Sirkuit Kapasitor Murni
Rangkaian yang hanya berisi kapasitor murni kapasitansi C farad dikenal sebagai Rangkaian Kapasitor Murni. Kapasitor menyimpan daya listrik di medan listrik, efeknya dikenal sebagai kapasitansi. Itu juga disebut kondensor.
Kapasitor terdiri dari dua pelat konduktif yang dipisahkan oleh media dielektrik. Bahan dielektrik terdiri dari kaca, kertas, mika, lapisan oksida, dll. Dalam rangkaian kapasitor AC murni, arus memimpin tegangan dengan sudut 90 derajat.
Ketika tegangan diterapkan melintasi kapasitor, maka medan listrik dikembangkan melintasi pelat kapasitor dan tidak ada arus yang mengalir di antara keduanya. Jika sumber tegangan variabel diterapkan melintasi pelat kapasitor maka arus yang sedang berlangsung mengalir melalui sumber karena pengisian dan pengosongan kapasitor.
Penjelasan dan Derivasi Rangkaian (Sirkuit) Kapasitor
Sebuah kapasitor terdiri dari dua pelat isolasi yang dipisahkan oleh media dielektrik. Ini menyimpan energi dalam bentuk listrik. Kapasitor berfungsi sebagai perangkat penyimpanan, dan akan terisi daya saat suplai ON dan akan habis saat suplai OFF. Jika terhubung ke catu langsung, itu akan diisi sama dengan nilai tegangan yang diberikan.
Biarkan tegangan bolak-balik yang diterapkan ke rangkaian diberikan oleh persamaan:
Muatan kapasitor setiap saat diberikan sebagai:
Arus yang mengalir melalui rangkaian diberikan oleh persamaan:
Menempatkan nilai q dari persamaan (2) ke dalam persamaan (3) kita akan mendapatkan:
Sekarang, menempatkan nilai v dari persamaan (1) ke dalam persamaan (3) kita akan mendapatkan:
Dimana Xc = 1/ωC adalah oposisi yang ditawarkan untuk aliran arus bolak-balik oleh kapasitor murni dan disebut Reaktansi Kapasitif.
Nilai arus maksimum ketika sin(ωt + π/2) = 1. Oleh karena itu, nilai arus maksimum Im akan diberikan sebagai:
Mengganti nilai Im dalam persamaan (4) kita akan mendapatkan:
Diagram Fasor dan Kurva Daya
Dalam rangkaian kapasitor murni, arus yang mengalir melalui kapasitor memimpin tegangan dengan sudut 90 derajat. Diagram fasor dan bentuk gelombang tegangan, arus dan daya ditunjukkan di bawah ini:
Warna merah menunjukkan arus, warna biru untuk kurva tegangan, dan warna pink menunjukkan kurva daya pada bentuk gelombang di atas.
Ketika tegangan dinaikkan, kapasitor diisi dan mencapai atau mencapai nilai maksimumnya dan, oleh karena itu, diperoleh setengah siklus positif. Selanjutnya ketika level tegangan menurun kapasitor akan habis, dan setengah siklus negatif terbentuk.
Jika Anda memeriksa kurva dengan cermat, Anda akan melihat bahwa ketika tegangan mencapai nilai maksimumnya, nilai arus adalah nol yang berarti tidak ada aliran arus pada saat itu.
Ketika nilai tegangan diturunkan dan mencapai nilai π, nilai tegangan mulai menjadi negatif, dan arus mencapai nilai puncaknya. Akibatnya, kapasitor mulai pengosongan. Siklus pengisian dan pengosongan kapasitor ini berlanjut.
Nilai tegangan dan arus tidak maksimal pada saat yang sama karena perbedaan fasa karena mereka keluar dari fase satu sama lain dengan sudut 90 derajat.
Diagram fasor juga ditunjukkan dalam bentuk gelombang yang menunjukkan bahwa arus (Im) mendahului tegangan (Vm) dengan sudut π/2.
Daya dalam Rangkaian Kapasitor Murni
Daya sesaat diberikan oleh p = vi
Oleh karena itu, dari persamaan di atas, jelas bahwa daya rata-rata dalam rangkaian kapasitif adalah nol.
Daya rata-rata dalam setengah siklus adalah nol karena area loop positif dan negatif dalam bentuk gelombang yang ditunjukkan adalah sama.
Pada seperempat siklus pertama, daya yang disuplai oleh sumber disimpan dalam medan listrik yang dipasang di antara pelat kapasitor. Dalam seperempat siklus lain atau berikutnya, medan listrik berkurang, dan dengan demikian daya yang tersimpan di medan dikembalikan ke sumbernya. Proses ini diulang terus menerus dan, oleh karena itu, tidak ada daya yang dikonsumsi oleh rangkaian kapasitor.
