Как рассчитать ток конденсатора согласно ад

Точная формула для расчёта тока питания или заряда, при использовании балластного конденсатора.

Un – напряжение на нагрузке, – должно включать в себя и падение напряжения на диодах выпрямителя, и падение напряжения на резисторах стоящих после фильтрующего конденсатора.

Падение напряжения на резисторе, включенном последовательно с балластным конденсатором, учитывать не надо, если его сопротивление не брать слишком большим, например, для схем ниже (Ua = 325 В, Un = 150 В, F = 50 Гц …), при его сопротивлении равном 10 %, от сопротивления реактивного сопротивления конденсатора, погрешность в расчёте — менее 1,1 % , а при его сопротивлении равном 5 %, от сопротивления реактивного сопротивления конденсатора, погрешность в расчёте — менее 0,4 %.

Дальше можно не читать.

Один из способов её вывода (составления) (ЗЫ подкорректировал вывод формулы и на словах описал производимые преобразования).

Зная, что: (1) C=∆Q/∆U и (2) ∆Q=I∆t (формулы известные из физики), то подставив выражение — ∆Q, из формулы (2), в формулу (1), получаем — (3) I=C∆U/∆t. ∆t принимаем равным одной секунде, так как за одну секунду происходит F периодов колебаний питающего напряжения, а за один период происходит четыре перезаряда балластного конденсатора, то формула (3) приобретает вид — (4) I=4FC∆U.

Так как балластный конденсатор перезаряжается, до амплитуды напряжения питания, минус напряжение на нагрузке, то — (5) ∆U=Ua-Un.

Подставив выражение — ∆U, из формулы (5), в формулу (4), получаем — (6) I=4FC(Ua-Un).

Многим радиолюбителям известна формула для нахождения реактивного сопротивления – Xc=1/(2PiFC), которую они обычно применяют не задумываясь, и упускают из вида то, что работают (делят действующее напряжение сети, на реактивное сопротивление – и не знают, что результат ещё надо умножить на 0,9, чтоб получить среднее значение тока. кстати, так же надо поступить и когда используется балластный резистор. ) с действующим напряжением, а не средним, и соответственно, получают действующий ток, а не средний. Чтоб получить средний ток, полученный ток (или действующее напряжение питания (из полученного среднего значения напряжения питания следует вычесть напряжение на нагрузке)) нужно умножить на коэффициент пересчёта между действующим и средним током. Для тока синусоидальной формы ((2/Pi)/(1/√2)) равный — 0,90031631615710606955519919100674. При использовании формулы реактивного сопротивления, следует иметь в виду, что чем больше будет напряжение на нагрузке, тем ток через нагрузку будет меньше по форме напоминать выпрямленную синусоиду и будет расти погрешность в вычислениях.

Формула – I=4FC(Ua-Un), – точная, её погрешность нулевая.

Проверим соответствие расчёта по формуле, используя симулятор — Micro-Cap:

Пример 1

Соберём зарядное устройство имеющее схему интегратора — для определения зарядного тока аккумулятора (на 150 Вольт), вместо аккумулятора, может к примеру быть цепочка светодиодов с таким же падением напряжения.

Конденсатор интегратора, емкостью 10 микроФарад, через резистор 10 килоОм, разрядился/зарядился от падения напряжения на резисторе 10 Ом, которое прямо-пропорционально протекающему через него току, за 1 секунду, на ∆U=9,426-5,956=3,47 Вольт.

Значит, через конденсатор протекал ток I=C∆U/t

I=10E-6*3,47/1=34,7 мкАмпер, значит на резисторе 10 кОм было падение напряжения U=I*R

U=34,7E-6*10E3=0,347 Вольт, значит через резистор 10 Ом протекал ток I= U/R

I=0,347/10=0,0347 Ампер или 34,7 мА.

Расчёт по формуле:

амплитуда питающего напряжения 325,27 (Вольт),

напряжение на нагрузке 150 (Вольт),

частота напряжения питания 50 (Герц),

ёмкость балластного конденсатора 1E-6 (Фарад) – 1 мкФ.

I=4 *50*1E-6*(325,27-(150+0,65+0,65)) = 0,034794 Ампера.

Пример 2

Соберём зарядное устройство имеющее фильтр — для уменьшения пульсаций до приемлемой величины, чтоб можно было сопоставить ток рассчитанный используя Micro-Cap и ток рассчитанный по формуле.

Расчёт по формуле:

амплитуда питающего напряжения 325,27 (Вольт),

напряжение на нагрузке 150 (Вольт),

частота напряжения питания 50 (Герц),

ёмкость балластного конденсатора 1E-6 (Фарад) – 1 мкФ.

I=4*50*1E-6*(325,27-(150+0,65+0,65+0,35+0,35)) = 0,034654 Ампера.

I= 0,034654 Ампера.

Дополнение.

Решил немного дополнить статью, где рассматриваю случаи практических расчётов радиолюбителей.

Воспоминание о величине действующего тока через конденсатор 1 мкФ, при частоте сети 50 Гц и напряжении 220 Вольт (теперь 230 Вольт) – 69,12 мА (72,26 мА), полученное используя формулу I=U/Xc, где Xc=1/(2PiFC). И последующего пересчёта под требуемый ток. Например, для получения 100 мА, (100/69,12)=1,447 мкФ.

Обычно не знают, что для зарядного или БП требуется рассчитывать – среднее арифметическое тока, а не среднее квадратичное (действующее) и требуется 69,12 умножить на 0,9003, тогда средний ток будет 69,12*0,9003=62,23 мА. И это ток когда напряжение на нагрузке равно 0, т.е. нагрузку замкнули амперметром. Но на нагрузке всегда есть какое-то напряжение. Это может быть как 4 Вольта на батарее щелочных аккумуляторов или 5 Вольт на стабилизаторе, выполненном на стабилитроне, для питания микроконтроллера, так и 100 или 150 Вольт, для питания последовательно соединённой цепочки светодиодов. И если для низких напряжений ещё можно смириться с небольшой ошибкой в расчетах, то когда напряжение на нагрузке нужно большое, то возникают проблемы в расчёте.

Использование формулы C=3200*I/√(U²–Un²)

Используя специальное программное обеспечение, я выяснил (Если вернуть переменную F, перевести емкость с микроФарад в Фарады, то формула выглядит так – C=I/(2PiF√(U²–Un²))

), что применительно к простейшим цепям в электронике, наиболее близкой к рассматриваемым схемам, является схема — из последовательно соединённых резистора и конденсатора,

если соединить резистор через диодный мост,

то при высоком питающем напряжении по сравнению с падением напряжения на диодах выпрямителя, формула, можно сказать, останется точной. Только проблема в том, что используют её для другой схемы (две схемы выше), — в которой отсутствует конденсатор (или аккумулятор) после выпрямителя, а это всё меняет.

Когда напряжение на нагрузке больше нескольких десятков вольт, и нельзя пренебречь падением напряжения на нагрузке, то для ориентировочного расчёта, вычитают из напряжения питания, напряжение на нагрузке. Выглядит примерно так.

I=(U-Un)/Xc. Если преобразовать формулу к виду применяемой в способе 2, то C=3200*I/(U–Un)

Применим формулы на практике.

Вот таблица расчёта ёмкости, для напряжения сети равного 230 Вольт, частоте 50 Герц, тока нагрузки 0,035 Ампер, и разных напряжений на нагрузке, от 0 до 320 Вольт включительно. Колонка E – для формулы C=3200*I/√(U²-Un²), колонка F — для формулы C=3200*I/(U–Un) и колонка G – для формулы C=I/(4F(Ua-Un)) (точные значения (при идеальном выпрямителе)).

Всё очевидно. Формулы C=3200*I/√(U²-Un²) и C=3200*I/(U–Un) для значений напряжения на нагрузке превышающих действующее значение напряжения питания, в принципе не применимы, а в диапазоне допустимых значений имеют большую погрешность.

Расчет электрической цепи постоянного тока с конденсаторами

ε 0 = 1 4 π ⋅ с 2 ⋅ 10 − 7 ≈ 8,85418782 ⋅ 10 − 12     Ф м – электрическая постоянная.

3. При параллельном соединении конденсаторов С₁, С₂, …, С_n эквивалентная емкость равна

C = C 1 + C 2 + … + C n = ∑ k = 1 n C k .

4. При последовательном соединении конденсаторов эквивалентная емкость определяется из формулы

1 C = 1 C 1 + 1 C 2 + … + 1 C n = ∑ k = 1 n 1 C k .

Для двух последовательно соединенных конденсаторов эквивалентная емкость составляет:

C = C 1 ⋅ C 2 C 1 + C 2 ,

а напряжения между отдельными конденсаторами распределяются обратно пропорционально их емкостям:

U 1 = U ⋅ C 2 C 1 + C 2 ;       U 2 = U ⋅ C 1 C 1 + C 2 .

5. Преобразование звезды емкостей в эквивалентный треугольник емкостей или обратно (рис. а и б)

осуществляется по формулам:

6. Энергия электростатического поля конденсатора:

W = C ⋅ U 2 2 = Q ⋅ U 2 = Q 2 2 C .

7. Расчет распределения зарядов в сложных цепях, содержащих источники э.д.с. и конденсаторы, производится путем составления уравнений по двум законам:

1) По закону сохранения электричества (закон сохранения электрического заряда): алгебраическая сумма зарядов на обкладках конденсаторов, соединенных в узел и не подключенных к источнику энергии, равна алгебраической сумме зарядов, имевшихся на этих обкладках до их соединения:

2) По второму закону Кирхгофа: алгебраическая сумма э. д. с. в замкнутом контуре равна алгебраической сумме напряжений на участках контура, в том числе на входящих в него конденсаторах:

∑ k = 1 n E k = ∑ k = 1 n U C   k = ∑ k = 1 n Q k C k .

Приступая к решению задачи, надо задаться полярностью зарядов на обкладках конденсаторов.

Решение задач на расчет электрической цепи постоянного тока с конденсаторами

Задача. Доказать формулу эквивалентной емкости при последовательном соединении конденсаторов (рис. 1).

На рис. 1 представлено последовательное соединение трех конденсаторов. Если батарею конденсаторов подключить к источнику напряжения U₁₂, то на левую пластину конденсатора С₁ перейдет заряд +q, на правую пластину конденсатора С₃ заряд –q.

Вследствие электризации через влияние правая пластина конденсатора С₁ будет иметь заряд –q, а так как пластины конденсаторов С₁ и С₂ соединены и были электронейтральны, то вследствие закона сохранения заряда заряд левой пластины конденсатора C₂ будет равен +q, и т. д. На всех пластинах конденсаторов при таком соединении будет одинаковый по величине заряд.

Найти эквивалентную емкость — это значит найти конденсатор такой емкости, который при той же разности потенциалов будет накапливать тот же заряд q, что и батарея конденсаторов.

Разность потенциалов U₁₂ = φ₁ — φ₂ складывается из суммы разностей потенциалов между пластинами каждого из конденсаторов

U 12 = φ 1 − φ 2 = ( φ 1 − φ A ) + ( φ A − φ B ) + ( φ B − φ 2 ) = U 1 A + U A B + U B 2 .

Воспользовавшись формулой напряжения на конденсаторе

q C = q C 1 + q C 2 + q C 3 .

Откуда эквивалентная емкость батареи из трех последовательно включенных конденсаторов

1 C = 1 C 1 + 1 C 2 + 1 C 3 .

В общем случае эквивалентная емкость при последовательном соединении конденсаторов

1 C = 1 C 1 + 1 C 2 + … + 1 C n = ∑ k = 1 n 1 C k .

Задача 1. Определить заряд и энергию каждого конденсатора на рис. 2, если система подключена в сеть с напряжением U = 240 В.

Емкости конденсаторов: C₁ =50 мкФ; C₂ =150 мкФ; C₃ =300 мкФ.

Эквивалентная емкость конденсаторов C₁ и C₂, соединенных параллельно

эквивалентная емкость всей цепи равна

C = C 12 ⋅ C 3 C 12 + C 3 = 200 ⋅ 300 500 = 120     м к Ф .

Заряд на эквивалентной емкости

Q = C·U = 120·10 –6 ·240 = 288·10 –4 Кл.

Той же величине равен заряд Q₃ на конденсаторе C₃, т.е. Q₃ = Q = 288·10 –4 Кл; напряжение на этом конденсаторе

U 3 = Q 3 C 3 = 288 ⋅ 10 − 4 300 ⋅ 10 − 6 = 96     В .

Напряжение на конденсаторах C₁ и C₂ равно

U₁ = U₂ = U — U₃ = 240 — 96 = 144 В.

их заряды имеют следующие значения

Q₁ = C₁·U₁ = 50·10 –6 ·144 = 72·10 –4 Кл;

Q₂ = C₂·U₂ = 150·10 –6 ·144 = 216·10 –4 Кл.

Энергии электростатического поля конденсаторов равны

W 1 = Q 1 ⋅ U 1 2 = 72 ⋅ 10 − 4 ⋅ 144 2 ≈ 0,52     Д ж ; W 2 = Q 2 ⋅ U 2 2 = 216 ⋅ 10 − 4 ⋅ 144 2 ≈ 1,56     Д ж ; W 3 = Q 3 ⋅ U 3 2 = 288 ⋅ 10 − 4 ⋅ 96 2 ≈ 1,38     Д ж .

Задача 2. Плоский слоистый конденсатор (рис. 3), поверхность каждой пластины которого S = 12 см 2 , имеет диэлектрик, состоящий из слюды (ε_r1 = 6) толщиною d₁ = 0,3 мм и стекла (ε_r2 = 7) толщиною d₂ =0,4 мм.

Пробивные напряженности слюды и стекла соответственно равны E₁ = 77 кВ/мм, E₂ = 36 кВ/мм.

Вычислить емкость конденсатора и предельное напряжение, на которое его можно включать, принимая для более слабого слоя двойной запас электрической прочности.

Эквивалентная емкость слоистого конденсатора определится как емкость двух последовательно соединенных конденсаторов

C = C 1 ⋅ C 2 C 1 + C 2 = ε a 1 ⋅ S d 1 ⋅ ε a 2 ⋅ S d 2 ε a 1 ⋅ S d 1 + ε a 2 ⋅ S d 2 = ε a 1 ⋅ ε a 2 ⋅ S ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 .

