خازن در مدار AC

خازن در مدار AC عنوان مقاله ای است که در ادامه مشاهده خواهید نمود.

خازن هایی که به منبع سینوسی متصل هستند از اثرات فرکانس تغذیه و اندازه خازن واکنش نشان می دهند.

هنگامی که خازن ها از طریق ولتاژ جریان مستقیم DC متصل می‌شوند‌، آنها به مقدار ولتاژ اعمال شده شارژ می‌شوند.

مانند دستگاه‌های ذخیره‌موقت عمل می‌کنند و تا زمانی که ولتاژ منبع تغذیه وجود‌دارد‌، این بار را به‌طور‌نامحدود حفظ یا نگه‌می‌دارند.

در طی این فرایند شارژ ، یک جریان شارژ ، (i) به خازن سرازیر می شود.

این جریان در برابر هرگونه تغییر ولتاژ با سرعتی برابر با سرعت تغییر بار الکتریکی صفحات مخالف است.

این جریان شارژ را می توان به صورت زیر تعریف کرد:

i = CdV / dt

هنگامی که خازن کاملاً شارژ شد ، خازن جریان اشباع شدن الکترونهای دیگر را بر روی صفحات آن مسدود می‌کند.

با این حال‌، اگر ما از جریان متناوب یا منبع تغذیه AC استفاده کنیم‌، خازن متناوباً با سرعت تعیین شده توسط فرکانس منبع شارژ و تخلیه می‌شود.

سپس خازن در مدارهای AC با فرکانس متفاوت است زیرا خازن دائماً در حال شارژ و تخلیه است.

می دانیم که جریان الکترونها روی صفحات یک خازن مستقیماً با سرعت تغییر ولتاژ در آن صفحات متناسب است.

سپس ، می توانیم ببینیم که خازن ها در مدارهای AC وقتی ولتاژ صفحات آن دائماً در حال تغییر است با توجه به زمان مانند سیگنال های AC دوست دارند جریان را عبور دهند ، اما وقتی ولتاژ اعمال شده مقدار ثابت داشته باشد دوست ندارد جریان را عبور دهد.

مانند سیگنال های DC. مدار زیر را در نظر بگیرید.

خازن در مدار متناوب

در مدار کاملاً خازنی بالا ، خازن مستقیماً از طریق ولتاژ تغذیه AC متصل می شود.

با افزایش و کاهش ولتاژ تغذیه ، با توجه به این تغییر ، خازن شارژ و تخلیه می شود.

ما می دانیم که جریان شارژ مستقیماً با سرعت تغییر ولتاژ در صفحات با این سرعت تغییر در بیشترین میزان عبور ولتاژ تغذیه از نیمه سیکل مثبت به نیمه سیکل منفی یا بالعکس در نقاط متناسب است ، 0o و 180o در امتداد موج سینوسی.

در نتیجه ، کمترین سرعت تغییر ولتاژ هنگامی رخ می دهد که موج سینوسی AC با حداکثر اوج مثبت خود (+ VMAX) و حداقل اوج منفی آن (-VMAX) عبور کند.

در این دو موقعیت در داخل چرخه ، ولتاژ سینوسی ثابت است ، بنابراین سرعت تغییر آن صفر است.

بنابراین dv / dt صفر است ، و در نتیجه جریان صفر در خازن تغییر می کند.

بنابراین وقتی dv / dt = 0 باشد ، خازن به عنوان یک مدار باز عمل می کند

پس i = 0 و این در زیر نشان داده شده است.

نمودار فازور خازن متناوب

در 0o سرعت تغییر ولتاژ تغذیه در یک‌جهت مثبت در‌حال‌افزایش است و منجر به‌حداکثر‌جریان شارژ در‌آن لحظه از زمان‌می‌شود.

همانطور که ولتاژ اعمال شده برای یک لحظه بسیار کوتاه به حداکثر مقدار پیک خود در 90 درجه می رسد ولتاژ تغذیه نه افزایش می یابد و نه کاهش می یابد بنابراین جریان از مدار عبور نمی کند.

همانطور‌که ولتاژ اعمال‌شده در‌180‌درجه شروع به صفر می‌کند‌، شیب ولتاژ منفی است بنابراین خازن در جهت منفی تخلیه می شود.

در نقطه 180 درجه در‌امتداد خط میزان تغییر ولتاژ دوباره در‌حداکثر خود‌است بنابراین حداکثر جریان در‌آن لحظه جریان‌می‌یابد و غیره.

سپس می توانیم بگوییم که برای خازن ها در مدارهای AC جریان فوری در حداقل یا صفر است هر زمان که ولتاژ اعمال شده در حداکثر باشد و به همین ترتیب مقدار لحظه ای جریان در حداکثر یا پیک زمانی است که ولتاژ اعمال شده در حداقل باشد یا صفر.

از شکل موج بالا ، می توانیم ببینیم که جریان ولتاژ را با 1/4 سیکل یا 90 درجه هدایت می‌کند.

