Применение конденсаторов в электротехнике: Для чего нужен конденсатор и как он работает

Для чего нужен конденсатор и как он работает

Конденсатор (от латинского слова «condensare» — «уплотнять», «сгущать») — это двухполюсное устройство с определённой величиной или переменным значением ёмкости и малой проводимостью, которое способно сосредотачивать, накапливать и отдавать другим элементам электрической цепи заряд электрического тока.

Конденсатор или как его еще называют сокращенно просто «кондер» — это элемент электрической цепи, состоящий в самом простом варианте из двух электродов в форме пластин (или обкладок), которые накапливают противоположные разряды и поэтому они разделены между собой диэлектриком малой толщины по сравнению с размерами самих электропроводящих обкладок.На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика.

Принцип работы конденсатора

По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости.

Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда. При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой – ионы, положительно заряженные частицы. Диэлектрик выступает препятствием для их перескакивания на противоположную сторону конденсатора.При зарядке растет и напряжение с нуля перед началом зарядки и достигает в самом конце максимума, равного напряжению источника питания.

Разрядка конденсатора. Если после окончания зарядки отключить источник питания и подключить нагрузку R, то он сам превратится в источник тока. При подключении нагрузки образовывается цепь между пластинами. Отрицательно заряженные электроны двинуться через нагрузку к положительно заряженных ионам на другой пластине по закону притяжения между разноименными зарядами.

В момент подключения нагрузки, начальный ток по закону Ома будет равняться величине напряжения на электродах (равного в конце зарядке конденсатора напряжению источника питания), разделенному на сопротивление нагрузки.
После того как пошел ток, конденсатор начинает постепенно  терять заряд или разряжаться. Одновременно с этим начнет снижаться величина напряжения, соответственно по закону Ома и ток. В то же время чем выше уровень разряда обкладок, тем ниже будет скорость падения напряжения и силы тока. Процесс завершится после того, как напряжение на электродах конденсатора станет равно нулю.

Время зарядки конденсатора на прямую зависит от величины его емкости. Чем большей она величины, тем дольше будет проходить по цепи большее количество заряда.

Время разрядки зависит от величины подключенной нагрузки. Чем больше подключено сопротивление R, тем меньше будет ток разрядки.

Для чего нужен конденсатор

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники.

Применение конденсаторов в электротехнических устройствах и бытовой технике:

• Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки). Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять  ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
• Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд
  и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п.
• Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению, конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
• Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт.
• В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.

В следующей статье мы рассмотрим подробно основные характеристики и типы конденсаторов.

Назначение и применение конденсаторов

Применение конденсаторов в технике довольно обширно. Практически в каждой электрической или электронной схеме содержатся эти радиоэлементы. Трудно представить блок питания, в котором бы не было конденсаторов. Они наряду с резисторами и транзисторами являются основой радиотехники.

А что же такое конденсатор? Это простейший элемент, с двумя металлическими обкладками, разделенными диэлектрическим веществом. Принцип работы этих приборов основан на способности сохранения электрического заряда, т. е. заряжаться, а в нужный момент разряжаться.

В современной электронике применение конденсаторов весьма широкое и разностороннее. Разберем, в каких сферах техники, и с какой целью используются эти приборы:

1. В телевизионной и радиотехнической аппаратуре – для реализации колебательных контуров, а также их блокировки и настройки. Также их используют для разделения цепей различной частоты, в выпрямительных фильтрах и т. д.
2. В радиолокационных приборах – с целью формирования импульсов большой мощности.
3. В телеграфии и телефонии – для разделения цепей постоянного и переменного токов, токов различной частоты, симметрирования кабелей, искрогашения контактов и прочее.
4. В телемеханике и автоматике – с целью реализации датчиков емкостного принципа, разделения цепей пульсирующего и постоянного токов, искрогашения контактов, в тиратронных импульсных генераторах и т. д.
5. В сфере счетных устройств – в специальных запоминающих устройствах.
6. В электроизмерительной аппаратуре – для получения образцов емкости, создания переменных емкостей (лабораторные переменные емкостные приборы, магазины емкости), создания измерительных устройств на емкостной основе и т. д.
7. В лазерных устройствах – для формирования мощных импульсов.

Применение конденсаторов в современном электроэнергетическом комплексе также довольно разнообразно:

• для повышения коэффициента мощности, а также для промышленных установок;
• для создания продольной компенсационной емкости дальних линий электропередач, а также для регулировки напряжения распределительных сетей;
• для отбора емкостной энергии от высоковольтных линий передач и для подключения к ним специальной защитной аппаратуры и приборов связи;
• для защиты от перенапряжения сети;
• для применения в мощных импульсных генераторах тока, в схемах импульсного напряжения;
• для разрядной электрической сварки;
• для запуска конденсаторных электродвигателей и для создания требуемого сдвига фаз дополнительных обмоток двигателей;
• в осветительных приборах на основе люминесцентных ламп;
• для гашения радиопомех, которые создаются электрическим оборудованием и электротранспортом.

Применение конденсаторов в неэлектротехнических областях промышленности и техники также весьма широко. Так, в сфере металлопромышленности эти компоненты обеспечивают бесперебойную работу высокочастотных установок для плавки и термообработки металлов. Применение конденсаторов в угольной и металлорудной добывающей промышленности позволило построить транспорт на конденсаторных электровозах. А в электровзрывных устройствах используется электрогидравлический эффект.

Подведя итог, скажем, что область применения конденсаторов настолько широка, что она охватывает все сферы нашей жизни, нет такого направления, где бы ни использовались эти приборы.

Применение конденсаторов. Конденсатор пассивный

Конденсатор представляет собой пассивный радиоэлектронный компонент, двухполюсный, имеющий определенное или переменное значение емкости, малую проводимость, способен накапливать заряд и энергию электро поля, или же проще – в нужный момент заряжаться или разряжаться. Переводится с латыни, как уплотнитель, загуститель (не в смысле пищевой промышленности, конечно). Самый конструкционно простой вариант конденсаторов – это два электрода в виде пластин (обкладки), которые разделены диэлектрическим компонентом очень малой толщины по сравнению с обкладками. Конденсаторы, используемые на практике, в промышленности состоят из многих диэлектрических слоев и многослойных электродов, могут быть в виде ленты, цилиндра, параллелепипеда.

Прототипом современных конденсаторов считается «лейденская банка». Такое название данный «прибор» получил по названию города, где и было создано первое устройство, похожее на конденсатор, каноником Эвальдом Юргеном фон Клейстом. А почему банка – элементарно, приборчик и был обычной банкой, обернутой фольгой, закрытой деревянной крышкой, с воткнутыми металлическими стержнями. Но известно, что еще немногим раньше Эпинус создал свой конденсатор с двумя проводниками, разделенными диэлектриком.

Промышленное использование конденсаторов в радиотехнике, электронике и прочих областях достаточно обширно. Любая электрическая, электронная схема содержит этот важный радиоэлектронный компонент. Конденсатор можно смело именовать основой радиоэлектронной промышленности.

Применение конденсаторов в различных областях промышленного производства

Современная электронная, радиотехническая промышленность, как и в прошлые года прошлого века остро нуждается в конденсаторах. Применение их широко и разнообразно. Вот малая толика сфер, где применяются приборы, содержащие конденсаторы:

Телевизионная и радиотехническая аппаратура и оборудование. Здесь данный радиоэлектронный компонент необходим, чтобы реализовывать колебательные контуры, блокировать их, а также для настройки оборудования, его правильной работы. Применяют также, чтобы разделять разно частотные цепи. Выпрямительные фильтры также не работают без конденсаторов.

В радиолокации. Без использования конденсаторов практически невозможно сформировать импульсы значительной мощности.

Телеграф, телефон, телефония, в том числе и мобильная. В этом случае кондеры нужны, чтобы разделить цепи, по которым идет постоянный/переменный токи, разно частотные электро токи, при симметрировании различных кабелей, для гашения искры в контактах.

Телемеханика, автоматика – реализация некоторых датчиков, работающих по емкостному принципу. Конденсаторы в этой сфере разделяют цепи, по которым идет пульсирующий/постоянный токи, также для гашения искры. Тиатронные импульсные генераторы содержат конденсаторы.

Электронно-вычислительные машины современного образца, прочие счетные устройства, специальные запоминающие устройства.

Электронная, измерительная аппаратура и оборудование. Здесь, конденсаторы применяют, чтобы получать образцы емкости, создавать переменные емкости, например, лабораторные приборы переменной емкости, создание измерительного оборудования, имеющего емкостную основу.

Особую важность имеет использование конденсаторов в лазерных приборах. В этом случае этот РЭК помогает формировать мощные импульсы.

Конденсаторы чрезвычайно необходимы в электроэнергетической сфере. Их применяют, когда необходимо:

• Повысить коэффициент мощности в промышленных установках.
• Создать продольную компенсационную емкость линий высоковольтных электрических передач.
• Регулировать напряжение в распределительной сети.
• Защищать сеть от перенапряжения.
• Гасить возможные радиопомехи, которые могут создавать электрооборудование и электротранспорт.

Кроме того, конденсаторы применяют и в не электротехнических сферах народного хозяйства и технического производства. В металлопромышленности РЭК позволяет обеспечивать стабильную работу в высокочастотных установках, используемых при плавке и термообработке различных металлов.

Угольная промышленность, добыча руд и металлов – в этом случае, конденсаторы применяются в оборудовании и транспорте, помогающем добывать эти полезные ископаемые, ну и электровзрывные устройства тоже имеют в своем составе столь «волшебные» кондеры.

Вообще-то, можно сделать простой вывод – практически любое устройство, оборудование, транспорт, приборы – везде, во всех сферах применяются конденсаторы.

С нетерпением ждём Ваших предложений по скупке конденсаторов!

как работает и зачем нужен в цепи переменного и постоянного тока

Практически во всех электронных устройствах, от самых простых до высокотехнологичных, таких как материнские платы компьютеров, можно встретить один неизменно присутствующий элемент, являющийся пассивным компонентом. Но к сожалению, мало кто знает как устроен и для чего нужен конденсатор, и какие виды этого накопителя бывают.

Просто о сложном

Итак, это небольшое устройство для накопления электрического поля или заряда похоже на обычную банку, ту, в которой маринуют помидоры или хранят муку. Она точно так же в себе накапливает сухое вещество или жидкость, которую в неё поместят. Аналогия проста: по цепи бегут электроны, а на своей дороге встречают проводников, которые ведут их в «банку», где они и накапливаются, усиливая заряд.

Для того чтобы выяснить, много ли элекрончиков так можно собрать, и в какой момент накопление прекратится (банка лопнет), электрический процесс обычно сравнивают с водопроводом. Если представить трубу, в которой течёт вода, закачиваемая туда насосом, то где-то в центре трубопровода нужно вообразить мягкую мембрану, растягивающуюся под давлением жидкости. Очевидно, что она будет растягиваться до определённого предела, пока не разорвётся или, если попалась очень крепкая, не уравновесит силу насоса.

Такой пример показывает, как работает конденсатор, только мембрана заменяется электрическим полем, которое увеличивается по мере зарядки накопителя (работы насоса), уравновешивая напряжение источника питания. Очевидно, что этот процесс не бесконечный, и предельный заряд существует, по достижении которого «банка» выйдет из строя и перестанет выполнять свои функции.

Устройство и принцип работы

Конденсатор — устройство, состоящее из двух пластин (обкладок), имеющих между собой пустоту. Напряжение к нему подаётся через проводки, подсоединённые к пластинкам. Современные приборы, по сути, не сильно отличаются от макетов на уроках физики, они также состоят из диэлектрика и обкладок. Следует отметить, что именно вещество или его отсутствие (вакуум), плохо проводящее электричество, изменяет характеристики накопителя.

Суть принципа работы конденсатора проста: дали напряжение, и заряд начал накапливаться. Для примера следует рассмотреть как ведёт себя накопитель в двух вариантах электрической цепи:

• Постоянный ток. Если в цепь с подключённым к ней конденсатором подать ток, то можно увидеть, что стрелка на амперметре начнёт двигаться, а потом быстро вернётся в исходное положение. Это объясняется просто: устройство быстро зарядилось, то есть источник питания был уравновешен обкладками накопителя, и тока не стало. Поэтому часто говорят, что в условиях постоянного тока конденсатор не работает. Такое утверждение неправильное, всё функционирует, но очень непродолжительное время.
• Переменный ток — это когда электроны двигаются сначала в одну, а затем в другую сторону. Если представить такую цепь с подключённым к ней накопителем, то на обеих обкладках конденсатора будут попеременно накапливаться положительные и отрицательные заряды. Это говорит о том, что переменный ток свободно протекает через устройство.

Поскольку конденсатор задерживает постоянный ток, но пропускает переменный, отсюда формируются и сферы его назначения, например, для устройств, в которых нужно убрать постоянную составляющую в сигнале. Вполне очевидно, что накопитель обладает сопротивлением, а вот мощность на нём не выделяется, поэтому он не греется.

Основные виды

Рядовой пользователь не всегда знает о том, каким конденсатором снабжено его устройство. А ведь каждый вид имеет свои недостатки и преимущества, а также эксплуатационные особенности. Существуют две большие группы этих устройств, предназначенные для электрической цепи с переменным и постоянным током. Но всё-таки основная классификация ведётся по типу диэлектрика, который находится между облатками конденсатора. Основные виды:

• Керамические. Имеют маленький размер, малый ток утечки и небольшую индуктивность. Отлично работают в условиях высоких частот, в цепях пульсирующего, постоянного и переменного тока. Представлены в различном диапазоне напряжений и ёмкостей, в зависимости от того, для чего конденсатор предназначен.
• Слюдяные. В настоящее время почти не используются и не выпускаются. В накопителях такого типа диэлектриком служит слюда. Рабочее напряжение таких конденсаторов в диапазоне — 200−1500 В.
• Бумажные. В алюминиевых облатках заключена конденсаторная бумага. Выдерживают напряжение 160−1500 В.
• Полиэстеровые. Максимальная ёмкость не превышает 15 мФ, рабочее напряжение — 50−1500 В.
• Полипропиленовые. Выгодно выделяются на фоне остальных собратьев двумя преимуществами. Первое — маленький допуск ёмкости (+/- 1%), второе — до 3 кВ рабочего напряжения.

Отдельно стоит отметить электролитические конденсаторы. Главное их отличие от других видов — подключения только к цепи постоянного или пульсирующего тока. Такие накопители имеют полярность — это особенность их конструкции, поэтому неправильное подключение ведёт к вздутию или взрыву устройства. Они обладают большой ёмкостью, что делает конденсатор электролитический пригодным для применения в выпрямительных цепях.

Сферы применения

Можно смело сказать, что конденсаторы используют практически во всех электронных и радиотехнических схемах. Чтобы иметь представление о том, где и зачем нужен конденсатор, следует вспомнить его способность сохранять заряд и разряжаться в нужное время, а также пропускать переменный ток и не пропускать постоянный. А это значит, что такие устройства используются во многих технических сферах, например:

• телефонии;
• в производстве счётных и запоминающих устройств;
• автоматике;
• при создании измерительных приборов и многих других.

Электрические накопители можно встретить как в телевизорах, так и в приборах радиолокации, где необходимо формировать импульс большой мощности, для чего и служит конденсатор. Невозможно встретить блок питания без этих устройств или сетевой фильтр.

Нужно сказать, что накопители применяют и в сферах, не связанных с электрикой, например, в производстве металла и добыче угля, где используют конденсаторные электровозы.

Конденсатор: применение и виды

В магазинах электротехники конденсаторы чаще всего можно увидеть в виде цилиндра, внутри которого располагается множество лент из пластин и диэлектриков.

Конденсатор – что такое?

Конденсатор – это часть электрической цепи, состоящей из 2 электродов, которые способны накапливать, сосредотачивать или передавать ток другим устройствам. Конструктивно электроды представляют собой обкладки конденсатора, у которых заряды противоположны. Для того чтобы устройство работало, между пластинами размещен диэлектрик – элемент, не позволяющий двум пластинам соприкоснуться друг с другом.

Определение конденсатора произошло от латинского слова «condenso», что обозначает уплотнение, сосредоточение.

Конденсатор с обкладками

Элементы для пайки емкостей служат для транспортировки, измерения, перенаправления и передачи электроэнергии и сигналов.

Где применяются конденсаторы

Каждый начинающий радиолюбитель часто задается вопросом: для чего нужен конденсатор? Новички не понимают, зачем он нужен, и ошибочно считают, что он может полноценно заменить батарейку или блок питания.

В комплектацию всех радиоустройств входят конденсаторы, транзисторы и резисторы. Данные элементы составляют кастет платы или целый модуль в схемах со статичными значениями, что делает его базой для любого электроприбора, начиная от небольшого утюга и заканчивая промышленными приборами.

Модульный конденсатор

Применение конденсаторов чаще всего наблюдается в качестве:

1. Фильтрующего элемента для ВЧ и НЧ помех;
2. Нивелира резких скачков переменного тока, а так для статики и напряжения на конденсаторе;
3. Выравнивателя пульсаций напряжения.

Назначение конденсатора и его функции определяются целями использования:

1. Общего назначения. Это конденсатор, в конструкции которого присутствуют только низковольтные элементы, расположенные на небольших платах, например, таких приборах, как телевизионный пульт, радио, чайник и т.д.;
2. Высоковольтные. Конденсатор в цепи постоянного тока поддерживает производственные и технические системы, находящиеся под высоким напряжением;
3. Импульсные. Емкостный формирует резкий скачок напряжения и подает его на принимающую панель устройства;
4. Пусковые. Используются для пайки в тех устройствах, которые предназначены для запуска, включения/выключения приборов, например, пульт или блок управления;
5. Помехоподавляющие. Конденсатор в цепи переменного тока используется в спутниковом, телевизионном и военном оборудовании.

Типы конденсаторов

Устройство конденсатора определятся видом диэлектрика. Он бывает следующих типов:

1. Жидкий. Диэлектрик в жидком виде встречается нечасто, в основном, такой вид используется в промышленности или для радиоустройств;
2. Вакуумный. Диэлектрик в конденсаторе отсутствует, а вместо него расположены пластины в герметичном корпусе;
3. Газообразный. Основан на взаимодействии химических реакций и применяется для производства холодильного оборудования, производственных линий и установок;
4. Электролитический конденсатор. Принцип основан на взаимодействии металлического анода и электрода (катода). Оксидный слой анода является полупроводниковой частью, вследствие чего такой вид элемента схемы считается наиболее производительным;
5. Органический. Диэлектрик может быть бумажным, пленочным и т.д. Он не способен накапливать, а только лишь слегка нивелировать скачки напряжения;
6. Комбинированный. Сюда относятся металло-бумажные, бумажно-пленочные и т.д. Коэффициент полезного действия увеличивается, если в состав диэлектрика входит металлическая составляющая;
7. Неорганический. Выделяют наиболее распространенные: стеклянный и керамический. Их использование обуславливается долговечностью и прочностью;
8. Комбинированный неорганический. Стекло-пленочный, а также стекло-эмалевый, которые выделяются отличными нивелирующими свойствами.

Комбинированные конденсаторы

Виды конденсаторов

Элементы радиоплаты различаются по типу изменения емкости:

1. Постоянные. Элементы поддерживают постоянную емкость напряжения до конца всего срока годности. Данный вид наиболее распространенный и универсальный, так как он подходит для того, чтобы сделать любой тип устройств;
2. Переменные. Обладают способностью к перемене объема емкости при использовании реостата, варикапы или при изменении температурного режима. Механический метод с помощью реостата предполагает впайку дополнительного элемента на плату, в то время как при использовании вариконды изменяется лишь объем поступающего напряжения;
3. Подстроечные. Являются наиболее гибким видом конденсатора, с помощью которого можно максимально быстро и эффективно увеличить пропускную способность системы при минимальных реконструкциях.

Принцип работы конденсатора

Рассмотрим, как работает конденсатор при подключении к источнику питания:

1. Накопление заряда. При подключении к сети ток направляется на электролиты;
2. Заряженные частицы распределяются на пластину, согласно своему заряду: отрицательные – на электроны, а положительные – на ионы;
3. Диэлектрик служит преградой между двумя пластинами и не дает частицам смешиваться.

Конденсатор с диэлектриком

Определение емкости конденсатора проводится путем расчета отношения заряда одного проводника к его потенциальной мощности.

Важно! Диэлектрик также способен снимать образовавшееся напряжение на конденсаторе в процессе работы устройства.

Характеристики конденсатора

Характеристики условно делятся на пункты:

1. Величина отклонения. В обязательном порядке каждый конденсатор перед тем, как попасть в магазин, проходит ряд тестов на производственной линии. После проведения испытаний каждой модели производитель указывает диапазон допустимых отклонений от исходного значения;
2. Величина напряжения. В основном используются элементы напряжением 12 или 220 Вольт, но также существуют и на 5, 50, 110, 380, 660, 1000 и более Вольт. Для того чтобы избежать перегорания конденсатора, пробоя диэлектрика, лучше всего приобретать элемент с запасом напряжения;
3. Допустимая температура. Данный параметр очень важен для мелких устройств, работающих от сети 220 Вольт. Как правило, чем больше напряжение, тем выше уровень допустимой температуры для работы. Температурные параметры измеряются с помощью электронного термометра;
4. Наличие постоянного или переменного тока. Пожалуй, один из важнейших параметров, так как от него полностью зависит производительность проектируемого оборудования;
5. Количество фаз. В зависимости от сложности устройства, можно использовать однофазные или трехфазные конденсаторы. Для подключения элемента напрямую достаточно однофазного, а если плата представляет собой «город», то рекомендуется использовать трехфазный, так как он более плавно распределяет нагрузку.

Емкостные конденсаторы

От чего зависит емкость

Емкость конденсатора зависит от типа диэлектрика и указывается на корпусе, измеряется в мкФ или uF. Варьируется в диапазоне от 0 до 9 999 пФ в пикофарадах, тогда как в микрофарадах – от 10 000 пФ до 9 999 мкФ. Эти характеристики прописаны в государственном стандарте ГОСТ 2.702.

Обратите внимание! Чем больше емкость электролитов, тем больше время зарядки, и тем больше заряда устройство сможет передать.

Чем больше величина нагрузки или мощность прибора, тем короче время разряда. При этом сопротивление играет немаловажную роль, так как от него зависит количество исходящего электропотока.

Главной частью конденсатора является диэлектрик. Он обладает следующим рядом характеристик, влияющих на мощность оборудования:

1. Сопротивление изоляции. Сюда относится как внутренняя, так и внешняя изоляция, сделанная из полимеров;
2. Максимальное напряжение. Диэлектрик определяет, какое напряжение конденсатор способен накапливать или передавать;
3. Величина потерь энергии. Зависит от конфигурации диэлектрика и его характеристик. Как правило, энергия рассеивается постепенно или резкими импульсами;
4. Уровень емкости. Для того чтобы конденсатор мог сохранять небольшое количество энергии непродолжительное время, необходимо, чтобы он поддерживал постоянный объем емкости. Чаще всего, он выходит из строя именно по причине невозможности пропускать заданный объем напряжения;

Полезно знать! Аббревиатура «АС», расположенная на корпусе элемента, обозначает переменное напряжение. Накопленное напряжение на конденсаторе невозможно использовать или передавать – его необходимо гасить.

Конденсатор минимальной емкости

Свойства конденсатора

Конденсатор выступает в роли:

1. Индуктивной катушки. Рассмотрим на примере обычной лампочки: она загорится, только если подключить ее напрямую к источнику переменного тока. Отсюда вытекает правило, что чем больше емкость, тем мощнее будет световой поток лампочки;
2. Накопителя заряда. Свойства позволяют ему быстро заряжаться и разряжаться, тем самым создавая сильнейший импульс с малым сопротивлением. Применяется для производства различных видов ускорителей, лазерных установок, электровспышек и т.д.;
3. Аккумулятора полученного заряда. Мощный элемент способен продолжительное время сохранять полученную порцию тока, при этом он может служить адаптером для других устройств. По сравнению с аккумуляторной батареей, конденсатор теряет часть заряда по истечению времени, а также не способен вместить большой объем электричества, например, для промышленных масштабов;
4. Зарядки электродвигателя. Подключение осуществляется через третий вывод (рабочее напряжение конденсатора на 380 или 220 Вольт). Благодаря новой технологии, стало возможным использование трехфазного двигателя (с поворотом фазы на 90 градусов), при использовании стандартной сети;
5. Устройства-компенсатора. Используется в промышленности для стабилизации реактивной энергии: часть поступающей мощности растворяется и на выходе из конденсатора корректируется под определенный объем.

Видео

Оцените статью:

Конденсатор переменной емкости (Переменный конденсатор)

Предназначение конденсатора – это использование их в электронных схемах с постоянным током. Здесь они играют роль фильтрующих емкостей. Также нужны они в транзисторных каскадах и стабилизаторах. Для работы в схемах с переменным током были созданы неполярные конденсаторы. В этом случае нужна стабильность рабочих параметров. Они должны иметь высокую точность, маленький температурный коэффициент ТКЕ. Подобные конденсаторы устанавливаются в колебательных контурах практически любой радиоаппаратуры.

В данной статье описаны все особенности конденсаторов переменного тока, а также в качестве бонуса приведены видеоролик и скачиваемая статья по рассматриваемой теме.

