัพธ์และตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จเป็นแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันของแหล่งจ่ายกระแส คุณอาจถามว่า: ทำไมกระแสจึงปรากฏในวงจรที่มีไดอิเล็กตริก? เมื่อเราเชื่อมต่อแหล่งจ่ายกระแสเข้ากับตัวเก็บประจุ อิเล็กตรอนในตัวนำของวงจรที่ก่อตัวขึ้นจะเริ่มเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวกของแหล่งกำเนิดกระแส ทำให้เกิดการไหลในระยะสั้นของอิเล็กตรอนในวงจรทั้งหมด เป็นผลให้แผ่นตัวเก็บประจุซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าหมดลงในอิเล็กตรอนอิสระและมีประจุบวกในขณะที่แผ่นอื่น ๆ อุดมไปด้วยอิเล็กตรอนอิสระดังนั้นจึงมีประจุเป็นลบ ทันทีที่ประจุตัวเก็บประจุ กระแสไฟฟ้าระยะสั้นในวงจรที่เรียกว่ากระแสประจุของตัวเก็บประจุจะหยุดลง

หากแหล่งจ่ายกระแสไฟถูกตัดการเชื่อมต่อจากตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จ การถ่ายโอนอิเล็กตรอนส่วนเกินจากจานหนึ่งไปยังอีกจานหนึ่งนั้นถูกป้องกันโดยไดอิเล็กตริก จะไม่มีกระแสระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุและสะสมโดยมัน พลังงานไฟฟ้าจะกระจุกตัวอยู่ในสนามไฟฟ้าของไดอิเล็กตริก แต่มันก็คุ้มค่าที่จะเชื่อมต่อเพลตของตัวเก็บประจุที่มีประจุกับตัวนำบางตัวกับอิเล็กตรอน "พิเศษ" ของแผ่นประจุลบพวกเขาจะผ่านตัวนำนี้ไปยังอีกแผ่นหนึ่งโดยที่พวกมันหายไปและตัวเก็บประจุจะถูกปล่อยออกมา ในกรณีนี้ กระแสระยะสั้นยังเกิดขึ้นในวงจรผลลัพธ์ เรียกว่ากระแสประจุตัวเก็บประจุ หากความจุของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่และถูกประจุด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญ โมเมนต์ของการคายประจุจะมาพร้อมกับลักษณะของประกายไฟและเสียงแตกที่สำคัญ คุณสมบัติของตัวเก็บประจุเพื่อสะสมประจุไฟฟ้าและคายประจุผ่านตัวนำที่เชื่อมต่ออยู่ในวงจรออสซิลเลเตอร์ของเครื่องรับวิทยุ

ตัวเก็บประจุ(จาก ลท. คอนเดนเซอร์- "ซีล", "หนาขึ้น") - เครือข่ายสองขั้วที่มีค่าความจุที่แน่นอนและค่าการนำไฟฟ้าต่ำ อุปกรณ์ชาร์จและเก็บพลังงาน สนามไฟฟ้า. ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด การออกแบบประกอบด้วยอิเล็กโทรดรูปจานสองอัน (เรียกว่า เผชิญหน้า) คั่นด้วยไดอิเล็กทริกซึ่งมีความหนาน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของเพลต (ดูรูป) ตัวเก็บประจุที่ใช้งานจริงมีชั้นไดอิเล็กตริกหลายชั้นและอิเล็กโทรดหลายชั้น หรือแถบไดอิเล็กตริกและอิเล็กโทรดสลับกัน รีดเป็นทรงกระบอกหรือขนานกับขอบสี่ด้านที่โค้งมน (เนื่องจากขดลวด) ตัวเก็บประจุในวงจร DC สามารถนำกระแสได้ในขณะที่เชื่อมต่อกับวงจร (ตัวเก็บประจุกำลังถูกชาร์จหรือชาร์จใหม่) ในตอนท้ายของกระบวนการชั่วคราวกระแสจะไม่ไหลผ่านตัวเก็บประจุเนื่องจากแผ่นแยกจากกัน โดยอิเล็กทริก ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำการสั่นของกระแสสลับโดยการชาร์จประจุแบบวนรอบของตัวเก็บประจุ ปิดด้วยกระแสอคติที่เรียกว่า

จากมุมมองของวิธีการแอมพลิจูดเชิงซ้อน ตัวเก็บประจุมีอิมพีแดนซ์เชิงซ้อน

,

ที่ไหน เจ - หน่วยจินตภาพ ω - ความถี่วงจร ( rad/s) กระแสไซน์ไหล ฉ - ความถี่ใน Hz, ค - ความจุของตัวเก็บประจุ ( ฟารัด). นอกจากนี้ยังตามมาด้วยว่าค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุคือ: สำหรับ DC ความถี่เป็นศูนย์ ดังนั้นค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุจึงไม่สิ้นสุด (ตามอุดมคติ)

ความถี่เรโซแนนซ์ของตัวเก็บประจุคือ

ที่ f > f พี ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับมีลักษณะเหมือนตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้ตัวเก็บประจุที่ความถี่เท่านั้น ฉ< f พี ที่ความต้านทานของมันคือ capacitive โดยปกติความถี่ในการทำงานสูงสุดของตัวเก็บประจุจะต่ำกว่าความถี่เรโซแนนท์ประมาณ 2-3 เท่า

ตัวเก็บประจุสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้ พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุ:

ที่ไหน ยู - แรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์) ที่ตัวเก็บประจุถูกชาร์จ

ความต้านทานแบบแอคทีฟ การเหนี่ยวนำ และความจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

การเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแส แรงดัน และ e ดีเอส ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเกิดขึ้นที่ความถี่เดียวกัน แต่ขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โดยทั่วไปจะแตกต่างกัน ดังนั้นหากเฟสเริ่มต้นของความแรงปัจจุบันถูกนำมาเป็นศูนย์ตามเงื่อนไข เฟสเริ่มต้นของแรงดันไฟฟ้าจะมีค่าที่แน่นอน φ ภายใต้เงื่อนไขนี้ค่าทันทีของกระแสและแรงดันจะแสดงโดยสูตรต่อไปนี้:

ผม = อิ่ม sinωt

u = อืม บาป(ωt + φ)

ก) ความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับความต้านทานของวงจรซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าที่แก้ไขไม่ได้เนื่องจากผลกระทบทางความร้อนของกระแส เรียกว่าแอคทีฟ . ความต้านทานสำหรับกระแสความถี่ต่ำนี้ถือได้ว่าเป็นความต้านทาน Rตัวนำไฟฟ้ากระแสตรงเดียวกัน

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความต้านทานเชิงแอ็คทีฟเท่านั้น เช่น ในหลอดไส้ เครื่องทำความร้อน ฯลฯ การเปลี่ยนเฟสระหว่างแรงดันและกระแสจะเป็นศูนย์ เช่น φ \u003d 0 ซึ่งหมายความว่ากระแสและแรงดันในวงจรดังกล่าว การเปลี่ยนแปลงในเฟสเดียวกันและพลังงานไฟฟ้าถูกใช้ไปจนหมดกับผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้า

เราคิดว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของวงจรเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายฮาร์มอนิก: และ = คุณ t cos ωt.

ในกรณีของกระแสตรง ค่าทันทีของกระแสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าแรงดันทันที ดังนั้น ในการหาค่าความแรงปัจจุบันในทันที กฎของโอห์มสามารถนำไปใช้ได้:

ในเฟสที่มีความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า

ข) ตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ รวมอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับของขดลวดที่มีการเหนี่ยวนำ หลี่ปรากฏเป็นการเพิ่มความต้านทานของวงจร สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยกระแสสลับในขดลวด อีทำหน้าที่ตลอดเวลา ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเองทำให้กระแสไฟฟ้าอ่อนลง ความต้านทาน เอ็กซ์ แอล ,ซึ่งเกิดจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเองที่เรียกว่ารีแอกแตนซ์อุปนัย ตั้งแต่อี ดีเอส การเหนี่ยวนำตัวเองยิ่งมากขึ้น การเหนี่ยวนำของวงจรยิ่งมากขึ้น และการเปลี่ยนแปลงของกระแสจะเร็วขึ้น จากนั้นรีแอกแตนซ์เชิงอุปนัยจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเหนี่ยวนำของวงจร หลี่และความถี่วงกลมของกระแสสลับ ω: XL = ωL .

