Co je induktivní a kapacitní zátěž?

Pojmy "kapacitní zátěž" a "induktivní zátěž", jak jsou použity u obvodů se střídavým proudem, znamenají určitou povahu interakce spotřebitele se zdrojem střídavého napětí.

Zhruba to lze ilustrovat na následujícím příkladu: připojením plně vybitého kondenzátoru k vývodu v první chvíli budeme pozorovat prakticky zkrat, při připojení induktoru ke stejné zásuvce bude v prvním okamžiku proud přes takovou zátěž téměř nulový.

To proto, že cívka a kondenzátor interagují se střídavým proudem zásadně odlišněco je Klíčový rozdíl mezi indukční a kapacitní zátěží.

Kapacitní zatížení

Když už mluvíme o kapacitní zátěži, znamená to, že se chová v AC obvodu jako kondenzátor.

To znamená, že sinusový střídavý proud bude periodicky (s dvojnásobnou frekvencí zdroje) dobíjet kapacitní zátěžv tomto případě bude v první čtvrtině periody zdrojová energie utracena na vytvoření elektrického pole mezi kondenzátorovými deskami. Ve druhé čtvrtině periody se energie elektrického pole mezi deskami kondenzátoru vrátí ke zdroji.

Ve třetím čtvrtletí periody bude kapacita nabita ze zdroje opačnou polaritou (ve srovnání s tím, co bylo v prvním čtvrtletí periody). Ve čtvrtém čtvrtletí periody kondenzátor vrátí energii elektrického pole zpět do sítě. V dalším období bude tento cyklus opakován. Takto se v sinusovém střídavém obvodu chová čistá kapacitní zátěž.

Prakticky se to ukáže při kapacitní zátěži je proud překonán čtvrtinou fáze střídavého napětí přivedeného na danou zátěž, protože když se kapacita nabíjí, proud je maximální již v prvním okamžiku, kdy se napájecí napětí zdroje teprve začíná zvyšovat, proudová energie se převádí na energii rostoucího elektrického pole náboje akumulovaného v zátěži, jako v kondenzátoru.

Ale se zvýšením aplikovaného napětí má kapacitance již hodně akumulovaného náboje, a proto, jakmile se zdrojové napětí blíží svému maximu, rychlost akumulace náboje v kapacitní zátěži se snižuje a spotřeba proudu klesá na nulu.

Příklady kapacitních zátěží: kondenzátorové banky, korektory účiníku, synchronní motory, vedení vysokého napětí.

Indukční zátěž

Pokud nyní věnujeme pozornost induktivní zátěži, chová se to v obvodu střídavého proudu jako induktor.

To znamená, že sinusové střídavé napětí bude periodicky (s dvojnásobnou frekvencí zdroje) generovat proud skrz indukčnost zátěžeV tomto případě bude v první čtvrtině periody zdrojová energie utracena na vytvoření magnetického pole proudu cívkou.

Ve druhé čtvrtině periody se energie magnetického pole cívky vrátí ke zdroji. Ve třetím čtvrtletí periody bude cívka zmagnetizována opačnou polaritou (ve srovnání s tím, co to bylo v prvním čtvrtletí periody), a ve čtvrtém čtvrtletí periody indukčnost opět vrátí energii magnetického pole zpět do sítě.

V dalším období bude tento cyklus opakován. Takto se v sinusovém střídavém obvodu chová čistě induktivní zátěž.

Ve skutečnosti se to ukazuje při indukční zátěži proud zaostává ve fázi o čtvrtinu periody od střídavého napětí aplikovaného na tuto zátěž, protože když indukčnost začne být magnetizována, v prvním okamžiku je její proud minimální, ačkoli použité napětí zdroje je již v maximálním bodě.

Zdrojová energie se zde převádí na energii rostoucího magnetického pole proudu protékajícího indukční zátěží. Při poklesu napětí má proud indukčností již dostatečně velkou hodnotu, a proto se zdrojové napětí blíží ke svému minimu, rychlost růstu proudu v indukční zátěži se zpomalí, ale proud v indukčnosti je sám o sobě maximální.

Příklady indukčních zátěží: asynchronní motory, elektromagnety, tlumivky, reaktory, transformátory, usměrňovače, tyristorové převodníky.

Viz také:

Aplikace induktorů

Co je reaktivní síla a jak se s ní vypořádat

Co je symetrické a asymetrické zatížení?