But de l'expérience :
démontrer la dépendance de la résistance du condensateur dans le circuit courant alternatif sur sa capacité et la fréquence des changements de tension.
Équipement
:
Fig. 1
Les étudiants savent bien que le courant continu ne peut pas traverser un condensateur. (Lors de la connexion d'un condensateur à une source courant continu un courant de charge ne circule dans le circuit que pendant une durée limitée.) Par conséquent, l'expérience doit commencer par démontrer la possibilité de faire circuler du courant alternatif dans un circuit contenant un condensateur. Pour ce faire, assemblez un circuit électrique dont le schéma est illustré à la Fig. 1. Condensateur d'une capacité 18,8 µF et la lampe sont connectées en série, et la lueur de la lampe signifie la présence de courant dans le circuit. L'alimentation est fournie par un générateur de signal sinusoïdal qui, comme la source CC des expériences précédentes, est connecté via un module pour connecter l'alimentation.
Les résistances réactives inductives et capacitives se comportent par rapport au courant et à la tension. En incluant un condensateur de taille appropriée, l'effet interférentiel partiel du réacteur inductif présent dans le circuit peut être réduit ou éliminé. Il en va de même pour les propriétés capacitives indésirables, qui peuvent être compensées par des résistances réactives inductives. Une compensation complète n'est possible que pour une certaine fréquence. Selon le type de connexion, on distingue la compensation en parallèle et en série.
Réglez la fréquence du générateur à environ 5 kHz , fermez la touche et augmentez progressivement l'amplitude du signal de sortie du générateur jusqu'à ce que la lampe commence à brûler suffisamment fort. Après avoir démontré la circulation du courant alternatif dans un circuit contenant un condensateur, vous pouvez passer à une étude plus détaillée de ce phénomène.
Dans le domaine de la technologie énergétique, la compensation parallèle est souvent utilisée car le courant aveugle n'est pas souhaitable du point de vue du fournisseur actuel. Ils ne sont pas enregistrés par les compteurs d'énergie conventionnels. La méthode d'installation doit être conçue pour un courant total plus élevé.
Un exemple simple de compensation parallèle peut être trouvé dans la technologie d’éclairage HID. Ils nécessitent un ballast inductif, généralement une bobine d'arrêt, pour l'allumage et le fonctionnement continu. Ainsi, la puissance réactive circule également dans les lignes d’alimentation. Les données de fonctionnement de la lampe fluorescente en amont sont de 230 V et 36 W. Le courant réactif dans les lignes électriques peut être minimisé par une compensation de condensateur parallèle. L'inductance et la résistance équivalente de la lampe sont calculées avec les données de fonctionnement spécifiées et un circuit de simulation est donc créé.
Changez le circuit électrique assemblé conformément à la Fig. 2. Maintenant, le condensateur est connecté directement à la source de tension alternative, le courant qui le traverse est enregistré par un milliampèremètre numérique et la tension appliquée au condensateur est mesurée par un voltmètre numérique.
Le haut-parleur est utilisé pour détecter à l’oreille les changements de fréquence de la tension d’alimentation.
L'angle de phase indique qu'en plus du courant actif, un courant réactif circule également dans l'unité d'éclairage. En tant que charge ohmique à une tension de fonctionnement de 230 V, seul 54,7 mA de courant circulera. Le courant réactif dans les lignes d'alimentation doit être minimisé à l'aide d'une compensation parallèle. Après compensation, le bloc d’éclairage doit se comporter comme une résistance. Pour calculer un condensateur, le circuit série doit être converti en un circuit parallèle équivalent. Les valeurs mesurées issues de la simulation du circuit valident l'approche mathématique.
Figure 2
Une résistance variable en série avec le haut-parleur est utilisée pour contrôler le volume du son.
Régler la fréquence sur le générateur 20 Hz et proche du niveau maximum du signal de sortie. Fermez la clé et attirez l'attention des élèves sur les lectures. instruments de mesure. Demandez aux élèves de calculer la résistance du condensateur à partir de données expérimentales. Augmentez progressivement la fréquence du générateur, démontrant une augmentation du courant circulant dans le condensateur avec une tension presque constante à ses bornes, et un changement de la fréquence du haut-parleur. Surveillez les lectures du milliampèremètre numérique et, dès que le courant dans le circuit dépasse 900 mA , arrêtez d'augmenter la fréquence de sortie du générateur. Dites aux élèves la fréquence approximative de l’oscillateur et demandez-leur de déterminer à nouveau la résistance du condensateur. Comparez les valeurs de résistance obtenues par les étudiants et, en tenant compte de la nature du changement de courant au cours de l'expérience, tirez une conclusion sur la dépendance inverse de la capacité sur la fréquence de la tension alternative.
