Eng Ru
Отправить письмо

Переходные процессы в цепях постоянного тока с конденсатором. Конденсатор постоянного тока

$direct1

В учебниках такого не найдешь: Как работает конденсатор и другие электронные компоненты | RuAut

Конденсатор, по своей сути, - это 2 кусочка фольги (обкладки) с бумажкой между ними. (Про такие конденсаторы, как: слюдяные, фторопластовые, керамические, электролиты и пр. пока не вспоминаем) . Так вот, бумажка ток не проводит, потому и конденсатор ток не проводит. Если у нас цепь, в которой течет ток переменный, то электроны, прибегая на первый кусочек фольги, заряжают его. Но, как известно, заряды одинаковой полярности отталкиваются, поэтому электроны с другого кусочка фольги убегают. Сколько электронов на одну обкладку прибежало, столько с другой обкладки и убежало. Количество прибежавших и убежавших электронов (значение тока), будет зависеть от напряжения в контуре и емкости конденсатора (то есть от размеров кусочков фольги и толщины бумажки, которая все еще между ними).

Как будет работать конденсатор в цепи постоянного и переменного тока? Этот момент можно объяснить на примере воды в шланге. Что такое постоянный ток в случае воды и шланга? Это будет вода, текущая по шлангу (проводнику) в одном направлении. А что такое переменный ток? Это та же самая вода в шланге, но она уже не течет в одном направлении, а дергается туда-сюда с определенной амплитудой, как будто ее кто-то пытается качать поршневым насосом, в котором неисправен клапан. В такой модели давлению воды будет соответствовать напряжение контура сети, а значению мгновенного расхода воды будет соответствовать величина тока. Далее... Как реализовать конденсатор в нашей сконструированной модели? Представьте, что кто-то засунул в шланг презерватив и он там застрял. Что будет с током? Постоянный ток в таких условиях течь не сможет, - презерватив наполнится, растянется и нет, не лопнет, а просто уже воду больше не пропустит. А вот с переменным током произойдет другая история, так как презерватив растянется, но позволит воде дергаться со своей амплитудой. Кстати емкость конденсатора, на таком примере, будет соответствовать размеру презерватива: чем больше презерватив, тем большему количеству воды он позволяет дергаться (то есть, тем больший переменный ток он пропустит). Чтобы зарядить такой презерватив-конденсатор, нужно просто подключить его к насосу, он наполнится определенным количеством воды, в зависимости от его емкости. Как только насос отключится, то такой конденсатор начнет разряжаться - вода из него будет вытекать.

И вкратце, про другие электронные компоненты в проекции шланга с водой.Резистором будет сужение в шланге. Чем меньше отверстие, тем больше сопротивление, тем меньшее количество воды (значение тока) в этом месте протекает.Диод - это клапан, через который вода (ток) проходит только в одном направлении.Катушка индуктивности или дроссель - это турбина с большим ротором. Чтобы разогнать такую турбину, нужно выждать некоторое время после включения насоса. А после отключения насоса, благодаря инерции, такая турбина продолжит еще некоторое время качать воду (выдавать ток в сети, когда контур уже отключен от источника).

Источник: Из просторов сети

ruaut.ru

Правда, что постоянный ток через конденсатор не течет??

Если в цепь постоянного тока мы включим батарею конденсаторов, то никакого тока не обнаружим, что вполне понятно, так как пластины конденсатора отделены друг от друга изолятором. В цепи, содержащей конденсатор, постоянный ток существовать не может. Если же включить батарею конденсаторов в цепь переменного тока, то по цепи пойдет ток. Это объясняется следующим образом. В случае переменного тока происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора под действием переменного напряжения. Из этого следует, что если какаянибудь из обкладок конденсатора имела в течение полупериода отрицательный заряд, то в следующие полпериода на ней появится положительный заряд. Итак, перезарядка конденсатора вызывает перемещение зарядов по цепи, т. е. электрический ток. Стрелка включенного в цепь амперметра даст отклонение. Сила тока будет тем больше, чем больше переносимый заряд, т. е. чем больше емкость конденсатора, и чем чаще происходит перезарядка обкладок конденсатора, т. е. чем больше частота.

правда ..ток ты не расстраиваися....

Почему же, течет. Иногда. Это называется пробоем конденсатора. И его после этого выкидывают.

Да. Зато переменный ох как протекает!

Ну если не считать тока утечки.

Через кондёр потечёт постоянный ток, если приложить линейно растущее напряжение.

