Конденсатор устройство и принцип работы: Принцип работы и маркировка конденсаторов ⋆ diodov.net

Конденсатор: устройство, принцип работы, применение

Содержание

• Маркировка конденсаторов
• Отличия суперконденсаторов от аккумуляторов
• В каких единицах измеряется емкость конденсатора?
• Основное применение конденсаторов
• Фильтровые и импульсные конденсаторы
• Свойства конденсатора
• Применение
• Маркировка конденсаторов
• Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов
• Виды
• Как правильно выбрать мощность трансформатора
• Напряжение на электроприборе
• Работа конденсатора в электрической цепи

Маркировка конденсаторов

Маркировка отличается у различных производителей. В изделиях, производимых в СССР и постсоветских республиках, в маркировке обязательно присутствуют следующие данные:

• Буквенно-цифровое обозначение, характеризующее тип и технологию изготовления;
• Значение емкости и погрешность изготовления;
• Номинальное напряжение;
• ТКЕ;
• Дата изготовления.

Для импортных изделий обязательно только обозначение емкости. Остальные параметры наносятся по усмотрению производителя.

Пример маркировки

Невозможно в ограниченном объеме подробно описать все существующие виды конденсаторов. Тем более что их конструкция постоянно совершенствуется, приходят новые технологии, которые позволяют снизить стоимость с одновременным улучшением характеристик.

Отличия суперконденсаторов от аккумуляторов

Суперконденсаторы часто применяются вместо батарей. Стандартные конденсаторы способны хранить небольшое количество электроэнергии. Суперконденсаторы могут накапливать заряды в тысячи, миллионы и миллиарды раз больше.

Подобные приборы работают быстрее батарей. Это обусловлено тем, что суперконденсатор создает статистические заряды на твердых телах, а батареи зависят от медленно протекающих химических реакций.

Батареи характеризуются более высокой плотностью энергии, а ионисторы более высокой плотностью мощности. Суперконденсаторы способны функционировать при низких показателях напряжения, а для получения большего напряжения, их нужно последовательно соединить. Такой вариант необходим для более мощного оборудования.

Технология ионисторов может найти применение в энергетике и приборостроении. Одно из применений – использование в ветряных турбинах. Подобные приборы помогают сгладить прерывистое питание от ветра.

В портативных электронных приборах используются источники питания разнообразных типов

В таких устройствах, как планшеты, смартфоны и ноутбуки важное значение имеет удельная энергоемкость. Чем больше данный показатель, тем выше будет емкость устройства при тех же физических параметрах

Преимущества

• Если сравнивать ультраконденсаторы с аккумуляторами, то первые из них способны обеспечить значительно большее число циклов заряда и разряда.
• Цикл заряда и разряда происходит за очень короткое время, что дает возможность применять их в таких ситуациях, когда нельзя установить аккумуляторы, ввиду их длительной зарядки.
• Устройства такого вида имеют намного меньшую массу и габаритные размеры.
• Для выполнения заряда не требуется специального зарядного устройства, что упрощает обслуживание.
• Срок работы ультраконденсаторов значительно выше, по сравнению с батареями аккумуляторов и силовыми конденсаторами.
• Широкий интервал эксплуатационной температуры от -40 до +70 градусов.

Недостатки

• Малая величина номинального напряжения. Этот вопрос решают путем соединения нескольких ультраконденсаторов по последовательной схеме, так же, как соединяют несколько гальванических элементов для увеличения напряжения.
• Повышенная цена на такие устройства способствует удорожанию изделий, в которых они используются. По заверению ученых, скоро эта проблема станет неактуальной, так как технологии постоянно развиваются, и стоимость подобных устройств снижается.
• Ионисторы не способны накопить большое количество энергии, так как имеют незначительную энергетическую плотность, и не могут обладать мощностью, сравнимой с аккумуляторами. Это негативно влияет на область их использования. Эта проблема может частично решиться путем подключения нескольких ионисторов вместе, по параллельной схеме.
• Необходимость соблюдения полярности при подключении.
• Не допускается короткое замыкание между электродами, так как от этого сильно возрастет температура ультраконденсатора, и он может выйти из строя.
• Ионисторы хорошо работают в цепях пульсирующего и постоянного тока. Но при высокочастотном пульсирующем токе они сильно нагреваются ввиду их большого внутреннего сопротивления, что часто приводит к выходу из строя.

Плоский ионистор

В каких единицах измеряется емкость конденсатора?

Основная единица для измерения ёмкости – Фарад (Ф, старое название – Фарада).

Но это очень большая величина, поэтому на практике используются её производные — пикофарад (пФ, пикофарада), нанофарад (нФ, нанофарада), микрофарад (мкФ, микрофарада).

Один микрофарад = 1 000 нанофарад = 1 000 000 пикофарад.

В компьютерных блоках питания и в материнских платах используются электролитические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч микрофарад.

Там же применяется малогабаритные керамические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч пикофарад.

Керамические конденсаторы используются чаще всего в виде SMD компонентов.

Основное применение конденсаторов

Слово «конденсатор» можно услышать от работников различных промышленных предприятий и проектных институтов. Разобравшись с принципом работы, характеристиками и физическими процессами, выясним, зачем нужны конденсаторы, например, в системах энергоснабжения? В этих системах батареи широко применяют при строительстве и реконструкции на промышленных предприятиях для компенсации реактивной мощности КРМ (разгрузки сети от нежелательных ее перетоков), что позволяет уменьшить расходы на электроэнергию, сэкономить на кабельной продукции и доставить потребителю электроэнергию лучшего качества.

Оптимальный выбор мощности, способа и места подключения источников реактивной мощности (Q) в сетях электроэнергетических систем (ЭЭС) оказывает существенное влияние на экономические и технические показатели эффективности работы ЭЭС. Существуют два типа КРМ: поперечная и продольная. При поперечной компенсации батареи конденсаторов подключаются на шины подстанции параллельно нагрузке и называются шунтовыми (ШБК). При продольной компенсации батареи включают в рассечку ЛЭП и называют УПК (устройства продольной компенсации). Батареи состоят из отдельных приборов, которые могут соединяться различными способами: конденсаторы последовательного подключения или параллельного. При увеличении количества последовательно включенных устройств увеличивается напряжение. УПК также используются для выравнивания нагрузок по фазам, повышения производительности и эффективности дуговых и рудотермических печей (при включении УПК через специальные трансформаторы).

На схемах замещения линий электропередачи с напряжением свыше 110кВ емкостная проводимость на землю обозначается в виде конденсаторов. ЕП линии обусловлена электроемкостями между проводниками разных фаз и емкостью, образованной фазным проводом и землей. Поэтому для расчетов режимов работы сети, параметров ЛЭП, определения мест повреждения электрической сети используются свойства конденсатора.

Фильтровые и импульсные конденсаторы

Фильтровые устройства предназначены для работы в контурах фильтров высокой частоты специализированных тяговых подстанций как внутри помещения, так и снаружи. Они работают при одновременном наложении напряжения постоянного и переменного тока частотой от 100 до 1600 Гц, при этом значение напряжения переменного тока не должно превышать соответственно 1 кВ. Данный вид также применяется для работы в преобразователях постоянного тока, содержащих импульсные тиристоры.

Фильтровые конденсаторы используют для сглаживания скачков переменной составляющей в устройствах выпрямления высокого напряжения в сети, а также в схемах с удвоенным напряжением в среде диэлектрического трансформаторного масла и в контурах фильтров высокой частоты тяговых подстанций.

В электроустановках, используемых для высоковольтных импульсных подстанций, а также установках, используемых для магнитной штамповки, сейсмической разведки и дроблении пород, используют импульсные силовые конденсаторы. Их применяют в электрофизических установках для создания и исследования высокотемпературной плазмы, а также для сверхсильных импульсных токов. Для создания мощных источников света импульсного характера, а также для исследования при помощи лазерных установок применяют, именно, импульсные силовые конденсаторы.

Особенность работы данных устройств — это медленно текущий заряжающий момент, и, наоборот, разряд происходит быстро, импульсно. Кроме таких конденсаторов применяют еще генераторы импульсных напряжений сети.

Генератор импульсных напряжений сети применяют в основном для электрогидравлических установок, использующих электрический разряд в технологических целях, обусловленными специальными условиями производства или технологического процесса. Такие генераторы имеют исполнение на напряжение сети 380, 400, 415, 440 В. Номинальное напряжение выхода составляет 50 кВ, полная выходная мощность 18 кВт, коэффициент реактивной мощности 0,73.

Генераторы напряжения импульсного характера выполняют из двух блоков заряжающего и высоковольтного отделения. Заряжающий блок включает в себя понизительный трансформатор и шкаф с преобразователем, содержащим емкостно-индуктивную составляющую. Высоковольтное отделение представлено шкафом с силовыми конденсаторами, защитным устройством и разрядником, а также обязательно присутствует разделительное заземление.

Свойства конденсатора

Реактивное сопротивление

Конденсатор не может проводить постоянный ток, что видно из его конструкции. В такой цепи он может только заряжаться. Зато в цепях переменного тока он прекрасно работает, постоянно перезаряжаясь. Если не ограничения, исходящие из свойств диэлектрика (его можно пробить при превышении предела напряжения), этот элемент заряжался бы бесконечно (т. н. идеальный конденсатор, что-то вроде абсолютно черного тела и идеального газа) в цепи постоянного тока, а ток через него проходить не будет. 2)/2C

где U — напряжение между обкладками, а q — накопленный заряд.

Конденсатор в колебательном контуре

В замкнутом контуре, содержащем катушку и конденсатор, может быть сгенерирован переменный ток.

После зарядки конденсатора он начнет саморазряжаться, давая возрастающий по силе ток. Энергия разряженного конденсатора станет равной нулю, зато магнитная энергия катушки — максимальной. Изменение величины тока вызывает ЭДС самоиндукции катушки, и она по инерции пропустит ток в сторону второй обкладки, пока та полностью не зарядится. В идеальном случае такие колебания бесконечны, а в реальности они быстро затухают. Частота колебаний зависит от параметров как катушки, так и конденсатора:

где L — индуктивность катушки.

Паразитная индуктивность

Конденсатор может обладать собственной индуктивностью, что можно наблюдать при повышении частоты тока в цепи. В идеальном случае эта величина незначительна, и ей можно пренебречь, но в реальности, когда обкладки представляют собой свернутые пластинки, не считаться с этим параметром нельзя, особенно если речь идет о высоких частотах. В таких случаях конденсатор совмещает в себе две функции, и представляет собой своеобразный колебательный контур с собственной резонансной частотой.

Чтобы добиться корректной работы схемы, рекомендуется применять конденсаторы, у которых резонансная f больше собственной частоты в цепи.

Применение

Уникальные характеристики ионисторов находят применение в различных областях техники..

Суперконденсаторы используются в следующих вариантах техники:

1. Общественный транспорт. В электробусах вместо аккумуляторов устанавливаются ионисторы. Они заряжаются во время высадки и посадки пассажиров. Подобный транспорт способен объезжать пробки и обрывы контактных линий.
2. Электромобили. Одна из проблем такого транспорта является длительное время зарядки. Суперконденсатор позволяет производить зарядку на кратковременных остановках.
3. Бытовая электроника. Устройства применяются в фотовспышках и другом оборудовании. Они обеспечивают быструю подзарядку.
4. Неполярные конденсаторы применяются в ветровых турбинах и кислотных батареях.
5. Ионисторы используются в системах демпфирования энергетических нагрузок, а также в оборудовании запуска электродвигателей.
6. Суперконденсаторы необходимы в комплексах, в которых предусмотрены критические нагрузки. Для вышек мобильной связи, больничных учреждений и для портового оборудования.
7. Приборы применяются для источников резервного электроснабжения ПК, а также в микропроцессорах и мобильных телефонах.

Для улучшения работы автомагнитолы можно приобрести и поставить ионистор. Он позволяет сгладить колебания напряжения во время включения зажигания. В некоторых странах применяются автобусы без тяговых батарей, а все работы производятся ионисторами.

В ходе проведенных испытаний было выявлено, что подобные устройства превосходят свинцово-кислотные батареи в ветровых турбинах. Суперконденсаторы востребованы в системах бесперебойного питания, в которых необходимо обеспечить быструю передачу мощности.

В мире насчитывается примерно 66 крупнейших производителей ионисторов.

Маркировка конденсаторов

Каким бы ни был конденсатор, есть два обязательным параметра, которые должны быть отражены в маркировке — это его емкость и номинальное напряжение.

Помимо этого, на большинстве из них существует цифро-буквенное обозначение его характеристик. В соответствии с российскими стандартами конденсаторы маркируются четырьмя знаками.

Первая буква К означает «конденсатор», следующая цифра — вид диэлектрика, далее следует указатель назначения в виде буквы; последний значок может означать как тип конструкции, так и номер разработки, это уже зависит от завода-изготовителя. Третий пункт часто пропускается. Используется такая маркировка на достаточно крупных изделиях, где ее можно разместить. По ГОСТ расшифровка будет выглядеть так:

Первые буквы:

1. К — конденсатор постоянной емкости.
2. КТ — подстроечник.
3. КП — конденсатор переменной емкости.

Вторая группа — тип диэлектрика:

• 1, 61 — вакуум;
• 2, 60 — воздух;
• 3 — газ;
• 4 — твердый;
• 10, 15 — керамика;
• 20 — кварц;
• 21 — стекло;
• 22 — стеклокерамика;
• 23 — стеклоэмаль;
• 31, 32 — слюда;
• 40, 41, 42 — бумага;
• 50 — алюминиевый электролитический;
• 51 — танталовый;
• 52 — объемно-пористый;
• 53, 54 — оксидные;
• 71 — полистирол;
• 72 — фторопласт;
• 73 — ПЭТ;
• 75 — комбинированный;
• 76 — лак и пленка;
• 77 — поликарбонат.

На маленьких конденсаторах всего этого не разместить, поэтому там применяется сокращенная маркировка, которая с непривычки может даже потребовать калькулятора, а иногда — лупу.

В этой маркировке зашифрованы емкость, номинал напряжения и отклонения от основного параметра. Остальные параметры наносить нет смысла: это, как правило, керамические конденсаторы.

Маркировка керамических конденсаторов

Иногда с ними все просто — емкость отмечена числом и единицами: pF — пикофарад, nF — нанофарад, μF — микрофарад, mF — миллифарад. То есть, надпись 100nF можно читать прямо. Номинал, соответственно, числом и буквой V. Но иногда не умещается и это, потому применяют сокращения. Так, часто емкость умещается в трех цифрах (103, 109 и т. д.), где последняя означает число нулей, а первые две — емкость в пикофарадах. Если в конце стоит цифра 9, значит, нулей нет, а между первыми двумя ставят запятую. При цифре 8 на конце запятую переносят еще на один знак назад.

Например, обозначение 109 расшифровывается как 1 пикофарад, а 100–10 пикофарад; 681–680 пикофарад, или 0,68 нанофарад, а 104- 100 тыс. пФ или 100нФ

Часто можно встретить первую букву единицы измерения в качестве запятой: p50–0,5 пФ, 1n5–1,5 нФ, 15μ – 15 мкФ, 15m – 15 мФ. -12 Ф.

На устройствах SMD емкость в пикофарадах обозначает буква, а цифра после нее — степень 10, на которую надо умножить это значение.

буква	C	буква	C	буква	C	буква	C
A	1	J	2,2	S	4,7	a	2,5
B	1,1	K	2,4	T	5,1	b	3,5
C	1,2	L	2,7	U	5,6	d	4
D	1,3	M	3	V	6,2	e	4,5
E	1,5	N	3,3	W	6,8	f	5
F	1,6	P	3,6	X	7,5	m	6
G	1,8	Q	3,9	Y	8,2	n	7
Y	2	R	4,3	Z	9,1	t	8

Номинальное рабочее напряжение таким же образом может маркироваться буквой, если полностью его написать проблематично. В России принят следующий стандарт буквенного обозначения номинала:

буква	V	буква	V
I	1	K	63
R	1,6	L	80
M	2,5	N	100
A	3,2	P	125
C	4	Q	160
B	6,3	Z	200
D	10	W	250
E	16	X	315
F	20	T	350
G	25	Y	400
H	32	U	450
S	40	V	500
J	50

Несмотря на списки и таблицы, лучше все-таки изучить кодировку конкретного производителя — в разных странах они могут отличаться.

К некоторым конденсаторам прилагается более развернутое описание их характеристик.

Емкость конденсатора

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

При подключении асинхронного электродвигателя в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз на обмотках статора, чтобы сделать имитацию вращающегося магнитного поля (ВМП), которое заставляет вращаться вал ротора двигателя при подключению его в «родные» трехфазные сети переменного тока. Известная многим, кто знаком с электротехникой, способность конденсатора давать электрическому току «фору» на π/2=90° по сравнению с напряжением, оказывает хорошую услугу, так как это создает необходимый момент, заставляющий вращаться ротор в уже «не родных» сетях.