Конденсатор переменного тока.

Основные величины и единицы измерения

Существует несколько основных величин, определяющих конденсатор. Одна из них — это его емкость (латинская буква С), а вторая – рабочее напряжение (латинская U). Электроемкость (или же просто емкость) в системе СИ измеряется в фарадах (Ф). Причем как единица емкости 1 фарад – это очень много – на практике почти не применяется. Например, электрический заряд планеты Земля составляет всего 710 микрофарад. Поэтому в большинстве случаев из-меряется в производных от фарада величинах: в пикофарадах (пФ) при очень маленьком значении емкости (1 пФ=1/10 6 мкФ), в микрофарадах (мкФ) при достаточно большом ее значении (1 мкФ = 1/10 6 Ф).

Для того чтобы рассчитать электроемкость, необходимо разделить величину заряда, накопленного между обкладками, на модуль разницы потенциалов между ними (напряжение на конденсаторе). Заряд конденсатора в данном случае – это заряд, накапливающийся на одной из обкладок рассматриваемого устройства. На 2-х проводниках устройства они одинаковы по модулю, но отличаются по знаку, поэтому сумма их всегда равняется нулю. Заряд конденсатора измеряется в кулонах (Кл), а обозначается буквой Q.

Интересно почитать: принцип действия и основные характеристики варисторов.

Как они проводят переменный ток

Чтобы убедиться в этом воочию, достаточно собрать несложную схему. Сначала надо включить лампу через конденсаторы C1 и C2, соединенные параллельно. Лампа будет светиться, но не очень ярко. Если теперь добавить еще конденсатор C3, то свечение лампы заметно увеличится, что говорит о том, что конденсаторы оказывают сопротивлению прохождению переменного тока. Причем, параллельное соединение, т.е. увеличение емкости, это сопротивление снижает.

Отсюда вывод: чем больше емкость, тем меньше сопротивление конденсатора прохождению переменного тока. Это сопротивление называется емкостным и в формулах обозначается как Xc. Еще Xc зависит от частоты тока, чем она выше, тем меньше Xc. Об этом будет сказано несколько позже.

Другой опыт можно проделать используя счетчик электроэнергии, предварительно отключив все потребители. Для этого надо соединить параллельно три конденсатора по 1мкФ и просто включить их в розетку. Конечно, при этом надо быть предельно осторожным, или даже припаять к конденсаторам стандартную штепсельную вилку. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400В.

После этого подключения достаточно просто понаблюдать за счетчиком, чтобы убедиться, что он стоит на месте, хотя по расчетам такой конденсатор эквивалентен по сопротивлению лампе накаливания мощностью около 50Вт.

Конденсатор в цепи переменного тока

Соберем цепь с конденсатором, в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю. В первую четверть периода напряжение на зажимах генератора будет возрастать, начиная от нуля, и конденсатор начнет заряжаться. В цепи появится ток, однако в первый момент заряда конденсатора, несмотря на то, что напряжение на его пластинах только что появилось и еще очень мало, ток в цепи (ток заряда) будет наибольшим.

По мере же увеличения заряда конденсатора ток в цепи убывает и доходит до нуля в момент, когда конденсатор полностью зарядится. При этом напряжение на пластинах конденсатора, строго следуя за напряжением генератора, становится к этому моменту максимальным, но обратного знака, т. е. направлено навстречу напряжению генератора. Таким образом, ток с наибольшей силой устремляется в свободный от заряда конденсатор, но тут же начинает убывать по мере заполнения зарядами пластин конденсатора и падает до нуля, полностью зарядив его.

Материал в тему: описание и область применения подстроечного резистора.

Сравним это явление с тем, что происходит с потоком воды в трубе, соединяющей два сообщающихся сосуда ,один из которых наполнен, а другой пустой. Стоит только выдвинуть заслонку, преграждающую путь воде, как вода сразу же из левого сосуда под большим напором устремится по трубе в пустой правый сосуд. Однако тотчас же напор воды в трубе начнет постепенно ослабевать, вследствие выравнивания уровней в сосудах, и упадет до нуля. Течение воды прекратится. Подобно этому и ток сначала устремляется в незаряженный конденсатор, а затем постепенно ослабевает по мере его заряда.

С началом второй четверти периода, когда напряжение генератора начнет сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее убывать, заряженный конденсатор будет разряжаться на генератор, что вызовет в цепи ток разряда. По мере убывания напряжения генератора конденсатор все больше и больше разряжается и ток разряда в цепи возрастает. Направление тока разряда в этой четверти периода противоположно направлению тока заряда в первой четверти периода. Соответственно этому кривая тока, пройдя нулевое значение, располагается уже теперь ниже оси времени.

К концу первого полупериода напряжение на генераторе, а также и на конденсаторе быстро приближается к нулю, а ток в цепи медленно достигает своего максимального значения. Вспомнив, что величина тока в цепи тем больше, чем больше величина переносимого по цепи заряда, станет ясным, почему ток достигает максимума тогда, когда напряжение на пластинах конденсатора, а следовательно, и заряд конденсатора быстро убывают.

С началом третьей четверти периода конденсатор вновь начинает заряжаться, но полярность его пластин, так же как и полярность генератора, изменяется «а обратную, а ток, продолжая течь в том же направлении, начинает по мере заряда конденсатора убывать, В конце третьей четверти периода, когда напряжения на генераторе и конденсаторе достигают своего максимума, ток становится равным нулю.

В последнюю четверть периода напряжение, уменьшаясь, падает до нуля, а ток, изменив свое направление в цепи, достигает максимальной величины. На этом и заканчивается период, за которым начинается следующий, в точности повторяющий предыдущий, и т. д.

Итак, под действием переменного напряжения генератора дважды за период происходят заряд конденсатора (первая и третья четверти периода) и дважды его разряд (вторая и четвертая четверти периода). Но так как чередующиеся один за другим заряды и разряды конденсатора сопровождаются каждый раз прохождением по цепи зарядного и разрядного токов, то мы можем заключить, что по цепи с емкостью проходит переменный ток.

Конденсатор в цепи

Рассматриваемый прибор в цепи постоянного тока проводит ток только в момент включения его в сеть (при этом происходит заряд или перезаряд устройства до напряжения источника). Как только конденсатор полностью заряжается, ток через него не идет. При включении устройства в цепь с процессы разрядки и зарядки его чередуются друг с другом. Период их чередования равен приложенного синусоидального напряжения.

Характеристики конденсаторов

Конденсатор в зависимости от состояния электролита и материала, из которого он состоит, может быть сухим, жидкостным, оксидно-полупроводниковым, оксидно-металлическим. Жидкостные конденсаторы хорошо охлаждаются, эти устройства могут работать при значительных нагрузках и обладают таким важным свойством, как самовосстановление диэлектрика при пробое. У рассматриваемых электрических устройств сухого типа достаточно простая конструкция, немного меньше потери напряжения и ток утечки. На данный момент именно сухие приборы пользуются наибольшей популярностью. Основным достоинством электролитных конденсаторов являются дешевизна, компактные габариты и большая электроемкость. Оксидные аналоги – полярные (неверное подключение приводит к пробою).

Как подключается

Подключение конденсатора в цепь с постоянным током происходит следующим образом: плюс (анод) источника тока соединяется с электродом, который покрыт окисной пленкой. В случае несоблюдения этого требования может произойти пробой диэлектрика. Именно по этой причине жидкостные конденсаторы нужно подключать в цепь с переменным источником тока, соединяя встречно последовательно две одинаковые секции. Или нанести оксидный слой на оба электрода. Таким образом, получается неполярный электроприбор, работающий в сетях как с постоянным, так и с Но и в том и в другом случаях результирующая емкость становится в два раза меньше. Униполярные электрические конденсаторы обладают значительными размерами, зато могут включаться в цепи с переменным током. Маркировка производится цветом и цифровым кодом. Цифровая маркировка емкости конденсаторов приведена ниже.

Таблица цифровой маркировки емкости конденсаторов.

Для чего нужен конденсатор

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники. Применение конденсаторов в электротехнических устройствах и бытовой технике:

• Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки). Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
• Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п.
• Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению , конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
• Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт.
• В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.

Конденсатор переменного тока.

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 (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).

Более подробно о работе переменных конденсаторов можно узнать, прочитав статью справочник по конденсаторам. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.electricalschool.info

www.sxemotehnika.ru

www.jelektro.ru

www.sibay-rb.ru

www.alprof.info

Следующая

КонденсаторыЧто такое танталовый конденсатор

Принцип работы и назначение конденсатора в электрической цепи

Данный элемент применяется практически в любых электронных приборах, поэтому, чтобы понять, в чем назначение конденсаторов, необходимо разобраться в их устройстве и принципах функционирования. Конденсатором называется одна из составных частей электрической цепи, у которой имеются две проводящие обкладки (одна обладает положительным зарядом, а другая – отрицательным). Чтобы исключить саморазрядку устройства, между обкладками помещают специальное вещество – диэлектрик, который препятствует перетоку заряда.

Конденсатор

Классификация устройств

Прежде, чем ответить на вопрос, для чего нужен конденсатор, следует разобраться, какие они бывают. Конденсаторы разделяются по следующим признакам:

• Предназначение и выполняемые функции;
• Рабочие условия;
• Тип вещества, разделяющего обкладки.

Конденсаторы активно используются в цепях, где необходима их способность копить и хранить электрический заряд (требуется наличие емкостного устройства). Для этого внутри него установлены две обкладки с разными знаками заряда. Между ними расположено вещество, препятствующее их соприкосновению и разрядке. В большинстве случаев в качестве диэлектрика используется тантал или алюминий, но могут применяться и керамические материалы, слюда или полистирол.

Основным достоинством алюминиевых устройств является их более низкая, по сравнению с танталовыми, стоимость, а также более широкая сфера применения. Вместе с тем, танталовые аналоги более эффективны в использовании и обладают более высокими техническими характеристиками, поэтому при выборе следует учитывать не только фактор цены.

Виды конденсаторов

Дополнительная информация. Конденсаторы из тантала отличаются повышенной надежностью, у них широкий рабочий диапазон температур, что позволяет эксплуатировать их практически в любых условиях. Наиболее широкое применение они нашли в электронике и сопутствующих отраслях промышленности, поскольку обладают большой емкостью и компактными габаритами. К недостаткам устройств данного типа специалисты относят их более высокую цену и чувствительность к колебаниям тока и напряжения.

Силовые элементы применяются чаще всего в цепях с высоким напряжением. Специальная конструкция позволяет обеспечивать большую емкость, а значит, они могут использоваться для стабилизации обеспечения электричеством по линиям электропередач (компенсируют потери энергии). Кроме того, они активно используются для повышения мощности промышленных электроустановок. Диэлектрик в таком устройстве – это пропитанная изоляционным маслом металлизированная пропиленовая пленка.

Самыми широко используемыми являются керамические. Их емкость может варьироваться в значительных пределах – от 1 пикофарада до 0,1 микрофарада. Для предотвращения саморазряда применяется керамика, а в качестве преимущества специалисты отмечают доступную цену, широкие функциональные возможности, высокий уровень надежности и низкий –потерь.

Несмотря на свою дороговизну, на практике применяются серебряно-слюдяные конденсаторы. Они работают крайне стабильно, поддерживают высокую емкость, их корпус полностью герметичен. Но широкому распространению мешает высокая цена.

Применяются и бумажные или металлобумажные элементы. Их обкладка изготовлена из алюминиевой фольги, а в качестве диэлектрика используется бумага, пропитанная специальным составом.

Типы конденсаторов

Принцип функционирования

Основная причина, по которой описываемый элемент включается в электрическую схему, состоит в том, чтобы копить заряд в периоды повышенного напряжения и обеспечивать питание цепи в периоды низкого.

Принцип работы конденсатора заключается в следующем. Когда электрический прибор подключен к сети питания, конденсатор заряжается. На одной его пластине накапливаются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы, которые заряжены положительно. Соприкосновению их мешает диэлектрик. Такое устройство конденсатора позволяет накопить заряд. Ведь, как только прибор подключается к источнику тока, напряжение в цепи равно нулю. Затем, по мере наполнения зарядами, напряжение становится равным тому, которое подается от источника.

После того, как прибор отключается от розетки или батареи, происходит разряд конденсатора. Нагрузка в электрической цепи сохраняется, для этого прибору нужны напряжение и ток, который передает устройство. Необходимость питания прибора заставляет электроны в конденсаторе двигаться к ионам, образуется ток, который передается к другим элементам.

Устройство конденсатора

Возможное применение устройств

Конденсаторы служат решению самых разнообразных задач. В частности, они активно используются при хранении аналоговых и цифровых данных, часто устанавливаются в телемеханических устройствах для регулирования сигналов в соответствующем оборудовании, что сохраняет его от различных повреждений и проблем.

Широко распространено применение конденсаторов в источниках бесперебойного питания, что позволяет сглаживать напряжение при подключении к приборам различного оборудования (компьютеры, оргтехника и так далее).

Обратите внимание! По такому же принципу устроен источник бесперебойного питания. Во время подключения к электрической цепи он накапливает заряд, который потом можно использовать в течение короткого времени, что делает возможным выключение техники без каких-либо сбоев, а это особенно актуально в современных условиях, когда информация имеет крайне большое значение.

Описываемые элементы нашли свое применение в различных преобразователях напряжения. В частности, их можно использовать для увеличения напряжения в сети, величина которого будет превышать входное значение.

Важно! Эксплуатация конденсатора в качестве временного источника питания имеет некоторые ограничения. Это объясняется наличием у диэлектрика хоть небольшой, но проводимости. Поэтому устройство со временем постепенно разряжается, следовательно, при необходимости иметь стабильный источник тока лучше воспользоваться аккумуляторной батареей.

Применение конденсаторов

Наличие возможности накопить заряд, а потом быстро его направить в сеть позволяет сделать устройство незаменимым элементом при изготовлении лазеров, вспышек для фотоаппаратов и других подобных приборов.

Таким образом, без использования описываемого устройства практически невозможно представить современную электронную и электротехническую промышленность. Благодаря пониманию того, как работает конденсатор, его активно применяют при производстве различных устройств, как промышленного, так и бытового назначения. Он помогает обеспечить безопасность электрической цепи и увеличивает срок службы различных приборов.

Видео

Оцените статью:

Теория конденсаторов

Конденсаторы

широко используются в электротехнике для таких функций, как накопление энергии, коррекция коэффициента мощности, компенсация напряжения и многие другие. Емкость также присуща любой системе распределения электроэнергии и может играть ключевую роль в ее работе.

Для полного понимания конденсаторов и их использования важно, чтобы практикующие электрики хорошо разбирались в теории конденсаторов.

Емкость

Используемые символы

C — конденсатор, с единицами измерения Фарад (Ф)
R — резистор, с единицей измерения Ом (Ом)
V — d.c. напряжение источника в вольтах (В)
v _c — напряжение конденсатора в вольтах (В)
I — пиковый ток заряда или разряда в амперах (A)
i — мгновенный ток в амперах (A)
Q — электрический заряд (Кл)
E — напряженность электрического поля (В / м)
D — плотность электрического потока (Кл / м2)
ε _o — диэлектрическая проницаемость свободного пространства (ф / м) — постоянная: 8.854 187 817 … x 10−12
ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Конденсаторы состоят из проводящих поверхностей, разделенных диэлектриком (изолятором). Эффект этого заключается в том, что при приложении напряжения заряд течет в конденсатор и сохраняется. Когда к конденсатору подключена внешняя цепь, этот накопленный заряд перетекает из конденсатора в цепь.

Емкость — это величина заряда, который может храниться в конденсаторе.Единица измерения емкости в системе СИ — фарад ( F ). Фарад — это отношение электрического заряда, накопленного конденсатором, к приложенному напряжению:

Величина емкости зависит от используемых материалов и геометрии конденсатора.

Формально емкость находится путем решения уравнения Лапласа ∇2φ = 0, где φ — постоянный потенциал на поверхности проводника. Более простые геометрические формы также могут быть решены с помощью других методов (в этом примере показан пример конденсатора с параллельными пластинами).

Пример — емкость параллельных пластин

Конденсатор параллельных пластин
(щелкните, чтобы увеличить изображение)

Показан конденсатор; предполагается, что диэлектрик представляет собой вакуум. Электростатическая теория предполагает, что отношение плотности электрического потока к напряженности электрического поля является диэлектрической проницаемостью свободного пространства:

Плотность электрического потока и напряженность электрического поля определяются по формуле:

D = QA и E = Vd

С емкостью, определенной как:

Приведенные выше уравнения можно объединить и решить, чтобы получить емкость конденсатора с параллельными пластинами (с диэлектриком на открытом воздухе) как:

фарад

емкость будет увеличиваться прямо пропорционально относительной диэлектрической проницаемости и определяется по формуле:

фарад

Зарядка и разрядка конденсаторов

Заряд (и разряд) конденсаторов происходит по экспоненциальному закону.Рассмотрим схему, которая показывает конденсатор, подключенный к постоянному току. источник через переключатель. Резистор представляет собой сопротивление утечки конденсатора, сопротивление внешних проводов и соединений, а также любое намеренно введенное сопротивление.

Напряжение зарядки конденсатора

Напряжение зарядки конденсатора

Когда переключатель замкнут, начальное напряжение на конденсаторе (C) равно нулю, а ток (i) определяется по формуле:

— из фундаментальной теории конденсаторов

Напряжение на резисторе — это ток, умноженный на его значение, что дает:

Из закона Кирхгофа для напряжения d.c. Напряжение источника (В) равно сумме напряжения конденсатора (v _c ) и напряжения на резисторе:

Что при перестановке дает:

и

Интегрируя обе стороны, мы получаем:

at, что дает

Путем перестановки

, который идет на

и

Напряжение на конденсаторе увеличится от нуля до d.c. источник как экспоненциальная функция.

Зарядный ток конденсатора

Зарядка и разрядка конденсатора

Из приведенного выше:

Выдача:

Принятие начального тока (I) — напряжение источника постоянного тока, деленное на сопротивление :

дает

Постоянная времени

Произведение сопротивления и емкости (RC) в секундах и обозначается как постоянная времени цепи (обозначается греческой буквой Тау, τ).

Используя это, уравнения напряжения и зарядного тока на конденсаторе записываются как:

Примечание: увеличение значения сопротивления R увеличит постоянную времени, что приведет к более медленному заряду ( или разряд) конденсатора.

Разряд конденсатора

При разрядке ток ведет себя так же, как и при зарядке, но в противоположном направлении.Напряжение на конденсаторе экспоненциально спадет до нуля. Уравнения для разряда как по току, так и по напряжению могут быть определены аналогично тому, как показано выше, и суммируются как:

Накопитель энергии

Чем больше емкость, тем больше энергии он может хранить.

Ток в конденсаторе определяется по формуле:

Мгновенная мощность внутри конденсатора является произведением тока и напряжения:

Вт

В течение интервала dt подводимая энергия составляет:

джоулей

Интегрируя мгновенную энергию при повышении напряжения конденсатора, мы можем найти общую запасенную энергию:

джоулей

Стоит отметить, что при последовательном соединении конденсаторов общая емкость уменьшается, но номинальное напряжение увеличивается.При параллельном подключении номинальное напряжение остается неизменным, но увеличивается общая емкость. В любом случае общий накопитель энергии любой комбинации — это просто сумма накопительной емкости каждого отдельного конденсатора.

Потери в резисторе

При зарядке идеального конденсатора потерь нет. Однако, если конденсатор заряжается через резистор, следует понимать, что половина энергии заряда будет потеряна и рассеиваться в виде тепла через конденсатор.

Рассмотрим приведенную выше схему с зарядным током:

Мгновенная потеря мощности на резисторе составляет:

Следовательно, общая потеря мощности составляет:

Работа через решение дает:

∫0∞V2Re − 2tRCdt = [V2R (−RC2) e − 2tRC] 0∞ = [0] — [- CV22]

= 12CV2 джоулей

Видно, что потеря энергии то же самое, что хранится в конденсаторе.При разряде в резисторе также будет потеряна половина запасенной энергии.

См. Также

.

Какова роль конденсатора в потолочном вентиляторе? Электротехника

Почему конденсатор используется в потолочном вентиляторе?

Самый часто задаваемый вопрос среди вопросов собеседований по электротехнике о основной функции конденсатора в потолочном вентиляторе . Во время лекций и экзаменов viva они в основном спрашивали о роли конденсатора в потолочном вентиляторе. Если вы один из них, ищите точную причину появления , почему у потолочного вентилятора есть конденсатор? Вы находитесь на правильном форуме, и мы ответим на вопрос очень простыми словами, чтобы избежать путаницы, почему потолочные вентиляторы имеют конденсаторы?

Электрическая схема двигателя потолочного вентилятора

Обычно двигатели потолочных вентиляторов представляют собой однофазные электродвигатели переменного тока с разделением фаз.Внутри потолочного вентилятора есть две обмотки, известные как пусковая обмотка и ходовая обмотка . пусковая обмотка также известна как вспомогательная обмотка , а ходовая обмотка известна как основная обмотка .

Ниже представлена ​​принципиальная схема асинхронного двигателя с расщепленной фазой в потолочном вентиляторе, на которой четко показан конденсатор, подключенный последовательно с пусковой обмоткой (вспомогательной обмоткой). Прежде чем подробно рассказывать, почему конденсатор подключается последовательно со вспомогательной обмоткой, расскажите, что произойдет, если в потолочном вентиляторе нет конденсатора.

Потолочный вентилятор без конденсатора

Предположим, что в цепь двигателя потолочного вентилятора не подключен конденсатор. Таким образом, пусковая и рабочая обмотки подключаются параллельно к однофазному источнику переменного напряжения (120 В в США и 230 В в ЕС). В этом случае, когда ток течет через индукторы обмотки, он будет создавать пульсирующее магнитное поле (от 0 до 180 °) вместо вращающегося магнитного поля, которое необходимо для крутящего момента и вращения.

Из-за однофазного питания имеется только один вращающийся поток, который вращается одновременно по часовой стрелке и затем против часовой стрелки. Другими словами, направление вращения двигателя изменяется после каждого полупериода (синусоидальная волна переменного тока), что приводит к непрерывному вращению ротора по часовой стрелке и против часовой стрелки. Согласно теории вращения двойного поля, оба момента компенсируют друг друга после полупериода. Результирующее (чистое) вращающееся магнитное поле будет равно нулю i.е. нулевой пусковой момент. Вот почему потолочный вентилятор, а также однофазные асинхронные двигатели не запускаются автоматически.

Какова функция конденсатора в потолочном вентиляторе?

Мы знаем, что потолочный вентилятор не может быть запущен от однофазного источника переменного тока, но какое волшебство делает конденсатор в этих двигателях, чтобы он запускался самостоятельно.

Согласно теории вращения двойного поля, переменный поток можно разделить на два потока, которые сначала вращаются в противоположном направлении.Давайте опишем сложный сценарий более простыми словами, то есть однофазный асинхронный двигатель можно запустить, добавив к нему вспомогательную обмотку и конденсатор, подключенный последовательно. Давайте узнаем, как это работает с помощью конденсатора.

Для запуска однофазного асинхронного двигателя переменного тока необходимы две фазы для создания вращающейся магнитодвижущей силы (MMF), но у нас есть только одна фаза из-за однофазного источника переменного тока в наших домах. Следовательно, нам нужна дополнительная фаза для запуска таких двигателей.Мы получаем вторую фазу, добавляя конденсатор последовательно с пусковым ветром двигателя потолочного вентилятора.

Мы также знаем, что ток и напряжение совпадают по фазе (одна и та же фаза) в случае чисто резистивной цепи. Но это не так в случае емкостных или индуктивных цепей. Другими словами, в случае чисто индуктивной цепи ток отстает на 90 ° от напряжения (или напряжение опережает на 90 ° от тока), в то время как в случае чисто емкостной цепи ток опережает на 90 ° от напряжения (или напряжение отставание на 90 ° от тока).Таким образом, задействуя конденсатор и катушку индуктивности, мы можем произвести фазовый сдвиг в цепи.

Для этого мы добавляем конденсатор последовательно с встречным ветром. Когда мы включаем цепь из-за катушек индуктивности и конденсаторов в этой цепи:

• Ток отводится на 45 ° от напряжения (или напряжение отстает на 45 градусов от тока ) в пусковой обмотке из-за индуктивности .
• Ток отстает на 45 ° от тока (или напряжения на 45 градусов от тока ) в рабочей обмотке из-за емкости.

Подвижная обмотка имеет достаточное сопротивление, которое позволяет сделать цепь резистивно-индуктивной цепью, а результирующее сопротивление переменному току известно как индуктивное реактивное сопротивление (X _L ). Пусковая обмотка имеет высокое сопротивление и низкое индуктивное сопротивление, а результирующее сопротивление переменному току равно емкостному реактивному сопротивлению (X _C ).

Таким образом, результирующий ток, протекающий в цепи, сдвинут по фазе на 90 °. Это означает, что у нас есть две разные чередующиеся фазы, которые приводят к созданию вращающегося магнитного поля, и создаваемый крутящий момент начинает вращать ротор.

Когда двигатель достигает скорости 70% +, используется центробежный выключатель для отключения питания пусковой обмотки (вспомогательной обмотки). Двигатели такого типа называются двигателями с конденсаторным пуском.

Из-за высокой стоимости и надлежащего обслуживания двигателей с конденсаторным пуском, для решения этой проблемы в двигателе постоянно используется конденсатор с фиксированным номиналом (обычно от 2,5 мкФ до 3,5 мкФ ) (который известен как двигатели с пусковым конденсатором).

Так как пусковой ветер имеет небольшие размеры, что помогает только произвести фазовый сдвиг (низкий крутящий момент) для запуска двигателя, поэтому конденсаторные пусковые двигатели не доступны в больших размерах.

Имейте в виду, что если вы подключите конденсатор последовательно с основной обмоткой вместо запуска ветра, лопасти вентилятора будут вращаться в противоположном направлении.

Теперь вы знаете точную причину , по которой в потолочном вентиляторе используется конденсатор. Если вы все еще не уверены или хотите оставить отзыв, сообщите нам об этом в поле для комментариев ниже.

Похожие сообщения:

.

Эволюция конденсаторов — Инженерные проекты

Всем привет, надеюсь, у вас все хорошо и весело проводите время. Сегодняшняя тема посвящена эволюции конденсаторов, и я изо всех сил старался изучить все о конденсаторах. Конденсатор — один из пассивных элементов. Это двухконтактный электрический компонент. Он хранит энергию в виде электрического поля. Внешний вид практических конденсаторов варьируется в зависимости от их использования. Основной конденсатор имеет два электрических проводника, разделенных диэлектриком.Материал, используемый в электрических проводниках, представляет собой проводящий электролит, тонкие пленки, спеченные шарики из металла и тонкую фольгу. Материал, используемый в диэлектрике, — это пластик, стекло, керамика, вакуум, слюда, бумага, оксидные слои и т. Д. Конденсатор также называется конденсатором. Конденсатор в основном зависит от площади пластин, расстояния между пластинами и характеристик диэлектрика между двумя пластинами и используется во многих электронных и электрических проектах.

Что такое конденсатор?

Он определяется как отношение электрического заряда Q к разности потенциалов V.

C = Q / V

Емкость конденсатора измеряется в единицах, называемых Фарад . Говорят, что конденсатор имеет емкость в один фарад, только если конденсатор может удерживать один ампер в секунду электронов при одном вольте со скоростью один кулон электронов в секунду.

Эволюция конденсаторов

Эволюция конденсаторов происходила интересным образом. В 6 ^– годах греческий ученый Фалес Милейский натирал янтарь мехом животных.Янтарь приобрел способность улавливать мелкие кусочки материала. По прошествии нескольких тысяч лет (в 18 ^— гг.) Произошло много изменений. Фон Клейст построил первый практический конденсатор. Он взял медицинский флакон и наполнил его частично водой, а затем хорошо запечатал пробкой. Позже он воткнул в воду гвоздь через пробку. Затем гвоздь контактировал с электростатической машиной, в результате чего возникал некоторый заряд. Когда фон Клейст собирался коснуться гвоздя, он почувствовал, что разделенные заряды могут воссоединиться, протекая через его собственное тело.Одним из самых известных экспериментов был лейден-джар. Ван Мушенбрук провел эксперимент, который можно назвать первым конденсатором. Его эксперимент был почти аналогичен эксперименту фон Клейста; однако он просто вылил воду из бутылки и обернул металлической фольгой как внутри, так и снаружи банки. Через пробку на крышке банки протекала металлическая цепочка. Эта цепь была зацеплена чем-то, что производило заряд. В тот момент, когда заряд был доставлен, банка будет удерживать два равных, но противоположных заряда в равновесии, пока они не будут соединены проводом, который слегка генерирует искру или удар.

Лейденская банка

Ученый по имени Даниэль Гралат был первым, кто соединил несколько сосудов параллельно, чтобы сформировать батарею.

Банки параллельно

Этот эксперимент сделал еще один шаг вперед по сравнению с выводом великого ученого Бенджамина Франклина. Он сказал, что заряд хранился в стакане, а не в воде. Таким образом, это заставило его заменить лист диэлектрика, похожий на промасленную бумагу, зажатый между листами металлической фольги, которые были свернуты или сложены в небольшой пакет.Наконец, эксперимент принял хорошую форму, когда Мишель Фарадей добавил свой вклад. Он придумал понятие диэлектрической проницаемости. Он не только изобрел первый на практике конденсатор постоянной и переменной емкости, но и первый пригодный к употреблению конденсатор, который был изготовлен из больших бочек с маслом.

Символы разных конденсаторов

Символы и практические диоды в приложениях реального времени: Полярность конденсатора: Конденсаторы измеряются в единицах Фарад. Большинство значений дано в микрофарадах.Микрофарад — это одна миллионная часть фарада. ПикоФарад — это одна миллионная микрофарада. Используется в радиоработах. Размер конденсатора Пико Фарада больше, чем конденсатора Микрофарада. Некоторые конденсаторы неполяризованы, как и резисторы. Их можно разместить в цепи любым способом. Электролитические конденсаторы имеют анод и катод, которые необходимо размещать в определенном направлении. Электролитические конденсаторы испаряются через 2000 часов при 105 градусах Цельсия.

Конденсатор

Базовая модель конденсатора состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектрическим материалом.Исходя из этой базовой концепции конструкции, конденсаторы превратились во множество различных моделей конструкции.

Конструкция конденсатора

Настоящие конденсаторы изготавливаются из тонких полосок металлической фольги и диэлектрического материала, которые затем складываются вместе.

Конденсатор с фольгой

Конденсатор с алюминиевым электролитом состоит из алюминиевой фольги, электролита и пористой бумаги.

Алюминиевый конденсатор

В керамических конденсаторах керамика действует как диэлектрический материал.

Керамический конденсатор

В воздушных конденсаторах в качестве диэлектрической среды используется воздух. В будущем, благодаря передовым технологиям, конденсаторы будут изготавливаться из различных диэлектрических материалов, что сделает их простыми, универсальными и экономичными.

Воздушный конденсатор

Принцип работы конденсатора

Конденсатор в данном источнике питания, ток начинает течь в конденсатор. Заряд попадает на обе пластины, поскольку они разделены диэлектрической средой.Электроны, являющиеся отрицательно заряженными частицами, находятся на одной из пластин; это делает пластину отрицательно заряженной. Эта большая масса отрицательных зарядов отталкивается от аналогичных зарядов на другой пластине, делая ее положительно заряженной. Теперь эти отрицательные и положительные заряды притягиваются друг к другу, создавая электрическое поле между пластинами, поскольку они разделяются изолирующим материалом. Это явление похоже на накопление энергии в батарее.

Работа конденсатора

Положительный и отрицательный заряды пытаются сблизиться друг с другом, чтобы образовать одну массу на пластинах конденсатора, конденсатор становится заряженным.Конденсатор обладает способностью сохранять свое электрическое поле; это потому, что положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга. В точке насыщения пластины конденсатора полностью заряжены и больше не могут принимать заряды. Этот этап называется емкостью конденсатора. Поляризованный конденсатор Поляризованный конденсатор также называют электролитическими конденсаторами. Он используется в приложениях постоянного тока, более высоких токах утечки, конденсаторах небольшого размера, низкой частотной характеристике и высокой емкости.При неправильном подключении действует как короткое замыкание. Эти конденсаторы используются в основном для регулирования напряжения и сглаживания развязки источника питания.

Поляризованный конденсатор

Неполяризованный конденсатор Неполяризованный конденсатор используется в системах переменного тока. Когда два идентичных поляризованных конденсатора соединены друг с другом, причем один из них перевернут, они действуют как неполяризованный конденсатор, имеющий только половину своей емкости. Но это только низкая частота.Если нужна высокая частота, необходимо использовать неполяризованный конденсатор. Он используется в громкоговорителях.

Неполяризованный конденсатор

Различные типы конденсаторов

Электролитический конденсатор Электролитические конденсаторы — это поляризованные конденсаторы с анодом и катодом. В них используется высокая диэлектрическая проницаемость слоя оксида алюминия на пластинах конденсатора. Это больше, чем у обычного диэлектрического материала. Конструкция электролитических конденсаторов Основной конденсатор состоит из двух пластин и одного диэлектрического материала.В электролитическом конденсаторе две пластины и фольга немного отличаются. Одна из пластин покрыта оксидным слоем, а бумага пропитана электролитом, который помещается между пластинами. Фольга, изолированная оксидным слоем, является анодом. Толщина анодного оксида — тонкая пленка. Вторая фольга действует как катод. Они должны быть упакованы вместе и образовывать цилиндр. Теперь его помещают в алюминиевую банку, чтобы защитить от внешнего воздействия. При изготовлении электролитического конденсатора необходимо использовать фольгу анода особой чистоты.Общая толщина будет 20 мкм и 50 мкм.

Электролитический конденсатор

Он в основном используется в военных и космических приложениях, а также в устройствах, требующих очень низких токов утечки или с долговечными характеристиками, а также для создания высоких температур до 125 ° C. Керамический конденсатор Керамические конденсаторы имеют фиксированные значения, которые нельзя изменять. В этом конденсаторе керамика действует как диэлектрик, и два электрода имеют его на своих крайних концах. Керамические конденсаторы доступны в трех основных типах

1. Многослойные керамические конденсаторы поверхностного монтажа
2. Керамический конденсатор со свинцовым диском
3. Керамический бессвинцовый конденсатор для специальных микроволновых печей

Доступны керамические конденсаторы меньшего номинала, обычно от 1 нФ до 1 мкФ, хотя возможны значения до 100 мкФ.Они имеют небольшой размер и низкое номинальное напряжение. Это неполяризованный конденсатор, который можно подключать к источнику переменного тока. Конструкция керамического конденсатора Керамические конденсаторы состоят из мелко измельченных гранул из частично электрических или сегнетоэлектрических материалов. Их смешивают таким образом, чтобы получить желаемые характеристики. Производитель покрывает их керамическим диском и использует серебряные контакты с обеих сторон. Чтобы получить большую емкость, эти устройства состоят из нескольких слоев.

Конструкция керамического конденсатора

Применение многослойных керамических конденсаторов включает бытовую электронику, обработку данных, жесткие диски, видеокамеры, DVD-диски, мобильные телефоны, общие электронные схемы и телекоммуникации. Конденсатор переменной емкости Конденсаторы переменной емкости изготавливаются как механическим, так и электрическим способом. Они в основном используются в цепях L / C для настройки резонансных цепей. Переменные конденсаторы используются в радио, телевидении и т. Д.

Переменные конденсаторы

Конденсаторы используются:

• Для блокировки потока постоянного тока и разрешения переменного тока
• Для соединения секций
• Для отправки желаемых сигналов в любые секции
• Для фазового сдвига
• Для создания времени задержки
• Для заземления нежелательных частот
• В пускателе двигателя
• Для фильтрации пульсаций в цепи выпрямителя и форм волны

Применение конденсатора

• Конденсатор в качестве фильтра: Конденсатор состоит из фильтра низких частот и фильтра высоких частот.Реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте. Итак, мы можем уменьшать или увеличивать любую схему на определенной частоте.
• Конденсатор как разрядная единица: Конденсатор имеет свойство заряжаться и разряжаться. Это приложение можно использовать для запуска, зажигания и запуска для больших источников питания.
• Демпферные конденсаторы: Он используется для ограничения переходных процессов высокого напряжения в цепях.

Таким образом, речь идет об эволюции и различных типах конденсаторов.Он используется в источниках бесперебойного питания, связи звуковых частот, в конденсаторах связи ВЧ и в схемах настройки. .

Могут ли конденсаторы в электрических цепях обеспечить крупномасштабное накопление энергии?

(a) и (b) Кривые зарядки / разрядки для различных комбинаций резистора и конденсатора. (c) Трехмерный контур поверхности в форме воронки, демонстрирующий энергоемкую разрядку после полной зарядки. Предоставлено: Фукухара и др. © 2014 ООО «АИП Паблишинг»

(Phys.org) — Конденсаторы широко используются в электрических цепях для хранения небольшого количества энергии, но никогда не использовались для крупномасштабного хранения энергии.Исследователи из Японии показали, что правильная комбинация резисторов и конденсаторов позволяет электрическим схемам удовлетворять двум ключевым требованиям устройства накопления энергии: быстрой зарядке и длительной разрядке. Использование конденсаторов в качестве устройств хранения энергии в цепях имеет потенциальное применение для гибридных электромобилей, резервных источников питания и альтернативных аккумуляторов энергии.

Исследователи, проф.Микио Фукухара, Томоюки Курода и профессор Фумихико Хасегава из Университета Тохоку в Сендае, Япония, опубликовали свою статью в недавнем выпуске Applied Physics Letters .

Разработка эффективных методов хранения электроэнергии является основной темой исследований, в которой особое внимание уделяется батареям, топливным элементам и двойным электрическим конденсаторам (EDLC), когда они не включены в схемы. До сих пор не проводилось никаких исследований по использованию конденсаторов или суперконденсаторов в качестве устройств хранения энергии в схемах.

Чтобы изучить возможность использования конденсаторов для хранения энергии в цепях, исследователи исследовали поведение заряда / разряда 126 комбинаций резистор-конденсатор (RC) из 18 резисторов, трех керамических конденсаторов и четырех алюминиевых конденсаторов. Они обнаружили, что комбинации RC, которые являются лучшими с точки зрения быстрой зарядки и длительной разрядки, состоят из схем с небольшим резистором, большим резистором и большим конденсатором. Некоторые из этих схем могут заряжаться менее чем за 20 секунд и удерживать заряд до 40 минут, имея при этом относительно большие емкости до 100 миллифарад (мФ).

Как быстро сохранить большое количество электроэнергии и контролировать длительную разрядку в электрической цепи: (a) Конденсатор (C) быстро заряжается путем включения переключателей S1, S2, S3 и S4. (b) Чтобы сохранить электричество в конденсаторе, переключатели S1, S2, S3 и S4 размыкаются. (c) Долговременный разряд выполняется путем замыкания S2 и S4, которые замыкают выходную цепь, а затем с помощью переменного резистора для управления разрядом. © 2014 ООО «АИП Паблишинг»

«Наибольшее значение этой работы имеет открытие RC-области, которая обеспечивает быструю зарядку и длительную разрядку в электрической цепи», — сказал Фукухара Phys.org . «Мы думаем, что эта система станет важным методом хранения большого количества энергии или только небольшого количества энергии в ближайшем будущем. Для этой цели накопительный конденсатор должен измениться с электрохимического на физическое устройство».

Исследователи связывают быструю зарядку и длительную разрядку с заглушающим эффектом большого резистора в цепи. Они объясняют, что соотношение между сопротивлением и емкостью суперконденсатора аналогично соотношению между размером свечи и количеством воды в резервуаре для воды.Чем больше вилка (резистор), тем больше воды (емкость) может вместить бак. До сих пор не учитывалось заглушающее влияние этой комбинации RC на накопление электроэнергии в таких цепях.

Результаты также показали, что «сухой» или «твердый» суперконденсатор, сделанный из аморфной поверхности TiO ₂ с полостями нанометрового размера, обеспечивает лучшие характеристики, чем типичные суперконденсаторы, в которых используются жидкие растворители.Более ранняя работа исследователей над этими сухими конденсаторами TiO ₂ показала, что они обладают рядом преимуществ для хранения энергии, такими как большая емкость 4,8 Ф, широкий диапазон рабочих температур от 193 до 453 К и большой разброс напряжения от 10 до 150. V. Напротив, традиционные EDLC страдают ограничениями во всех этих областях.

«Помимо первых исследователей электрических цепей, люди считали, что цепи используются только для быстрой зарядки и быстрой разрядки», — сказал Фукухара.«Следовательно, заглушающий эффект этой RC-комбинации на накопление электроэнергии в таких схемах был упущен из виду. Когда мы начали исследовать сухую физическую емкость с использованием только твердых материалов, мы начали подвергать сомнению обычное использование конденсаторов на основе традиционной концепции».

В будущем исследователи планируют работать над дальнейшим улучшением характеристик этих сухих суперконденсаторов, чтобы внести улучшения в систему хранения энергии в целом.

«В наших планах разработать сухие физические накопители электроэнергии для использования в электромобилях, линиях электропередачи переменного тока и зарядку большого количества молнии или большого количества токов, хранящихся в воздухе», — сказал Фукухара.«Однако это займет много времени».

---

Хранение энергии в миниатюрных конденсаторах может способствовать развитию экологически чистых технологий

---

Дополнительная информация: Микио Фукухара и др. «Реализация суперконденсатора в электрической цепи.» Applied Physics Letters . DOI: 10.1063 / 1.4902410

© 2014 Phys.org

Цитата : Могут ли конденсаторы в электрических цепях обеспечить крупномасштабное хранение энергии? (2014, 2 декабря) получено 17 сентября 2020 с https: // физ.org / новости / 2014-12-конденсаторы-электрические-схемы-large-scale-energy.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.