Kapasitansi Kapasitor Rangkaian AC
Perlawanan terhadap aliran arus melalui Kapasitor AC disebut Reaktansi Kapasitif dan berbanding terbalik dengan frekuensi pasokan (supply).
Kapasitor menyimpan energi pada plat konduktif mereka dalam bentuk muatan listrik. Ketika kapasitor dihubungkan melalui tegangan supply DC, ia mengisi daya hingga nilai tegangan yang diberikan pada laju yang ditentukan oleh konstanta waktu.
Kapasitor akan mempertahankan atau menahan muatan ini tanpa batas selama tegangan supply ada. Selama proses pengisian ini, arus pengisian, i mengalir ke kapasitor yang ditentang oleh setiap perubahan tegangan pada laju yang sama dengan laju perubahan muatan listrik pada plat. Kapasitor karena itu memiliki perlawanan terhadap arus yang mengalir ke plat nya.
Hubungan antara arus pengisian ini dan laju perubahan tegangan supply kapasitor dapat didefinisikan secara matematis sebagai: i = C(dv/dt), di mana C adalah nilai kapasitansi kapasitor dalam farad dan dv/dt adalah laju perubahan tegangan supply sehubungan dengan waktu.
Setelah "terisi penuh" kapasitor memblokir aliran elektron lagi ke plat nya karena mereka menjadi jenuh dan kapasitor sekarang bertindak seperti perangkat penyimpanan sementara.
Kapasitor murni akan mempertahankan muatan ini tanpa batas pada plat-nya meskipun tegangan supply DC dilepas. Namun, dalam rangkaian tegangan sinusoidal yang berisi "Kapasitansi AC", kapasitor akan mengisi dan melepaskan secara bergantian pada frekuensi yang ditentukan oleh frekuensi supply. Kemudian kapasitor di rangkaian AC masing-masing secara konstan mengisi dan mengeluarkan.
Ketika tegangan sinusoidal bolak-balik diterapkan ke plat kapasitor AC, kapasitor dibebankan pertama kali dalam satu arah dan kemudian di arah yang berlawanan mengubah polaritas pada tingkat yang sama dengan tegangan supply AC. Perubahan sesaat ini tegangan kapasitor ditentang oleh fakta bahwa dibutuhkan waktu tertentu untuk deposit (atau melepaskan) muatan ini ke plat dan dirumuskan oleh V = Q/C. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Ketika sakelar ditutup pada rangkaian di atas, arus yang tinggi akan mulai mengalir ke kapasitor karena tidak ada muatan pada plat pada t = 0. Tegangan supply sinusoidal, V meningkat ke arah positif pada laju maksimum saat melintasi sumbu referensi nol pada waktu yang diberikan sebagai 0°.
Karena laju perubahan Beda Potensial di seluruh plat sekarang pada nilai maksimumnya, aliran arus ke kapasitor juga akan berada pada tingkat maksimum karena jumlah maksimum elektron bergerak dari satu plat ke plat lainnya.
Ketika tegangan supply sinusoidal mencapai titik 90° pada gelombang, ia mulai melambat dan dalam waktu yang sangat singkat perbedaan potensial di seluruh plat tidak meningkat atau menurun karena itu arus berkurang ke nol karena tidak ada laju tegangan perubahan. Pada titik 90° ini perbedaan potensial pada kapasitor adalah maksimum (Vmax), mengalir tidak ada arus ke kapasitor sebagai kapasitor kini terisi penuh dan plat yang jenuh dengan elektron.
Pada akhir instan ini dalam waktu tegangan supply mulai menurun dalam arah negatif ke bawah menuju garis acuan nol pada 180°. Meskipun tegangan supply masih positif, kapasitor mulai melepaskan sebagian kelebihan elektronnya pada plat nya dalam upaya mempertahankan tegangan konstan. Ini menghasilkan arus kapasitor yang mengalir dalam arah yang berlawanan atau negatif.
Ketika tegangan supply gelombang melintasi referensi nol sumbu titik di instan 180° laju perubahan atau kemiringan tegangan supply sinusoidal adalah maksimum tetapi dalam arah negatif, akibatnya arus yang mengalir ke kapasitor juga pada tingkat maksimum pada instan itu. Juga pada titik 180° perbedaan potensial di seluruh plat adalah nol karena jumlah muatan didistribusikan secara merata di antara kedua plat.
