커패시터는 어떻게 에너지를 평활화합니까?

커패시터가 작동하는 방식에 대해 내 마음을 감싸려고합니다. 나는 그들이 요금을 저장한다는 것을 이해하고 일반적으로 방법을 이해하지만 그것들을 사용하여 요금의 흐름을 어떻게 "매끄럽게"이해하지 못합니다. 예를 들어, 충전 커패시터에서 전력을 공급받는 모터는 전원에서 전력을 공급받을 때도 같은 일을하지 않습니까? 충전이 원활 해지고 어떻게 작동합니까?

커패시터는 충전을 저장하지 않습니다. 그것은 여러 가지 의미를 가진이 "충전"이라는 단어를 기반으로하기 때문에 그처럼 쓸모없는 진술입니다. 들어 본 적 없어 그들은 또한 에너지를 부드럽게하지 않습니다. 그들이 부드럽게하는 것은 전압입니다.

나는 당신에게 질문에 대답 할 것이지만, 먼저 커패시터가 어떻게 작동하는지 이해해야합니다.

커패시터가 저장하는 것은 에너지입니다. 전기 회로에서 흐르는 것은 전하 입니다. 충전 유량을 암페어 단위로 측정합니다. 충전량은 쿨롱으로 측정됩니다. 전하는 결코 생성되거나 파괴되지 않기 때문에 전하를 측정 할 때마다 은유 적 인 게이트를지나 흐르는 전하를 계산합니다. 매우 이상한 회로를 제외하고 전자 장치의 총 충전량도 일정합니다. 폐쇄 형 유압 시스템과 매우 유사합니다. 유체가 들어있어 주위로 이동할 수 있지만 들어가거나 새는 곳은 없습니다. 어떤 지점을 지나서 흐르는 유체의 양을 셀 수 있지만, 어딘가에서 와야하고 다른 곳으로 가야합니다.

액체로 채워진 구형 용기가 있다고 상상해보십시오. 용기의 중앙 아래에는 유체를 한쪽으로 밀고 다른쪽으로 펌핑하여 신축시킬 수있는 고무판이 있습니다. 커패시터는 다음과 같습니다.

이것은 Bill Beaty의 우수한 커패시터 오해 에서 비롯된 것 입니다.

한쪽에서 물을 밀면 다른 쪽에서도 같은 양의 물이 나옵니다. 또한,이 고무 막이 일단 신장되면, 곧은 상태로 돌아 가기를 원한다. 따라서 한쪽의 수압이 다른 쪽의 수압보다 높아집니다. 스토퍼를 제거하고 호스로 교체하면 고무가 펴지지 않을 때까지 물이 흐릅니다.

이제 "물"을 "전하"로, "압력"을 "전압"으로 바꾸면 커패시터가 있습니다.

이제 골프 공 크기의 두 배와 수영장 크기의 두 배를 상상해보십시오. 각각의 중간에 동일한 신축성의 막이 있습니다. 골프 공 크기의 용기를 통해 큰 스푼의 물을 펌핑하면 멤브레인이 많이 늘어나므로 측면 사이의 압력 차이가 커집니다. 수영장 크기의 용기와 똑같이하면 멤브레인이 거의 움직이지 않으며 압력 차이는 아무것도 아닙니다.

이것이 정전 용량 입니다. 주어진 양의 물에 대해 압력 차이가 무엇인지 알려줍니다. 커패시터를 통해 이동하는 주어진 양의 전하에 대해 전압이 무엇인지 알려줍니다. 다음과 같이 정의됩니다.

어디에:

• $C$ 는 커패시턴스로 패 라드 단위로 측정됩니다.
• $q$ 는 쿨롱 단위로 측정 된 커패시터를 통해 충전되어 충전되며
• $V$ 는 전압이며 볼트로 측정합니다.

"쿨롱"에 매달리지 마십시오. 쿨롱은 1 암페어가 1 초 동안 흐르면 한 지점을 지나는 전하량입니다. 또는 0.5 초 동안 2A입니다. 또는 2 초 동안 1/2 암페어.

