Делитель напряжения на конденсаторах

Делитель напряжения на конденсаторах еще называют емкостный делитель напряжения. Благодаря своим свойствам, которые будут рассмотрены ниже, конденсаторы, в отличии от резисторов, выгодно применять в качестве делителей переменного напряжения. Так как при протекании переменного тока проявляются свойства индуктивности, то катушки индуктивности могут также использоваться для делителей напряжения, однако рациональнее будет их применение в качестве делителей переменного тока.

Рассмотрим подробнее роботу емкостных делителей напряжения. Сопротивление конденсатора XC зависит как от его емкости С, так и от частоты переменного напряжения f и определяется по следующей формуле:

Емкостное сопротивление

Как видно из формулы, с ростом частоты и увеличением емкости сопротивление снижается. Это говорит о том, что если взять конденсатор с фиксированным значением емкости и подключить его к источнику напряжения, частотой 50 Гц, а затем увеличить частоту до 100 Гц, то реактивное сопротивление конденсатора снизится вдвое, а, следовательно, ток возрастет также в два раза.

Делитель напряжения на конденсаторах

Чем же хорошо применять конденсаторы в качестве делителей напряжения? Дело в том, что он практически не потребляет активную энергию, как резистор, поэтому почти и не греется. Конденсатор потребляет в основном реактивную энергию, т. е. он является потребителем реактивной мощности, которая, в отличии от активной, не выполняет никакой полезной работы, а между реактивными элементами (катушка индуктивности, конденсатор) и источником переменного напряжения выполняется только обмен энергией. Реактивная мощность проявляется в цепях только переменного напряжения. При постоянном напряжении реактивная мощность равна нулю, а циркулирует лишь активная мощность.

Давайте рассмотрим почему конденсатор не потребляет активную мощность. Не углубляясь в теорию заметим лишь то, что напряжение на конденсаторе отстает от тока на угол 90º (рис. 1). Поэтому, когда ток достигает максимума, напряжение равно нулю, а в момент, когда величина напряжения достигает своей амплитуды, ток равен нулю.

График тока и напряжения на конденсаторе

Рис. 1 — График тока и напряжения на конденсаторе

Активная мощность в цепях переменного тока определяется по следующей формуле:

Pa = UIcosφ,

φ угол между током и напряжением.

Как мы заметили ранее, угол φ = 90º, а косинус этого угла равен нулю. Теперь, если мы подставим в приведенное выше выражение значение угла φ, то увидим, что активная мощность равна нулю.

Схема включения конденсаторов (рис. 2, 3) для образования делителя напряжения такая же как и схема подключения резисторов, только, в отличии от резисторов, падение напряжения обратно пропорционально емкости.

Схема делителя напряжения на конденсаторах

Рис. 2 — Схема делителя напряжения на конденсаторах

Делитель напряжения на конденсаторах

Рис. 3 — Схемы делителей напряжения с различными номиналами конденсаторов

Следует помнить, что в цепях переменного тока нужно использовать неполярные конденсаторы, поэтому большинство электролитических конденсаторов здесь не подойдут.

И еще, номинальное напряжение конденсатора должно быть выше того, что будет на него подано, в √2 ≈ 1,41 раза:

E = √2U,

Eамплитудное значение напряжения, В;

Uдействующее значение напряжения, В.

Делитель напряжения на катушках индуктивности

Гораздо реже для делителей переменного напряжения применяются катушки индуктивности (рис. 4, 5). Сопротивление катушки зависит прямо пропорционально от частоты f приложенного напряжения и индуктивности L.

XL = 2πfL = ωL.

Делитель напряжения на катушках индуктивности

Рис. 4 — Схема делителя напряжения на катушках индуктивности

Схема делителя напряжения на катушках индуктивности

Рис. 5 — Схемы делителей напряжения с разными номиналами катушек индуктивности

В противоположность конденсатору, напряжение на индуктивности опережает тока на угол 90º (рис. 6, 7), поэтому катушка индуктивности тоже является реактивным элементом и не потребляет активную мощность. Лишь небольшая часть активной мощность потребляется за счет наличия активного сопротивления самой проволоки катушки.

График тока и напряжения на индуктивности

Рис. 6 — График тока и напряжения на индуктивности

Графики токов и напряжения на различных элементах

Рис. 7 — График тока и напряжения на различных элементах

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *