Qëllimi i përvojës:
të demonstrojë varësinë e rezistencës së një kondensatori në një qark rrymë alternative në kapacitetin e tij dhe frekuencën e ndryshimit të tensionit.
Pajisjet
:
Fig 1
Studentët janë të vetëdijshëm se rryma e drejtpërdrejtë nuk mund të rrjedhë përmes një kondensator. (Kur lidhni kondensatorin me burimin rrymë e vazhdueshme rryma e karikimit rrjedh në qark vetëm për një kohë të kufizuar.) Prandaj, eksperimenti duhet të fillojë duke demonstruar mundësinë e një rryme alternative që rrjedh në një qark që përmban një kondensator. Për ta bërë këtë, montoni një qark elektrik, diagrami i të cilit është treguar në Fig. 1. Kondensator 18.8uF dhe llamba janë të lidhura në seri, ndërsa shkëlqimi i llambës nënkupton praninë e rrymës në qark. Fuqia furnizohet nga një gjenerator sinjali sinusoidal, i cili, si burimi DC në eksperimentet e mëparshme, është i lidhur përmes një moduli për lidhjen e një burimi energjie.
Reaktancat induktive dhe kapacitive sillen në lidhje me rrymën dhe tensionin. Duke përfshirë një kondensator me madhësi të përshtatshme, efekti i shqetësimit të pjesshëm të reaktancës induktive të pranishme në qark mund të reduktohet ose eliminohet. E njëjta gjë vlen edhe për vetitë e padëshiruara kapacitive, të cilat mund të kompensohen nga reaktancat induktive. Kompensimi i plotë është i mundur vetëm për një frekuencë të caktuar. Në varësi të llojit të lidhjes, bëhet dallimi midis kompensimit paralel dhe serial.
Vendosni frekuencën e oshilatorit në rreth 5 kHz , mbyllni çelësin dhe rritni gradualisht amplituda e sinjalit të daljes së gjeneratorit derisa llamba të fillojë të digjet mjaftueshëm. Pasi të keni demonstruar rrjedhën e rrymës alternative në një qark që përmban një kondensator, mund të vazhdoni në një studim më të detajuar të këtij fenomeni.
Në fushën e teknologjisë së energjisë, shpesh përdoret kompensimi paralel sepse rryma e verbër është e padëshirueshme nga pikëpamja e furnizuesit aktual. Ato nuk regjistrohen nga njehsorët konvencionalë të energjisë. Metoda e instalimit duhet të projektohet për një rrymë totale më të lartë.
Një shembull i thjeshtë i kompensimit paralel mund të gjendet në teknologjinë e ndriçimit HID. Ata kërkojnë një çakëll induktiv, zakonisht një spirale mbytëse, për ndezjen dhe funksionimin e vazhdueshëm. Kështu, fuqia reaktive rrjedh edhe në linjat e furnizimit. Të dhënat e funksionimit të llambës fluoreshente të reaktorit në rritje janë 230V dhe 36W. Rryma reaktive në linjat e energjisë mund të minimizohet me kompensim paralel me një kondensator. Induktiviteti dhe rezistenca ekuivalente e llambës llogariten me të dhënat e specifikuara të funksionimit, dhe për këtë arsye krijohet një qark simulimi.
Ndryshoni qarkun elektrik të montuar në përputhje me fig. 2. Tani kondensatori është i lidhur drejtpërdrejt me një burim të tensionit AC, rryma që kalon nëpër të regjistrohet nga një miliammetër dixhital dhe voltazhi i aplikuar në kondensator matet me një voltmetër dixhital.
Altoparlanti përdoret për të përcaktuar me vesh ndryshimin në frekuencën e tensionit të furnizimit.
Këndi i fazës tregon se një rrymë reaktive gjithashtu rrjedh në njësinë e ndriçimit përveç rrymës aktive. Si një ngarkesë omike në tensionin operativ 230 V, do të rrjedhë vetëm 54,7 mA rrymë. Rryma reaktive në linjat e furnizimit duhet të minimizohet duke përdorur kompensimin paralel. Pas kompensimit, njësia e ndriçimit duhet të sillet si një rezistencë rezistente. Për të llogaritur një kondensator, qarku i serisë duhet të shndërrohet në një qark paralel ekuivalent. Vlerat e matura të simulimit të qarkut konfirmojnë qasjen matematikore.
Fig 2
Një rezistencë e ndryshueshme në seri me altoparlantin përdoret për të kontrolluar volumin e zërit.
Vendosni frekuencën në gjenerator 20 Hz dhe afër nivelit maksimal të prodhimit. Mbyllni çelësin dhe tërheqni vëmendjen e nxënësve te leximet e instrumenteve matëse. Kërkojuni nxënësve të llogarisin rezistencën e një kondensatori bazuar në të dhënat eksperimentale. Rritni pa probleme frekuencën e gjeneratorit, duke demonstruar një rritje të rrymës që rrjedh përmes kondensatorit me një tension praktikisht të pandryshuar në terminalet e tij dhe një ndryshim në frekuencën e altoparlantit. Shikoni leximet e miliammetrit dixhital dhe, sa më shpejt që rryma në qark të kalojë 900 mA , ndaloni rritjen e frekuencës së daljes së gjeneratorit. Tregojuni nxënësve frekuencën e përafërt të gjeneratorit dhe kërkojuni të përcaktojnë sërish rezistencën e kondensatorit. Krahasoni vlerat e rezistencës të marra nga studentët dhe, duke marrë parasysh natyrën e ndryshimit të rrymës gjatë eksperimentit, nxirrni një përfundim në lidhje me varësinë e kundërt të kapacitetit nga frekuenca e tensionit alternativ.
Për të kompensuar nga jashtë induktivitetin e induktorit me një kondensator të lidhur paralelisht, induktori duhet të ketë një reaktancë induktor në një frekuencë funksionimi prej 50 Hz. Kondensatorët me këtë vlerë mund të gjenden në sistemet e ndriçimit të kompensuar me llamba fluoreshente.
Kondensatori është i lidhur paralelisht me qarkun ekuivalent, dhe rrymat e degës dhe rryma totale maten në qarkun e simulimit. Rryma e absorbuar është më e ulët dhe korrespondon me rrymën aktive të llogaritur më sipër. Rrymat e larta reaktive vazhdojnë të rrjedhin në njësinë e ndriçimit. Pozicionet fazore të rrymave u përcaktuan në lidhje me tensionin e funksionimit duke përdorur një oshiloskop. Të dy rrymat reaktive kanë pozicione fazore të kundërta në lidhje me njëra-tjetrën dhe në përgjithësi janë të njëanshme reciproke brenda qarkut. Linjat e energjisë elektrike dhe pajisjet e energjisë janë të ngarkuara vetëm me rrymë aktive.
Për të treguar varësinë e kapacitetit nga vlera e kapacitetit të kondensatorit, mbyllni çelësin dhe demonstroni përsëri mënyrën e funksionimit qark elektrik të marra në fund të eksperimentit të mëparshëm. Pastaj zëvendësoni kondensatorin 18.8uF kondensator 4.7uF . Rryma në qark do të bjerë me një faktor prej 4, që, nëse tensioni i aplikuar mbetet i pandryshuar, do të thotë se rezistenca e kondensatorit është rritur me një faktor 4. Kushtojini vëmendje studentëve që kapaciteti i kondensatorëve 18.8uF dhe 4.7uF ndryshojnë gjithashtu me një faktor prej 4 dhe arrijnë në përfundimin se varësia e kapacitetit nga frekuenca është në përpjesëtim të zhdrejtë.
Qarku origjinal tregon të njëjtën rrymë aktive në linjat e furnizimit me një kondensator kompensimi paralel. Tensioni i funksionimit në llambë fluoreshente mbetet e pandryshuar. Në fushën e inxhinierisë energjetike, kompensimi i plotë paralel mund të përdoret vetëm nëse rezistenca është e vogël në krahasim me rezistorët reaktivë. Nëse rezistenca omike është e madhe në krahasim me re rezistencë aktive, spiralja dhe kondensatori lëkunden me rryma reaktive shumë të larta në sistem.
Kompensimi paralel arrin sa vijon. Sistemi i kompensuar sillet si një rezistencë rezistente. Kompensimi për absorbuar fuqia aktive mbetet e pandryshuar. Kompensimi zvogëlon rrymën e tërhequr në vlerën e rrymës aktive. Me anë të kompensimit, fuqia reaktive e marrë shkon në zero. Rryma të mëdha reaktive rrjedhin në një sistem të kompensuar.
Fig 3
Në fund të këtij eksperimenti, është e dobishme të studiohet me studentët se çfarë ndodh në një qark elektrik që përmban një llambë dhe një kondensator të lidhur në seri (Fig. 1) kur ndryshon frekuenca e tensionit që i jepet. Për ta bërë këtë, përfshini një miliammetër dixhital në këtë qark (Fig. 3) dhe përgatitni një voltmetër dixhital për të matur tensionin në elementë të ndryshëm. Një kondensator duhet të përfshihet në qark. 18.8uF
.
Në fushën e komunikimeve inxhinierike, kompensimi i serive është veçanërisht i zbatueshëm për amplifikatorët me brez të gjerë. Në veçanti, në diapazonin e frekuencës së lartë, karakteristikat parazitare zakonisht supozohen të jenë rezistenca ideale, induktancat dhe kapacitetet. Së bashku me rezistorët, krijohen filtra me kalim të ulët, të cilët çojnë në një ulje të frekuencës së sipërme kufizuese dhe një ulje të gjerësisë së brezit të amplifikatorëve.
Aplikime të mëtejshme për kompensimin e serive janë normat e rënies të përcaktuara saktësisht dhe, në fund të fundit, qarku rezonant i serisë. Këtu, vetëm kompensimi i kapaciteteve komutuese konsiderohet më në detaje. Një qark i pakompensuar mund të konsiderohet si një lidhje serike e një rezistori dhe një kondensatori. Sinjali i daljes është paralel me kapacitetin, ku diapazoni i frekuencës së lartë dobësohet ndjeshëm. Reaktanca kapacitore mund të kompensohet nga një reaktancë induktive, e cila është e lidhur në seri shtesë.
Rezistenca e filamentit të një llambë varet ndjeshëm nga forca e rrymës që rrjedh nëpër të. Nëse llamba digjet me inkandeshencë të plotë, atëherë rezistenca e saj është 14 ohm , por kjo vlerë mund të bëhet 10 herë më pak me një ulje të rrymës që rrjedh nëpër të. Në këtë eksperiment në rajon frekuenca të ulëta rezistenca e kondensatorit është e madhe, rryma në qark është e vogël, rezistenca e llambës është disa Ohm dhe praktikisht i gjithë tensioni i furnizuar në qark aplikohet në kondensator. Në rajonin e frekuencës së lartë, rezistenca e kondensatorit zvogëlohet në disa të dhjetat Ohma , dhe i gjithë voltazhi aplikohet në llambë, rezistenca e së cilës bëhet më e madhe 10 ohm . Kështu, kur ndryshoni frekuencën e gjeneratorit nga 30 Hz përpara 5 kHz rezistenca e kondensatorit zvogëlohet me më shumë se 100 herë, dhe rezistenca e llambës rritet me rreth 10 herë.
Kompensimi paralel nuk mund të zbatohet sepse diapazoni i frekuencës së ulët zbuten më pas lidhje paralele mbështjellje. Qarku është më pas i krahasueshëm me një qark rezonant paralel shumë të dobësuar. Duke përdorur programin e simulimit, një përforcues me rezistencë të ulët me një fuqi komutuese prej 500 pF testohet pa ngarkesë. Përgjigja përkatëse e frekuencës tregohet në diagramin e ngurtë. Këndi fazor ka vlerën φ = -90°. Tensioni i daljes nëpër kondensator ngec rrymën referuese në qarkun e serisë sipas këtij këndi.
Mbyllni çelësin dhe tregoni nxënësve se si voltazhi bie në kondensator dhe llambë ndryshon ndërsa frekuenca rritet nga 30 Hz përpara 5 kHz . Bëni komentet e duhura dhe shpjegoni pse, duke filluar nga një frekuencë e caktuar, rryma në qark mbetet pothuajse e pandryshuar.
Gjerësia e brezit të qarkut të kompensuar është përmirësuar me 39%. Sistemi tani ka dy pajisje ruajtëse dhe mund të përdoret si pasaportë. Diagramet e treguesit tregojnë se sistemi i kompensuar sillet si një rezistencë aktive në frekuencën e tij të sipërme të ndërprerjes. Të dy rezistorët e reaktancës kanë të njëjtën madhësi dhe anulojnë njëri-tjetrin. Për shkak të kompensimit serik, gjerësia e brezit rritet me frekuencë më të lartë të ndërprerjes së sipërme.
Këto 90º janë ekuivalente me ¼ gjatësi vale duke pasur parasysh frekuencën e rrymës që kalon nëpër qark. Tensioni total që furnizon është i barabartë me shumën e fazave të tensionit në rezistencë dhe tensionit në kondensator. Ky tension ka një kënd kompensimi dhe merret duke përdorur formulat e mëposhtme.