미적분을 취했다면 전하가 전류의 핵심이라는 것을 알게 될 것입니다. 즉, 거리는 속도에 해당하므로 전하는 전류에 해당합니다. "암페어"를 "초당 쿨롱"으로 바꿀 수 있습니다. 단위는 정확히 같습니다.

이 지식과 ​​약간의 기본 미적분을 사용하여 커패시턴스를 전압과 전류로 정의 할 수도 있습니다.

이것이 말하는 것 : 시간에 따른 전압 변화율 (초당 볼트)은 전류 (암페어 또는 쿨롱 / 초)를 커패시턴스 (패럿)로 나눈 것과 같습니다.

1 패럿 커패시터가 있고 1 암페어 (초당 1 쿨롱)를 이동하는 경우 커패시터 양단의 전압이 초당 1 볼트의 속도로 변경됩니다.

커패시턴스를 두 배로 늘리면 전압 변화율이 절반이됩니다.

그리고 여기, 나는 당신의 질문에 대한 답이라고 생각합니다. 전압을 안정적으로 유지하기 위해 커패시터가 전원 공급 장치에 자주 배치됩니다. 이것은 커패시턴스가 많을수록 더 많은 전류가 필요하기 때문에 전압을 변경하기가 어렵 기 때문에 작동합니다.

이 애플리케이션에서 커패시터는 에너지를 부드럽게하지 않고 전압 을 부드럽게 합니다. 그것들은 과도 전류가 높은 시간 동안 부하가 끌어 올 수있는 에너지를 저장함으로써 제공됩니다. 따라서 높은 전류 변화를 처리 할 필요가 없으므로 전원 공급 장치의 작업이 쉬워집니다. 실제로 커패시터는 전원 공급 장치에서 볼 수있는 부하의 전류 수요를 평균화하는 데 도움이됩니다.

평활 커패시터는 일반적으로 전원 공급 장치 라인에서 전압 리플을 억제하는 데 사용됩니다. 그들은 정기적으로 에너지를 저장하고 보충함으로써 이것을한다. 아래 이미지는 풀 브리지 정류기에서 이러한 커패시터의 매우 일반적인 사용 사례를 보여줍니다.

보다시피, 평활 커패시터는 출력 전압이 떨어지면 에너지를 방전 및 보충합니다. 이것은 출력 전압을 "균등하게"하기 때문에이 커패시터를 "평활"커패시터라고합니다.

커패시터는 이상적인 전압 소스에 연결되어있는 부하에 대한 환상을 제공합니다.

예를 들어 전원에 약간의 내부 저항이 있고 리드가 길면 인덕턴스가 커질 수 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

커패시터를 추가하면 Vs스위치가 열리고 닫힐 때의 부하를 대략적 으로 볼 수 있습니다 . 그렇지 않으면 부하가 열리고 닫힐 때 가변 공급 전압이 있습니다.

예, 기본적으로 동일한 방식으로 작동합니다. 그러나 커패시터는 일반적으로 배터리보다 용량이 작습니다. 커패시터에 부하를 연결하면 시간이 지남에 따라 충전 및 전압이 감소합니다. 그것이 매끄럽게 불리는 이유입니다. 배터리는 용량이 높기 때문에 정확히 같은 방식으로 수행하지만 훨씬 느립니다.

또한 전압 신호를 평활화한다는 점에서 부드럽습니다. 가변 전압 신호로 커패시터를 동시에 충전 및 방전하면 커패시터가 상승 에지에서 충전됨을 이해할 수 있습니다. 하강 에지에서 커패시터는 다른 전원 공급 장치를 '도움'으로써 하강 에지를 더 매끄럽게 만듭니다. 결국 이것은 거의 일정한 전압으로 이어질 수 있습니다.

캐패시터를 구멍이있는 물 한 잔으로 상상해보십시오. 유리를 얼마나 빨리 채우더라도 구멍을 통한 출력은 거의 동일합니다. 이것이 정확히 커패시터가 작동하는 방식이며, 먼저 충전 된 다음 입력의 변동에 관계없이 노이즈를 필터링하고 깨끗한 출력을 제공하는 출력을 제공합니다.