Не верь, это пропаганда сионистов. Я читал Тору там написано, что это правда, но это надо скрывать от гоев))

Течёт и ещё как. До тех пор, пока конденсатор полностью не зарядится. После этого прекращает течь. Поэтому в установившемся режиме в цепи постоянного тока конденсаторы никак не влияют на распределение токов и напряжений, а в переходном режиме - влияют.

Через электролитический конденсатор постоянный ток проходит. Это и называется ток утечки.

touch.otvet.mail.ru

Переходные процессы в цепях постоянного тока с конденсатором

ПЕРЕХОДНЫМ ПРОЦЕССОМ называется процесс перехода от одного установившегося в цепи режима к другому. Примером такого процесса является зарядка и разрядка конденсатора. В ряде случаях законы постоянного тока можно применять и к изменяющимся токам, когда изменение тока происходит не слишком быстро. В этих случаях мгновенное значение силы тока будет практически одно и то же во всех поперечных сечениях цепи. Такие токи называют квазистационарными

РАЗРЯДКА КОНДЕНСАТОРА. Если обкладки заряженного конденсатора ёмкости С замкнуть через сопротивление R, то через это сопротивление потечёт ток. Согласно закону Ома для однородного участка цепи

IR=U,

где I и U – мгновенные значения силы тока в цепи и напряжения на обкладках конденсатора. Учитывая, что Статья 35 - Картинка 1 и Статья 35 - Картинка 2, преобразуем закон Ома к виду

Статья 35 - Картинка 3 (1)

В этом дифференциальном уравнении переменные разделяются, и после интегрирования получим закон изменения заряда конденсатора со временем

Статья 35 - Картинка 4, (2)

где q0 - начальный заряд конденсатора, е - основание натурального логарифма. Произведение RC, имеющее размерность времени, называется время релаксации t . Продифференцировав выражение (2) по времени, найдём закон изменения тока:

Статья 35 - Картинка 5, (3)

где I0 - сила тока в цепи в момент времени t = 0. Из уравнения (3) видно, что t есть время, за которое сила тока в цепи уменьшается в е раз.

Зависимость от времени количества теплоты, выделившегося на сопротивлении R при разряде конденсатора можно найти из закона Джоуля-Ленца:

Статья 35 - Картинка 6 (4)

ЗАРЯДКА КОНДЕСАТОРА.

Считаем, что первоначально конденсатор не заряжен. В момент времени t = 0 ключ замкнули, и в цепи пошёл ток, заряжающий конденсатор. Увеличивающиеся заряды на обкладках конденсатора будут всё в большей степени препятствовать прохождению тока, постепенно уменьшая его. Запишем закон Ома для этой замкнутой цепи:

Статья 35 - Картинка 7.

После разделения переменных уравнение примет вид:

Статья 35 - Картинка 8

Проинтегрировав это уравнение с учётом начального условия

q = 0 при t = 0 и с учётом того, что при изменении времени от 0 до t заряд изменяется от 0 до q, получим

Статья 35 - Картинка 9, или после потенцирования

q = Статья 35 - Картинка 10Статья 35 - Картинка 11. (4)

Анализ этого выражения показывает, что заряд приближается к своему максимальному значению, равному ССтатья 35 - Картинка 12, асимптотически при t ® ?.

Подставляя в формулу (4) функцию I(t) = dq/dt, получим

Статья 35 - Картинка 13. (5)

Из закона сохранения энергии следует, что при зарядке конденсатора для любого момента времени работа источника тока dАист рана сумме количества джоулевой теплоты dQ, выделившейся на резисторе R и изменению энергии конденсатора dW:

dAист= dQ + dW,

где dAист =Статья 35 - Картинка 12Idt, dQ =I2Rdt, dW =dСтатья 35 - Картинка 15. Тогда для произвольного момента времени t имеем:

Аист(t)=Статья 35 - Картинка 16=Статья 35 - Картинка 17Статья 35 - Картинка 18Статья 35 - Картинка 19. (6)

Q(t)=Статья 35 - Картинка 20Статья 35 - Картинка 18Статья 35 - Картинка 22. (7)

W(t) =Статья 35 - Картинка 23=Статья 35 - Картинка 24. (8)

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:

В реальных электрических цепях постоянного тока, содержащих конденсаторы, переходные процессы разрядки и зарядки конденсаторов проходят за время порядка 10–6 – 10-3 с. Для того,чтобы сделать доступными для наблюдения и измерения электрические параметры при переходных процессах в настоящей компьютерной модели это время значительно увеличено за счёт увеличения ёмкости конденсатора.