Fig 4
Ju gjithashtu mund t'u demonstroni studentëve një efekt tjetër të djegies së një llambë në një qark të rrymës alternative. Mblidhni një qark elektrik në të cilin një llambë dhe një miliammetër janë të lidhur në seri (Fig. 4). Vendosni frekuencën e oshilatorit 5 kHz
dhe niveli i sinjalit që korrespondon me modalitetin normal të ndezjes së llambës. Pas kësaj, zvogëloni pa probleme frekuencën e sinjalit të daljes së gjeneratorit, duke demonstruar qëndrueshmërinë e rrymës në qarkun elektrik të montuar dhe tensionin në llambë, si dhe pandryshueshmërinë e ndriçimit të llambës deri në frekuencë 30 Hz
. Në një frekuencë më të vogël 20 Hz
një ndryshim në shkëlqimin e llambës bëhet i dukshëm, i cili ndodh gjatë çdo periudhe lëkundjeje në përputhje me një ndryshim në madhësinë e tensionit të furnizuar në qark. Ju lutemi vini re se leximet e një voltmetri dixhital dhe ampermetri në këtë interval të frekuencës mund të mos jenë të sakta, pasi diapazoni i funksionimit të instrumenteve të përdorur fillon nga 15 Hz
.
- Rryma avancon në tensionin në kondensator me 90°.
- Rryma dhe voltazhi janë në fazë në një rezistencë.
Impedanca fitohet me formulën e mëposhtme. I njëjti trekëndësh i tensionit mund të përdoret nëse çdo vlerë trekëndëshi është e ndashme me vlerën aktuale dhe rrjedhimisht trekëndëshin e rezistencës. Ky artikull është për këdo që është i interesuar për energjinë elektrike, por nuk di nga të fillojë. Duke i ditur këto çështje themelore dhe duke i kuptuar ato, ju mund të vazhdoni në të mësuarit e mëtejshëm. Nëse punoni si asistent elektrik dhe nuk keni bërë më parë punë elektrike, ky artikull është i përsosur për ju.
kondensator si rezistencë ndaj amortizimit
Dihet se një kondensator i instaluar në një qark të rrymës alternative ka një rezistencë që varet nga frekuenca dhe quhet reaktiv. Përdorimi i një kondensatori si rezistencë gjithashtu ju lejon të shuani tensionin e tepërt të rrjetit, dhe fuqia në reaktancë nuk lëshohet, gjë që është një avantazh i madh i kondensatorit ndaj rezistencës së shuarjes. Sepse llogaritja e rezistencës së kondensatorit ndaj rrymës alternative , dhe, në përputhje me rrethanat, rezistenca totale Z e qarkut, e përbërë nga një ngarkesë e lidhur në seri me rezistencë aktive Rn dhe një kondensator me reaktancë Xc, është e barabartë me
Të gjitha të drejtat themelore janë me shkronja të zeza. Tensioni është ndryshimi midis potencialit. Kjo mund të duket pak e komplikuar. Vlera e tensionit është një ndryshim potencial, për shembull. Sigurisht, ky është një thjeshtësim i madh. Në qarqet AC, voltazhi shprehet në një mënyrë matematikisht më komplekse. Megjithatë, në këtë fazë mjafton të mësosh. Çështja është të kuptojmë idenë - voltazhi është një ndryshim potencial.
Rryma rrjedh vetëm përmes një qarku të mbyllur. Rryma rrjedh gjithmonë nga një pikë fillestare dhe duhet të kthehet në një pikë të dytë. Qarku duhet të mbyllet që kjo rrymë të rrjedhë - nëse qarku prishet, nuk rrjedh rrymë. Ndërprerësi i dritës ndërpret dhe mbyll një nga telat në qark.
pastaj i menjëhershëm llogaritja e kapacitetit të kondensatorit shuarës
goxha e komplikuar. Për të përcaktuar vlerën e kondensatorit të përdorur si një rezistencë shuarëse, është më e lehtë të përdoret nomogrami i treguar në figurë. Në nomogram, përgjatë boshtit të abshisës, rezistencat Rn paraqiten në kOhm, përgjatë boshtit të ordinatave, kapaciteti C i kondensatorëve shuarës në μF dhe përgjatë boshtit të tërhequr në një kënd prej 45 ° me boshtin e abshisës, impedancat Z i qarkut në kOhm.
Prizë elektrike në shtëpi - nëse nuk lidhim asgjë në prizë, nuk rrjedh rrymë. Në momentin e lidhjes së diçkaje, rryma rrjedh. Çdo pajisje është një rezistencë ndaj rrjedhës së rrymës. Çdo gjë që lidhim me një burim energjie është rezistencë ndaj rrjedhës së tij. Madhësia e kësaj rezistence përcaktohet nga rezistenca e pajisjes dhe varet nga dizajni i pajisjes. Rezistenca ndaj rrymës rrjedhëse do të thotë vetëm një pengesë për rrjedhën e saj. Pra, sa më shumë të ndërhyjmë në rrjedhën e energjisë elektrike, aq më pak do të rrjedhë.
