4. Конденсатор в цепи переменного тока. Конденсаторы переменного тока

4. Конденсатор в цепи переменного тока

Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратковременный импульс тока, который зарядит конденсатор до напряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.

При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения.

Как и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора по проводам, соединенным с его выводами, течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока (рис. 6), кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити лампы.

Установим связь между амплитудой колебаний напряжения на обкладках конденсатора и амплитудой колебаний силы тока. При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону

заряд на его обкладках изменяется по закону:

Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора: i = q’. Поэтому колебания силы тока в цепи происходят по закону:

Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на р/2 или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на р/2 (рис. 7). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т.д.

Произведение Um⋅щ⋅C является амплитудой колебаний силы тока:

Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается ХC):

Связь между амплитудным значением силы тока и амплитудным значением напряжения по форме совпадает с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического сопротивления фигурирует емкостное сопротивление конденсатора:

Емкостное сопротивление конденсатора, как и индуктивное сопротивление катушки, не является постоянной величиной. Оно обратно пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда колебаний силы тока в цепи конденсатора при постоянной амплитуде колебаний напряжения на конденсаторе возрастает прямо пропорционально частоте.

studfiles.net

Конденсатор в цепи переменного тока

При включении какого-либо конденсатора в электрическую цепь постоянного тока, происходит возникновение быстрого кратковременного импульса. С его помощью конденсатор заряжается до такой же степени, как источник энергии, после чего, всяческое движение электрического тока прекращается. Если его отключить от источника тока, то в очень скором времени, под воздействием нагрузки наступит полная разрядка. Когда в качестве индикатора подключается лампа, она моргает один раз, а, затем, гаснет, поскольку разрядка конденсатора при постоянном токе происходит в виде кратковременного импульса.

Работа конденсатора при переменном токе

Совершенно по-другому работает конденсатор в цепи переменного тока. В данном случае, конденсатор заряжается и разряжается, чередуясь с периодичностью колебаний, возникающих при переменном напряжении. Такая же лампа накаливания, помещенная в цепь в качестве индикатора, и подключенная последовательно, будет аналогично конденсатору излучать непрерывный свет, потому что частота колебаний промышленного уровня не воспринимается человеческим глазом.

В каждом конденсаторе имеется емкостное сопротивление, от которого зависят емкость и частота циклов переменного тока. По формуле, такая зависимость получается обратно пропорциональная. При наличии такого сопротивления не происходит превращения электрической и магнитной энергии в тепловую. При более высокой частоте электрического тока, емкостное сопротивление пропорционально снижается, и, наоборот.

Эти важные свойства позволили применять конденсаторы в цепи переменного электрического тока в качестве гасящего элемента взамен резисторов в делителях напряжения. Данный фактор имеет особо важное значение при падениях напряжения. В подобной ситуации, вместо конденсатора пришлось бы применять мощные резисторы с большими размерами.

Основное свойство конденсаторов

Поскольку конденсатор в цепи переменного тока не подвержен нагреву, то и не наступает рассеивание энергии. Это обусловлено смещением между собой тока и напряжения в конденсаторе на 90 градусов. При наибольшем напряжении, ток имеет нулевое значение, а значит, не совершается никакой работы и нагрева не происходит. Поэтому, конденсаторы в большинстве случаев, вполне успешно используются взамен резисторов. При этом, у них образуется недостаток, который должен быть учтен в обязательном порядке. Он заключается в изменении переменного тока в цепи, вызывающего изменение напряжения в нагрузке. Другим недостатком является отсутствие гальванической развязки, в связи с чем применение их имеет определенные ограничения и их используют при стабильном значении сопротивления. Такими нагрузками, чаще всего, выступают нагревательные элементы.

Однако, свое широкое применение конденсаторы нашли в различных видах частотных фильтров и резонансных схемах.

electric-220.ru

Конденсатор в цепи переменного тока

«Физика - 11 класс»

Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор.

Есть источники постоянного и переменного напряжений, в которых постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания, соединенных последовательно. При включении постоянного напряжения (переключатель влево) лампа не светится. При включении переменного напряжения (переключатель вправо) лампа загорается, если емкость конденсатора достаточно велика.

Под действием переменного напряжения происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора. Ток, идущий в цепи при перезарядке конденсатора, нагревает нить лампы.

Если сопротивлением проводов и обкладок конденсатора можно пренебречь,

то напряжение на конденсаторе равно напряжению на концах цепи.

Следовательно,

Заряд конденсатора меняется по гармоническому закону:

q = CUm cos ωt

Сила тока, представляющая собой производную заряда по времени, равна:

Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на .

Амплитуда силы тока равна:

Im = UmCω

Если ввести обозначение

и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим

Величину Хс, обратную произведению ωС циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением. Роль этой величины аналогична роли активного сопротивления R в законе Ома. Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения на конденсаторе точно так же, как связаны согласно закону Ома сила тока и напряжение для участка цепи постоянного тока. Это и позволяет рассматривать величину Хс как сопротивление конденсатора переменному току (емкостное сопротивление).

Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение Хс. С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты ω.

На протяжении четверти периода, когда конденсатор заряжается до максимального напряжения, энергия поступает в цепь и запасается в конденсаторе в форме энергии электрического поля. В следующую четверть периода, при разрядке конденсатора, эта энергия возвращается в сеть.

Итак, сопротивление цепи с конденсатором обратно пропорционально произведению циклической частоты на электроемкость. Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на .

Источник: «Физика - 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях --- Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями --- Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний --- Переменный электрический ток --- Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения --- Конденсатор в цепи переменного тока --- Катушка индуктивности в цепи переменного тока --- Резонанс в электрической цепи --- Генератор на транзисторе. Автоколебания --- Краткие итоги главы

class-fizika.ru

Поведение конденсатора в цепи переменного тока

Если говорить строго, то через конденсатор не проходит ни постоянный, ни переменный ток, так как между обкладками находится изолятор, в котором свободные электрические заряды двигаться не могут.

Включение конденсатора в цепь постоянного тока равносильно разрыву этой цепи. Что же касается переменного тока, то он будет протекать по цепи, в которую включен конденсатор, благодаря периодическому заряду и разряду этого конденсатора. Действительно, когда происходит заряд конденсатора, то электрические заряды, например электроны, на одной обкладке накапливаются, а с другой обкладки уходят. При этом они, конечно, двигаются по соединительным проводам, подключенным к обкладкам конденсатора. Такое же движение зарядов, только в противоположном направлении, происходит и при разряде конденсатора.

Если включить конденсатор в цепь переменного тока, то он будет периодически заряжаться то в одной полярности, то в противоположной. Это значит, что электроны будут накапливаться то на одной, то на другой обкладке, и каждый раз при заряде и разряде свободные электроны будут двигаться по цепи, в которую включен конденсатор, не попадая, однако, в изолятор, включенный между обкладками. А поскольку под действием переменного напряжения в цепи конденсатора двигаются заряды, то мы считаем, что конденсатор пропускает переменный ток, хотя и в этом случае заряды не проходят через изолятор.

Конденсатор влияет на величину переменного тока в цепи, и поэтому (по аналогии с законом Ома) его часто рассматривают как сопротивление. Это так называемое емкостное сопротивление обозначается буквой хс и так же, как и обычное сопротивление, измеряется в омах. Величина хс зависит от частоты переменного тока и от емкости С конденсатора: с уменьшением емкости конденсатора, так же как и с уменьшением частоты переменного тока, емкостное сопротивление конденсатора увеличивается (рис. 80, 81, лист 87). Эту зависимость удобно записать в виде простой формулы:

Смысл этой формулы весьма прост: чем меньше емкость С, тем меньше зарядов будет двигаться к обкладкам при каждом заряде и разряде конденсатора; чем меньше частота переменного тока, тем реже будет заряжаться и разряжаться конденсатор. Отсюда следует, что с уменьшением f и С уменьшается ток в цепи, или, иными словами, растет сопротивление конденсатора.

Этот вывод имеет огромное практическое значение. Так, например, если нам понадобится включить в цепь конденсатор с очень маленьким емкостным сопротивлением, то емкость этого конденсатора нужно будет выбирать с учетом частоты переменного тока в цепи. Для высоких частот можно будет взять конденсатор небольшой емкости, а вот для низких частот емкость конденсатора придется взять большой. Это хорошо иллюстрируется простым примером. На частоте 100 кгц конденсатор емкостью 100 пф обладает емкостным сопротивлением хс=16 ком. При уменьшении частоты в 1000 раз, то есть на частоте 100 гц, сопротивление конденсатора возрастет в 1000 раз и станет равным 16 000 ком (16 Мом). Для того чтобы при уменьшении частоты емкостное сопротивление не изменилось, нужно увеличить емкость конденсатора. Сопротивление 16 ком на частоте 100 гц будет иметь конденсатор емкостью 100 000 пф (0,1 мкф).

Из приведенной выше формулы следует также, что уменьшение емкости конденсатора связи Ссв (лист 85) приведет к росту сопротивления этого конденсатора, а следовательно, к уменьшению тока в цепи антенны. Поэтому емкость Ссв нельзя брать слишком малой.

Сказанное можно пояснить еще иначе. Конденсатор связи и колебательный контур Lк Ск можно рассматривать как делитель напряжения, к которому приложена э. д. с, действующая между зажимами А («антенна») и З («земля»). Мы не будем пока говорить о том, чему равно сопротивление колебательного контура - даже без этого ясно: чем больше емкостное сопротивление конденсатора связи, тем меньшая часть э. д. с. будет действовать на нижней части делителя - на контуре и подключенной к нему цепи детектор - телефон.

oldradiogid.ru

Конденсатор - переменный ток - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Конденсатор - переменный ток

Cтраница 1

Конденсатор переменного тока - это такой аппарат, для теплового состояния которого решающими являются потери в диэлектрике, а не в токоведущих частях. [1]

В конденсаторах переменного тока с повышением г и tg6 возрастают потери энергии в единице объема конденсаторной секции. Следовательно, увеличивается и количество тепла, выделяющегося в конденсаторе, что делает более тяжелыми условия работы изоляции между обкладками. [2]

При использовании конденсаторов переменного тока в цепях с несинусоидальным напряжением, что характерно для преобразовательной техники, необходимо учитывать влияние несинусоидальности напряжения на режим работы конденсаторов. Это влияние обычно учитывается через мощность потерь в диэлектрике, которая при несинусоидальном-напряжении определяется путем суммирования потерь от каждой синусоидальной составляющей определенной частоты. [3]

При пропускании через конденсатор переменного тока часть энергии теряется на смещение зарядов при поляризации диэлектрика и на преодоление омических сопротивлений в обкладках и выводах конденсатора. С учетом этого эквивалентная схема конденсатора принимает вид, показанный на рис. 6.3, а. Этот угол зависит от отношения мощности потерь к полной реактивной мощности, запасаемой в конденсаторе. [4]

Для проверки стабильности конденсаторов переменного тока партия конденсаторов емкостью 5 мкф на рабочие напряжения 127 в была подвергнута длительным испытаниям. [5]

Распространенными: типами конденсаторов переменного тока в преобразовательной технике являются ме-таллобумажные и бумажно-фольговые конденсаторы. [6]

Варшавски и Д.С. Ускоренные испытания конденсаторов переменного тока на срок службы. [7]

Кроме того, отклонения от установленной технологии для конденсаторов переменного тока могут быть выявлены при их длительных испытаниях повышенным напряжением. Такие испытания, как правило, проводят в течение 10 - 14 час. [8]

Некоторые трудности приходится преодолевать при определении тепловых характеристик конденсаторов переменного тока, рассчитанных на работу при несинусоидальном напряжении или синусоидальном напряжении повышенной частоты, являющейся нерабочей у имеющихся мостов для измерения емкости и тангенса угла потерь силовых конденсаторов. [9]

Кроме того, отклонения от установленной технологии для конденсаторов переменного тока могут быть выявлены при их длительных испытаниях повышенным напряжением, которые проводят в течение 48 ч при напряжении 1 2 номинального и температуре окружающей среды 20 - 30 С. [10]

Обычно конденсаторы постоянного тока имеют больший коэффициент запрессовки, чем конденсаторы переменного тока. [12]

Качество конденсаторов характеризуется также величиной потерь энергии при прохождении через конденсатор переменного тока. В хороших конденсаторах эти потери ничтожны; они значительно меньше, чем потери в катушках. [13]

Бумажные конденсаторы делят на три основные группы: конденсаторы постоянного тока ( слаботочные), конденсаторы переменного тока промышленной и средней звуковой частоты ( сильноточные, или силовые), высоковольтные импульсные конденсаторы. [14]

Поэтому более плотная бумага применяется, как правило, для конденсаторов постоянного тока, а менее плотная - для конденсаторов переменного тока. [15]

Страницы: 1 2

www.ngpedia.ru

39. Переменный ток. Резистор, конденсатор и катушка в цепи переменного тока.

Элементы цепи переменного тока

Резистор в цепи постоянного тока

По закону Ома, в замкнутой цепи постоянного тока

напряжение на зажимах источника меньше ЭДС

U = IR; U = E - Ir

Резистор в цепи переменного тока

Рассмотрим схему, состоящую из источника переменного

тока, резистора и идеальных проводов.

Предположим, что напряжение на резисторе

изменяется по гармоническому закону

U = U0 cos ω t .

Найдем силу тока, протекающего через резистор.

По закону Ома для участка цепи

I=U/R ==> I = I0 cos ω t

Амплитуда силы тока I0 = U0/R

Ток и напряжение изменяются по одинаковому гармоническому закону (косинуса), то есть совпадают по фазе. Это означает, что, например, в тот момент времени, когда в цепи максимальна сила тока, напряжение на резисторе также максимально.

Конденсатор в цепи переменного тока

Включим конденсатор в цепь постоянного тока.Некоторый заряд перетечет от источника тока на обкладки конденсатора.В цепи возникает кратковременный импульс зарядного тока. Конденсатор заряжается до напряжения источника, после чего ток прекращается. Через конденсатор постоянный ток течь не может!

Рассмотрим процессы, происходящие при включении конденсатора в цепь переменного тока

зарядный ток

Через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрический ток протекать, как и прежде, не может. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в цепи появится переменный ток.

Если напряжение в цепи изменяется по гармоническому закону,

U = U0cos ωt

то заряд на обкладках конденсатора изменяется

также погармоническому закону

q=Cu = CU0cos ωt

и силу тока в цепи можно найти как производную заряда

i = q/

i= -CU0 ω sin ωt = CU0ω cos(ωt+π/2),

i= I0ω cos(ωt+π/2)

Амплитуда силы тока I0 = CU0ω

Из полученной формулы видно, что в любой момент времени

фаза тока больше фазы напряжения на π/2.

В цепи переменного напряжение на конденсаторе тока отстает по фазе от тока на π/2, или на четверть периода.

Емкостное сопротивление

Величину

называют емкостным сопротивлением.

Связь между амплитудными значениями силы тока и напряжения формально совпадает с законом Ома для участка цепи

Такое же соотношение выполняется для действующих значений силы тока и напряжения.

Емкостное сопротивление конденсатора зависит от частоты переменного напряжения. С увеличением частоты колебаний напряжения емкостное сопротивление уменьшается, поэтому амплитуда силы тока увеличивается прямо пропорционально частоте I0 = CU0ω.

