ตัวเก็บประจุ AC

กระแสสลับคืออะไร

หากเราพิจารณากระแสไฟตรงก็ไม่สามารถเป็นค่าคงที่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ: แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตต้นทางอาจขึ้นอยู่กับโหลดหรือระดับการคายประจุของแบตเตอรี่หรือแบตเตอรี่กัลวานิก ถึงแม้จะมีแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรคงที่กระแสไฟฟ้าในวงจรภายนอกขึ้นอยู่กับโหลดซึ่งเป็นการยืนยันกฎของโอห์ม ปรากฎว่านี่ไม่ได้เป็นกระแสคงที่ แต่กระแสเช่นนี้ไม่สามารถเรียกว่าตัวแปรได้เช่นกันเนื่องจากมันไม่เปลี่ยนทิศทาง

ตัวแปรมักจะเรียกว่าแรงดันหรือกระแสทิศทางและขนาดที่ไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอกเช่นโหลด แต่เป็น "อิสระ" อย่างสมบูรณ์: นี่คือวิธีที่เครื่องกำเนิดสร้าง นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ควรเป็นระยะ ๆ เช่น ทำซ้ำในช่วงเวลาหนึ่งเรียกว่าจุด

หากแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสมีการเปลี่ยนแปลง แต่อย่างใดโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับความถี่และความสม่ำเสมออื่น ๆ สัญญาณดังกล่าวเรียกว่าเสียงรบกวน ตัวอย่างคลาสสิกคือ "หิมะ" บนหน้าจอทีวีที่มีสัญญาณออกอากาศอ่อน ตัวอย่างของสัญญาณไฟฟ้าเป็นระยะ ๆ แสดงในรูปที่ 1

สำหรับกระแสตรงมีเพียงสองลักษณะ: ขั้วและแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด ในกรณีของกระแสสลับค่าทั้งสองนี้ไม่ชัดเจนเพียงพอดังนั้นพารามิเตอร์อื่น ๆ อีกมากมายจะปรากฏขึ้น: แอมพลิจูดความถี่รอบระยะเวลาเฟส คุณค่าทันทีและมีประสิทธิภาพ.

รูปที่ 1ตัวอย่างของสัญญาณไฟฟ้าเป็นระยะ ๆ

ส่วนใหญ่ในด้านเทคโนโลยีเราต้องจัดการกับความผันผวนของไซน์ด้วยนอกจากนี้ไม่เพียง แต่ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า ลองนึกภาพล้อรถ เมื่อขับรถบนถนนที่ราบเรียบสม่ำเสมอจุดศูนย์กลางของล้อจะอธิบายเส้นตรงขนานกับพื้นผิวถนน ในเวลาเดียวกันจุดใด ๆ บนขอบของล้อจะเคลื่อนที่ไปตามไซน์ไซด์เมื่อเทียบกับเส้นที่กล่าวถึง

ดังกล่าวสามารถยืนยันได้โดยรูปที่ 2 ซึ่งแสดงให้เห็นวิธีการแบบกราฟิกสำหรับการสร้างไซนัส: ผู้ที่ศึกษาการวาดภาพดีรู้วิธีการดำเนินการก่อสร้างดังกล่าว

รูปที่ 2วิธี Sine Wave แบบกราฟิก

จากหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนเป็นที่ทราบกันดีว่าไซนัสนั้นเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุดและเหมาะสมสำหรับการศึกษาเส้นโค้งเป็นระยะ ในทำนองเดียวกันความผันผวนของไซนัสจะได้รับ alternatorsเนื่องจากอุปกรณ์เครื่องจักรกลของพวกเขา

รูปที่ 3 แสดงกราฟของกระแสไซน์

รูปที่ 3กราฟกระแสไฟไซน์

มันง่ายที่จะเห็นว่าขนาดของกระแสแตกต่างกันไปตามกาลเวลาดังนั้นแกนบวชจะถูกระบุในรูปเป็น i (t) เป็นฟังก์ชันของกระแสกับเวลา รอบระยะเวลาปัจจุบันเต็มไปด้วยเส้นทึบและมีจุด T หากคุณเริ่มต้นการพิจารณาจากจุดเริ่มต้นคุณจะเห็นว่าในตอนแรกการเพิ่มขึ้นในปัจจุบันถึง Imax ไปถึงศูนย์ลดลงถึง –Imax จากนั้นเพิ่มและถึงศูนย์ ถัดไปช่วงเวลาถัดไปจะเริ่มขึ้นตามที่แสดงโดยเส้นประ

ในรูปแบบของสูตรทางคณิตศาสตร์พฤติกรรมปัจจุบันจะถูกเขียนดังนี้: i (t) = Imax * sin (ω * t ±φ)

ที่นี่ฉัน (t) คือค่าทันทีของกระแสขึ้นอยู่กับเวลา Imax คือค่าแอมพลิจูด (ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดจากสถานะสมดุล), คือความถี่วงกลม (2 * π * f), φคือมุมเฟส

ความถี่วงกลมωวัดเป็นเรเดียนต่อวินาทีและมุมเฟสφเป็นเรเดียนหรือองศา ส่วนหลังนั้นสมเหตุสมผลเมื่อมีกระแสไซน์สองกระแสเท่านั้น ตัวอย่างเช่นในโซ่ด้วย ตัวเก็บประจุ กระแสไฟฟ้าดังกล่าวข้างหน้าของแรงดันไฟฟ้า 90 by หรือหนึ่งในสี่ของช่วงเวลาดังแสดงในรูปที่ 4 หากมีกระแสไฟฟ้าไซน์หนึ่งกระแสคุณสามารถเคลื่อนย้ายกระแสไฟฟ้าตามแนวแกนตามที่คุณต้องการและจะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงจากนี้

รูปที่ 4 ในวงจรที่มีตัวเก็บประจุกระแสไฟฟ้าจะอยู่ข้างหน้าแรงดันไฟฟ้าโดยหนึ่งในสี่ของรอบระยะเวลา

ความหมายทางกายภาพของความถี่วงกลมωคือสิ่งที่มุมในเรเดียนจะ "ไหลผ่าน" ไซนัสในหนึ่งวินาที

Period - T คือช่วงเวลาที่คลื่นไซน์จะทำให้การแกว่งหนึ่งครั้งสมบูรณ์ เช่นเดียวกับการสั่นสะเทือนของรูปร่างที่แตกต่างเช่นสี่เหลี่ยมหรือสามเหลี่ยม ช่วงเวลานั้นวัดเป็นวินาทีหรือหน่วยที่เล็กกว่า: มิลลิวินาทีไมโครวินาทีหรือนาโนวินาที

พารามิเตอร์อื่น ๆ ของสัญญาณเป็นระยะ ๆ รวมถึงซายน์เป็นความถี่ความถี่ที่สัญญาณจะทำใน 1 วินาที หน่วยการวัดความถี่คือเฮิร์ตซ์ (Hz) ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 19 ไฮน์ริชเฮิร์ตซ์ ดังนั้นความถี่ 1 Hz จึงไม่มีอะไรมากไปกว่าการแกว่ง / วินาที ตัวอย่างเช่นความถี่ของเครือข่ายแสงคือ 50Hz นั่นคือช่วงเวลาไซน์อิสระ 50 ครั้งในหนึ่งวินาที

หากทราบช่วงเวลาปัจจุบัน (คุณสามารถ วัดด้วยสโคป) จากนั้นความถี่ของสัญญาณจะช่วยในการหาสูตร: f = 1 / T นอกจากนี้หากเวลาแสดงเป็นวินาทีผลลัพธ์จะเป็นเฮิรตซ์ ในทางกลับกัน T = 1 / f, ความถี่เป็น Hz, ได้เวลาเป็นวินาที ตัวอย่างเช่นเมื่อ 50 เฮิร์ตซ์ ช่วงเวลาจะเป็น 1/50 = 0.02 วินาทีหรือ 20 มิลลิวินาที ในกระแสไฟฟ้าความถี่ที่สูงกว่ามักถูกใช้มากขึ้น: KHz - กิโลเฮิร์ตซ์, เมกะเฮิรตซ์ - เมกะเฮิรตซ์ (พันสั่นล้านต่อวินาที) เป็นต้น

ทุกอย่างที่กล่าวถึงกระแสก็เป็นจริงเช่นกันสำหรับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ: มันเพียงพอในรูปที่ 6 เพียงแค่เปลี่ยนตัวอักษร I เป็น U สูตรจะมีลักษณะเช่นนี้: u (t) = Umax * sin (ω * t ±φ)

คำอธิบายเหล่านี้เพียงพอที่จะกลับไป ทดลองกับตัวเก็บประจุ และอธิบายความหมายทางกายภาพของพวกเขา

ตัวเก็บประจุดำเนินการกระแสสลับซึ่งแสดงในแผนภาพในรูปที่ 3 (ดูบทความ - ตัวเก็บประจุสำหรับการติดตั้งไฟฟ้า AC) ความสว่างของหลอดไฟเพิ่มขึ้นเมื่อเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเพิ่มเติม เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนานความสามารถของพวกมันก็เพิ่มขึ้นดังนั้นจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าความจุ Xc ขึ้นอยู่กับความจุ นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสดังนั้นสูตรจะมีลักษณะดังนี้: Xc = 1/2 * π * f * C

มันตามมาจากสูตรที่ ด้วยความจุที่เพิ่มขึ้นและความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ, ค่ารีแอกแตนซ์ Xc จะลดลง. การอ้างอิงเหล่านี้แสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 การพึ่งพาของปฏิกิริยาของตัวเก็บประจุบนความจุ

ถ้าเราแทนความถี่ในเฮิรตซ์เป็นสูตรและความจุในฟาร์ดผลลัพธ์ก็จะเป็นโอห์ม

คอนเดนเซอร์จะร้อนขึ้นหรือไม่

ตอนนี้จำประสบการณ์กับตัวเก็บประจุและมิเตอร์ไฟฟ้าทำไมมันไม่หมุน? ความจริงก็คือว่ามิเตอร์จะพิจารณาพลังงานที่ใช้งานอยู่เมื่อผู้บริโภคมีการใช้งานอย่างหมดจดตัวอย่างเช่นหลอดไส้, กาต้มน้ำไฟฟ้าหรือเตาไฟฟ้า สำหรับผู้บริโภคดังกล่าวความต่างศักย์และกระแสในเฟสมีสัญญาณเดียว: ถ้าคุณคูณจำนวนลบสองตัว (แรงดันและกระแสระหว่างลบครึ่งรอบ) ผลลัพธ์ตามกฎของคณิตศาสตร์ยังคงเป็นบวก ดังนั้นความสามารถของผู้บริโภคดังกล่าวจึงเป็นบวกเสมอเช่น เข้าไปในโหลดและปล่อยออกมาในรูปของความร้อนดังแสดงในรูปที่ 6 โดยเส้นประ

รูปที่ 6

ในกรณีที่ตัวเก็บประจุถูกรวมอยู่ในวงจรกระแสสลับกระแสและแรงดันไม่ตรงในเฟส: กระแสคือ 90 μล่วงหน้าของเฟสในแรงดันซึ่งนำไปสู่การรวมกันเมื่อกระแสและแรงดันไฟฟ้ามีสัญญาณที่แตกต่างกัน

รูปที่ 7

ในช่วงเวลาเหล่านี้พลังเป็นลบ กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อพลังงานเป็นบวกตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จและเมื่อลบพลังงานที่เก็บไว้จะถูกถ่ายโอนกลับไปยังแหล่งกำเนิด ดังนั้นโดยเฉลี่ยมันกลับกลายเป็นศูนย์และไม่มีอะไรจะนับที่นี่

ตัวเก็บประจุเว้นแต่แน่นอนว่าสามารถให้บริการได้จะไม่ร้อนขึ้นเลย ดังนั้นบ่อยครั้ง ตัวเก็บประจุที่เรียกว่าต้านทานฟรีซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานกับแหล่งจ่ายไฟพลังงานต่ำแบบไม่ใช้หม้อแปลงแม้ว่าจะไม่แนะนำให้ใช้บล็อกดังกล่าวเนื่องจากอันตราย แต่บางครั้งก็จำเป็นต้องทำเช่นนี้

ก่อนที่จะทำการติดตั้งในยูนิตดังกล่าว ตัวเก็บประจุดับควรทำการตรวจสอบโดยการเชื่อมต่อกับเครือข่ายอย่างง่าย: ถ้าภายในครึ่งชั่วโมงคอนเดนเซอร์ยังไม่ร้อนขึ้นก็สามารถรวมอยู่ในวงจรได้อย่างปลอดภัย มิฉะนั้นคุณต้องทิ้งมันไปโดยไม่เสียใจ

โวลต์มิเตอร์แสดงอะไร?

ในการผลิตและซ่อมแซมอุปกรณ์ต่าง ๆ แม้ว่าจะไม่บ่อยนักมันเป็นสิ่งจำเป็นในการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและกระแส ถ้าไซน์ซอยด์นั้นมีพฤติกรรมที่น่าตื่นเต้นมากแสดงว่าโวลต์มิเตอร์ธรรมดาจะแสดงอะไร?

ค่าเฉลี่ยของสัญญาณเป็นระยะในกรณีนี้ไซน์อยด์จะถูกคำนวณเป็นพื้นที่ล้อมรอบด้วยแกน abscissa และภาพกราฟิกของสัญญาณหารด้วย 2 * πเรเดียนหรือระยะเวลาของไซนัส เนื่องจากส่วนบนและส่วนล่างเหมือนกันทุกประการ แต่มีอาการต่างกันค่าเฉลี่ยของไซนัสอยด์จึงเป็นศูนย์และไม่จำเป็นต้องวัดเลยแม้แต่น้อยและมันก็ไร้ความหมาย

ดังนั้นอุปกรณ์วัดแสดงให้เราเห็นค่า rms ของแรงดันหรือกระแส ค่ากำลังสองเฉลี่ยคือค่าของกระแสไฟฟ้าตามช่วงเวลาที่ปริมาณความร้อนเท่ากันถูกปลดปล่อยออกมาในโหลดเดียวกันกับกระแสตรง กล่าวอีกนัยหนึ่งหลอดไฟส่องสว่างเหมือนกัน

นี่คือสูตรที่อธิบายดังนี้: Icrc = 0.707 * Imax = Imax / √2สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูตรจะเหมือนกันเพียงแค่เปลี่ยนตัวอักษร Ucrc = 0.707 * Umax = Umax / √2 เป็นค่าเหล่านี้ที่อุปกรณ์วัดแสดง พวกเขาสามารถเปลี่ยนเป็นสูตรเมื่อคำนวณตามกฎของโอห์มหรือเมื่อคำนวณพลังงาน

แต่นี่ไม่ใช่ทั้งหมดที่ตัวเก็บประจุในเครือข่าย AC มีความสามารถ ในบทความถัดไปเราจะพิจารณาการใช้ตัวเก็บประจุในวงจรพัลซิ่ง, ฟิลเตอร์กรองความถี่สูงและความถี่ต่ำในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคลื่นไซน์และคลื่นสี่เหลี่ยม

Boris Aladyshkin

ความต่อเนื่องของบทความ: ตัวเก็บประจุในวงจรอิเล็กทรอนิกส์