Është si të shtrydhni një zorrë kopshti kur uji është në zjarr - sa më shumë ta shtrydhim, aq më pak ujë derdhet jashtë. E njëjta gjë ndodh me rrymën - sa më shumë rezistencë, aq më pak rrymë mund të rrjedhë. Rezistenca e një pajisjeje përcakton se sa rrymë rrjedh në një qark.
Për të përdorur nomogramin, fillimisht duhet të përcaktoni Rn dhe Z duke përdorur ligjin e Ohm-it ose formulën e fuqisë.Në boshtin e abshisave të nomogramit gjeni vlerën e llogaritur të Rn dhe vizatoni një vijë vertikale paralele me boshtin e ordinatave nga kjo pikë. Më pas, në boshtin e pjerrët gjendet një vlerë e caktuar e Z. Nga pika e origjinës, në pikën Z tërhiqet një hark, i cili duhet të presë një vijë të tërhequr paralelisht me boshtin y. Nga pika e kryqëzimit vizatoni një vijë paralele me boshtin x. Pika ku kjo linjë takohet me boshtin y do të tregojë kapacitetin e dëshiruar të kondensatorit shuarës.
Sa rrymë e lartë rrjedh varet nga ajo që po ndodh në qark. Sa më e ulët të jetë rezistenca, aq më shumë rrymë do të rrjedhë. Maksimumi mund të rrjedhë aq sa burimi dhe minimumi. Rryma më e madhe është qark i shkurtër në qark, domethënë, nuk ka rezistencë. Rryma më e vogël nuk do të thotë asgjë në qark - ka aq shumë rezistencë sa nuk rrjedh rrymë.
Rryma që rrjedh në një qark quhet rrymë dhe shprehet në njësi Amper, simboli i së cilës është A. Nga sa më sipër, një nga ligjet themelore në ligjin elektrik është ligji i Ohmit. Ai përcakton marrëdhënien midis rezistencës, tensionit dhe rrymës.
Shembulli 1. Përcaktoni kapacitetin e një kondensatori që duhet të lidhet në seri me një saldim elektrik 127 V, 25 W në mënyrë që të mund të lidhet me një rrjet AC 220 V.
Gjeni Rn:
ku U është voltazhi për të cilin është projektuar salda elektrike, P është fuqia e saldatorit elektrik.
Për të përcaktuar Z, duhet të dini rrymën I që rrjedh në qark:
Nëse voltazhi nuk ndryshon, sa më e madhe të jetë rezistenca e pajisjes, aq më pak rrymë në qark. Nëse pajisja ka një rezistencë konstante, sa më i lartë të jetë tensioni, aq më shumë rrymë do të rrjedhë. Ky ligj rrjedh nga ajo që keni lexuar deri tani. Shuma e rrymave që rrjedhin brenda dhe jashtë nyjes është zero. Prandaj, ajo që ndikon në pikën e lidhjes duhet të rrjedhë prej saj. Kjo për faktin se ajo që vjen nga burimi duhet të kthehet në të. Rryma nuk "zhduket" kurrë, kështu që nëse futni në prizë gjithçka do të ndikojë në të, kështu që duhet të rrjedhë gjithashtu.
Shpërndarësi në prizë - rryma që rrjedh në prizë shpërndahet në priza individuale në shpërndarës dhe gjithçka kthehet në neutral. Instalimi i apartamentit - apartamenti mundësohet nga një kabllo e vetme dhe ndahet në disa marrës, dhe gjithçka kthehet në neutral përmes një ndërprerës neutral.
Ju e shihni këtë shumë shpesh. Çdo pajisje ka njëfarë fuqie - për shembull, një kazan elektrik ka një fuqi prej 2 kW. Fuqia varet nga rezistenca e pajisjes. Sa më e ulët të jetë rezistenca e pajisjes, aq më e madhe është rryma përmes saj, aq më e madhe është fuqia. Sa më shumë fuqi të ketë një pajisje, aq më e lartë është rryma nëpër të cilën ajo rrjedh.
Atëherë Z është i barabartë me:
Si të gjeni kapacitetin e kondensatorit të shuarjes, duke përdorur të dhënat paraprake të llogaritura, tregohet në nomogram me vija të trasha.
Shembulli 2. Një ndreqës klasik i urës (Fig. 2) me një tension daljeje Uout = 18 V dhe një rrymë ngarkese In = 20 mA duhet të furnizohet nga një rrjet 127 V. Gjeni kapacitetin e kondensatorit C1, i cili duhet të lidhet në seri me ndreqësin për të shuar tensionin e tepërt.
Le të përcaktojmë rezistencën e ngarkesës.