Подставляя сюда числовые значения, предварительно заменив ε_a1 = ε_r1·ε₀ и ε_a2 = ε_r2·ε₀, получим

C = ε 0 ⋅ ε r 1 ⋅ ε r 2 ⋅ S ε r 1 ⋅ d 2 + ε r 2 ⋅ d 1 = 8,85 ⋅ 10 − 12 ⋅ 6 ⋅ 7 ⋅ 12 ⋅ 10 − 4 6 ⋅ 0,4 ⋅ 10 − 3 + 7 ⋅ 0,3 ⋅ 10 − 3 = 99 ⋅ 10 − 12     Ф .

Обозначим общее напряжение, подключаемое к слоистому конденсатору, через U_пр, при этом заряд конденсатора будет равен

Напряжения на каждом слое будут равны

U 1 = Q C 1 = C ⋅ U п р ε a 1 ⋅ S d 1 = ε a 2 ⋅ d 1 ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 ⋅ U п р ; U 2 = Q C 2 = C ⋅ U п р ε a 2 ⋅ S d 2 = ε a 1 ⋅ d 2 ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 ⋅ U п р .

Напряженности электростатического поля в каждом слое

E 1 = U 1 d 1 = ε a 2 ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 ⋅ U ′ п р ; E 2 = U 2 d 2 = ε a 1 ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 ⋅ U ″ п р .

Здесь U’_np — общее напряжение, подключаемое к конденсатору, при котором пробивается первый слой, a U»_np — общее напряжение, при котором происходит пробой второго слоя.

Из последнего выражения находим

U ′ п р = E 1 ⋅ ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 ε a 2 = 49,5     к В ; U ″ п р = E 2 ⋅ ε a 1 ⋅ d 2 + ε a 2 ⋅ d 1 ε a 1 = 27,0     к В .

Таким образом, более слабым слоем является второй; согласно условию, принимая для него двойной запас прочности, находим, что конденсатор может быть включен на напряжение, равное

27,0 кВ / 2 = 13,5 кВ.

Задача 3. Обкладки плоского конденсатора с воздушным диэлектриком расположены на расстоянии d₁ = 1 см друг от друга. Площадь обкладок S = 50 см 2 . Конденсатор заряжается до напряжения U = 120 В и затем отсоединяется от источника электрической энергии.

Определить, какую надо совершить работу, если увеличить расстояние между пластинами до d₂ = 10 см. Краевым эффектом можно пренебречь; другими словами, емкость конденсатора можно считать обратно пропорциональной расстоянию между обкладками.

Энергия заряженного плоского конденсатора равна

W 1 = C 1 ⋅ U 2 2 = ε 0 ⋅ S d 1 ⋅ U 2 2 ,

где С₁ — емкость до раздвижения обкладок.

Так как конденсатор отключен от источника, то при изменении расстояния между обкладками его заряд остается постоянным. Поэтому из

где C₂ — емкость конденсатора после раздвижения обкладок, следует, что, так как C₂ = ε₀·S/d₂ стало меньше в 10 раз (d₂ увеличилось в 10 раз), то напряжение на конденсаторе U₂ увеличилось в 10 раз, т. е. U₂ = 10U.

Таким образом, энергия конденсатора после отключения и раздвижения обкладок на расстояние d₂ будет больше первоначальной

W 2 = ε 0 ⋅ S d 2 ⋅ U 2 2 2 = ε 0 ⋅ S 10 d 1 ⋅ ( 10 U ) 2 2 = 10 ⋅ ε 0 ⋅ S d 1 ⋅ U 2 2 = 10 ⋅ W 1 .

Увеличение энергии произошло за счет работы внешних сил, затраченной на раздвижение обкладок.

Таким образом, надо совершить работу, равную

W 2 − W 1 = 9 ⋅ W 1 = 9 ⋅ ε 0 ⋅ S d 1 ⋅ U 2 2 = 2,86 ⋅ 10 − 7     Д ж .

Задача 4. Для схемы (рис. 4) определить напряжение каждого конденсатора в двух случаях: при замкнутом и разомкнутом ключе К.

Даны: C₁ = 30 мкФ; C₂ = 20 мкФ; r₁ = 100 Ом. r₂ = 400 Ом. r₃ = 600 Ом, U = 20 В.

Ключ К разомкнут. Конденсаторы соединены между собой последовательно; их ветвь находится под полным напряжением источника; напряжение распределяется между ними обратно пропорционально емкостям

U 1 = C 2 C 1 + C 2 ⋅ U = 20 ⋅ 10 − 6 30 ⋅ 10 − 6 + 20 ⋅ 10 − 6 ⋅ 20 = 8     В ; U 2 = U − U 1 = 20 − 8 = 12     В .

Ключ К замкнут. Через сопротивления r₁ и r₂ протекает ток

I = U r 1 + r 2 = 20 500 = 0,04     А ,

а через сопротивление r₃ ток не протекает.

Поэтому точки c и d равнопотенциальны (φ_c = φ_d). Следовательно, напряжение между точками a и c (U_ac = φ_a — φ_c) равно напряжению между точками a и d (U_ad = φ_a — φ_d).

Таким образом, напряжение на первом конденсаторе равно падению напряжения на сопротивлении r₁

Аналогично напряжение на втором конденсаторе равно

Задача 5. Определить напряжение на зажимах конденсаторов и их энергию после перевода рубильника из положения 1 в положение 2, показанное пунктиром на рис. 5, если U = 25 В; C₁ = 5 мкФ; C₂ = 120 мкФ. Конденсатор C₂ предварительно не был заряжен.

Когда рубильник находится в положении 1, то конденсатор C₁ заряжен до напряжения U и его заряд равен

Q = C₁·U = 5·10 –6 ·25 = 125·10 –6 Кл.

После перевода рубильника в положение 2, заряд Q распределяется между конденсаторами C₁ и C₂ (рис. 5). Обозначим эти заряды через Q’₁ и Q’₂.

На основании закона сохранения электричества имеем

Q = Q’₁ + Q’₂ = 125 10 –6 Кл. (1)

По второму закону Кирхгофа имеем

0 = U C 1 − U C 2 = Q ′ 1 C 1 − Q ′ 2 C 2 ,

Q ′ 1 5 ⋅ 10 − 6 − Q ′ 2 120 ⋅ 10 − 6 = 0.       ( 2 )

Решая уравнения (1) и (2), найдем

Q’₁ = 5 10 –6 Кл; Q’₂ = 120 10 –6 Кл.

Напряжение на зажимах конденсаторов станет равным

U C 1 = Q ′ 1 C 1 = U C 2 = Q ′ 2 C 2 = 5 ⋅ 10 − 6 5 ⋅ 10 − 6 = 1     В .

Энергия обоих конденсаторов будет равна

W = C 1 ⋅ U C 1 2 2 + C 2 ⋅ U C 2 2 2 = 62,5 ⋅ 10 − 6     Д ж .

Подсчитаем энергию, которая была запасена в конденсаторе С₁, при его подключении к источнику электрической энергии

W н а ч = C 1 ⋅ U 2 = 5 ⋅ 10 − 6 ⋅ 25 2 2 = 1562,5 ⋅ 10 − 6     Д ж .

Как видим, имеет место большая разница в запасе энергии до и после переключения. Энергия, равная 1562,5·10 –6 — 62,5·10 –6 = 1500·10 –6 Дж, израсходовалась на искру при переключении рубильника из положения 1 в положение 2 и на нагревание соединительных проводов при перетекании зарядов из конденсатора C₁ в конденсатор C₂ после перевода рубильника в положение 2.

Задача 6. Вычислить напряжение, которое окажется на каждом из конденсаторов схемы (рис. 6) после перевода рубильника К из положения 1 в положение 2.

Емкости конденсаторов равны: C₁ = 10 мкФ; C₂ = 30 мкФ; C₃ = 60 мкФ; напряжение U = 30 В, а э. д. с. E = 50 В.

Рубильник находится в положении 1. Заряд конденсатора C₁ равен

Q₁ = C₁·U = 10·10 –6 ·30 = 0,3·10 –3 Кл.

В указанном положении рубильника конденсаторы C₂ и C₃ соединены последовательно друг с другом, поэтому их заряды равны: Q₂ = Q₃. Знаки зарядов показаны на рис. 6 отметками без кружков. По второму закону Кирхгофа имеем

E = U C 2 + U C 3 = Q 2 C 2 + Q 3 C 3 = Q 2 ⋅ C 2 + C 3 C 2 ⋅ C 3 ,

Q 2 = Q 3 = C 2 ⋅ C 3 C 2 + C 3 ⋅ E = 30 ⋅ 10 − 6 ⋅ 60 ⋅ 10 − 6 90 ⋅ 10 − 6 ⋅ 50 = 1 ⋅ 10 − 3     К л .

При переводе рубильника в положение 2 произойдет перераспределение зарядов. Произвольно задаемся новой полярностью зарядов на электродах (показана в кружках; предположена совпадающей с ранее имевшей место полярностью); соответствующие положительные направления напряжений на конденсаторах обозначены стрелками. Обозначим эти заряды через Q’₁, Q’₂ и Q’₃. Для их определения составим уравнения на основании закона сохранения электрических зарядов и второго закона Кирхгофа.

Для узла a

Для контура 2ebda2

0 = U ′ C 1 − U ′ C 2 = Q ′ 1 C 1 − Q ′ 2 C 1 .

Для контура bcadb

E = U ′ C 2 − U ′ C 3 = Q ′ 2 C 2 + Q ′ 3 C 3 .

Уравнения (1) — (3), после подстановки числовых значений величин, примут вид

Решая совместно уравнения (4) — (6), получим

Q’₁ = 0,33·10 –3 Кл; Q’₂ = 0,99·10 –3 Кл; Q’₃ = 1,02·10 –3 Кл.

Так как знаки всех зарядов оказались положительными, то фактическая полярность обкладок соответствует предварительно выбранной.

Напряжения на конденсаторах после перевода рубильника будут равны

U C 1 = Q ′ 1 C 1 = 0,33 ⋅ 10 − 3 10 ⋅ 10 6 = 33     В ; U C 2 = Q ′ 2 C 2 = 0,99 ⋅ 10 − 3 30 ⋅ 10 6 = 33     В ; U C 3 = Q ′ 3 C 3 = 1,02 ⋅ 10 − 3 60 ⋅ 10 6 = 17     В .

Задача 7. Определить заряд и напряжение конденсаторов, соединенных по схеме рис. 7, если C₁ = 5 мкФ; C₂ = 4 мкФ; C₃ = 3 мкФ; э. д. с. источников E₁ = 20 В и E₂ = 5 В.

Составим систему уравнений на основании закона сохранения электричества и второго закона Кирхгофа, предварительно задавшись полярностью обкладок конденсаторов, показанной в кружках

− Q 1 + Q 2 − Q 3 = 0 ; E 1 = U C 1 − U C 3 = Q 1 C 1 − Q 3 C 3 ; E 2 = − U C 2 − U C 3 = − Q 2 C 2 − Q 3 C 3 .

Подставляя сюда числовые значения и решая эту систему уравнений, получим, что Q₁ = 50 мкКл; Q₂ = 20 мкКл; Q₃ = –30 мкКл.

Таким образом, истинная полярность зарядов на обкладках конденсаторов C₁ и C₂ соответствует выбранной, а у конденсатора C₃ — противоположна выбранной.

Задача 8. Пять конденсаторов соединены по схеме рис. 3-22, а, емкости которых C₁ = 2 мкФ; C₂ = 3 мкФ; C₃ = 5 мкФ; C₄ = 1 мкФ; C₅ = 2,4 мкФ.

Индивидуалка Дана (34 лет) т.8 926 650-82-63 Москва, метро Сокол. купить деловой костюм классический мужской, m dk. газон рулонный купить цена. Смотрите www.tornado.spb.ru услуги охраны.

Определить эквивалентную емкость системы и напряжение на каждом из конденсаторов, если приложенное напряжение U = 10 В.

1-й способ. Звезду емкостей C₁, C₂ и C₃ (рис. 8, а) преобразуем в эквивалентный треугольник емкостей (рис. 8, б)

C 12 = C 1 ⋅ C 2 C 1 + C 2 + C 3 = 0,6     м к Ф ; C 13 = C 1 ⋅ C 3 C 1 + C 2 + C 3 = 1,0     м к Ф ; C 23 = C 2 ⋅ C 3 C 1 + C 2 + C 3 = 1,5     м к Ф .

Емкости C₁₂ и C₅ оказываются соединенными параллельно друг другу и подключенными к точкам 1 и 2; их эквивалентная емкость

Схема принимает вид изображенный на рис. 8, в. Емкость схемы между точками а и b равняется

C a b = C 23 + C 6 ⋅ C 7 C 6 + C 7 = 2,7     м к Ф .

Вычислим напряжение на каждом из конденсаторов.

На конденсаторе C₇ напряжение равно

U 7 = C 6 C 6 + C 7 ⋅ U = 6     В .

Таково же напряжение и на конденсаторах C₄ и C₁₃

Напряжение на конденсаторе C₆ равно

U₆ = U — U₇ = 4 В;

По закону сохранения электричества для узла 1 схем 8, а и б имеем

а напряжение на конденсаторе, емкостью C₁ составляет

U 1 = Q 1 C 1 = 1,8     В .

Далее находим напряжения и заряды на остальных конденсаторах

Так как знаки всех зарядов оказались положительными, то фактическая полярность зарядов на обкладках совпадает с предварительно выбранной.

2-й способ. Выбрав положительные направления напряжений на конденсаторах (а тем самым и знаки зарядов на каждом из них) по формуле закона сохранения электричества (закона сохранения заряда) составляем два уравнения и по второму закону Кирхгофа три уравнения (рис. 8, а)

для узла О

для контура О13О

Q 1 C 1 − Q 4 C 4 + Q 3 C 3 = 0 ;     ( 3 )

для контура О12О

Q 1 C 1 + Q 5 C 5 − Q 2 C 2 = 0 ;     ( 4 )

для контура a3О2b

Q 3 C 3 + Q 2 C 2 = U .     ( 5 )

Система уравнений (1) — (5) — содержит пять неизвестных: Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅. Решив уравнения, найдем искомые заряды, а затем и напряжения на конденсаторах. При втором способе решения эквивалентную емкость схемы С_ab можно найти из отношения

где Q = Q₃ + Q₄, или Q = Q₂ + Q₅.

Задача 9. В схеме рис. 9 найти распределение зарядов, если E₁ = 20 В; E₂ = 7 В; C₁ = 7 мкФ; C₂ = 1 мкФ; C₃ = 3 мкФ; C₄ = 4 мкФ; C₅ = C₆ = 5 мкФ.