ЭКСПЕРИМЕНТ 1

Определение ёмкости конденсатора методом разрядки

Статья 35 - Картинка 251.Соберите на рабочей части экрана замкнутую электрическую цепь, показанную ниже на рис.2. Для этого сначала щёлкните мышью на кнопке Статья 35 - Картинка 26 э.д.с.,расположенной в правой части окна эксперимента. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки, и щёлкните маркером мыши в виде вытянутого указательного пальца в том месте, где должен быть расположен источник тока. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора э.д.с., нажмите на левую кнопку мыши, удерживая её в нажатом состоянии, меняйте величину э.д.с. и установите 10 В. Аналогичным образом включите в цепь 4 других источника тока. Суммарная величина э.д.с. батареи должна соответствовать значению, указанному в таблице 1 для вашего варианта.

Таким же образом разместите далее на рабочей части экрана 7 ламп Л1-Л7 ( кнопка Статья 35 - Картинка 27), Ключ К (кнопка Статья 35 - Картинка 28), вольтметр (кнопка Статья 35 - Картинка 29), амперметр (кнопка Статья 35 - Картинка 30), конденсатор (кнопка Статья 35 - Картинка 31). Все элементы электрической цепи соедините по схеме рис.1 с помощью монтажных проводов (кнопка Статья 35 - Картинка 32).

2. Щёлкните мышью на кнопке «Старт». Должна засветиться лампа Л7, а надпись на кнопке измениться на «Стоп». Курсором мыши замкните ключ К.

3. После установления в цепи стационарного тока ( должны погаснуть лампы Л5 и Л6 и светиться лампы Л1-Л4) запишите показания электроизмерительных приборов в таблицу 2.

4. Нажмите на кнопку «Стоп» и курсором мыши разомкните ключ К.

5. Двумя короткими щелчками мыши на кнопке «Старт» запустите и остановите процесс разрядки конденсатора. Показания амперметра будут соответствовать начальному току разрядки конденсатора I0. Запишите это значение в таблицу 3.

6. Вновь замкните ключ, зарядите конденсатор и повторите п.п. 5, 6 ещё 4 раза.

7. Для каждого опыта рассчитайте It= I0/2,7- силу тока, которая должна быть в цепи разрядки конденсатора через время релаксации t и запишите эти значения в таблицу 3.

8. При разомкнутом ключе нажатием кнопки «Старт» запустите процесс разрядки конденсатора и одновременно включите секундомер.

9. Внимательно наблюдайте за изменением показаний амперметра в процессе разрядки конденсатора. Остановите секундомер и синхронно нажмите кнопку «Стоп» при показании амперметра, равном или близким к It. Запишите это значение времени t1 в таблицу 3.

10. Проделайте опыты п.п.8, 9 ещё 4 раза.

Таблица 1. Суммарное значение э.д.с. источников тока

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

Э.д.с.,В

50

49

48

47

46

45

44

43

Таблица 2. Определение сопротивления лампы.

№п/п

I, А

U, В

R, Ом

Номер

опыта

1

2

3

4

5

Среднее

значение

I0, А

It, А

t, с

C, Ф

Таблица 3. Результаты измерений и расчётов.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

1. По закону Ома для участка цепи Л1-Л4:Статья 35 - Картинка 33 и результатам измерений, приведённым в таблице 2, определите сопротивление одной лампы.

2. По формуле Статья 35 - Картинка 34 (при разрядке конденсатора квазистационарный ток протекает по 6 последовательно соединённым лампам) определите ёмкость конденсатора и запишите эти значения в таблицу 3.

3. Рассчитайте погрешности измерений и сформулируйте выводы по результатам проделанной работы.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2

Изучение зависимости от времени количества тепла, выделившегося на нагрузке при разряде конденсатора

  1. Выполняя действия, аналогичные описанным в эксперименте 1, зарядите конденсатор до напряжения, соответствующего суммарному значению э.д.с. для вашего варианта.
  2. Нажмите кнопку «Стоп» и отключите ключ К.
  3. Проведите 5-ти секундный процесс частичного разряда конденсатора через подключённые лампы. Для этого нажмите синхронно кнопку «Старт» и кнопку запуска секундомера и через 5 секунд нажатием кнопки «Стоп» остановите процесс разрядки конденсатора.
  4. Запишите показания амперметра в таблицу 4 и вновь зарядите конденсатор до первоначального напряжения.
  5. Последовательно увеличивая длительность процесса разрядки конденсатора на 5 с, проделайте эти опыты до времени разрядки, соответствующему полному исчезновению заряда на конденсаторе. (Напряжение на конденсаторе и ток разрядки через лампы должен быть близким к нулю). Результаты измерений тока разрядки запишите в соответствующие ячейки таблицы 4.

