ตัวเก็บประจุพลังงานเรียบเนียนอย่างไร

ฉันพยายามที่จะปิดใจเกี่ยวกับการทำงานของตัวเก็บประจุ ฉันเข้าใจว่าพวกเขาเก็บประจุและมักเข้าใจว่า แต่ฉันไม่เข้าใจวิธีใช้พวกเขา "ทำให้การไหลเวียนของประจุราบรื่น" ไม่พูดมอเตอร์ดึงพลังงานจากตัวเก็บประจุที่มีประจุทำสิ่งเดียวกันเมื่อดึงพลังงานจากแหล่งพลังงานหรือไม่? อะไรคือค่าใช้จ่ายที่ราบเรียบและเป็นอย่างไร

ตัวเก็บประจุไม่เก็บประจุ นั่นเป็นคำสั่งที่ไร้ค่าเพราะมันใช้คำว่า "ประจุ" ที่มีความหมายหลายอย่าง โปรดลืมคุณเคยได้ยิน พวกเขายังไม่ได้พลังงานที่ราบรื่น สิ่งที่พวกเขาเรียบคือแรงดันไฟฟ้า

ฉันจะตอบคำถามของคุณ แต่ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจจริงๆว่าตัวเก็บประจุทำงานอย่างไร

ตัวเก็บประจุคือพลังงาน สิ่งที่ไหลไปรอบ ๆ ในวงจรไฟฟ้าเป็นค่าใช้จ่ายไฟฟ้า เราวัดอัตราการไหลของประจุเป็นแอมแปร์ ปริมาณประจุมีหน่วยวัดเป็นคูลอมบ์ เนื่องจากประจุไม่เคยถูกสร้างหรือถูกทำลายเมื่อใดก็ตามที่เราทำการวัดประจุเรามักจะนับประจุที่ไหลผ่านประตูเปรียบเทียบ ยกเว้นวงจรที่แปลกมากบางอย่างค่าใช้จ่ายทั้งหมดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็เช่นกัน มันเป็นเหมือนระบบไฮดรอลิกแบบปิด: มีของเหลวอยู่ในนั้นและคุณสามารถเคลื่อนย้ายไปรอบ ๆ ได้ แต่ไม่มีใครเข้าหรือรั่วไหลออกมา คุณสามารถนับจำนวนของเหลวที่ไหลผ่านจุดหนึ่ง แต่มันต้องมาจากที่ใดที่หนึ่งและต้องไปที่อื่น

ลองนึกภาพถ้าคุณมีเรือทรงกลมที่เต็มไปด้วยของเหลว ลงไปที่กึ่งกลางของเรือคือแผ่นยางที่คุณสามารถยืดได้โดยกดน้ำมันในด้านหนึ่งแล้วสูบออกอีกด้านหนึ่ง นั่นคือสิ่งที่ตัวเก็บประจุเป็นเหมือน:

นี้เป็นจากบิล Beaty ยอดเยี่ยมของความเข้าใจผิดที่ตัวเก็บประจุ

เมื่อคุณดันน้ำในด้านหนึ่งน้ำในปริมาณเท่ากันจะต้องออกมาทางด้านอื่น นอกจากนี้เมื่อยืดยางเมมเบรนนี้ออกมามันต้องการที่จะกลับไปเป็นแนวตรง ดังนั้นแรงดันน้ำด้านหนึ่งจะสูงกว่าอีกด้านหนึ่ง หากคุณต้องถอดตัวหยุดและแทนที่ด้วยสายยางน้ำจะไหลจนกว่ายางจะไม่ยืด

ตอนนี้แทนที่ "น้ำ" ด้วย "ประจุไฟฟ้า" และ "แรงดัน" ด้วย "แรงดันไฟฟ้า" และคุณมีตัวเก็บประจุ

ทีนี้ลองนึกภาพเรือสองลำขนาดเท่าลูกกอล์ฟและหนึ่งขนาดเท่าสระว่ายน้ำ แต่ละอันมีพังผืดที่มีความยืดหยุ่นเหมือนกันอยู่ตรงกลาง หากคุณสูบน้ำหนึ่งช้อนโต๊ะผ่านภาชนะขนาดลูกกอล์ฟเมมเบรนจะยืดออกมากและดังนั้นความแตกต่างของแรงดันระหว่างด้านข้างจะดีมาก ถ้าคุณทำเช่นเดียวกันกับเรือขนาดใหญ่ของสระว่ายน้ำเมมเบรนจะเคลื่อนไหวแทบไม่ออกเลยและความแตกต่างของความดันจะมากกว่าสิ่งใดเล็กน้อย

นี่คือสิ่งที่ความจุเป็น มันบอกคุณว่าในปริมาณที่กำหนดของน้ำที่เคลื่อนไหวความแตกต่างของความดันคืออะไร มันบอกคุณว่าประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านตัวเก็บประจุในปริมาณเท่าใดแรงดันไฟฟ้าจะเป็นเท่าไหร่ มันถูกกำหนดเป็น:

ที่ไหน:

• $C$
• $q$
• $V$

อย่าวางสายใน "coulomb" คูลอมบ์นั้นประจุจะเคลื่อนที่ผ่านจุดหนึ่งไปเท่าใดถ้า 1 แอมแปร์ไหลเป็นเวลา 1 วินาที หรือ 2 แอมแปร์ครึ่งวินาที หรือ 1/2 แอมแปร์เป็นเวลา 2 วินาที