Pour compenser extérieurement l'inductance de l'inductance à l'aide d'un condensateur connecté en parallèle, l'inductance doit avoir une réactance d'inductance à une fréquence de fonctionnement de 50 Hz. Des condensateurs avec des valeurs de cette valeur peuvent être trouvés dans les systèmes d'éclairage compensés avec des lampes fluorescentes.
Le condensateur est connecté en parallèle avec le circuit équivalent, et le courant de dérivation et le courant total sont mesurés dans le circuit de simulation. Le courant absorbé est inférieur et correspond au courant actif calculé ci-dessus. Des courants réactifs élevés continuent de circuler dans l'unité d'éclairage. Les positions de phase des courants ont été déterminées par rapport à la tension de fonctionnement à l'aide d'un oscilloscope. Les deux courants réactifs ont des positions de phase opposées l'une par rapport à l'autre et sont généralement polarisés mutuellement au sein du circuit. Les lignes électriques et les appareils électriques sont chargés uniquement avec du courant actif.
Afin de montrer la dépendance de la capacité sur la valeur de capacité du condensateur, fermez la clé et démontrez à nouveau le mode de fonctionnement circuit électrique, obtenu à la fin de l’expérience précédente. Après cela, remplacez le condensateur 18,8 µF condensateur d'une capacité 4,7 µF . Le courant dans le circuit chutera 4 fois, ce qui, même si la tension appliquée reste inchangée, signifie que la résistance du condensateur a augmenté 4 fois. Attirez l'attention des élèves sur le fait que les capacités des condensateurs 18,8 µF Et 4,7 µF diffèrent également d'un facteur 4 et concluent que la capacité est inversement proportionnelle à la fréquence.
Le circuit original montre le même courant actif dans les lignes électriques avec un condensateur de compensation parallèle. Tension de fonctionnement à Lampe fluorescente reste inchangé. Dans le domaine de l'ingénierie énergétique, la compensation entièrement parallèle ne peut être utilisée que si la résistance est petite par rapport aux résistances réactives. Si la résistance ohmique est grande par rapport à re résistance active, la bobine et le condensateur oscillent avec des courants réactifs très élevés dans le système.
Avec une compensation parallèle, on obtient ce qui suit. Le système compensé se comporte comme une résistance. Rémunération absorbée puissance active reste inchangé. La compensation réduit le courant consommé à la valeur du courant actif. Par compensation, la puissance réactive reçue passe à zéro. Dans un système compensé, d’importants courants réactifs circulent.
Figure 3
A la fin de cette expérience, il est utile d'étudier avec les élèves ce qui se passe dans un circuit électrique contenant une lampe et un condensateur connectés en série (Fig. 1) lorsque la fréquence de la tension qui lui est fournie change. Pour ce faire, connectez un milliampèremètre numérique à ce circuit (Fig. 3) et préparez un voltmètre numérique pour mesurer la tension sur divers éléments. Un condensateur d'une capacité de 18,8 µF
.
Dans le domaine de l'ingénierie des communications, la compensation série s'applique particulièrement aux amplificateurs à large bande. En particulier, dans la gamme des hautes fréquences, les caractéristiques parasites des résistances, inductances et capacités idéales généralement supposées. Avec les résistances, des filtres passe-bas sont créés, ce qui entraîne une diminution de la fréquence limite supérieure et une diminution de la bande passante des amplificateurs.
D'autres applications pour la compensation en série sont une fréquence de chute définie avec précision et finalement cohérente circuit résonant. Ici, seule la compensation des capacités de commutation est considérée plus en détail. Un circuit non compensé peut être considéré comme une connexion en série d’une résistance et d’un condensateur. Le signal de sortie est parallèle à la capacité, de sorte que les plages haute fréquence sont fortement atténuées. Le réacteur capacitif peut être compensé par un réacteur inductif, qui est en outre connecté en série.
La résistance d’un filament de lampe dépend en grande partie de l’intensité du courant qui le traverse. Si la lampe brûle à pleine intensité, alors sa résistance est égale à 14 ohms , mais cette valeur peut devenir 10 fois plus petite lorsque le courant qui la traverse diminue. Dans cette expérience dans la région basses fréquences La résistance du condensateur est élevée, le courant dans le circuit est faible, la résistance de la lampe est de plusieurs Ohm et pratiquement toute la tension appliquée au circuit finit par être appliquée au condensateur. Aux hautes fréquences, la résistance du condensateur diminue jusqu'à plusieurs dixièmes Ohm , et toute la tension est appliquée à la lampe, dont la résistance devient plus 10 ohms . Ainsi, lorsque la fréquence du générateur passe de 30 Hz avant 5 kHz La résistance du condensateur diminue de plus de 100 fois et celle de la lampe augmente d'environ 10 fois.
La compensation parallèle ne peut pas être appliquée car les plages de basses fréquences sont alors atténuées connexion parallèle bobines. Le circuit est ensuite comparé à un parallèle fortement atténué circuit résonant. À l'aide d'un programme de simulation, un amplificateur basse impédance avec une puissance de commutation de 500 pF est testé sans charge. La réponse en fréquence d'amplitude correspondante est indiquée dans le diagramme corporel. L'angle de phase a la valeur φ = -90°. La tension de sortie aux bornes du condensateur est en retard sur le courant de référence dans le circuit série en fonction de cet angle.
Fermez l'interrupteur et montrez aux élèves comment la tension chute aux bornes du condensateur et la lampe change à mesure que la fréquence augmente de 30 Hz avant 5 kHz . Faites les commentaires appropriés et expliquez pourquoi, à partir d'une certaine valeur de fréquence, le courant dans le circuit reste pratiquement inchangé.
La bande passante du circuit compensé est améliorée de 39 %. Le système dispose désormais de deux périphériques de stockage et peut être utilisé comme passeport. Les diagrammes d'indicateurs montrent que le système compensé se comporte comme une résistance active à sa fréquence limite supérieure. Les deux résistances réactives ont la même taille et s’annulent vers l’extérieur. En raison de la compensation en série, la bande passante augmente avec la fréquence limite supérieure.
Ce 90º équivaut à ¼ de la longueur d'onde donnée par la fréquence du courant traversant le circuit. La tension totale qu'il fournit est égale à la somme des phases de la tension dans la résistance et de la tension dans le condensateur. Cette tension a un angle de déplacement et est obtenue à l'aide des formules suivantes.
Figure 4
Vous pourriez également vouloir montrer aux élèves un autre effet impliquant une lampe allumée dans un circuit CA. Assemblez un circuit électrique dans lequel la lampe et le milliampèremètre sont connectés en série (Fig. 4). Régler la fréquence du générateur 5 kHz
et le niveau de signal correspondant au mode de combustion normal de la lampe. Après cela, réduisez progressivement la fréquence du signal de sortie du générateur, démontrant la constance du courant dans le circuit électrique assemblé et la tension sur la lampe, ainsi que la constance de la lueur de la lampe jusqu'à la fréquence 30 Hz
. À une fréquence inférieure 20 Hz
un changement dans la luminosité de la lampe devient perceptible, se produisant pendant chaque période d'oscillation en fonction du changement dans l'amplitude de la tension fournie au circuit. Veuillez noter que les lectures du voltmètre et de l'ampèremètre numériques dans cette plage de fréquence peuvent être incorrectes, car la plage de fonctionnement des instruments utilisés commence par 15Hz
.
- Le courant avance de 90° vers la tension dans le condensateur.
- Le courant et la tension sont en phase dans une résistance.
L'impédance est obtenue à l'aide de la formule suivante. Le même triangle de tension peut être utilisé si chaque valeur de triangle est divisée par la valeur de courant et donc par le triangle d'impédance. Cet article s'adresse à tous ceux qui s'intéressent au génie électrique mais ne savent pas par où commencer. En connaissant et en comprenant ces problématiques fondamentales, vous pourrez passer à une formation complémentaire. Si vous travaillez comme aide-électricien et que vous n’avez jamais effectué de travaux électriques auparavant, cet article est parfait pour vous.
condensateur comme résistance d'extinction
On sait qu'un condensateur installé dans un circuit à courant alternatif a une résistance qui dépend de la fréquence et est dite réactive. Utiliser un condensateur comme résistance Il vous permet également de supprimer l'excès de tension du réseau et aucune puissance n'est libérée via la réactance, ce qui constitue un gros avantage d'un condensateur par rapport à une résistance d'amortissement. Parce que calcul de la résistance du condensateur au courant alternatif , et, par conséquent, la résistance totale Z d'un circuit composé d'une charge connectée en série avec une résistance active Rn et d'un condensateur avec une réactance Xc est égale à
Tous les droits essentiels sont indiqués en gras. La tension est la différence entre le potentiel. Cela peut paraître un peu compliqué. La valeur de la tension est par exemple la différence de potentiel. Bien sûr, c’est une grande simplification. Dans les circuits alternatifs, la tension est exprimée d’une manière mathématiquement plus complexe. Cependant, à ce stade, la formation est suffisante. Le but est de comprendre l’idée : la tension est une différence de potentiel.