Kemudian selama setengah siklus pertama ini 0° sampai 180° tegangan yang diberikan mencapai nilai positif maksimum seperempat (1/4ƒ) dari siklus setelah arus mencapai nilai maksimum positif, Dengan kata lain, tegangan diterapkan pada rangkaian murni kapasitif “tertinggal” arus oleh seperempat dari sebuah siklus atau 90° seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Selama siklus paruh kedua 180° hingga 360°, tegangan supply membalik arah dan menuju ke nilai puncak negatifnya pada 270°. Pada titik ini perbedaan potensial di seluruh plat tidak menurun atau meningkat dan arus berkurang menjadi nol.
Beda potensial pada kapasitor adalah pada nilai negatif maksimum, mengalir tidak ada arus ke kapasitor dan menjadi terisi penuh sama seperti pada titik 90°-nya tapi dalam arah yang berlawanan.
Ketika tegangan supply negatif mulai meningkat ke arah positif menuju titik 360° pada garis referensi nol, kapasitor yang terisi penuh sekarang harus kehilangan beberapa elektron berlebih untuk mempertahankan tegangan konstan seperti sebelumnya dan mulai melepaskan dirinya sendiri sampai supply tegangan mencapai nol pada 360° di mana proses pengisian dan pemakaian dimulai lagi.
Dari tegangan dan bentuk gelombang arus dan deskripsi di atas, kita dapat melihat bahwa arus selalu memimpin tegangan dengan 1/4 siklus atau π/2 = 90° "out-of-phase/diluar-fasa" dengan perbedaan potensial pada kapasitor karena proses pengisian dan pemakaian ini.
Kemudian hubungan fasa antara tegangan dan arus dalam rangkaian kapasitansi AC adalah kebalikan dari hubungan Induktansi AC yang kita lihat dalam tutorial sebelumnya.
Efek ini juga dapat diwakili oleh diagram fasor di mana dalam rangkaian kapasitif murni tegangan "TERTINGGAL" arus oleh 90°. Tapi dengan menggunakan tegangan sebagai referensi kami, kami juga dapat mengatakan bahwa saat ini “MEMIMPIN” tegangan oleh seperempat dari sebuah siklus atau 90° seperti yang ditunjukkan dalam diagram vektor di bawah ini.
Jadi untuk kapasitor murni, Vc "tertinggal" Ic sebesar 90°, atau kita dapat mengatakan bahwa Ic "mengarah" Vc sebesar 90°.
Ada banyak cara yang berbeda untuk mengingat hubungan fasa antara tegangan dan arus yang mengalir dalam rangkaian kapasitansi AC murni, tetapi satu cara yang sangat sederhana dan mudah diingat adalah dengan menggunakan ekspresi mnemonik yang disebut "ICE".
ICE adalah singkatan dari arus I dalam kapasitansi AC, C sebelum E lectromotive force. Dengan kata lain, arus sebelum tegangan dalam kapasitor, I , C , E sama dengan "ICE", dan di mana pun fasa-fase tegangan dimulai, ungkapan ini selalu berlaku untuk rangkaian kapasitansi AC murni.
Kapasitor menyimpan energi pada plat konduktif mereka dalam bentuk muatan listrik. Ketika kapasitor dihubungkan melalui tegangan supply DC, ia mengisi daya hingga nilai tegangan yang diberikan pada laju yang ditentukan oleh konstanta waktu.
Kapasitor akan mempertahankan atau menahan muatan ini tanpa batas selama tegangan supply ada. Selama proses pengisian ini, arus pengisian, i mengalir ke kapasitor yang ditentang oleh setiap perubahan tegangan pada laju yang sama dengan laju perubahan muatan listrik pada plat. Kapasitor karena itu memiliki perlawanan terhadap arus yang mengalir ke plat nya.
Hubungan antara arus pengisian ini dan laju perubahan tegangan supply kapasitor dapat didefinisikan secara matematis sebagai: i = C(dv/dt), di mana C adalah nilai kapasitansi kapasitor dalam farad dan dv/dt adalah laju perubahan tegangan supply sehubungan dengan waktu.
Setelah "terisi penuh" kapasitor memblokir aliran elektron lagi ke plat nya karena mereka menjadi jenuh dan kapasitor sekarang bertindak seperti perangkat penyimpanan sementara.