При выбранном распределении зарядов (в кружках), как показано на схеме, система уравнений будет иметь вид:

для узла а

для узла b

для узла c

для контура afcba

E 1 = U C 1 + U C 4 − U C 3 = Q 1 C 1 + Q 4 C 4 − Q 3 C 3 ;

ля контура gdbag

E 2 = U C 5 − U C 3 + U C 2 = Q 5 C 5 − Q 3 C 3 + Q 2 C 2 ;

для контура cbdc

0 = U C 4 − U C 5 − U C 6 = Q 4 C 4 − Q 5 C 5 − Q 6 C 6 .

Подставляя сюда числовые значения и решая полученную систему шести уравнений, найдем искомые заряды

Q₁ = 35 мкКл; Q₂ = –5 мкКл; Q₃ = –30 мкКл;

Q₄ = 20 мкКл; Q₅ = 10 мкКл; Q₆ = 15 мкКл.

Таким образом, истинные знаки зарядов Q₁, Q₄, Q₅ и Q₆ соответствуют выбранным, а знаки Q₂ и Q₃ противоположны выбранным.

Фактическое расположение знаков зарядов на конденсаторах дано не в кружках.

Задача 10. Определить заряд и энергию каждого конденсатора в схеме (рис. 10). Данные схемы: C₁ = 6 мкФ; C₂ = 2 мкФ; C₃ = 3 мкФ; r₁ = 500 Ом; r₂ = 400 Ом; U = 45 В.

Через сопротивления протекает ток

I = U r 1 + r 2 = 0,05     А .

Задавшись полярностью зарядов на обкладках конденсаторов, составим систему уравнений:

− Q 1 + Q 2 + Q 3 = 0 ; U = U C 1 + U C 2 = Q 1 C 1 + Q 2 C 2 ; I ⋅ r 1 = U C 1 + U C 3 = Q 1 C 1 + Q 3 C 3 ,

Q 1 = Q 2 + Q 3 ; 45 = Q 1 6 ⋅ 10 − 6 + Q 2 2 ⋅ 10 − 6 ; 25 = Q 1 6 ⋅ 10 − 6 + Q 3 3 ⋅ 10 − 6 .

Решив эту систему уравнений, найдем, что

Q₁ = 90 мкКл; Q₂ = 60 мкКл; Q₃ = 30 мкКл.

7. Рассчитать действующие значения силы тока в конденсаторе, используя данные;

8. Открыть файл c2_02.ewb. Подключить амперметр и проверить правильность расчета.

9. Определить фазовые соотношения тока и напряжения на конденсаторе. (Совпадают ли по фазе колебания тока и напряжения в цепи конденсатора?) проверить экспериментально выводы теории. Подключить осциллограф, сравнить осциллограммы тока и напряжения, измерить периоды Т колебаний и сдвиг ∆T. Рассчитать фазовый сдвиг, зная, что периоду соответствует фаза 2π.

10. Измерить мощность конденсатора.

Подать сигналы, пропорциональные току и напряжению, на два входа умножителя подключите на выход умножителя осциллограф. По осциллограмме мощности определить минимальные и максимальные значения реактивной мощности конденсатора.

11. Рассчитать действующую значение тока в катушке индуктивности по данным: u = 120В ƒ =5кГц L = 955,4 Мн r = 0,1Ом

12. Открыть файл с2_03.ewb. Подключить амперметр и проверить правильность расчета.

13. Определить фазовые соотношения тока и напряжения в цепи катушки индуктивности. Подключить осциллограф и проверить соответствие теории экспериментально наблюдаемых соотношений фаз тока и напряжения в цепи катушки индуктивности.

14. Измерение мощности катушки индуктивности. Подайте сигналы, пропорциональные току и напряжению, на два входа умножителя и по осциллограмме мощности. Определить минимальное и максимальное значения реактивной мощности катушки индуктивности.

15. Оформить результаты работы отчётом.

Содержание отчёта:

1.Название, цель работы.

2.Название эксперимента и исходные данные расчета.

3. Расчетные формулы, алгоритм вычислений для расчета.

4. Электрическая схема измерений для каждого эксперимента, результаты измерений.

5. Выводы с соответствием расчетных и измененных электрических величин, а также о соответствии результатов экспериментов теории.

Контрольные вопросы:

1. Каковы основные характеристики синусоидального тока?

2. Какова связь между частотой, периодом и циклической частотой колебаний?

3. Какова связь между действующим, средним и амплитудным значениями синусоидального тока?

4. Как изображаются синусоидальные токи и напряжения с помощью вектора на комплексной плоскости?

5. Как сдвинуты друг относительно друга векторы тока и напряжения резистора, конденсатора, конденсатора, катушки индуктивности?

6. Как преобразуется электрическая энергия источника ЭДС в резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности?

Литература, пособия, инструкции:

Касаткин А.С., Немцов М.В. «Электротехника». М.А. «Академия», -2008, 544е.

Синявский Г.П. и др. «Электротехника» Практикум – РГЭУ(РИНХ) г. Ростов-на-Дону, 2007г.,-76с.

Практическая работа №3

Цепи однофазного тока при последовательном включении электроприемников.

Цель работы: Исследование физических процессов, происходящих в установившимся режиме в цепи, содержащий последовательно соединенные активное, индуктивное и емкостное сопротивление.

Краткие сведения из теории.

При последовательном включении элементов схемы силы тока в них одинакова по закону Ома для участка цепи, падение напряжения на резисторе, катушке индуктивности и конденсаторе соответственно пропорционально величине активного тока R, индуктивного Х.

=(1)

==(2)

Полное сопротивление цепи Z определяется по формуле:

Z = (3)

Действующие значение силы тока I, в цепи рассчитывается из выражения

Z = (4)

Где U-напряжение, снимаемое с источника ЭДС.

Полная мощность, потребляемая цепью:

= U; =Z,

Коэффициент мощности можно определить как =,

Цепь потребляет от источника активную мощность :=или=U

Реактивная мощность равна разности индуктивной и емкостной мощностей: =—,

Отметим здесь еще раз смысл коэффициента мощности. Коэффициент мощности равен: =

Полную мощность S можно представить в виде S=, а для цепи содержащей конденсатор и катушку индуктивности,S=.

Тогда для коэффициента мощностей такой цепи справедливо выражение

=

Таким образом, коэффициент мощности представляет собой величину, которая показывает долю активной мощности в общем балансе мощностей, потребляемых электроприемником.

Из анализа последнего выражения можно сделать важные для теории и практики выводы:

1) Если реактивная мощность катушки больше реактивной мощности конденсатора, то цепь потребляет от источника и активную, и реактивную мощность;

2) Если реактивные мощности катушки больше реактивной мощности и конденсатора, то цепь потребляет от источника и активную, реактивную мощность;

3) Если реактивная мощность конденсатора больше реактивной мощности катушки, то цепь потребляет от источника активную мощность и отдает в сеть избыточную реактивную.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить основные положения теории электрических цепей однофазного синусоидального тока.

2. Ознакомиться с вводной частью практикума «Электротехника» [2]. Запустить программу. Найти в меню «Правка», «Описание работ», открыть и выбрать в папке Лаб 5 файл 51.ewb.

