AC-condensatorcircuits

condensatoren vs. Weerstanden

Condensatoren gedragen zich niet hetzelfde als weerstanden. Terwijl weerstanden een stroom van elektronen mogelijk maken die recht evenredig is met de spanningsval, verzetten condensatoren zich tegen veranderingen in spanning door stroom te trekken of te leveren terwijl ze laden of ontladen naar het nieuwe spanningsniveau.

De stroom van elektronen "door" een condensator is recht evenredig met de snelheid van verandering spanning over de condensator. Deze oppositie tegen spanningsverandering is een andere vorm van reactantie , maar een die precies het tegenovergestelde is van het soort dat wordt vertoond door inductoren.

Kenmerken van condensatorcircuits

Wiskundig uitgedrukt, is de relatie tussen de stroom "door" de condensator en de snelheid van spanningsverandering over de condensator als volgt:

De uitdrukking de/dt is een van calculus, wat betekent dat de snelheid van verandering van momentane spanning (e) in de tijd, in volt per seconde. De capaciteit (C) is in Farads en de momentane stroom (i) is natuurlijk in ampère.

Soms vindt u de snelheid van de momentane spanningsverandering in de loop van de tijd, uitgedrukt als dv/dt in plaats van de/dt:in plaats daarvan de kleine letter "v" of "e" gebruiken om de spanning weer te geven, maar het betekent precies hetzelfde. Laten we, om te laten zien wat er gebeurt met wisselstroom, een eenvoudig condensatorcircuit analyseren:

Puur capacitief circuit:condensatorspanning loopt 90° achter op condensatorstroom

Als we de stroom en spanning voor dit zeer eenvoudige circuit zouden plotten, zou het er ongeveer zo uitzien:

Puur capacitieve circuitgolfvormen.

Onthoud dat de stroom door een condensator een reactie is tegen de verandering in spanning erover.

Daarom is de momentane stroom nul wanneer de momentane spanning een piek heeft (nulverandering of niveauhelling op de spanningssinusgolf), en de momentane stroom is op een piek waar de momentane spanning maximaal verandert (de punten van steilste helling op de spanningsgolf, waar deze de nullijn kruist).

Dit resulteert in een spanningsgolf die -90° uit fase is met de huidige golf. Als we naar de grafiek kijken, lijkt de huidige golf een "voorsprong" te hebben op de spanningsgolf; de stroom "leidt" de spanning en de spanning "loopt achter" op de stroom.

Spanning loopt 90° achter op de stroom in een puur capacitief circuit.

Zoals je misschien al geraden had, is dezelfde ongewone vermogensgolf die we zagen met het eenvoudige inductorcircuit ook aanwezig in het eenvoudige condensatorcircuit:

In een puur capacitief circuit kan het momentane vermogen positief of negatief zijn.

Net als bij het eenvoudige inductorcircuit resulteert de 90-graden faseverschuiving tussen spanning en stroom in een vermogensgolf die gelijkmatig wisselt tussen positief en negatief. Dit betekent dat een condensator geen vermogen dissipeert omdat hij reageert op veranderingen in spanning; het absorbeert en geeft afwisselend kracht af.

Reactantie van een condensator

De weerstand van een condensator tegen verandering in spanning vertaalt zich in een weerstand tegen wisselspanning in het algemeen, die per definitie altijd verandert in momentane grootte en richting.

Voor elke gegeven grootte van wisselspanning bij een bepaalde frequentie, zal een condensator van een bepaalde grootte een bepaalde grootte van wisselstroom "geleiden".

Net zoals de stroom door een weerstand een functie is van de spanning over de weerstand en de weerstand die de weerstand biedt, is de wisselstroom door een condensator een functie van de wisselspanning erover en de reactantie aangeboden door de condensator.

Net als bij inductoren wordt de reactantie van een condensator uitgedrukt in ohm en gesymboliseerd door de letter X (of XC om specifieker te zijn).

Omdat condensatoren stroom "geleiden" in verhouding tot de snelheid van spanningsverandering, zullen ze meer stroom doorgeven voor sneller veranderende spanningen (omdat ze in minder tijd opladen en ontladen tot dezelfde spanningspieken), en minder stroom voor langzamer veranderende spanningen.

Wat dit betekent is dat reactantie in ohm voor elke condensator omgekeerd is evenredig met de frequentie van de wisselstroom.

Reactantie van een condensator van 100 uF:

Frequentie (Hertz) Reactantie (Ohm) 6026.525812013.262925000.6366

Houd er rekening mee dat de relatie tussen capacitieve reactantie en frequentie precies tegengesteld is aan die van inductieve reactantie.

Capacitieve reactantie (in ohm) neemt af met toenemende AC-frequentie. Omgekeerd neemt de inductieve reactantie (in ohm) toe met toenemende AC-frequentie. Inductoren verzetten zich tegen sneller veranderende stromen door grotere spanningsdalingen te produceren; condensatoren verzetten zich tegen sneller veranderende spanningsdalingen door grotere stromen toe te staan.

Net als bij inductoren kan de 2πf-term van de reactantievergelijking worden vervangen door de kleine Griekse letter Omega (ω), waarnaar wordt verwezen als de hoeksnelheid van het AC-circuit. Dus de vergelijking XC =1/(2πfC) kan ook worden geschreven als XC =1/(ωC), met ω gegoten in eenheden van radialen per seconde .

Wisselstroom in een eenvoudig capacitief circuit is gelijk aan de spanning (in volt) gedeeld door de capacitieve reactantie (in ohm), net zoals wisselstroom of gelijkstroom in een eenvoudig resistief circuit gelijk is aan de spanning (in volt) gedeeld door de weerstand (in ohm). Het volgende circuit illustreert deze wiskundige relatie als voorbeeld:

Capacitieve reactantie.

We moeten er echter rekening mee houden dat spanning en stroom hier niet in fase zijn. Zoals eerder werd aangetoond, heeft de stroom een ​​faseverschuiving van +90° ten opzichte van de spanning. Als we deze fasehoeken van spanning en stroom wiskundig weergeven, kunnen we de fasehoek berekenen van de reactieve oppositie van de condensator tegen stroom.

Spanning loopt 90° achter op de stroom in een condensator.

Wiskundig zeggen we dat de fasehoek van de weerstand van een condensator tegen stroom -90° is, wat betekent dat de weerstand van een condensator tegen stroom een ​​negatieve denkbeeldige grootheid is. (Zie bovenstaande afbeelding.) Deze fasehoek van reactieve oppositie tegen stroom wordt van cruciaal belang in circuitanalyse, vooral voor complexe AC-circuits waar reactantie en weerstand op elkaar inwerken.

Het zal nuttig zijn om elke . te vertegenwoordigen de weerstand van een component tegen stroom in termen van complexe getallen, en niet alleen scalaire hoeveelheden weerstand en reactantie.

BEOORDELING:

• Capacitieve reactantie is de oppositie die een condensator biedt tegen wisselstroom vanwege zijn in fase verschoven opslag en afgifte van energie in zijn elektrische veld. Reactantie wordt gesymboliseerd door de hoofdletter "X" en wordt gemeten in ohm, net als weerstand (R).
• Capacitieve reactantie kan worden berekend met behulp van deze formule:XC =1/(2πfC)
• Capacitieve reactantie neemt af met toenemende frequentie. Met andere woorden, hoe hoger de frequentie, hoe minder het tegen wisselstroom (hoe meer het "geleidt").

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad condensatoren