Kapasitor murni akan mempertahankan muatan ini tanpa batas pada plat-nya meskipun tegangan supply DC dilepas. Namun, dalam rangkaian tegangan sinusoidal yang berisi "Kapasitansi AC", kapasitor akan mengisi dan melepaskan secara bergantian pada frekuensi yang ditentukan oleh frekuensi supply. Kemudian kapasitor di rangkaian AC masing-masing secara konstan mengisi dan mengeluarkan.
Ketika tegangan sinusoidal bolak-balik diterapkan ke plat kapasitor AC, kapasitor dibebankan pertama kali dalam satu arah dan kemudian di arah yang berlawanan mengubah polaritas pada tingkat yang sama dengan tegangan supply AC. Perubahan sesaat ini tegangan kapasitor ditentang oleh fakta bahwa dibutuhkan waktu tertentu untuk deposit (atau melepaskan) muatan ini ke plat dan dirumuskan oleh V = Q/C. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kapasitansi AC dengan Supply Sinusoidal
Ketika sakelar ditutup pada rangkaian di atas, arus yang tinggi akan mulai mengalir ke kapasitor karena tidak ada muatan pada plat pada t = 0. Tegangan supply sinusoidal, V meningkat ke arah positif pada laju maksimum saat melintasi sumbu referensi nol pada waktu yang diberikan sebagai 0°.
Karena laju perubahan Beda Potensial di seluruh plat sekarang pada nilai maksimumnya, aliran arus ke kapasitor juga akan berada pada tingkat maksimum karena jumlah maksimum elektron bergerak dari satu plat ke plat lainnya.
Ketika tegangan supply sinusoidal mencapai titik 90° pada gelombang, ia mulai melambat dan dalam waktu yang sangat singkat perbedaan potensial di seluruh plat tidak meningkat atau menurun karena itu arus berkurang ke nol karena tidak ada laju tegangan perubahan. Pada titik 90° ini perbedaan potensial pada kapasitor adalah maksimum (Vmax), mengalir tidak ada arus ke kapasitor sebagai kapasitor kini terisi penuh dan plat yang jenuh dengan elektron.
Pada akhir instan ini dalam waktu tegangan supply mulai menurun dalam arah negatif ke bawah menuju garis acuan nol pada 180°. Meskipun tegangan supply masih positif, kapasitor mulai melepaskan sebagian kelebihan elektronnya pada plat nya dalam upaya mempertahankan tegangan konstan. Ini menghasilkan arus kapasitor yang mengalir dalam arah yang berlawanan atau negatif.
Ketika tegangan supply gelombang melintasi referensi nol sumbu titik di instan 180° laju perubahan atau kemiringan tegangan supply sinusoidal adalah maksimum tetapi dalam arah negatif, akibatnya arus yang mengalir ke kapasitor juga pada tingkat maksimum pada instan itu. Juga pada titik 180° perbedaan potensial di seluruh plat adalah nol karena jumlah muatan didistribusikan secara merata di antara kedua plat.
Kemudian selama setengah siklus pertama ini 0° sampai 180° tegangan yang diberikan mencapai nilai positif maksimum seperempat (1/4ƒ) dari siklus setelah arus mencapai nilai maksimum positif, Dengan kata lain, tegangan diterapkan pada rangkaian murni kapasitif “tertinggal” arus oleh seperempat dari sebuah siklus atau 90° seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Bentuk gelombang Sinusoidal untuk Kapasitansi AC
Selama siklus paruh kedua 180° hingga 360°, tegangan supply membalik arah dan menuju ke nilai puncak negatifnya pada 270°. Pada titik ini perbedaan potensial di seluruh plat tidak menurun atau meningkat dan arus berkurang menjadi nol.
Beda potensial pada kapasitor adalah pada nilai negatif maksimum, mengalir tidak ada arus ke kapasitor dan menjadi terisi penuh sama seperti pada titik 90°-nya tapi dalam arah yang berlawanan.
Ketika tegangan supply negatif mulai meningkat ke arah positif menuju titik 360° pada garis referensi nol, kapasitor yang terisi penuh sekarang harus kehilangan beberapa elektron berlebih untuk mempertahankan tegangan konstan seperti sebelumnya dan mulai melepaskan dirinya sendiri sampai supply tegangan mencapai nol pada 360° di mana proses pengisian dan pemakaian dimulai lagi.
Dari tegangan dan bentuk gelombang arus dan deskripsi di atas, kita dapat melihat bahwa arus selalu memimpin tegangan dengan 1/4 siklus atau π/2 = 90° "out-of-phase/diluar-fasa" dengan perbedaan potensial pada kapasitor karena proses pengisian dan pemakaian ini.
Kemudian hubungan fasa antara tegangan dan arus dalam rangkaian kapasitansi AC adalah kebalikan dari hubungan Induktansi AC yang kita lihat dalam tutorial sebelumnya.
Efek ini juga dapat diwakili oleh diagram fasor di mana dalam rangkaian kapasitif murni tegangan "TERTINGGAL" arus oleh 90°. Tapi dengan menggunakan tegangan sebagai referensi kami, kami juga dapat mengatakan bahwa saat ini “MEMIMPIN” tegangan oleh seperempat dari sebuah siklus atau 90° seperti yang ditunjukkan dalam diagram vektor di bawah ini.
Diagram Phasor untuk Kapasitansi AC
Jadi untuk kapasitor murni, Vc "tertinggal" Ic sebesar 90°, atau kita dapat mengatakan bahwa Ic "mengarah" Vc sebesar 90°.
Ada banyak cara yang berbeda untuk mengingat hubungan fasa antara tegangan dan arus yang mengalir dalam rangkaian kapasitansi AC murni, tetapi satu cara yang sangat sederhana dan mudah diingat adalah dengan menggunakan ekspresi mnemonik yang disebut "ICE".
ICE adalah singkatan dari arus I dalam kapasitansi AC, C sebelum E lectromotive force. Dengan kata lain, arus sebelum tegangan dalam kapasitor, I , C , E sama dengan "ICE", dan di mana pun fasa-fase tegangan dimulai, ungkapan ini selalu berlaku untuk rangkaian kapasitansi AC murni.
Contoh: Kapasitansi AC
Supply tegangan AC fase tunggal sinusoidal didefinisikan sebagai: V(t) = 240 sin (314t - 20°) dihubungkan ke kapasitansi AC murni sebesar 200uF. Tentukan nilai arus yang mengalir ke kapasitor dan gambar diagram fasor yang dihasilkan.
Tegangan kapasitor akan sama dengan tegangan supply. Mengubah nilai domain waktu ini ke dalam bentuk kutub memberi kita: VC = 240 ∠-20 o (v) . Reaktansi kapasitif adalah!: XC = 1 / (ω.200uF). Kemudian arus yang mengalir ke kapasitor dapat ditemukan menggunakan hukum Ohm sebagai:
Dengan arus yang mengarah tegangan sebesar 90° di rangkaian kapasitansi AC diagram fasor akan.
Ringkasan Kapasitansi AC
Dalam Rangkaian AC Kapasitansi murni, tegangan dan arus keduanya diluar-fasa “out-of-fase” dengan arus memimpin tegangan sebesar 90° dan kita bisa ingat ini dengan menggunakan ekspresi mnemonic “ICE”.
Nilai resistif AC dari impedansi kapasitor disebut, (Z) berhubungan dengan frekuensi dengan nilai reaktif kapasitor disebut “Reaktansi Kapasitif ”, XC. Dalam rangkaian Kapasitansi AC, nilai reaktansi kapasitif ini sama dengan 1/(2πƒC) atau 1/(jωC).
Nilai resistif AC dari impedansi kapasitor disebut, (Z) berhubungan dengan frekuensi dengan nilai reaktif kapasitor disebut “Reaktansi Kapasitif ”, XC. Dalam rangkaian Kapasitansi AC, nilai reaktansi kapasitif ini sama dengan 1/(2πƒC) atau 1/(jωC).
Sejauh ini kita telah melihat bahwa hubungan antara tegangan dan arus tidak sama dan perubahan pada ketiga komponen pasif murni. Dalam Resistansi sudut fasa adalah 0°, dalam Induktansi itu adalah +90° sedangkan dalam Kapasitansi adalah -90°.
Dalam tutorial berikutnya tentang Rangkaian AC kita akan melihat Rangkaian RLC Seri, hubungan tegangan-arus dari ketiga komponen pasif ini ketika dihubungkan bersama-sama dalam rangkaian seri yang sama ketika bentuk Gelombang Sinusoidal AC stabil (steady state) diterapkan bersama dengan representasi diagram fasor yang sesuai.