Лучшая бытовая химия на сайте https://himcentre.ru/

Калькулятор расчета рабочего и пускового конденсаторов

Но конденсатор для этих целей необходимо подбирать, причем нужно делать с высокой точностью. Именно поэтому читателям нашего портала предоставляется в абсолютное безвозмездное пользование калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора. После калькулятора будут даны необходимые разъяснения по всем его пунктам.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

Для расчета использовались следующие зависимости:

Полученные из калькулятора данные можно использовать для подбора конденсаторов, но именно таких номиналов, как будет рассчитано, их вряд ли можно будет найти. Только в редких исключениях могут быть совпадения. Правила подбора такие:

• Если есть «точное попадание» в номинал емкости, который существует у нужной серии конденсаторов, то можно выбирать именно такой.
• Если нет «попадания», то выбирают емкость, стоящую ниже по ряду номиналов. Выше не рекомендуется, особенно для рабочих конденсаторов, так как это может привести к ненужному возрастанию рабочих токов и перегреву обмоток, которое может привести к межвитковому замыканию.
• По напряжению конденсаторы выбираются номиналом не менее, чем в 1,5 раза больше, чем напряжение в сети, так как в момент пуска напряжение на выводах конденсаторов всегда повышенное. Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, «карман не тянет».

Приведем таблицу с номиналами конденсаторов рабочих и пусковых. В качестве примера приведены конденсаторы серий CBB60 и CBB65. Это полипропиленовые пленочные конденсаторы, которые наиболее часто применяют в схемах подключения асинхронных двигателей. Серия CBB65 отличается от CBB60, тем, что они помещены в металлический корпус.

В качестве пусковых применяют электролитические неполярные конденсаторы CD60. Их не рекомендуются применять в качестве рабочих так как продолжительное время их работы делает их жизнь менее продолжительной.. В принципе, для пуска подходят и CBB60, и CBB65, но они имеют при равных емкостях более объемные габариты, чем CD60. В таблице приведем примеры только тех конденсаторов, которые рекомендованы к использованию в схемах подключения электродвигателей.

Для того, чтобы «набрать» нужную емкость, можно использовать два и более конденсатора, но при разном соединении результирующая емкость будет отличаться. При параллельном соединении она будет складываться, а при последовательном — емкость будет меньше любого из конденсаторов. Тем не менее такое соединение иногда используют для того, чтобы, соединив два конденсатора на меньшее рабочее напряжение, получить конденсатор, у которого рабочее напряжение будет суммой двух соединяемых. Например, соединив два конденсатора на 150 мкф и 250 В последовательно, получим результирующую емкость 75 мкф и рабочее напряжение 500 В.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Для того чтобы рассчитать емкость двух последовательно соединенных конденсаторов, читателям предоставляется простой калькулятор, где надо просто выбрать два конденсатора из ряда существующих номиналов.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсаторов

Обычно эту операцию доверяют только электрикам, имеющим практический опыт. Однако, подключить двигатель можно и самому. Это доказывает статья нашего портала: «Как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В».

Виды

Классификация конденсаторов может происходить по различным критериям.

По постоянству ёмкости:

• Постоянные.
• Переменные. Их ёмкость может изменяться либо вручную оператором (пользователем) устройства, либо под воздействием напряжения (как в варикапах и варикондах).

По полярности прикладываемого напряжения:

• Неполярные – могут работать в цепях переменного тока.
• Полярные – при подключении напряжения неправильной полярности выходят из строя.

В зависимости от того, где используются эти компоненты, различают разные варианты по материалу:

• Бумажные и металлобумажные – это привычные многим, распространённые в советское время конденсаторы в виде прямоугольных кирпичиков с маркировкой наподобие «МБГЧ». Внешний вид этого вида конденсаторов вы видите ниже. Они неполярные.
• Керамические – ими часто фильтруют высокочастотные помехи, а относительная диэлектрическая проницаемость позволяет делать многослойные компоненты с ёмкостью сопоставимой электролитам (дорого), не чувствительны к полярности.
• Плёночные – распространены в виде коричневых подушечек, недорогие, используются повсеместно. Характерны малым током утечки, небольшой ёмкостью, высоким рабочим напряжением и нечувствительностью к полярности приложенного напряжения.
• С воздушным диэлектриком. Лучший пример такого элемента – подстроечный конденсатор резонансного контура из радиоприёмника, ёмкость таких элементов невелика, но удобно реализовать её изменение.
• Электролитические – это элементы в виде бочонков, их устанавливают чаще всего в качестве фильтра сетевых пульсаций в БП. Конструкция и принцип действия позволяют получить большую ёмкость при небольших размерах, но со временем могут высыхать, терять ёмкость или вздуваться. Как выглядят в исправном состоянии эти изделия вы видите ниже. В качестве диэлектрика используют тонкий слой оксида металла. Если в БП используют конденсаторы с диэлектриком из AL₂O₃ – т.н. «алюминиевые электролиты», то для работы в высокочастотных цепях – используют танталовые (Ta₂0₅ — они также относятся к электролитам) конденсаторы, потому что у них меньший ток утечки, большая устойчивость к внешним воздействиям в отличие от предыдущих, алюминиевых.
• Полимерные – способны выдерживать большие импульсные токи, работать при низких температурах

Как правильно выбрать мощность трансформатора

Перед тем как соединить потолочные светильники, следует уяснить один момент: для нормальной работы всех подключенных осветительных приборов необходимо использовать трансформатор, мощность которого на 20% превышает суммарную мощность светильников в электрической цепи. К примеру, требуется устройство для понижения мощности для 8 лампочек по 40 Ватт. Вначале определяется суммарная мощность: 8*40=320 Ватт. Следовательно, для такого напряжения следует приобрести драйвер мощностью около 400 Ватт.

При расчете напряжения важно учитывать, что для большого количества лампочек требуется преобразователь большей мощности. Однако стоимость и размеры понижающего устройства увеличиваются с повышением значения мощности

Для решения проблемы точечные светильники делят на несколько групп и подключают свой трансформатор к каждой из них. Но в этом случае преобразователи должны иметь меньшую мощность.

Напряжение на электроприборе

Одним из самых важных параметров рассматриваемого нами устройства является пробивное напряжение — разность значений потенциалов двух проводников конденсатора, приводящая к электрическому пробою слоя диэлектрика. Максимальное напряжение, при котором не происходит пробоя устройства, определяется формой проводников, свойствами диэлектрика и его толщиной. Условия работы, при которых напряжение на обкладках электроприбора близко к пробивному, недопустимы. Нормальное рабочее напряжение на конденсаторе меньше пробивного в несколько раз (в два-три раза)

Поэтому при выборе следует обратить внимание на номинальное напряжение и емкость. В большинстве случаев значение этих величин указывается на самом устройстве или в паспорте

Включение конденсатора в сеть на напряжение, превышающее номинальное, грозит его пробоем, а отклонение значения емкости от номинального может привести к выбросу в сеть высших гармоник и перегреву устройства.

Работа конденсатора в электрической цепи

Уже давно мы отошли от понимания электричества в терминах движения, действия зарядов и так далее. Теперь мы мыслим понятиями электрических цепей, где обычными вещами являются напряжения, токи, мощность. И к рассмотрению поведения зарядов прибегаем только, чтобы понять, как работает в цепи какое-нибудь устройство.

Например, конденсатор в простейшей цепи постоянного электрического тока является просто разрывом. Обкладки ведь не соприкасаются друг с другом. Поэтому, чтобы понять принцип действия конденсатора в цепи, придется все-таки вернуться к поведению зарядов.

Зарядка конденсатора

Соберем простую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, конденсатора, резистора и переключателя.

Конденсатор: принцип действия

ε_c  – ЭДС аккумулятора, C – конденсатор, R – резистор, K – переключатель  

Когда переключатель никуда не включен, тока в цепи нет. Если подключить его к контакту 1, то напряжение с аккумулятора попадет на конденсатор. Конденсатор начнет заряжаться настолько, насколько хватит его емкости. В цепи потечет ток заряда, который сначала будет довольно большим, а по мере зарядки конденсатора будет уменьшаться, пока совсем не сойдет на нуль.

Конденсатор при этом приобретет заряд такого же знака, как и сам аккумулятор. Разомкнув теперь переключатель К, получим разорванную цепь, но в ней стало два источник энергии: аккумулятор и конденсатор.

Конденсатор

Разрядка конденсатора

Если теперь перевести переключатель в положение 2, то заряд, накопленный на обкладках конденсатора, начнет разряжаться через сопротивление R.

Причем, сначала, при максимальном напряжении, и ток будет максимальным, величину которого можно вычислить, зная напряжение на конденсаторе, по закону Ома. Ток будет течь, то есть конденсатор будет разряжаться, а напряжение его падать. Соответственно и ток будет все меньше и меньше. И когда в конденсаторе заряда совсем не останется, ток прекратится.