Le courant circule uniquement à travers un circuit fermé. Le courant circule toujours à partir d’un point de départ et doit revenir à un deuxième point. Le circuit doit être fermé pour que ce courant circule. Si le circuit est coupé, aucun courant ne circulera. L'interrupteur d'éclairage interrompt et ferme l'un des fils du circuit.
puis immédiat calcul de la capacité du condensateur d'extinction
assez compliqué. Pour déterminer la valeur d'un condensateur utilisé comme résistance d'extinction, il est plus simple d'utiliser le nomogramme illustré sur la figure. Sur le nomogramme, l'axe des abscisses montre la résistance Rn en kOhm, l'axe des ordonnées montre la capacité C des condensateurs d'extinction en µF, et le long de l'axe tracé à un angle de 45° par rapport à l'axe des abscisses - résistances totales Circuit Z en kOhm.
Prise électrique à la maison - si nous ne connectons rien à la prise, aucun courant ne circule. Au moment où quelque chose est connecté, le courant circule. Chaque appareil représente une résistance au flux de courant. Tout ce que nous connectons à une source d’énergie constitue une résistance à son flux. La taille de cette résistance est déterminée par la résistance de l'appareil et dépend de la conception de l'appareil. La résistance à un courant circulant ne signifie qu’un obstacle à son écoulement. Ainsi, plus nous interférons avec le flux d’électricité, moins elle circulera.
C'est comme serrer un tuyau d'arrosage lorsque l'eau est en feu : plus on le presse, moins l'eau s'écoule. La même chose se produit avec le courant : plus la résistance est grande, moins le courant peut circuler. La résistance de l'appareil détermine la quantité de courant circulant dans le circuit.
Pour utiliser le nomogramme, vous devez d'abord déterminer Rn et Z à l'aide de la loi d'Ohm ou de la formule de puissance. Sur l'axe des abscisses du nomogramme, trouvez la valeur calculée de Rn et tracez une ligne verticale à partir de ce point, parallèle à l'axe des ordonnées. Ensuite, une certaine valeur Z est trouvée sur l'axe incliné À partir du point d'origine, un arc est tracé passant par le point Z, qui doit couper une ligne parallèle à l'axe des ordonnées. A partir du point d'intersection, une ligne est tracée parallèlement à l'axe des abscisses. Le point où cette ligne rencontre l'axe y indiquera la capacité requise du condensateur d'extinction.
La quantité de courant élevée qui circule dépend de ce qui se passe dans le circuit. Plus la résistance est faible, plus le courant circulera. Le maximum peut circuler aussi longtemps que la source et le minimum. Le courant le plus élevé est court-circuit dans le circuit, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de résistance. Le plus petit courant ne signifie rien dans le circuit : il y a tellement de résistance qu’aucun courant ne circule.
Le courant circulant dans un circuit est appelé courant et est exprimé en unités d'Ampère, dont le symbole est A. D'après ce qui précède, l'une des lois fondamentales de la loi électrique est la loi d'Ohm. Il détermine la relation entre la résistance, la tension et le courant.
Exemple 1. Déterminez la capacité d'un condensateur qui doit être connecté en série avec un fer à souder électrique de 127 V, 25 W afin de pouvoir le connecter à un réseau de 220 V AC.
Trouver Rn :
où U est la tension pour laquelle le fer à souder électrique est conçu, P est la puissance du fer à souder électrique.
Pour déterminer Z, il faut connaître le courant I circulant dans le circuit :
Si la tension ne change pas, plus la résistance de l'appareil est grande, moins il y a de courant dans le circuit. Si l'appareil a une résistance constante, plus la tension est élevée, plus le courant circulera. Cette loi découle de ce que vous avez lu jusqu'à présent. La somme des courants entrant et sortant du nœud est nulle. Par conséquent, tout ce qui influence le point de connexion doit en découler. C'est que ce qui vient de la source doit y retourner. Le courant ne "disparaît" jamais, donc si vous vous connectez, tout l'affectera, donc il doit circuler aussi.
Distributeur dans la prise - le courant circulant dans la prise est dissipé dans les prises individuelles du distributeur et tout revient au neutre. Installation dans un appartement - l'appartement est alimenté par un seul câble et divisé en plusieurs récepteurs, et tout revient au neutre grâce à un interrupteur neutre.
Vous voyez cela très souvent. Chaque appareil a une certaine puissance - par exemple, une bouilloire électrique a une puissance de 2 kW. La puissance dépend de la résistance de l'appareil. Plus la résistance de l'appareil est faible, plus le courant qui le traverse est important, plus la puissance est grande. Plus un appareil est puissant, plus le courant qu’il traverse est élevé.
Alors Z est égal à :
Comment trouver la capacité du condensateur d'extinction à l'aide des données préliminaires calculées est indiqué sur le nomogramme en traits épais.
Exemple 2. Un pont redresseur classique (Fig. 2) avec une tension de sortie Uout = 18 V et un courant de charge In = 20 mA doit être alimenté à partir d'une tension secteur de 127 V. Trouver la capacité du condensateur C1, qui doit être connecté en série avec le redresseur pour supprimer la surtension.
Déterminons la résistance de charge.