При уменьшении частоты амплитуда силы тока уменьшается и при ω=0 обращается в 0. Отметим, что нулевая частота колебаний означает, что в цепи протекает постоянный ток.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Мы предполагаем, что катушка индуктивности обладает пренебрежимо малым активным сопротивлением R. Такой элемент включать в цепь постоянного тока нельзя, потому что произойдет короткое замыкание.

В цепи переменного тока мгновенному нарастанию силы тока препятствует ЭДС самоиндукции. При этом для сверхпроводника ei+u=0.

Используя закон Фарадея для самоиндукции ei= -Li/ ,

можно показать, что, если сила тока в цепи изменяется по гармоническому закону

i= I0cos(ωt),

то колебания напряжения на катушке описываются

уравнением

U = - I0 Lωsin ωt = I0 Lω cos(ωt+π/2),

то есть колебания напряжения опережают по фазе колебания силы тока на π/2.Произведение U0 = I0Lω является амплитудой напряжения:

U = U0 cos(ωt+π/2)

Индуктивное сопротивление

Величину

studfiles.net

Классификация конденсаторов

Конденсаторы делятся на конденсаторы общего и специального назначения, а также группируются по некоторым характеристикам.

Конденсаторы общего назначения широко применяются в различной аппаратуре. Обычно это низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования по классу точности, ТКЕ, напряжению и т.п.

Конденсаторы специального назначения - это все остальные конденсаторы. Как понятно из названия, эти конденсаторы предназначены для выполнения специфических функций (подавление помех, пуск электродвигателя и т.п.) или для работы в особых условиях (высокое напряжение, импульсный ток и т.п.).

Итак, классификация конденсаторов определяет группы по следующим признакам:

По назначению:

Конденсаторы общего назначения
Конденсаторы специального назначения

По характеру изменения ёмкости:

Конденсаторы постоянной ёмкости (постоянные конденсаторы)
Конденсаторы переменной ёмкости (переменные конденсаторы)
Подстроечные конденсаторы

По способу защиты:

Незащищённые конденсаторы
Защищённые конденсаторы
Неизолированные конденсаторы
Изолированные конденсаторы
Уплотнённые конденсаторы
Герметизированные конденсаторы

По виду диэлектрика:

C газообразным диэлектриком
C оксидным диэлектриком
C неорганическим диэлектриком
C органическим диэлектриком

Конденсаторы постоянной ёмкости (постоянные конденсаторы) подразделяются на высокочастотные и низкочастотные. Постоянные конденсаторы не могут изменять свою ёмкость в процессе работы, то есть их ёмкость является постоянной (точнее, она может колебаться в небольших пределах в зависимости от температуры, но это в пределах допуска).

Конденсаторы переменной ёмкости (переменные конденсаторы) могут изменять свою ёмкость в процессе работы. Как известно, ёмкость конденсатора зависит от площади его обкладок и расстояния между ними. Эти параметры можно изменять различными способами. Вы наверняка пользовались аналоговыми радиоприёмниками, в которых переменные конденсаторы используются для настройки на радиостанцию.

Подстроечные конденсаторы также могут изменять свою ёмкость. Переменные конденсаторы отличаются от подстроечных тем, что их ёмкость можно изменять во время работы устройства, в то время как подстроечные конденсаторы используются обычно только при настройке аппаратуры на заводе.

Кроме этого конденсаторы можно разделить на полярные и неполярные (хотя по этим признакам их обычно не классифицируют).

Полярные конденсаторы могут работать только в цепях постоянного тока и требуют строгого соблюдения полярности при подключении (плюс подключается к выводу со знаком плюс, минус, соответственно - к выводу со знаком минус). При не соблюдении этого требования такой конденсатор может выйти из строя.

Неполярные конденсаторы могут работать в цепях как постоянного, так и переменного тока. Такие конденсаторы можно подключать без учёта полярности напряжения.

tz-5133.narod.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30

4. Конденсатор в цепи переменного тока. Конденсаторы переменного тока