ถ้าคุณเอาแคลคูลัสแล้วคุณจะรู้ว่าประจุนั้นเป็นส่วนสำคัญของกระแส กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าประจุเป็นปัจจุบันเพราะระยะทางเป็นความเร็ว คุณสามารถแทนที่ "แอมแปร์" ด้วย "coulomb ต่อวินาที" - หน่วยเหมือนกันทุกประการ

การใช้ความรู้นั้นและแคลคูลัสขั้นพื้นฐานเล็กน้อยความจุยังสามารถกำหนดได้ในแง่ของแรงดันและกระแส

สิ่งที่กล่าวนี้คือ: อัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าเมื่อเวลาผ่านไป (โวลต์ต่อวินาที) เท่ากับกระแส (แอมแปร์หรือคูลอมบ์ต่อวินาที) หารด้วยความจุ (farads)

หากคุณมีตัวเก็บประจุ 1 farad และคุณกำลังเคลื่อนที่ 1 แอมแปร์ (1 คูลอมบ์ต่อวินาที) ผ่านมันแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนในอัตรา 1 โวลต์ต่อวินาที

หากคุณเพิ่มความจุเป็นสองเท่าดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าจะเป็นครึ่งหนึ่ง

และที่นี่ฉันคิดว่าเป็นคำตอบสำหรับคำถามของคุณ ตัวเก็บประจุที่พบบ่อยจะถูกใส่ข้ามแหล่งจ่ายไฟเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ สิ่งนี้ทำงานได้เพราะยิ่งคุณมีความจุมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเปลี่ยนแรงดันได้ยากขึ้นเท่านั้นเพราะมันต้องใช้กระแสมากขึ้น

ในโปรแกรมนี้เก็บประจุไม่เรียบพลังงานพวกเขาเรียบแรงดันไฟฟ้า พวกเขาทำเช่นนั้นโดยการจัดเก็บพลังงานที่โหลดสามารถวาดในช่วงเวลาของกระแสสูงชั่วคราว ทำให้งานของแหล่งจ่ายไฟง่ายขึ้นเพราะไม่ต้องรับมือกับการเปลี่ยนแปลงที่สูงในปัจจุบัน ตัวเก็บประจุช่วยในการเฉลี่ยความต้องการในปัจจุบันของโหลดตามที่เห็นโดยแหล่งจ่ายไฟ

ตัวเก็บประจุแบบสมูทติ้งถูกใช้เพื่อลดระลอกแรงดันไฟฟ้าซึ่งมักใช้กับแหล่งจ่ายไฟ พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการจัดเก็บและเติมพลังงานเป็นระยะ ภาพด้านล่างแสดงกรณีการใช้งานทั่วไปของตัวเก็บประจุเหล่านี้ในวงจรเรียงกระแสแบบเต็มสะพาน

อย่างที่คุณเห็นตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบจะปล่อยและเติมพลังงานเมื่อแรงดันเอาต์พุตลดลง นี่คือ "ออก" แรงดันเอาท์พุทซึ่งเป็นสาเหตุที่ตัวเก็บประจุนี้เรียกว่า "ตัวเก็บประจุ" เรียบ

ตัวเก็บประจุอยู่ที่นั่นเพื่อให้ภาพลวงตากับโหลดของคุณซึ่งพวกมันเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติ

ตัวอย่างเช่นแหล่งพลังงานของคุณมีความต้านทานภายในและอาจมีการเหนี่ยวนำอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากโอกาสในการขายยาว

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

การเพิ่มตัวเก็บประจุช่วยให้โหลดดูค่าประมาณVsเมื่อสวิตช์เปิด / ปิด มิฉะนั้นจะมีแรงดันไฟฟ้าผันแปรเนื่องจากโหลดเปิด / ปิด

ใช่มันใช้งานได้ในลักษณะเดียวกัน อย่างไรก็ตามตัวเก็บประจุมักจะมีความจุต่ำกว่าแบตเตอรี่ เมื่อคุณเชื่อมต่อโหลดเข้ากับตัวเก็บประจุประจุและแรงดันจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกว่าราบรื่น แบตเตอรี่ทำเช่นเดียวกัน แต่ช้ากว่ามากเพราะความจุสูงกว่า

นอกจากนี้ยังมีความราบรื่นของสัญญาณแรงดัน หากเราชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุพร้อมกับสัญญาณแรงดันไฟฟ้าตัวแปรบางตัวคุณจะเข้าใจว่าตัวเก็บประจุชาร์จบนขอบที่เพิ่มขึ้น บนขอบที่ตกลงมาตัวเก็บประจุจะ 'ช่วย' แหล่งจ่ายไฟอื่นซึ่งทำให้ขอบที่ราบเรียบราบรื่น ในที่สุดสิ่งนี้สามารถนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าเกือบคงที่

ลองนึกภาพตัวเก็บประจุเป็นแก้วน้ำที่มีรูดังนั้นไม่ว่าคุณจะเติมแก้วเร็วเท่าไรก็ตาม นั่นเป็นวิธีที่ตัวเก็บประจุทำงานได้เป็นอย่างแรกประจุไฟจากนั้นให้เอาต์พุตที่กรองสัญญาณรบกวนและให้เอาต์พุตที่สะอาดโดยไม่คำนึงว่าอินพุตมีความผันผวนอย่างไร