همانطور که در نمودار برداری نشان داده شده است.

سپس می توان گفت که در یک مدار کاملاً خازنی ولتاژ متناوب جریان را 90 درجه عقب می اندازد.

ما می دانیم که جریان جریان از طریق خازن در مدارهای AC در تضاد با میزان تغییر ولتاژ اعمال شده است اما درست مانند مقاومت ها ، خازن ها نیز نوعی مقاومت در برابر جریان جریان از طریق مدار دارند ، اما با خازن در AC این مدارهای متناوب AC به عنوان Reactance یا بیشتر در مدارهای خازنی ، Capacitive Reactance شناخته می شوند ، بنابراین ظرفیت در مدارهای AC از Capacitive Reactance رنج می برد.

مقاومت واکنشی خازنی

واکنش خازنی در یک مدار خازنی کاملاً مخالف جریان جریان فقط در مدارهای AC است.

مانند مقاومت ، واکنش را نیز در اهم اندازه گیری می کنند اما نماد X به آن داده می شود تا آن را از یک مقدار کاملاً مقاومتی متمایز کند.

از آنجا که راکتانس مقداری است که می تواند برای سلف ها و همچنین خازن ها اعمال شود‌، در صورت استفاده با خازن ها بیشتر به عنوان واکنش خازنی شناخته می‌شود.

برای خازن های موجود در مدارهای AC ، به راکتانس خازنی نماد Xc داده می شود.

سپس در واقع می توان گفت که واکنش خازنی یک مقدار مقاومت خازن است که با فرکانس متفاوت است.

همچنین ، راکتانس خازنی به ظرفیت خازن در Farads و همچنین فرکانس شکل موج AC بستگی دارد.

فرمول مورد استفاده برای تعریف واکنش پذیری خازنی به شرح زیر است:

مقاومت القایی خازنی

در اینجا: F در هرتز و C در فارادس است.

2πƒ همچنین می تواند به صورت حرف یونانی Omega، ω بیان شود تا فرکانس زاویه ای را نشان دهد.

از فرمول واکنش خازنی بالا ، می توان دریافت که اگر هر یک از فرکانس یا خازن که در آن افزایش می یابد ، واکنش عمومی خازنی کاهش می یابد.

با نزدیک شدن فرکانس به بی نهایت‌، راکتانس خازن ها مانند یک هادی کامل به صفر کاهش می یابد.

با این حال ، با نزدیک شدن فرکانس به صفر یا DC ، واکنش پذیری خازن ها تا بی نهایت افزایش می یابد و مانند یک مقاومت بسیار بزرگ عمل می کند.

این بدین معنی‌است که راکتانس خازنی برای هر‌مقدار داده‌شده خازن “نسبت معکوس” با فرکانس دارد و در زیر نشان داده‌شده‌است:

واکنش خازنی در برابر فرکانس

با افزایش فرکانس خازن ، واکنش رابط خازنی کاهش می یابد‌، بنابراین واکنش رابط خازنی با فرکانس متناسب است.

مخالفت با گردش جریان ، بار الکترواستاتیکی صفحات (مقدار خازن AC آن) ثابت می ماند.

زیرا خازن برای جذب کامل تغییر بار صفحات خود در طول هر نیم چرخه آسان تر می شود.

همچنین با افزایش فرکانس‌، جریان عبوری از خازن از‌نظر مقدار افزایش می‌یابد زیرا‌سرعت تغییر ولتاژ در صفحات آن افزایش می‌یابد.

سپس می توانیم بفهمیم که در DC یک خازن دارای واکنش ناپذیر (مدار باز) است .

در فرکانس های بسیار بالا یک خازن دارای راکتانس صفر (اتصال کوتاه) است.

مثال شماره 1 خازن در مدار AC

وقتی خازن 4μF از‌طریق منبع تغذیه 880 ولت و 60 هرتز متصل است‌، جریان rms جاری در‌یک مدار خازنی AC را پیدا‌کنید.

در مدارهای AC ، جریان سینوسی از طریق یک خازن ، که ولتاژ را 90 درجه هدایت می کند.

با فرکانس متفاوت است زیرا خازن به طور مداوم توسط ولتاژ اعمال شده شارژ و تخلیه می شود.

امپدانس AC خازن به عنوان Reactance شناخته می شود و در حال حاضر ما با مدارهای خازنی سروکار داریم که معمولاً Capacitive Reactance ، XC نامیده می شوند.

مثال شماره 2 خازن در مدار AC

هنگامی‌که یک خازن صفحه موازی به منبع تغذیه 60 هرتز متصل شد‌، مشخص شد که دارای یک واکنش 390 اهم است.

مقدار خازن را در میکرو فاراد محاسبه کنید.

این راکتانس خازنی با فرکانس متناسب است و در مقابل جریان جریان اطراف یک مدار خازنی متناوب است.

همانطور که در آموزش ظرفیت خازنی در بخش تئوری AC بررسی کردیم.