3. Рассчитать индуктивное, емкостное и полное сопротивление цепи (Ом), используя формулы (1,2,3), при U= 70, 71В., R=10 Ом, =50mГн, С=1mФ;

4. Рассчитать действующее значение силы тока в цепи и падение напряжения в резисторе , катушке индуктивностии конденсаторе.

5. Открыть файл 51.ewb в папке Лаб5. Измерить падение напряжения в резисторе, катушке индуктивности и конденсаторе.

6. Рассчитать катушки, потребляемые цепью: полную, активную и реактивную. Коэффициент катушки.

7. Оформить результаты работы отчетом.

1. Название, цель работы.

2. Исходные данные для расчета.

3. Расчетные формулы, алгоритм вычислений и результаты расчета.

4. Электрическая схема измерений, рисуемых осциллограммы напряжения сети и тока цепи, результаты измерений.

5. Выводы о соответствии расчетный и измерительных электрических величин.

Контрольные вопросы:

1. Как изображается гармоническое колебание с помощью вектора?

2. Как сдвинуты друг относительно друга векторы тока и напряжения для резистора, конденсатора и катушки индуктивности?

3. Как строится векторная диаграмма для последовательного включённых R,L и С?

4. Что такое резонанс напряжений?

5. Какими мощностями характеризуются цепи синусоидального тока?

6. По каким формулам можно рассчитать полную, активную и реактивную мощности?

7. Как измерить активную мощность?

8. Что такое коэффициент мощности, каков смысл?

Литература, пособия, инструкции:

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М: «Академия», 2008г-544с.

2.Синявский Г.П. и др. Электротехника: Практикум-РГЭУ(РИНХ) 2007г.-76с.

Практическая работа №4

Цепи трехфазного тока при соединении электроприемников звездой.

Цель работы: Исследование цепи трехфазного переменного тока в симметрическом режиме и влияния нейтрального провода на величину фазных напряжений электроприемников.

Краткие сведения из теории

В практике передачи и распределения электрической энергии соединяют в одну цепь три цепи синусоидального тока с независимыми источниками энергии. Источником электрической энергии служат три фазных обмотки статора трехфазного генератора переменного тока. При вращении магнитного поля ротора в этих обмотках последовательного тока. При вращении магнитного поля ротора в этих обмотках последовательно индуцируются синусоидальные ЭДС. Сдвинутые на фазный угол (треть периода) относительно друг друга. Цепь каждой обмотки генератора – фазным напряжением источника.

Трехфазную систему получают, соединяя фазы источника энергии и приемники звездой или треугольником. При соединении звездой все концы фазных обмоток генератора соединяются в общий узел, концы фаз приемника тоже образуют узел, а три провода между ними объединяются в один общий нейтральный провод(нейтраль). Начала трех фаз генератора соединяются с фазами приемника тремя линейными проводами. Напряжение между линейными проводами называется линейным напряжением. Действующие значения линейных и фазных напряжений связаны с соотношением UЛ=2UФ*cos30=. Действующие линейные токи равны фазным.

При симметричном режиме цепи, все напряжения источника равны между собой и одинаковы все три сопротивления электроприемника. При соединении в звезду фазные токи равны линейным, а линейные напряжения в раз больше фазных: ==.

Когда электроприемник представляет собой активную нагрузку, то угол сдвига между токами и напряжениями каждой фазной цепи равен 0, а полная мощность электроприемника равна активной, которая складывается из активных мощностей фаз, Вт:

S=P=3=3R.

В общем случае трехфазный электроприемник потребляет от источника активную и реактивную мощность.

Рассчитываются активные мощности каждой фазы, Вт:

= cos φ,

= cosφ,

= cosφ,

Активная мощность электроприемника:

Р=++; при симметрии Р=3.

Рассчитываются реактивные мощности каждой фазы,, вар:

= φ,

= φ,

= φ,

Q = . при симметрииQ = 3.

Коэффициент мощности можно определить:

==

Полная мощность электроприемника, В*А,

S=

Порядок выполнения работы

1. Изучить основные положения теории электрических цепей трехфазного тока.

2. Ознакомиться с вводной частью практикума «Электротехника» [2]. Запустить программу. Найти в меню « Правка» — «Описание работ», открыть и выбрать в папке Лаб8 фаул81.ewb.

3. Рассчитать фазные токи и напряжение в симметрическом режиме, при =50Гц,=100 Ом,=100 Ом,=100 Ом.

4. Открыть файл 81.ewb в папке Лаб8. Измерить замещение фазных токов и напряжений тока, в контрольном проводе. Изменить характер осциллограмм

5. Рассчитать активную, реактивную и полную мощность трехфазной цепи.

6. Оформить результаты работы отчетом.

Содержание отчета:

1. Название, цель работы.

2. Исходные данные для расчета.

3. Расчетные формулы, алгоритм вычислений и результаты расчета.

4.Электрическая схема измерений, рисунок осциллограмм фазных напряжений, результаты измерений.

5. Выводы о соответствии расчетных и измеримых электрических величин.

Контрольные вопросы

1. Что такое трехфазный переменный ток и почему он так называется?

2. Что называется фазой цепи трехфазного тока?

3. Какое соединение обмоток генератора называется соединением «звездой»?

4. При каких условиях можно производить соединение фаз «звездой» без нулевого провода?

5. Что называется линейным напряжением и фазовым напряжением?

6. Каково соотношение между фазовым и линейным напряжениями при соединении «звездой»?

7. К чему приведет обрыв нулевого провода при несимметричной нагрузке?

8. Как измеряют мощность и энергию трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузках?

Литература, пособия, инструкции:

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М. «Академия»,-2008-544с.

2.Синяковский Г.П. и др. Электротехника: Практикум – РГЭУ(РИНХ) 2007г.76с.

Как рассчитать ток конденсатора согласно ад

Пример. 3-х фазный АД с КЗ ротором типа АИР180М4 получает питание от 3-х фазной сети с линейным напряжением U₁ = 380 В, частотой 50 Гц.
Данные номинального режима двигателя:
мощность на валу Р_2НОМ = 30 кВт;
синхронная частота вращения n₁ = 1500 об/мин;
номинальное скольжение s_НОМ = 2,0 %;
коэффициент мощности cosϕ_НОМ = 0,87;
коэффициент полезного действия η_НОМ = 92 %;
кратности критического к_M = 2,7;
пускового моментов к_П = 1,7;
кратность пускового тока i_П = 7;
соединение обмоток статора — звезда.

Найти: число пар плюсов; номинальную частоту вращения ротора; номинальное фазное напряжение; номинальный фазный ток обмотки статора; номинальный момент на валу; критическое скольжение и момент двигателя; пусковой момент при номинальном напряжении и снижении его значения на 20%; пусковой ток; емкость конденсаторов для увеличения коэффициента мощности до 1 и начертить электрическую схему двигателя с включением конденсаторов.

Решение:

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором — это ➠

Определяем число пар полюсов обмотки статора:
=n_1*(1-s_H)=1500*(1- )=1470″ /> об/мин.

Находим номинальное фазное напряжение:
При соединении в «звезду» =

>/ _ *cos _ >=30000/ =56,8″ /> А.

Определяем номинальный момент на валу:
=s_ *(k_M+sqrt ^2-1>)=0,02*(2,7+sqrt ^2-1>)=0,104.» />

Находим критический момент:
=k_

*M_ =1,7*194,88=331,3″ /> Н⋅м,
при пониженном напряжении:
=i_

Вычисляем емкость конденсаторов, для повышения коэффициента мощности до 1.

Формула емкости компенсирующих конденсаторов, соединенных по схеме «звезда», имеет вид:
= / ^2>>= _1-tg _2)>/ ^2>>,» /> Ф,

где
f — частота питающей электросети, Гц;
Q_K — реактивная мощность, вар;
P_HOM — активная мощность, Вт;
U₁ — линейное напряжение, В;
ϕ₁ и ϕ₂ — соответственно углы сдвига фаз между напряжением и током до включения и после включения конденсаторной батареи, град.
_1=arcos =0″ /> град.

Тогда, емкость конденсаторов, при соединении «в звезду» будет равна:
= *f* ^2>>= -tg )>/ ^2>>=» /> Ф
или 374,96 мкФ.

В схеме соединения конденсаторов в «треугольник» емкость батареи получатся в три раза меньше, зато напряжение на конденсаторах в

Чертим схему включения конденсаторов для повышения коэффициента мощности электросети с асинхронным двигателем.

Как рассчитать ток конденсатора согласно ад

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

_________________
Хвалу и клевету приемли равнодушно
И не оспаривай глупца
А.С.Пушкин

Вот это "оччччень велик" мне и нужно вычислить. Конденсаторов много (общая емкость 22000 Мф)

Собираю станочек импульсной сварки, нужно рассчитать длинну и толщину проводов до электродов, да и точное значение максимального тока знать хотелось бы.

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

_________________
Хвалу и клевету приемли равнодушно
И не оспаривай глупца
А.С.Пушкин

Источники питания для автомобильной электроники, включая маяки, GPS/ГЛОНАСС-трекеры и охранную сигнализацию, должны обеспечивать бесперебойное питание и безопасность, а также быть устойчивыми к вибрации и исправно работать при низких температурах. Батарейки FANSO EVE Energy обладают всеми необходимыми параметрами для надежной работы оборудования современного автомобиля.

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

На складе КОМПЭЛ доступны сетевые адаптеры (внешние блоки питания) производства MEAN WELL, представленные семействами GS, GST и GSM различного конструктивного исполнения: в розетку и настольные. Адаптеры GS и GST предназначены для питания различных промышленных и бытовых приборов, а семейство GSM может применяться для питания устройств медицинского назначения, поскольку соответствует требованиям EN 60601-1 и 60601-1-11. При этом они характеризуются малым потреблением энергии на холостом ходу.

_________________
Хвалу и клевету приемли равнодушно
И не оспаривай глупца
А.С.Пушкин

На конденсаторах пока протестирую на 12 в. Транзимторы MOSFET серии Logic — работают напрямую от МК.

Задумка такова : Мк по нажатию педали выдаст на заданный интервал заданное напряжение. Вот и весь фокус. Дело в том, что полностью и больше, чем на 0.8 секунд транзасторы открываться точно небудут.

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

_________________
Хвалу и клевету приемли равнодушно
И не оспаривай глупца
А.С.Пушкин

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

Максимальный ток разряда кондера указан в даташите на него. Теоретически ток разряда идеального конденсатора бесконечно велик. В реальности, для несиловых кондеров редко уходит за десятки ампер, для силовых обычных сотни. А есть специальные серии кодеров для импульсной техники могущие давать килоамперные импульсы.

Берем даташит на серию кондеров, смотрим, считаем количество кондеров в параллели и умножаем этот ток на их число — получается нужное число с приемлемой точностью.

Померять можно осцилом на вход которого повешен трас тока. Вот если превысети указанную в даташите цивирь — кондеру каюк сразу или спустя очень малое время.

_________________
MAXимки, мои любимые микрушки.

_________________
Выпрямите спину и уберите левую руку от лица.
Мой Youtube канал

_________________
Если вы недовольны своим уровнем жизни, законами нашей страны, уровнем цен, то вспомните всё это при следующих выборах.

_________________
Если вы недовольны своим уровнем жизни, законами нашей страны, уровнем цен, то вспомните всё это при следующих выборах.

Цепь переменного тока с конденсатором

При переменном напряжении на реальном конденсаторе кроме тока смещения имеются небольшие токи проводимости, через толщу диэлектрика (объемный ток) и по поверхности (поверхностный ток).Токи проводимости и поляризацию диэлектрика сопровождают потери энергии.

Таким образом, в реальном конденсаторе наряду с изменением энергии электрического поля (это характеризует реактивная мощность Q) из-за несовершенства диэлектрика идет необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепло, скорость которого выражается активной мощностью Р. Поэтому в схеме замещения реальный конденсатор должен быть представлен активным и реактивным элементами.

Деление реального конденсатора на два элемента — это расчетный прием, так как конструктивно их выделить нельзя. Однако такую же схему замещения имеет реальная цепь из двух элементов, один из которых характеризуется только активной мощностью Р (Q = 0), другой — реактивной (емкостной) мощностью Q(P = 0).

Схема замещения конденсатора с параллельным соединением элементов

Реальный конденсатор (с потерями) можно представить эквивалентной схемой параллельного соединения активной G и емкостной B_с проводимостей (рис. 13.15), причем активная проводимость определяется мощностью потерь в конденсаторе G = Р/U_c 2 , а емкость — конструкцией конденсатора. Предположим, что проводимости G и В_с для такой цепи известны, а напряжение имеет уравнение

u = Umsinωt.

Требуется определить токи в цепи и мощность. Исследование цепи с активным сопротивлением и цепи с емкостью показало, что при синусоидальном напряжении токи в них так же синусоидальны. При параллельном соединении ветвей G и В_с , согласно первому закону Кирхгофа, общий ток i равен сумме токов в ветвях с активной и емкостной проводимостями:

i = i_G + i_c, (13.30)

Учитывая, что ток i_G совпадает по фазе с напряжением, а ток i_c опережает напряжение на четверть периода, уравнение общего тока можно записать в следующем виде:

Векторная диаграмма токов в цепи с конденсатором

Для определения действующей величины общего тока I методом векторного сложения построим векторную диаграмму согласно уравнению

Действующие величины составляющих тока:

Первым на векторной диаграмме изображается вектор напряжения U (рис. 13.16, а), его направление совпадает с положительным направлением оси, от которой отсчитываются фазовые углы (начальная фаза напряжения φ_a =0). Вектор I_G совпадает по направлению с вектором U, а вектор I_C направлен перпендикулярно вектору U с положительным углом. Из векторной диаграммы видно, что вектор общего напряжения отстает от вектора общего тока на угол φ, величина которого больше нуля, но меньше 90º. Вектор I является гипотенузой прямоугольного треугольника, катеты которого — составляющие его векторы I_G и I_C : При напряжении u = U_msinωt соответствии с векторной диаграммой уравнение тока

i = I_msin(ωt + φ)

Треугольник проводимостей для конденсатора

Стороны треугольников токов, выраженные в единицах тока, разделим на напряжение U. Получим подобный треугольник проводимостей (рис. 13.16, б), катетами которого являются активная G = I_G/U и емкостная В_с = I_с/U проводимости, а гипотенузой — полная проводимость цепи Y = I/U. Из треугольника проводимостей

Связь между действующими величинами напряжения и тока выражается формулами

I = UY

U = I/Y (13.35)

Из треугольников токов и проводимостей определяют величины

cosφ = I_G/I = G/Y; sinφ = I_c/I = B_c/Y; tgφ = I_C/I_G = B_c/G. (13.36)