Таблица 4. Результаты измерений и расчетов

Время разрядки t, с

5

10

15

20

5n

Ток разряда I через t с, А

Кол-во тепла Q за t с, Дж

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

  1. Для каждого времени разрядки вычислите по формуле (4) количество тепла, выделившегося на шести лампах и запишите эти значения в соответствующие ячейки третьей строки табл.4. Полезный совет: для расчёта Q воспользуйтесь программой MS Exсel.
  2. Постройте график зависимости количества выделившегося тепла Q к данному моменту времени от длительности процесса разрядки конденсатора t.
  3. Сравните рассчитанное количество тепла, выделившееся к моменту полного разряда конденсатора с его теоретическим значением, равным Статья 35 - Картинка 35.
  4. Сделайте выводы по графику и ответу и проведите расчёт погрешностей измерений.

ЭКСПЕРИМЕНТ 3

Проверка закона сохранения энергии в процессе зарядки конденсатора через сопротивление

Статья 35 - Картинка 36 Рис.3

  1. Соберите в рабочей части экрана опыта схему, показанную на рис.3. Вольтметр, включённый параллельно 5-ти лампам, будет показывать напряжение на внешнем сопротивлении, а амперметр – силу тока через нагрузку и источники тока. Напряжение на конденсаторе определяется программой автоматически и указывается в вольтах на экране монитора над конденсатором.
  2. Установите суммарную э.д.с. источников тока, соответствующую значению, приведённому в табл.1 для вашего варианта.
  3. При разомкнутом ключе К нажмите кнопку «Старт».
  4. Нажатием кнопки мыши замкните ключ К и начните процесс зарядки конденсаторов. Одновременно с замыканием ключа включите секундомер.
  5. Через время релаксации t = RС нажатием кнопки «Стоп» остановите процесс и запишите показания электроизмерительных приборов в таблицу 5.
  6. Нажмите кнопку «Выбор» и обнулите показания напряжений на всех конденсаторах и на электроизмерительных приборах.
  7. Повторите эти измерения ещё 4 раза и заполните две верхних строки таблицы 5.

Таблица 5. Результаты измерений и расчетов

№ опыта

1

2

3

4

5

Среднее

I, A

Uc, B

UR, B

Аист, Дж

DW, Дж

Q, Дж

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

  1. По формулам 6, 7, 8 и измеренным значениям напряжения на конденсаторе Uc рассчитайте величины работу источника тока Аист, изменение энергии конденсатора DW и выделившегося на нагрузке количества тепла Q через время заряда, равного времени релаксации.
  2. Проверьте выполнение закона сохранения энергии в процессе зарядки конденсатора по формуле: Аист =DW + Q.
  3. Сделайте выводы по итогам работы.

Вопросы и задания для самоконтроля

Вопросы и задания для самоконтроля

  1. Что представляет собой конденсатор и от чего зависит его ёмкость?
  2. Выведите формулы ёмкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.
  3. Как изменяется разность потенциалов на обкладках конденсатора при его зарядке и разрядке?
  4. Какой ток называется квазистационарным?
  5. Выведите формулы электроёмкости батареи последовательно и параллельно соединённых конденсаторов
  6. Что такое время релаксации?
  7. Объясните принцип работы экспериментальной установки.
  8. Нарисуйте графики зависимости силы тока и напряжения от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
  9. Соберите на мониторе такую цепь, состоящую из источника тока, двух ламп, выключателя и соединительных проводов, чтобы с выключением лампы в одной цепи загоралась лампа в другой.
  10. Статья 35 - Картинка 37Определите заряд, который пройдёт через гальванометр в схеме, показанной на рис. 2, при замыкании ключа.
  11. Конденсатор ёмкости С = 300 пФ подключается через сопротивление R =500 Ом к источнику постоянного напряжения U0. Определите: а) время, по истечению которого напряжение на конденсаторе составит 0,99 U0; в) количество тепла, которое выделится на этом сопротивлении при разрядке конденсатора за это же время.
  12. Имеется ключ, соединительные провода и две электрические лампочки. Составьте на мониторе электрическую схему включения в сеть этих лампочек, которая должна удовлетворять следующему условию: при замкнутом ключе горит только первая лампочка, при размыкании ключа первая гаснет, а вторая загорается.
  13. Конденсатору ёмкостью С сообщают заряд q, после чего обкладки конденсатора замыкают через сопротивление R. Определите: а) закон изменения силы тока, текущего через сопротивление; б) заряд, прошедший через сопротивление за время t; в) количество тепла, выделившееся в сопротивлении за это время.
  14. Определите количество тепла, выделившегося в цепи (рис. 4-6) при переключении ключа К из положения 1 в положение 2. Параметры цепи обозначены на рисунках. Статья 35 - Картинка 38Статья 35 - Картинка 39Статья 35 - Картинка 40

itteach.ru

Конденсатор - постоянный ток - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Конденсатор - постоянный ток