ให้เรากำหนดความแรงของกระแสในวงจรที่มีคอยล์ซึ่งความต้านทานเชิงแอคทีฟนั้นสามารถละเลยได้ ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นเราพบความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดกับ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองในนั้น หากความต้านทานของขดลวดเป็นศูนย์ ความแรงของสนามไฟฟ้าภายในตัวนำจะต้องเป็นศูนย์เมื่อใดก็ได้ มิฉะนั้น ความแรงในปัจจุบัน ตามกฎของโอห์ม จะมีขนาดใหญ่เป็นอนันต์

ความเท่าเทียมกับศูนย์ของความแรงสนามเป็นไปได้เพราะความแรงของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน อี ฉัน ,สร้างโดยตัวแปร สนามแม่เหล็กในแต่ละจุดมีค่าสัมบูรณ์เท่ากันและอยู่ตรงข้ามกับความเข้มของสนามคูลอมบ์ อีเคสร้างขึ้นในตัวนำโดยประจุที่อยู่บนขั้วต้นทางและในสายไฟของวงจร

จากความเท่าเทียมกัน E ฉัน \u003d -E ถึงตามนั้น งานเฉพาะของสนามกระแสน้ำวน(เช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง e i) มีค่าสัมบูรณ์เท่ากันและตรงข้ามกับงานเฉพาะของสนามคูลอมบ์. เนื่องจากงานเฉพาะของสนามคูลอมบ์มีค่าเท่ากับแรงดันที่ปลายขดลวด เราสามารถเขียนได้ว่า: อี ผม = -ผม.

เมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนไปตามกฎฮาร์โมนิก ผม = ฉันบาป сosωt EMF การเหนี่ยวนำตนเองเท่ากับ: ฉัน = -ลี่"= -LωI m cos ωt เพราะ อี ผม = -ผม,แล้วแรงดันที่ปลายขดลวดจะเท่ากับ

และ= LωI m cos ωt = LωI m บาป (ωt + π/2) = U m บาป (ωt + π/2)

ที่ไหน U m = LωI m - แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้า

ดังนั้น ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าบนคอยล์อยู่ข้างหน้าในเฟสของการผันผวนของกระแสโดย π/2 หรือเทียบเท่ากัน ความผันผวนของกระแสไฟฟ้าอยู่นอกเฟสโดยเปิดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าพาย/2.

ถ้าเราแนะนำการกำหนด XL = ωL,แล้วเราจะได้ . มูลค่า X L เท่ากับผลคูณของความถี่วัฏจักรและการเหนี่ยวนำเรียกว่ารีแอกแตนซ์อุปนัย ตามสูตร ค่าปัจจุบันสัมพันธ์กับค่าแรงดันและค่ารีแอกแตนซ์อุปนัยโดยความสัมพันธ์ที่คล้ายกับกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

ค่ารีแอกแตนซ์อุปนัยขึ้นอยู่กับความถี่ ω กระแสตรงโดยทั่วไป "ไม่สังเกต" การเหนี่ยวนำของขดลวด ที่ ω = 0 ค่ารีแอกแตนซ์อุปนัยเป็นศูนย์ ยิ่งแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าใด EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และแอมพลิจูดของความแรงกระแสก็จะยิ่งเล็กลง ควรสังเกตว่า แรงดันไฟฟ้าข้ามรีแอกแตนซ์อุปนัยนำไปสู่กระแสในเฟส.

ค) ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสตรงไม่ผ่านตัวเก็บประจุ เนื่องจากมีไดอิเล็กตริกอยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลก หากตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจร DC หลังจากที่ตัวเก็บประจุถูกชาร์จ กระแสในวงจรจะหยุด

ให้ตัวเก็บประจุต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ค่าตัวเก็บประจุ (q=CU)เมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง มันจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นกระแสสลับจะไหลในวงจร ความแรงของกระแสจะยิ่งมากขึ้นความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นและยิ่งชาร์จบ่อยขึ้นนั่นคือความถี่ของกระแสสลับก็จะยิ่งมากขึ้น

ความต้านทานเนื่องจากการมีความจุไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าความจุ X s. เป็นสัดส่วนผกผันกับความจุ จากและความถี่วงกลม ω: X c =1/ωС

ให้เราพิจารณาว่าความแรงของกระแสเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาในวงจรที่มีตัวเก็บประจุเพียงตัวเดียวอย่างไร ถ้าสามารถละเลยความต้านทานของสายไฟและแผ่นตัวเก็บประจุได้

แรงดันคร่อมตัวเก็บประจุ u = q/C เท่ากับแรงดันที่ปลายวงจร u = U m cosωt

ดังนั้น q/C = อืม คอสต้า ประจุของตัวเก็บประจุเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายฮาร์มอนิก:

q = CUm cosωt

ความแรงของกระแสซึ่งเป็นอนุพันธ์ของประจุเทียบกับเวลา เท่ากับ:

ผม \u003d q "\u003d -U ม. Cω บาป ωt \u003d U ม. ωC cos (ωt + π / 2)

เพราะเหตุนี้, ความผันผวนของความแรงกระแสอยู่ข้างหน้าในเฟสของความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุโดยพาย/2.

มูลค่า X sผกผันกับผลคูณωСของความถี่วัฏจักรโดย ความจุไฟฟ้าตัวเก็บประจุเรียกว่า ความจุ. บทบาทของปริมาณนี้คล้ายกับบทบาทของการต่อต้านเชิงรุก Rในกฎของโอห์ม ค่าของกระแสสัมพันธ์กับค่าของแรงดันไฟที่ตัดผ่านตัวเก็บประจุในลักษณะเดียวกับที่กระแสและแรงดันสัมพันธ์กันตามกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ทำให้เราพิจารณาถึงคุณค่า X sเป็นค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุต่อกระแสสลับ (ความจุ)

ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมากเท่าใด กระแสไฟที่ชาร์จก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตรวจจับได้ง่ายโดยการเพิ่มการเรืองแสงของหลอดไฟด้วยการเพิ่มความจุของตัวเก็บประจุ ในขณะที่ความต้านทาน DC ของตัวเก็บประจุไม่มีที่สิ้นสุด ความต้านทาน AC นั้นมีจำกัด X สเมื่อความจุเพิ่มขึ้นก็ลดลง นอกจากนี้ยังลดลงตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น ω

โดยสรุป เราสังเกตว่าในช่วงหนึ่งในสี่ของช่วงเวลาที่ตัวเก็บประจุถูกชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงสุด พลังงานจะเข้าสู่วงจรและถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุในรูปของพลังงานสนามไฟฟ้า ในช่วงไตรมาสถัดไปของช่วงเวลา เมื่อตัวเก็บประจุถูกคายประจุ พลังงานนี้จะถูกส่งกลับไปยังเครือข่าย

จากการเปรียบเทียบสูตร XL = ωLและ X c \u003d 1 / ωСจะเห็นได้ว่าตัวเหนี่ยวนำ แสดงถึงความต้านทานขนาดใหญ่มากสำหรับกระแสความถี่สูงและความต้านทานขนาดเล็กสำหรับกระแสความถี่ต่ำ และตัวเก็บประจุจะกลับกัน อุปนัย X Lและ capacitive X Cความต้านทานเรียกว่าปฏิกิริยา

ง) กฎของโอห์มสำหรับ วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ.

ให้เราพิจารณากรณีทั่วไปของวงจรไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อตัวนำที่มีความต้านทานแบบแอคทีฟเป็นอนุกรม Rและค่าความเหนี่ยวนำต่ำ ขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำมาก หลี่และความต้านทานแอคทีฟต่ำและตัวเก็บประจุที่มีความจุ จาก

เราได้เห็นแล้วว่าเมื่อรวมแยกต่างหากในวงจรของความต้านทานเชิงแอคทีฟ อาร์ตัวเก็บประจุ จากหรือขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำ หลี่แอมพลิจูดของความแรงปัจจุบันถูกกำหนดตามลำดับโดยสูตร:

; ; ฉัน ม = คุณ ม ωC.

แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าบนความต้านทานเชิงแอ็คทีฟ ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุสัมพันธ์กับแอมพลิจูดของความแรงกระแสดังนี้ อืม = ImR; U m = ฉัน m ωL;

ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง แรงดันไฟฟ้าที่ปลายวงจรจะเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่แต่ละส่วนของวงจรที่ต่อเป็นอนุกรม อย่างไรก็ตาม หากคุณวัดแรงดันที่เกิดขึ้นบนวงจรและแรงดันในแต่ละองค์ประกอบของวงจร ปรากฎว่าแรงดันไฟฟ้าบนวงจร (ค่าที่มีประสิทธิภาพ) ไม่เท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในแต่ละองค์ประกอบ ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? ความจริงก็คือความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกในส่วนต่าง ๆ ของวงจรนั้นมีการเลื่อนเฟสสัมพันธ์กัน

อันที่จริงกระแสเมื่อใดก็ได้จะเท่ากันในทุกส่วนของวงจร ซึ่งหมายความว่าแอมพลิจูดและเฟสของกระแสที่ไหลผ่านส่วนที่มีความต้านทาน capacitive, inductive และ active จะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม มีเพียงความต้านทานเชิงแอ็คทีฟเท่านั้นที่ความผันผวนของแรงดันและกระแสตรงกันในเฟส บนตัวเก็บประจุ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าจะล่าช้าหลังความผันผวนของกระแสโดย π/2 และบนตัวเหนี่ยวนำ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าทำให้เกิดความผันผวนของกระแสที่ π/2 หากเราคำนึงถึงการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มเข้ามา ปรากฎว่า

เพื่อให้ได้ความเท่าเทียมกันนี้ คุณจะต้องเพิ่มความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่เฟสกะสัมพันธ์กัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการเพิ่มการสั่นของฮาร์มอนิกหลายๆ แบบคือการใช้ ไดอะแกรมเวกเตอร์แนวคิดของวิธีการนี้มีพื้นฐานมาจากบทบัญญัติที่ค่อนข้างง่ายสองข้อ

ประการแรก การฉายภาพเวกเตอร์ที่มีโมดูล x m หมุนด้วยค่าคงที่ ความเร็วเชิงมุมทำการสั่นฮาร์มอนิก: x = x m cosωt

ประการที่สอง เมื่อบวกเวกเตอร์สองตัว การฉายภาพของเวกเตอร์ทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของการฉายภาพของเวกเตอร์ที่เพิ่มเข้ามา

แผนภาพเวกเตอร์ของการแกว่งไฟฟ้าในวงจรที่แสดงในรูปจะช่วยให้เราได้ความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดของกระแสในวงจรนี้กับแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากความแรงของกระแสเท่ากันในทุกส่วนของวงจร จึงสะดวกที่จะเริ่มสร้างไดอะแกรมเวกเตอร์ด้วยเวกเตอร์ความแรงของกระแส ฉัน. เวกเตอร์นี้จะแสดงเป็นลูกศรแนวนอน แรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานอยู่ในเฟสกับกระแส ดังนั้น เวกเตอร์ อุ้ม, ต้องตรงกับทิศทางของเวกเตอร์ ฉัน. โมดูลัสของมันคือ UmR = ImR

ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าบนรีแอกแตนซ์อุปนัยอยู่ข้างหน้าความผันผวนของกระแสโดย π/2 และเวกเตอร์ที่สอดคล้องกัน U m Lต้องหมุนรอบเวกเตอร์ ฉันบน π/2 โมดูลัสของมันคือ U m L = ฉัน m ωLหากเราคิดว่าการเปลี่ยนเฟสเป็นบวกสอดคล้องกับการหมุนทวนเข็มนาฬิกาของเวกเตอร์ เวกเตอร์ U m Lควรเลี้ยวซ้าย (คุณสามารถทำสิ่งที่ตรงกันข้ามได้)

โมดูลัสของมันคือ UmC =ฉัน /ωC. เพื่อหาเวกเตอร์แรงดันรวม อืมเพิ่มเวกเตอร์สามตัว: 1) คุณ mR 2) คุณ m L 3) คุณ mC

อย่างแรก เป็นการสะดวกกว่าที่จะบวกเวกเตอร์สองตัว: U m L และ U m C

โมดูลัสของผลรวมนี้คือ , ถ้า ωL > 1/ωС. นี่เป็นกรณีที่แสดงในรูป หลังจากนั้นเพิ่มเวกเตอร์ ( คุณ m L + คุณ m C)ด้วยเวกเตอร์ อุ้มรับเวกเตอร์ อืม, แสดงถึงความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในเครือข่าย ตามทฤษฎีบทพีทาโกรัส:

จากความเท่าเทียมกันครั้งสุดท้าย คุณสามารถหาแอมพลิจูดของกระแสในวงจรได้อย่างง่ายดาย:

ดังนั้นเนื่องจากการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของวงจร อิมพีแดนซ์ Z วงจรที่แสดงในรูปแสดงดังนี้:

จากแอมพลิจูดของกระแสและแรงดันคุณสามารถไปที่ค่าประสิทธิผลของปริมาณเหล่านี้:

นี่คือกฎของโอห์มสำหรับกระแสสลับในวงจรที่แสดงในรูปที่ 43 ค่าความแรงของกระแสที่เกิดขึ้นทันทีจะเปลี่ยนไปตามกาลเวลา:

ผม = ฉัน cos (ωt+ φ),โดยที่ φ คือความแตกต่างของเฟสระหว่างกระแสและแรงดันในเครือข่าย ขึ้นอยู่กับความถี่ ω และพารามิเตอร์ของวงจร อาร์ แอล ซี

จ) เรโซแนนซ์ในวงจรไฟฟ้า เมื่อศึกษาแรงสั่นสะเทือนทางกลแบบบังคับ เราได้ทำความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ เสียงก้อง.การสั่นพ้องจะเกิดขึ้นเมื่อความถี่การสั่นตามธรรมชาติของระบบเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ของแรงภายนอก ที่แรงเสียดทานต่ำ แอมพลิจูดของการสั่นแบบบังคับในสภาวะคงตัวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความบังเอิญของกฎของการสั่นทางกลและแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เราสามารถสรุปได้ทันทีว่าการสั่นพ้องเป็นไปได้ในวงจรไฟฟ้า หากวงจรนี้เป็นวงจรออสซิลเลชันที่มีความถี่การสั่นตามธรรมชาติบางอย่าง

แอมพลิจูดของกระแสระหว่างการสั่นแบบบังคับในวงจรซึ่งเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแรงดันไฟภายนอกที่เปลี่ยนแปลงอย่างกลมกลืน ถูกกำหนดโดยสูตร:

ที่แรงดันคงที่และค่าที่กำหนดของ R, L และ C , ความแรงปัจจุบันถึงสูงสุดที่ความถี่ ω ที่ตอบสนองความสัมพันธ์

แอมพลิจูดนี้มีขนาดใหญ่เป็นพิเศษสำหรับขนาดเล็ก ร.จากสมการนี้ คุณสามารถกำหนดค่าความถี่ของวงจรของกระแสสลับ ซึ่งความแรงของกระแสสูงสุดคือ:

ความถี่นี้เกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ของการแกว่งอิสระในวงจรที่มีความต้านทานแอกทีฟต่ำ

การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของแอมพลิจูดของการสั่นกระแสบังคับในวงจรออสซิลเลเตอร์ที่มีความต้านทานแอคทีฟต่ำเกิดขึ้นเมื่อความถี่ของแรงดันไฟสลับภายนอกเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ธรรมชาติของวงจรออสซิลเลเตอร์ นี่คือปรากฏการณ์ของการสั่นพ้องในวงจรออสซิลเลเตอร์ไฟฟ้า

ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของความแรงของกระแสที่เรโซแนนซ์ แรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จะเท่ากันและมากกว่าแรงดันไฟฟ้าภายนอกหลายเท่า

จริงๆ,

U m, C, res =

U m, L, ตัด =

แรงดันไฟภายนอกสัมพันธ์กับกระแสเรโซแนนซ์ดังนี้

คุณ ม = . ถ้า แล้ว U m , C ,res = U m , L ,res >> U m

ที่เรโซแนนซ์ การเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสและแรงดันจะกลายเป็นศูนย์

อันที่จริงความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุมักเกิดขึ้นในแอนติเฟสเสมอ แอมพลิจูดเรโซแนนซ์ของแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้มีค่าเท่ากัน เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าบนขดลวดและตัวเก็บประจุชดเชยอย่างเต็มที่ กันและกัน, และแรงดันตกคร่อมเกิดขึ้นเฉพาะในแนวต้านที่แอ็คทีฟเท่านั้น

ความเท่าเทียมกันถึงศูนย์ของการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันและกระแสที่เรโซแนนซ์ให้เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการจ่ายพลังงานจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟสลับไปยังวงจร นี่คือการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์กับการสั่นสะเทือนทางกล: ที่เรโซแนนซ์ แรงภายนอก (คล้ายกับแรงดันไฟฟ้าในวงจร) อยู่ในเฟสที่มีความเร็ว