Мощность цепи с конденсатором

Выражение мгновенной мощности реального конденсатора

p = ui = U_msinωt * I_msin(ωt+φ)

совпадает с выражением мгновенной мощности катушки. Рассуждения, аналогичные тем, которые сделаны при рассмотрении графика мгновенной мощности катушки (см. рис.13. 11), можно провести и для реального конденсатора на основе графика рис. 13.17. Величины активной, реактивной и полной мощностей выражаются теми же формулами, какие были получены для катушки [см. (13.19) — (13.22)]. Это нетрудно показать, если стороны треугольника токов, выраженные в единицах тока, умножить на напряжение U. В результате умножения получится подобный треугольник мощностей (рис. 13.16, в), катетами которого являются мощности; активная

P = UI_G = UIcosφ

реактивная

Q = UI_C = UIsinφ

полная

Схема замещения конденсатора с последовательным соединением элементов

Реальный конденсатор, так же как и катушка, на расчетной схеме может быть представлен последовательным соединением двух участков: с активным R и емкостным Х_с сопротивлениями. На рис. 13.18, а такая схема показана в сравнении со схемой параллельного соединения активной и емкостной проводимостей (рис.13. 18,6). Все выводы и формулы, полученные для катушки, остаются в силе и для конденсатора при условии замены индуктивного сопротивления емкостным. Конденсаторы, применяемые на практике, имеют относительно малые потери энергии. Поэтому в схемах замещения они представлены чаще всего только реактивной частью, т. е. емкостью С[B_C = ωC, X_c = 1/(ωC)] Участки цепи, где последовательно соединены отдельные элементы — резистор R и конденсатор С, имеют такую схему замещения, как показано на рис. 13.18, а. Если вам интересно прочитайте статью о настоящих конденсаторах которые применяются в промышленности.

формулы для конденсаторов

Одним из важных элементов электрической цепи является конденсатор, формулы для которого позволяют рассчитать и подобрать наиболее подходящий вариант. Основная функция данного устройства заключается в накоплении определенного количества электроэнергии. Простейшая система включает в себя два электрода или обкладки, разделенные между собой диэлектриком.

В чем измеряется емкость конденсатора

Одной из важнейших характеристик конденсатора является его емкость. Данный параметр определяется количеством электроэнергии, накапливаемой этим прибором. Накопление происходит в виде электронов. Их количество, помещающееся в конденсаторе, определяет величину емкости конкретного устройства.

Для измерения емкости применяется единица – фарада. Емкость конденсатора в 1 фараду соответствует электрическому заряду в 1 кулон, а на обкладках разность потенциалов равна 1 вольту. Эта классическая формулировка не подходит для практических расчетов, поскольку в конденсаторе собираются не заряды, а электроны. Емкость любого конденсатора находится в прямой зависимости от объема электронов, способных накапливаться при нормальном рабочем режиме.

Для обозначения емкости все равно используется фарада, а количественные параметры определяются по формуле: С = Q / U, где С означает емкость, Q – заряд в кулонах, а U является напряжением. Таким образом, просматривается взаимная связь заряда и напряжения, оказывающих влияние на способность конденсатора к накоплению и удержанию определенного количества электричества.

Для расчетов емкости плоского конденсатора используется формула:
в которой ε = 8,854187817 х 10 -12 ф/м представляет собой постоянную величину. Прочие величины: ε – является диэлектрической проницаемостью диэлектрика, находящегося между обкладками, S – означает площадь обкладки, а d – зазор между обкладками.

Формула энергии конденсатора

С емкостью самым тесным образом связана другая величина, известная как энергия заряженного конденсатора. После зарядки любого конденсатора, в нем образуется определенное количество энергии, которое в дальнейшем выделяется в процессе разрядки. С этой потенциальной энергией вступают во взаимодействие обкладки конденсатора. В них образуются разноименные заряды, притягивающиеся друг к другу.

В процессе зарядки происходит расходование энергии внешнего источника для разделения зарядов с положительным и отрицательным значением, которые, затем располагаются на обкладках конденсатора. Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии, она не исчезает бесследно, а остается внутри конденсатора в виде электрического поля, сосредоточенного между пластинами. Разноименные заряды образуют взаимодействие и последующее притяжение обкладок между собой.

Каждая пластина конденсатора под действием заряда создает напряженность электрического поля, равную Е/2. Общее поле будет складываться из обоих полей, возникающих в каждой обкладке с одинаковыми зарядами, имеющими противоположные значения.

Таким образом, энергия конденсатора выражается формулой: W=q(E/2)d. В свою очередь, напряжение выражается с помощью понятий напряженности и расстояния и представляется в виде формулы U=Ed. Это значение, подставленное в первую формулу, отображает энергию конденсатора в таком виде: W=qU/2. Для получения окончательного результата необходимо использовать определение емкости: C=q/U, и в конце концов энергия заряженного конденсатора будет выглядеть следующим образом: W_эл = CU 2 /2.

Формула заряда конденсатора

Для выполнения зарядки, конденсатор должен быть подключен к цепи постоянного тока. С этой целью может использоваться генератор. У каждого генератора имеется внутреннее сопротивление. При замыкании цепи происходит зарядка конденсатора. Между его обкладками появляется напряжение, равное электродвижущей силе генератора: U_c = E.

Обкладка, подключенная к положительному полюсу генератора, заряжается положительно (+q), а другая обкладка получает равнозначный заряд с отрицательной величиной (- q). Величина заряда q находится в прямой пропорциональной зависимости с емкостью конденсатора С и напряжением на обкладках Uc. Эта зависимость выражается формулой: q = C x Uc.

В процессе зарядки одна из обкладок конденсатора приобретает, а другая теряет определенное количество электронов. Они переносятся по внешней цепи под влиянием электродвижущей силы генератора. Такое перемещение является электрическим током, известным еще как зарядный емкостной ток (Iзар).

Течение зарядного тока в цепи происходит практически за тысячные доли секунды, до того момента, пока напряжение конденсатора не станет равным электродвижущей силе генератора. Напряжение увеличивается плавно, а потом постепенно замедляется. Далее значение напряжения конденсатора будет постоянным. Во время зарядки по цепи течет зарядный ток. В самом начале он достигает максимальной величины, так как напряжение конденсатора имеет нулевое значение. Согласно закона Ома I_зар = Е/R_i, поскольку к сопротивлению Ri приложена вся ЭДС генератора.

Формула тока утечки конденсатора

Ток утечки конденсатора вполне можно сравнить с воздействием подключенного к нему резистора с каким-либо сопротивлением R. Ток утечки тесно связан с типом конденсатора и качеством используемого диэлектрика. Кроме того, важным фактором становится конструкция корпуса и степень его загрязненности.

Некоторые конденсаторы имеют негерметичный корпус, что приводит к проникновению влаги из воздуха и возрастанию тока утечки. В первую очередь это касается устройств, где в качестве диэлектрика использована промасленная бумага. Значительные токи утечки возникают из-за снижения электрического сопротивления изоляции. В результате нарушается основная функция конденсатора – способность получать и сохранять заряд электрического тока.

Основная формула для расчета выглядит следующим образом: I_ут = U/R_d, где I_ут, – это ток утечки, U – напряжение, прилагаемое к конденсатору, а R_d – сопротивление изоляции.