Процессы внутри конденсатора

У ситуации, описанной в этих двух случаях, есть интересные особенности:

1. Электрическая батарея постоянного напряжения, работая в цепи с конденсатором, дает, тем не менее, переменный ток: при зарядке он изменяется от максимального значения до 0.
2. Конденсатор, имея некоторый заряд, при разряжении через резистор, даст тоже переменный ток, изменяющийся от максимального значения до 0.
3. В обоих случаях после непродолжительного действия ток прекращается. Конденсатор в обоих случаях после этого демонстрирует разрыв в цепи — ток больше не течет.

Описанные процессы называются переходными. Они имеют место в электрических цепях с постоянным напряжением питания, когда в них установлены реактивные элементы. После прохождения переходных процессов реактивные элементы перестают влиять на режимы токов и напряжений в электрической цепи. Время, в течение которого переходный процесс завершается, зависит как от емкости конденсатора C, так и от активного сопротивления нагрузки R. Очевидно, что чем они больше, тем больше нужен и интервал времени, пока переходный процесс не завершится.

Параметр, характеризующий время переходного процесса, называется «постоянной времени» для данной схемы, обозначается греческой буквой «тау»:

Формула

Произведение сопротивления в омах на емкость в фарадах, если рассмотреть внимательно эти единицы измерения, действительно дает величину в секундах.  

Однако переходный процесс разрядки конденсатора — это процесс плавный. То есть, грубо говоря, он не заканчивается никогда.

Временная диаграмма разрядки конденсатора через резистор

U_c  – напряжение  на конденсаторе (вольт), U – первоначальное напряжение заряженного конденсатора, t – время (сек)

На рисунке видно, что конденсатор будет разряжаться «всегда», так как чем меньше на нем остается зарядов, тем меньший ток будет бежать по цепи, следовательно, тем медленнее будет идти процесс разрядки. Процесс экспоненциальный. По времени отложены значения в секундах величин, кратных постоянной времени. С некоторых значений можно считать процесс практически законченным, например, при 5t, когда напряжения на конденсаторе осталось порядка 0,7%.

Режим, когда переходный процесс завершен, называется стационарным, или режимом постоянного тока.

Tags: бить, бра, вид, выбор, генератор, двигатель, диаграмма, дом, е, емкость, заземление, знак, кабель, как, колебательный, компьютер, конденсатор, конструкция, контур, кт, лс, магнит, маркировка, мощность, напряжение, номинал, переменный, перенос, плавный, постоянный, потенциал, правило, принцип, провод, проект, производитель, пуск, р, работа, размер, расчет, расшифровка, ревес, резистор, резонанс, ряд, сад, свет, светильник, сеть, система, соединение, сопротивление, схема, тен, тип, ток, трансформатор, трехфазный, ук, установка, фаза, фильтр, фото, щит, эффект

Конденсатор это

Конденсатор — это устройство с постоянным или переменным значением емкости и малой проводимостью, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля (от латинского condensare, что значит уплотнять или сгущать; condensatio — накопление). Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Его емкость измеряется в фарадах.

Рассмотрим принцип работы конденсатора, узнаем какие процессы внутри него происходят и зачем нужен данный компонент.

Как работает конденсатор — устройство и принцип взаимодействия

Вначале разберемся, что такое конденсатор. Для этого рассмотрим, как данная радиодеталь изображается на схемах:

Обозначение конденсаторов

Как видно по маркировке конденсатора — это две металлические пластины, расположенные рядом с небольшим зазором. Как правило, между ними прокладывается слой диэлектрика. Также бывают конденсаторы просто с воздушным зазором.

У незнающего человека может возникнуть вопрос, какую роль играют рядом расположенные металлические пластины? Разберемся в данном вопросе:

Дело в том, что если подать на эти пластины напряжение, то они накопят электрический заряд и будут некоторое время его держать.

Как конденсаторы накапливают и держат заряд:

Например мы возьмем элемент питания, между контактами которого есть напряжение. Электрическое напряжение можно представить как стремление заряженных частиц перескочить от одного контакта к другому для устранения разности потенциалов. Подключая к источнику питания конденсатор, заряженные частицы устремляются друг к другу через него. Расстояние между платинами конденсатора невелико, но все же они разделены диэлектриком, что не позволяет частицам перескочить друг к другу. Но между ними возникает электрическое поле, которое подобно магнитному удерживает в притянутом друг к другу состоянии отрицательно заряженные частицы на одной пластине, а положительно заряженные — на другой. Соответственно происходит накопление в конденсаторе заряда.

Логично предположить, что чем больше пластин и чем они ближе друг к другу, тем больше заряженных частиц можно удержать на их плоскостях.

Как уже упоминалось, заряженные частицы устремляются друг к другу и заполняют всю площадь пластин. Движение заряжает их — это и есть электрический ток. Получается, что в момент зарядки конденсатора элемент питания отдает свой заряд. Но в отличие от аккумуляторов сила тока накопления и отдачи заряда конденсаторов ограничивается сопротивлением проводников и некоторыми нюансами, зависящими от типов компонентов.

Емкость конденсаторов

Свойство конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной — электроемкостью.

Электроемкость обозначается буквой C и определяется по формуле: C=q ⁄ U, где q — заряд конденсатора, U — напряжение между обкладками конденсатора. Электроемкость конденсатора зависит от площади перекрытия пластин и расстояния между ними, а также от свойств используемого диэлектрика: C ∼ S ⁄ d, где S — площадь каждой обкладки, d — расстояние между обкладками.

За единицу электроемкости в СИ принимается Фарад (Ф). 1 Фарад равен емкости конденсатора, при которой заряд 1 Кулон создает между его обкладками напряжение 1 Вольт: 1 Фарад = 1 Кулон ⁄ 1 Вольт.

1 Ф — это большая емкость для конденсатора. Чаще всего конденсаторы имеют электроемкость, равную дольным единицам Ф: микрофарад (мкФ) — это 10 в минус 6 степени Ф, пикофарад (пФ) — это 10 в минус 12 степени Ф.

Для получения требуемой емкости конденсаторы соединяют в батареи:

	Если конденсаторы соединены параллельно, то общая емкость равна сумме емкостей: Cоб = C1 + C2 + C3.
	Если конденсаторы соединены последовательно, то общая емкость будет равна: 1 ⁄ Cоб = 1 ⁄ C1 + 1 ⁄ C2 + 1 ⁄ C3.

Виды конденсаторов в зависимости от конструкции

Прежде чем переходить к классификации, нужно отметить, что пластины конденсаторов правильнее называть обкладками. Это обусловлено тем, что не всегда используются именно пластины.

Электролитические конденсаторы (оксидные)

Электролитические конденсаторы (оксидные) — это разновидность конденсаторов, в которых диэлектриком между обкладками является пленка оксида металла, где анод выполнен из металла, а катод представляет собой твердый, жидкий или гелевый электролит.

В алюминиевых электролитических конденсаторах используется алюминиевая фольга, свернутая для экономии пространства в рулон, а в качестве второй обкладки используется жидкий электролит. Такие конденсаторы имеют достаточно большую емкость, так как электролит ввиду своего агрегатного состояния очень плотно прилегает к первой обкладке. А разделяет эти слои тончайший диэлектрик в виде оксидной пленки на алюминиевой фольге.

Электролитические (оксидные) конденсаторы имеют полярность («+», «-»), и ее нужно соблюдать при подключении. При смене полярности из-за химических процессов слой оксидной пленки разрушается, но электролит подобран таким образом, что при повторном подключении уже с правильной полярностью разрушенные участки оксидной пленки восстанавливаются.

Восстановительный процесс называется анодированием. При этом выделяется газ, и конденсатор может вздуться. На электролитических конденсаторах сверху делаются насечки, чтобы при сильном вздутии он не взорвался, а просто раскрылся в этом ослабленном месте.

Из недостатков электролитических (оксидных) конденсаторов можно также выделить, что из-за свернутой в рулон обкладки она имеет паразитную индуктивность. Из-за такой индуктивности на высокой частоте конденсатор может вести себя как дроссель. Такие конденсаторы ввиду неидеальности электролита как проводника также имеют паразитное сопротивление. Данное сопротивление со временем увеличивается из-за высыхания электролита.

К электролитическим конденсаторам относятся и следующие типы:

• В танталовых конденсаторах в роли анода (обкладки, к которой подключается плюсовой контакт) используется танталовая губка, которая находится в среде электролита (катода). Обкладки разделяет оксидная пленка на металле. Танталовые конденсаторы не подвержены паразитной индуктивности и используются в высокочастотных цепях.
• В ниобиевых электролитических конденсаторах пассивированный металлический ниобий или монооксид ниобия рассматривается в качестве анода, а на анод добавляется изолирующий слой пятиокиси ниобия, так что он действует как диэлектрик. Твердый электролит укладывается на поверхность оксидного слоя, который действует как катод. Основным преимуществом ниобиевых конденсаторов является способность выдерживать высокие температуры во время пайки и довольно большая удельная емкость. Данные компоненты легко встраиваются в печатную плату и требуют соблюдения идеальной полярности. Любое обратное напряжение или ток пульсации, превышающий указанный разрушит диэлектрик и сам конденсатор.

Керамические конденсаторы

Керамический конденсатор — это накапливающий электронный компонент, у которого диэлектриком служит керамика на основе титанатов циркония (ZrTiO3), кальция (CaTiO3), никеля (NiTiO3) и бария (BaTiO3) (в особых случаях применяют конденсаторную керамику на базе Al2O3, SiO2, MgO).

Керамические конденсаторы дополнительно можно разделить на два подвида: 

• Дисковые керамические конденсаторы состоят из двух обкладок, которые разделены между собой керамическим диэлектриком.
• В многослойных элементах обкладки представлены в виде пачек из металлических пластин, которые входят друг в друга, и которые все так же разделены керамическим диэлектриком.

В отличие от электролитических конденсаторов, керамические имеют меньшую емкость. При этом они более надежны и не имеют паразитной индуктивности, так как обкладки не свернуты в рулон. А благодаря современным технологическим процессам в какой-то степени нивелируется недостаток с малой емкостью (конденсаторы могут иметь емкость десятки микрофарад).

Основной недостаток данного типа конденсаторов кроется в самой керамике. Такой диэлектрик очень сильно подвержен термическому воздействию. От перепадов температуры меняется емкость конденсатора. Также в зависимости от приложенного напряжения емкость может колеблется.

Существуют более качественные керамические диэлектрики — керамика первого класса. С такими изоляторами описанные выше проблемы исчезают. Но ухудшается показатель емкости к объему, и увеличивается цена компонента.

Пленочные конденсаторы

Для того, чтобы избежать недостатков керамических конденсаторов, применяют другой тип — пленочные, которые используют в качестве диэлектрика между обкладок пленку из разных материалов (полистирол, полипропилен, тефлон).

Пленочные конденсаторы можно считать почти идеальными. Они очень стабильно держат емкость, не имеют индуктивности, умеют самостоятельно восстанавливаться после пробоя. Но, к сожалению, их соотношение емкости к объему одно из самых худших. Их используют в ответственных и важных местах схем, где нужно пожертвовать пространством на плате в угоду надежности и стабильности.

Применение конденсаторов в электротехнике

В данном пункте разберемся с типами конденсаторов, но уже не по конструкции, а по применению.

Начнем изучение с пусковых конденсаторов. Как известно у электродвигателей пусковой ток гораздо выше, чем номинальный рабочий ток. И так как конденсатор может отдать ток очень большой величины, то параллельно лини питания подключается элемент большей емкости. Если таким же образом установить конденсатор после трансформатора и диодного моста, то его уже можно будет называть сглаживающим. Дело в том, что скорость зарядки конденсатора велика, и он будет заряжаться пиками, полученными от выпрямленного переменного напряжения.

Пусковой и сглаживающий конденсатор

Может возникнуть вопрос, почему после выпрямления переменного тока напряжение поднимается? Переменное напряжение обычно считается как среднеквадратичное, но в вершине своей амплитуды оно имеет гораздо выше значение, и конденсатор заряжается этими пиками и стремится держать это максимальное напряжение.

В импульсных блоках питания для сглаживания применяются одновременно разные типы конденсаторов (обычно оксидные и керамические), подключенных параллельно. Электролитические элементы ввиду своей большой емкости хорошо сглаживают низкочастотные пульсации большой амплитуды. А керамические конденсаторы хороши тем, что имеют минимальное внутреннее сопротивление и хорошо сглаживают высокочастотные пульсации.

Чтобы перейти к следующим сценариям применения, нужно принять тот факт, что конденсатор проводит переменный ток. Разберемся подробнее. В тот момент, пока конденсатор заряжается, по цепи передвигаются заряженные частицы (что и является течением тока). При постоянном токе движение частиц в цепи происходит только в то время, пока конденсатор заряжается. При переменном же токе полярность постоянно меняется и конденсатор будет постоянно заряжаться, и из-за этого будет поддерживаться течение тока. Уменьшая емкость конденсатора можно ограничивать мощность, подаваемую к нагрузке. При одинаковой емкости, но увеличивая частоту переменного тока и соответственно процесса зарядки, можно пропустить через конденсатор ток большей величины. Использующие такой принцип работы конденсаторы называются гасящими или балластными.

Разделительные конденсаторы (межкаскадные) как правило используют на звуковом усилении. Для того, чтобы транзистор усиливал сигнал, нужно переменный звуковой сигнал сместить полностью в постоянную сторону (перемещение переменного синуса в одну из полярностей). По сути получается постоянный, но пульсирующий ток. Транзистор полученный результат усиливает, и остается подать сигнал на динамик. Но это невозможно, так как ток имеет постоянную составляющую. Если после усиливающего каскада поставить конденсатор, то он вычтет из сигнала всю постоянную составляющую. В итоге получится чистый синусоидальный сигнал. Если уменьшить емкость используемого конденсатора, то можно обрезать низкие частоты. Данные частоты имеют большую ширину волны и не впишутся в меньшую емкость компонента.

В заключение стоит отметить, что конденсаторы применяются в паре с другими радиокомпонентами. Такие связки используются для создания всевозможных колебательных контуров, частотных фильтров и цепей обратной связи.

Что такое конденсатор и как он работает – Altium Universe

Что такое конденсатор и как он работает.

Конденсатор — это пассивный электронный компонент с постоянным или переменным значением ёмкости, служащий для накопления заряда электрического тока и передачи его другим элементам в электроцепи. В отличие от аккумулятора, который, фактически также служит для накопления и дальнейшего использования энергии, конденсатор имеет малую ёмкость, обеспечивает значительно большее количество циклов заряда и разряда без выработки своего ресурса, а также способен очень быстро отдавать накопленный заряд.

Для начала разберёмся со всеми пунктами определения. Сам термин происходит от латинского condensare — “уплотнять, сгущать, накапливать”, то есть описывает как раз процесс накопления электрического заряда. В англоязычных странах конденсатор называется capacitor, буквально “ёмкостник”, то есть акцент делается не на самом факте накопления, а на ёмкости устройства.

Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии он может накопить и затем передать в цепь. Пассивность же выражается в том, что этот компонент, в отличие, например, от транзистора, не может самостоятельно генерировать или усиливать заряд.

У постоянных конденсаторов значение ёмкости изменить нельзя, но существуют и конденсаторы с изменяемой ёмкостью: переменные и подстроечные. Переменные позволяют управлять ёмкостью в процессе функционирования устройства — либо механически (изменением положения регулировочной рукояти), либо температурой. Такие конденсаторы применяются, например, в радиоприёмниках, в антенных устройствах.

Подстроечные конденсаторы не предполагают регулярного изменения ёмкости. Как видно из названия, она меняется только при подстройке цепей или аппаратуры, разовой или периодической. Подстроечные конденсаторы устроены проще, чем переменные, и предполагают лишь незначительный диапазон поправок ёмкости.

Строение

Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин (так называемых обкладок), разделённых диэлектриком. В качестве такого изолятора могут использоваться различные материалы — жидкие, твёрдые, газообразные. От типа диэлектрика зависит очень многое — фактически, все основные свойства конденсатора: сопротивление изоляции (то есть прохождению тока; утечки тока ведут к постепенной саморазрядке конденсатора), стабильность ёмкости, размеры, стоимость, условия работы и т.д.

Когда устройство подключается к источнику тока, на обкладках конденсатора накапливается и сохраняется заряд разной полярности (положительный на одной обкладке, отрицательный — на другой). При последующем подключении конденсатора к контуру без источника питания (или если напряжение в источнике ниже, чем напряжение в конденсаторе) происходит частичное или полное высвобождение накопленной энергии.

Чем больше площадь пластин и чем ближе друг к другу они расположены, тем больше ёмкость конденсатора. Причём обкладки совершенно не обязательно должны быть плоскими и прямоугольными (и чаще всего такими и не бывают) — они могут быть, например, цилиндрическими или сферическими.

Так, прототип современных конденсаторов, знаменитая “лейденская банка”, как раз представлял собой банку — то есть цилиндр, обклеенный внутри и снаружи листовым оловом. В металлобумажных конденсаторах обкладки из металлической фольги прокладываются бумагой, затем плотно сворачиваются в рулон, который помещается в корпус.

Ёмкость

Но какова бы ни была геометрия, зависимость не меняется — чем больше площадь обкладок и чем тоньше диэлектрический слой, тем больше ёмкость, и наоборот. Однако даже если обкладки совсем малы, а расстояние между ними достаточно велико, определённая ёмкость сохраняется. Так, например, конденсаторы небольшой ёмкости делают прямо на печатной плате, располагая две дорожки печатного монтажа напротив друг друга.

Впрочем, ёмкость (а также её стабильность, то есть способность не разряжаться) зависит и от диэлектрика. Любой материал, даже вакуум, в той или иной степени проводит электрический ток, что приводит к постепенной утечке заряда — саморазряду. Так что приходится соблюдать баланс — между ёмкостью и саморазрядкой, а также ценой, размером и другими факторами. Поэтому и существует множество типов и видов конденсаторов — используются разные диэлектрики и разные обкладки для разных, конкретных условий работы.

А что будет, если использовать конденсатор большей или меньшей ёмкости, чем требуется в данном случае? В большинстве случаев небольшое превышение ёмкости будет только на пользу. А вот использовать меньшую ёмкость не рекомендуется (как и, впрочем, сильно её превышать) — это может ухудшить работу всего устройства, да и сами конденсаторы долго не протянут.

Уточнение редактора

Основные параметры конденсаторов

Номинальная ёмкость. Именно эта цифра, показывающая способность конденсатора накапливать заряд, чаще всего указывается на его корпусе. Единица измерения — фарад, но лишь некоторые конденсаторы (ионисторы) имеют ёмкость в целых фарадах; ёмкость обычных конденсаторов исчисляется в пико-, нано- и микрофарадах.

Реальная ёмкость. Реальная ёмкость варьирует в зависимости от многих факторов и, соответственно, может довольно значительно отличаться от номинальной. Допустимое отклонение от номинала называется допуском; в зависимости от типа и сферы применения, допуск конденсатора может составлять от менее 1% до 90% (и даже выше).

Номинальное напряжение. Эта цифра также часто указывается на корпусе и показывает значения напряжения, при котором конденсатор будет работать с сохранением своих параметров, не выходя из строя в течение своего срока службы. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное, иначе произойдёт пробой — диэлектрик потеряет свои изолирующие свойства и начнёт проводить ток, то есть конденсатор перестанет выполнять свои функции.

Полярность. Большинство конденсаторов можно подключать к схеме, не беспокоясь о полярности. Но электролитические конденсаторы функционируют только при корректной полярности напряжения — в противном случае есть риск разрушения диэлектрика и взрыва корпуса (вследствие закипания электролита).

Применение

Конденсаторы востребованы во всех областях электротехники. Они могут служить в составе фильтров, подавляющих высоко- и низкочастотные помехи. Могут использоваться в импульсных схемах, где требуется их способность относительно медленно накапливать большой электрический заряд и быстро его отдавать — например, в фотовспышках. Применяются они и для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, и для хранения данных в оперативной памяти компьютера.

Конденсаторные расцепители | T&D Guardian Articles Archives

Конденсаторные отключающие устройства (CTD) чаще всего используются для отключения автоматических выключателей среднего напряжения. Вторичное применение — приведение в действие реле блокировки (устройство 86), получающих питание от сети переменного тока управляющего силового трансформатора. Для каждого автоматического выключателя или реле блокировки требуется отдельный CTD. CTD никогда нельзя подключать к параллельным (множественным) нагрузкам.

 

Принцип действия базового конденсаторного расцепителя очень прост. Конденсатор подключается к однополупериодному выпрямителю или мостовому выпрямителю и заряжается от обычного источника питания переменного тока. Время зарядки конденсатора обычно составляет около нескольких циклов. Зарядный ток ограничивается последовательным резистором, как для защиты конденсатора от избыточного тока, так и для защиты мостового выпрямителя. Конденсатор изолирован без постоянной нагрузки, подключенной к выходной цепи конденсатора. Когда защитное реле или любой другой контакт отключения замыкается, выход конденсатора подключается к цепи катушки отключения автоматического выключателя (или к цепи соленоида реле блокировки), и накопленная емкостная энергия высвобождается для отключения автоматического выключателя или реле блокировки. .

 

Когда питание переменного тока имеет номинальное напряжение (например, 240 В переменного тока), конденсатор будет заряжаться до пикового напряжения переменного тока или 339 В постоянного тока. Конденсатор остается при этом напряжении до тех пор, пока поддерживается входное напряжение питания. Когда переменное напряжение пропадает, конденсатор начинает медленно разряжаться. Если получена команда отключения, заряд конденсатора сбрасывается, чтобы отключить автоматический выключатель.

 

Размер конденсатора выбирается таким образом, чтобы он имел достаточную энергию для срабатывания отключающей катушки автоматического выключателя. В идеале размер конденсатора и величина зарядного тока должны соответствовать индуктивности и сопротивлению отключающего соленоида (последовательная цепь RLC). Для создания разрядного тока через отключающий соленоид, который имитирует величину тока и продолжительность тока, которые испытал бы соленоид, если бы он работал от катушек отключения постоянного тока на автоматическом выключателе, в соответствии с целью согласования характеристик катушки с затухающим постоянным током. выход конденсатора. CTD почти всегда снабжены конденсаторами, размер которых обеспечивает больше энергии, чем идеальный минимум.

 

Важным соображением при проектировании цепи отключения конденсатора является то, что она должна иметь достаточную энергию для отключения автоматического выключателя, даже когда источник питания переменного тока находится на минимальном напряжении допустимого диапазона в ANSI C37.06. Для питания 240 В переменного тока ANSI требует, чтобы автоматический выключатель работал должным образом при минимальном управляющем напряжении 208 В переменного тока. Наша практика во время производственных испытаний заключается в том, чтобы заряжать конденсатор от источника, настроенного на 208 В переменного тока, а затем отключать источник. CTD должен иметь возможность отключать автоматический выключатель, если команда отключения подается через 10 секунд после отключения питания переменного тока. Это гарантирует, что CTD имеет достаточную энергию для выполнения своей расчетной функции даже в неоптимальных условиях. В перспективе номинальная (максимальная) допустимая задержка срабатывания, указанная для автоматического выключателя среднего напряжения в ANSI/IEEE C37.04 и ANSI C37.06, составляет две секунды, поэтому значение 10 секунд, используемое в наших производственных испытаниях, обеспечивает большой запас по сравнению с к требованиям стандартов.

 

До сих пор мы обсуждали основную концепцию конденсаторного расцепителя, который обычно устанавливается непосредственно на автоматический выключатель. Существуют также более сложные устройства, включающие в себя электронную схему для поддержания заряда конденсатора после отключения питания переменного тока. Электронная схема питается от аккумуляторных батарей, как правило, размера AA. Модель Enerpak A-1 является примером устройства такого типа. Это устройство предназначено для поддержания напряжения на конденсаторе, достаточного для срабатывания автоматического выключателя в течение 140 часов после отключения напряжения питания переменного тока. Хотя система зарядки делает эти устройства более сложными, основной принцип устройства идентичен описанному базовому устройству.

 

В CTD используется заряженный конденсатор, поэтому необходимо соблюдать осторожность при проверке или техническом обслуживании. Конденсатор саморазряжается после отключения источника переменного тока, но время разряда относительно велико. Конденсатор всегда должен быть разряжен перед выполнением каких-либо работ в области конденсатора или проводки, к которой подключен конденсатор (например, цепь отключения реле или отключающий контакт переключателя управления).

 

Предпочтительный метод разрядки конденсатора состоит в том, чтобы отключить питание управления переменным током, затем с помощью переключателя управления автоматическим выключателем выдать команду на отключение, которая разряжает большую часть накопленной энергии через катушку отключения автоматического выключателя, и, наконец, короткое замыкание. замкните клеммы конденсатора, чтобы удалить остаточный заряд.

 

В качестве альтернативы можно напрямую разрядить конденсатор. Это не должно быть сделано с помощью закорачивающего проводника, а скорее с цепью, имеющей резистор для ограничения величины тока. Резистор мощностью 5 Вт и сопротивлением 500 Ом хорошо подходит для этой цели.

 

Преимущества

• Экономично для небольшой установки с несколькими автоматическими выключателями по сравнению с использованием батареи.

• Особенно подходит для установки в изолированных местах или на необслуживаемых подстанциях, где пользователь хочет избежать первоначальных затрат и постоянного обслуживания аккумуляторной батареи станции.

• Подходит для использования вне помещений, где емкость батареи снижается при низких температурах.

Недостатки

• Конденсаторные расцепители нельзя использовать для длительных нагрузок; таким образом, его нельзя использовать с красной лампочкой в ​​цепи отключения для контроля целостности катушки отключения или со схемой контроля катушки отключения микропроцессорных реле.

• Использование управляющего питания переменного тока исключает использование устройств связи (реле, измерители мощности), которым требуется управляющее питание постоянного тока для связи, когда питание переменного тока отключено (например, сразу после неисправности).

• Неэкономично для больших установок по сравнению с использованием батареи.

• Используется электролитический конденсатор с ограниченным сроком службы, особенно при высоких температурах. Программа периодического технического обслуживания должна включать функциональную проверку (ежегодно) емкостного расцепителя.

Часть 1: Электроника и конденсаторы｜Понимание типов и функций конденсаторов в пяти статьях

Часть 1: Электроника и конденсаторы

• фейсбук
• твиттер
• Линкедин

Эта статья представляет собой переиздание переработанного/переписанного контента из прошлого. Он может содержать устаревшую техническую информацию и ссылки на продукты, которые в настоящее время не доступны в TDK.

Электронные устройства включают широкий спектр электронных компонентов. Конденсаторы, наряду с резисторами и катушками индуктивности (катушками), считаются тремя основными пассивными компонентами. Сегодня во всем мире ежегодно производится около одного триллиона конденсаторов, 80% из которых представляют собой конденсаторы с многослойными керамическими чипами, а 90% из которых сделаны японскими производителями. Несмотря на то, что существует множество типов конденсаторов, многослойные керамические чип-конденсаторы являются основой современного электронного общества, и TDK является их ведущим мировым производителем.

Многослойные керамические чип-конденсаторы привели к миниатюризации электронных устройств

За последние 30 лет объемный размер многослойных керамических чип-конденсаторов уменьшился в несколько сотен раз. Не будет преувеличением сказать, что сегодняшняя эра мобильных устройств не наступила бы без невероятной миниатюризации многослойных керамических чип-конденсаторов. Мобильный телефон, например, содержит от 200 до 300 конденсаторов. Самые первые портативные телефоны, появившиеся в середине 1980-е были большими, тяжелые штуковины свисали с плеча. Но благодаря миниатюризации пассивных компонентов, например многослойным керамическим чип-конденсаторам, современные мобильные телефоны стали многофункциональными мультимедийными устройствами размером с ладонь и весом всего около 100 граммов. Крайняя миниатюризация электронных компонентов изменила наш бизнес и нашу повседневную жизнь.

«Электрон» по-гречески «янтарь»

Семена открытий и изобретений часто скрыты в знакомых физических явлениях. Корни науки об электричестве можно проследить еще до нашей эры, когда люди заметили, что украшения из янтаря притягивают пыль и пепел, если их протирать тканью. Это явление вызвано фрикционным (статическим) электричеством, подобно тому, как волосы встают дыбом, когда лист пластика натирают и держат над головой. Янтарь – это материал, образованный из сосновой смолы, окаменевшей под землей. Это природный «пластик», который легко генерирует электричество трения.

Только в эпоху Возрождения электричество трения стало предметом естествознания. Английский врач Уильям Гилберт, написавший в 1600 году «Де Магнете», показал, что Земля представляет собой гигантский магнит. Он также очень интересовался электричеством трения и заметил, что электричество трения возникает не только в янтаре, но и в сере, кристаллах и мехе. Гилберт назвал свойство янтаря электризоваться при трении электрическим током. Таково происхождение термина «электричество», происходящего от греческого слова «электрон», что означает «янтарь». Есть древняя китайская пословица, которая примерно переводится как «Янтарь убирает пыль, но не грязь; Магниты притягивают прямые иглы, но не кривые». Как в восточной, так и в западной цивилизациях электричество трения янтаря определенно захватило умы людей как загадочное явление.

Электротехника началась с изучения фрикционного электричества

Немецкий ученый Отто фон Герике, известный своими вакуумными экспериментами с магдебургскими полушариями, который также был мэром Магдебурга в 17 веке, изобрел устройство для эффективной генерации фрикционного электричества. Это был большой шар из серы, который при трении производил статическое электричество, и он проводил с ним различные эксперименты.

18 век был временем, когда изучение фрикционного электричества быстро развивалось. Стивен Грей из Англии продемонстрировал, что существует два типа материалов: проводники, которые проводят электричество, и изоляторы, которые его не проводят. Шарль Дюфе, французский ученый, заметил, что электричество трения, генерируемое в стекле, ведет себя иначе, чем электричество трения, генерируемое в смоле. Отсюда он обнаружил, что есть два вида электричества: одни и те же отталкиваются, а разные притягиваются. Позже «стеклянное» электричество стали называть положительным электричеством, а «смоляное» электричество — отрицательным электричеством.

На японском языке называется «конденсатор», а на английском — «конденсатор»

Прародителем конденсатора была лейденская банка (аккумулятор статического электричества), изобретенная Эвальдом фон Клейстом в Германии и Питером ван Мушенбруком в Нидерландах между 1745 и 1746 годами. Вскоре после этого Бенджамин Франклин в США продемонстрировал, что молния — это электрическое явление, подобное разряду статического электричества в его знаменитом эксперименте с запуском воздушного змея. Там же использовалась лейденская бутылка.

В Италии Алессандро Вольта, который глубоко интересовался электрическими явлениями, усовершенствовал существующий портативный электростатический генератор и назвал его электрофорусом. Позже он изобрел устройство, накапливающее статическое электричество, и назвал его конденсатором. Отсюда и произошло название «конденсатор» — первоначальное название конденсатора, которое мы знаем сегодня. Однако, поскольку устройства, используемые для сжижения хладагентов, и некоторые оптические устройства также называются конденсаторами, электрический компонент позже был переименован в конденсатор на английском языке, чтобы избежать путаницы. В японском языке термин «конденсатор» сохранился и по сей день.

Примерно во время экспериментов Франклина с запуском воздушных змеев электростатические генераторы попали из Нидерландов в Нагасаки, Япония, где они стали известны как элекитеры. Геннай Хирага, японский изобретатель, известен тем, что получил и восстановил его.

Таким образом, в науке об электротехнике был поднят занавес. Однако в первые дни накопленное электричество трения использовалось только для проведения эксцентрических шоу или для экспериментального лечения болезней (электрошоковая терапия). Так было до 19В 19 веке начали производить конденсаторы и использовать их в качестве компонентов электрооборудования.

Электрическая поляризация и магнитная поляризация — очень похожие явления

Лейденская бутылка — отличный учебный инструмент для понимания принципа и механизма работы конденсаторов. Первоначально лейденские банки были сделаны из стекла, потому что считалось, что электричество можно хранить в воде. Позже были внесены усовершенствования, в которых внутренние и внешние стенки банки были облицованы металлической фольгой. Представьте себе расплющенную лейденскую банку, и у вас есть базовая структура конденсатора, в которой две электродные пластины обращены друг к другу.

С изобретением Вольтой батареи стало известно, что электричество можно накапливать в конденсаторе, просто подключив его к батарее — без какого-либо трения. Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его отрицательно заряженных электронов. Обычно положительные и отрицательные заряды материала компенсируют друг друга, делая его электрически нейтральным. Но когда батарея или другое устройство используется для приложения электрического потенциала к изолятору, положительные и отрицательные заряды индуцируются на противоположных сторонах. Это называется диэлектрической поляризацией, и изоляторы в этом контексте называются диэлектриками. Это явление очень похоже на то, как магнит притягивает железо. Точно так же, как магнит притягивает железо, магнитно поляризуя его на северный и южный полюса, заряженное тело притягивает другие близлежащие материалы, диэлектрически поляризуя его.

Потребительское использование многослойных керамических чип-конденсаторов началось в Японии

Способность конденсатора накапливать электрический заряд называется емкостью. Чем больше площадь поверхности электродов и чем меньше расстояние между ними, тем больше емкость. Емкость также можно увеличить, поместив диэлектрический материал между электродами. Однако на практике, если они должны использоваться в качестве электронных компонентов, электроды не могут быть слишком большими. Чтобы сделать его более компактным при сохранении большой площади электрода, используются два основных метода. Один из них — намотать электроды и диэлектрик друг на друга, как свиток. Другой способ — уложить электроды и диэлектрики в виде сэндвича.

Хлопья слюды и бумага долгое время использовались в качестве диэлектриков для конденсаторов, но в 1930-х годах был представлен конденсатор с использованием оксида титана в качестве диэлектрика. В 1940-х годах был открыт титанат бария, материал с удивительно высокой диэлектрической проницаемостью. Многослойный керамический чип-конденсатор изготавливается путем наложения множества тонких слоев этих диэлектриков и электродов. Первоначально разработанный в Соединенных Штатах, он первоначально использовался только в узкоспециализированных приложениях, таких как космическое оборудование. Но в 1977, он был впервые в мире серийно произведен в Японии в качестве электронного компонента для потребительских устройств, а именно, тонких карманных радиоприемников. С тех пор прорывы в материалах и методах производства привели к резкому уменьшению размеров и увеличению емкости, что в значительной степени способствовало миниатюризации, снижению веса и повышению функциональности электронных устройств.

Это была краткая история конденсатора, где все началось с изучения фрикционного электричества. В дополнение к хранению электрических зарядов, конденсаторы имеют важную функцию блокировки постоянного тока, позволяя пропускать переменный ток. Как эти свойства используются в схемах электронных устройств, будет рассмотрено в следующей статье и далее.

WAZIPOINT

Конденсатор:

Конденсатор представляет собой электрическое или электронное устройство, используемое для хранения электрического заряда, состоящее из одной или нескольких пар проводников, разделенных изолятором, известное как конденсатор .

Рис. Различные типы конденсаторов

Просто мы можем определить, один или несколько проводников или металлических деталей при параллельном размещении образуют конденсатор .

Емкость:

Эффект или действие емкости или поведение емкости известно как емкость.

По определению емкости мы можем сказать, что конденсатор представляет собой пассивный двухполюсный электронный компонент, который накапливает электрическую энергию в электрическом поле и эффекте 9Конденсатор 0039 известен как емкость.

Основная формула для расчета емкости плоскопараллельного конденсатора выглядит следующим образом:

Что такое различные типы конденсаторов и их характеристики?

Наиболее распространенными типами конденсаторов согласно названию с использованием диэлектрических материалов и/или анода или катода являются:

Керамические конденсаторы имеют керамический диэлектрик; Пленочные и бумажные конденсаторы названы в честь их диэлектриков; Алюминиевые, танталовые и ниобиевые электролитические конденсаторы названы в честь материала, используемого в качестве анода, и конструкции катода (электролита).

Керамический конденсатор:

Керамический конденсатор назван так, потому что в нем используется керамический материал в качестве диэлектрика для конденсатора , который представляет собой конденсатор с фиксированной емкостью , где керамический материал действует как диэлектрик. , 9Керамические конденсаторы 0039 являются наиболее широко используемыми конденсаторами в электронных схемах. Эти конденсаторы в основном используются там, где керамика была одним из первых материалов, которые использовались в производстве конденсаторов .

Электролитический конденсатор:

Электролитический конденсатор представляет собой тип конденсатора , в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем в других конденсаторах типа . Электролит представляет собой жидкость или гель, содержащий высокую концентрацию ионов.

Электролитический конденсатор , сокращенно названный e-cap, представляет собой поляризованный конденсатор , анод или положительная пластина которого изготовлены из металла, образующего изолирующий оксидный слой посредством анодирования. Этот оксидный слой действует как диэлектрик конденсатора .

Металлизированная пленка Конденсатор: Пленочные конденсаторы из металлизированного пластика бывают разных форм и из разных материалов. Они полезны во многих приложениях, особенно в качестве освинцованных компонентов. 9Пленочные конденсаторы 0039 относятся к типу конденсаторов , в которых в качестве диэлектрика используется тонкая пластиковая пленка. Эта пленка особенно тонкая с использованием сложного процесса волочения пленки.

Осевой освинцованный пленочный конденсатор:

Конденсаторы типа WPP с осевым выводом, полипропилен пленка/фольга Конденсаторы имеют неиндуктивную удлиненную конструкцию из фольги с торцевыми уплотнениями из эпоксидной смолы. Тип WPP рассчитан на непрерывную работу в диапазоне температур от –55 ºC до 105 ºC без снижения номинального напряжения. Низкий ESR, низкий коэффициент рассеяния и присущая стабильность делают тип WPP идеальным для жестких допусков, импульсных и высокочастотных применений.

При поддержке:

Танталовый конденсатор:

Танталовый электролитический конденсатор представляет собой электролитический конденсатор , пассивный компонент электронных схем. Он состоит из гранулы металлического тантала в качестве анода, покрытого изолирующим оксидным слоем, образующим диэлектрик, окруженного жидким или твердым электролитом в качестве катода.

Серебряный слюдяной конденсатор:

Серебро 9Слюдяной конденсатор 0039 обеспечивает близкие значения допуска с низкими уровнями изменения значений в зависимости от температуры. Слюдяные конденсаторы Silver — это высокоточные, стабильные и надежные конденсаторы .

Серебряный слюдяной конденсатор обеспечивает близкие значения допуска с низкими уровнями изменения значения в зависимости от температуры и доступен в небольших значениях и в основном используется на высоких частотах. изготовлен из графена, поскольку проводящая пластина способна накапливать заряд, аналогичный литий-ионным батареям.

Удивительные факты о конденсаторе и емкости

1. Конденсатор представляет собой компонент электрической или электронной схемы, состоящий из двух проводящих пластин, разделенных диэлектрическим или непроводящим изоляционным материалом;
2. Конденсаторы фиксированной формы, плоские или цилиндрические;
3. Лейденская банка была первым конденсатором, изобретенным в 1745 году Питером ван Мусшенбруком;
4. Характеристики конденсатора также известны как емкость, измеряемая в фарадах;
5. Проводящие поверхности конденсатора изготовлены из тонкой пленки проводящего металла или алюминиевой фольги;
6. Положительно заряженная пластина известна как анод, а отрицательно заряженная пластина известна как катод;
7. Для получения более высоких значений емкости диэлектрические материалы должны иметь более высокую диэлектрическую проницаемость;
8. Примерами диэлектрических материалов, используемых в конденсаторах, являются керамика, воздух, вакуум, бумага, пропитанная маслом или воском, майлар, полистирол, слюда, стекло и т. д.;
9. При подключении конденсатора к источнику питания положительные заряды переносятся на одну из проводящих поверхностей, а отрицательные — на другую проводящую поверхность;
10. Обычно конденсатор может поглощать энергию из цепи и временно хранить ее, а затем возвращать энергию в цепь;
11. Конденсатор может хранить энергию в течение длительного времени, которая используется в качестве схемы памяти данных в компьютерных технологиях;
12. Конденсаторы разряжаются очень медленно, но многие могут хранить заряд годами;
13. Неправильное обращение с заряженным конденсатором большего размера может привести к ожогам или даже смерти;
14. Конденсатор медленно разряжается, когда к каждой ножке конденсатора подключен резистор;
15. Конденсаторы измеряются в единицах, названных фарадами в честь ученого Майкла Фарадея;
16. Суперконденсаторы, изготовленные из графена в качестве проводящей пластины, способны накапливать заряд, аналогичный литий-ионным батареям.

При поддержке:

Какой самый большой конденсатор в мире?

Компания Sunvault Energ в сотрудничестве с Edison Power разрабатывает технологию суперконденсатора   на основе графена для использования в массивах солнечных элементов. В ноябре 2015 года Sunvault объявила о создании крупнейшего в мире графенового суперконденсатора мощностью 10 000 фарад . Компании заявили, что эта разработка является самым значительным прорывом в разработке суперконденсаторов Graphene на сегодняшний день.

Формула конденсатора:

Формула конденсатора означает общую емкость конденсатора, измеренную по его площади и текущим отношениям, которые были определены ранее.

Теперь найдем результирующую емкость при последовательном или параллельном соединении нескольких конденсаторов:

Для чего используется конденсатор? Как конденсатор используется в цепи двигателя?

Основной функцией рабочих конденсаторов является приведение пусковой обмотки в соответствие по фазе с рабочей обмоткой. Он также добавляет на 30-40 процентов больше пускового момента. Но пусковой момент – это его второстепенное назначение. Кроме того, номинальное напряжение конденсатора — 370 или 440 — это величина cemf (противодействующая электродвижущая сила), создаваемая обмотками, магнитами, якорем и т. д. двигателя, с которой может справиться конденсатор.

Если двигатель создает обратное напряжение более 370 В, необходимо использовать конденсатор номиналом 440 В. В противном случае конденсатор выйдет из строя. Проблемы с фазой возникают, когда конденсатор слишком слабый или слишком большой для двигателя. Если двигателю требуется конденсатор емкостью 7,5 мФд, а конденсатор слабый, двигатель часто все равно запускается, но конденсатор не сможет поставить звезду.

Принцип работы конденсатора

Емкость зависит от геометрии проводников и природы среды.