Cтраница 2

Хлорированные дифенилы применяют при пропитке конденсаторов, работающих на переменном токе как промышленной частоты, так и повышенных частот. Для конденсаторов постоянного тока основной пропитывающий диэлектрик - касторовое масло. Конденсаторное масло используют для пропитки некоторых типов конденсаторов как переменного, так и постоянного токов.  [16]

При переменном токе через конденсатор проходит ток; он нагревает диэлектрик, что может привести к пробою диэлектрика. Значит, конденсаторы постоянного тока для сетей переменного тока не годятся. В крайнем случае, если конденсатор постоянного тока приходится использовать в сети переменного тока, необходимо соблюсти следующее условие: номинальное напряжение конденсатора должно быть значительно выше номинального напряжения сети, причем чем частота больше, тем напряжение сети должно быть ниже.  [17]

В последнее время все большее значение приобретает электроизоляционный совол, который вытесняет минеральное масло при пропитке конденсаторов, работающих на переменном токе как промышленной частоты, так и повышенных частот. Однако для конденсаторов постоянного тока конденсаторное масло остается пока еще основным пропиточным диэлектриком.  [18]

Попадание влаги и воздуха внутрь конденсаторов из окружающей среды, как известно, приводит к возрастанию проводимости диэлектрика, увеличению тангенса угла диэлектрических потерь, снижению электрической прочности и, следовательно, к преждевременному выходу конденсаторов из строя. Кроме того, в конденсаторах постоянного тока влага способствует развитию в диэлектрике электрохимических явлений и его ускоренному старению.  [19]

Попадание влаги и воздуха внутрь конденсаторов из окружающей среды, как известно, привадит к возрастанию проводимости диэлектрика, возрастанию тангенса угла диэлектрических потерь, снижению электрической прочности и, в конечном счете, к преждевременному выходу конденсаторов из строя. Кроме того, в конденсаторах постоянного тока влага способствует развитию в диэлектрике электрохимических явлений и его ускоренному старению.  [20]

Нитросовол - разработан на кафедре электротехнических материалов и кабелей МЭИ и представляет собой смесь 83 % совола и 17 % специальной полярной присадки а-нитронафталина. Нитросовол используют для пропитки некоторых конденсаторов постоянного тока с большой удельной энергией.  [21]

Ввиду того, что жесткие фарфоровые и бакелитовые корпуса не обладают деформацией, способной компенсировать изменение объема масла, в конденсаторах некоторых типов компенсация осуществляется посредством воздушной подушки, которая создается в результате неполной доливки их маслом при герметизации. К этой группе конденсаторов относятся главным образом конденсаторы постоянного тока, предназначаемые для работы во внутренних установках при небольших колебаниях окружающей температуры. В таких конденсаторах для компенсации изменения объема масла объем воздушной подушки требуется небольшой. Например, для конденсаторов серии ИМ в бакелитовых цилиндрах недолив масла не превышает 15 - 20 мм от верхнего торца цилиндра. Однако незначительный недолив масла не исключает возможности оголения секций при перевертывании конденсаторов. В связи с этим после вакуумной обработки перевертывание конденсаторов не допускается.  [22]

Однако увеличение коэффициента запрессовки, как и применение более плотной бумаги, приводит к возрастанию тангенса угла потерь диэлектрика в связи с увеличением количества клетчатки в единице объема. Таким образом, более высокие коэффициенты запрессовки применяют, как правило, для конденсаторов постоянного тока.  [23]

Лавсан ( полиэтилентерефталат) - прозрачный высокополимерный диэлектрик, относящийся к классу полиэфиров и получаемый в результате поликонденсации этиленгликоля и терефталевой кислоты. Поскольку тангенс угла потерь этих пленок резко увеличивается с ростом температуры и частоты, они находят применение главным образом в конденсаторах постоянного тока.  [24]

При переменном токе через конденсатор проходит ток; он нагревает диэлектрик, что может привести к пробою диэлектрика. Значит, конденсаторы постоянного тока для сетей переменного тока не годятся. В крайнем случае, если конденсатор постоянного тока приходится использовать в сети переменного тока, необходимо соблюсти следующее условие: номинальное напряжение конденсатора должно быть значительно выше номинального напряжения сети, причем чем частота больше, тем напряжение сети должно быть ниже.  [25]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта