Принцип конденсатора. Принцип работы конденсатора: устройство, характеристики и применение

Что такое конденсатор и как он работает. Какие бывают виды конденсаторов. Какие основные характеристики конденсаторов важны. Где применяются конденсаторы в электронике и электротехнике. Как правильно выбрать конденсатор для схемы.

Что такое конденсатор и его основные компоненты

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, способный накапливать и хранить электрический заряд. Основными элементами конденсатора являются:

• Две проводящие пластины (обкладки), разделенные диэлектриком
• Диэлектрик — изолирующий материал между обкладками
• Выводы для подключения к электрической цепи

Когда к обкладкам конденсатора прикладывается напряжение, на них накапливается электрический заряд. При этом в диэлектрике создается электрическое поле. Чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними, тем больше заряда может накопить конденсатор.

Принцип работы конденсатора

Принцип работы конденсатора основан на способности накапливать и отдавать электрический заряд. Рассмотрим основные этапы работы конденсатора:

1. Зарядка: при подключении источника напряжения электроны перемещаются с одной обкладки на другую, создавая разность потенциалов
2. Хранение заряда: после отключения источника накопленный заряд сохраняется на обкладках
3. Разрядка: при замыкании обкладок накопленный заряд стекает, создавая ток разряда

Способность конденсатора накапливать заряд характеризуется его емкостью. Чем больше емкость, тем больший заряд может накопить конденсатор при заданном напряжении.

Основные характеристики конденсаторов

При выборе конденсатора для электронной схемы важно учитывать следующие ключевые параметры:

• Емкость — способность накапливать электрический заряд, измеряется в фарадах (Ф)
• Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение на обкладках
• Ток утечки — паразитный ток, протекающий через диэлектрик
• Температурный коэффициент емкости — изменение емкости при нагреве/охлаждении
• Допустимые отклонения емкости от номинала

Также важными характеристиками являются габариты, тип корпуса, диапазон рабочих температур и другие параметры в зависимости от области применения.

Виды конденсаторов по типу диэлектрика

Существует несколько основных типов конденсаторов, различающихся по материалу диэлектрика:

• Керамические — компактные, для высоких частот
• Пленочные — стабильные характеристики, низкие потери
• Электролитические — большая емкость при малых размерах
• Танталовые — высокая удельная емкость, стабильность
• Воздушные — переменная емкость, для радиотехники

Выбор типа конденсатора зависит от требуемых параметров и условий эксплуатации в конкретной схеме.

Применение конденсаторов в электронике

Благодаря способности накапливать заряд, конденсаторы широко применяются в различных областях электроники:

• Фильтрация пульсаций в источниках питания
• Разделение постоянной и переменной составляющих сигнала
• Накопление энергии для импульсных схем
• Частотная коррекция в усилителях
• Создание колебательных контуров
• Сглаживание помех в цепях питания

Конденсаторы являются ключевыми компонентами практически любого электронного устройства, от бытовой техники до промышленного оборудования.

Как правильно выбрать конденсатор для схемы

При выборе конденсатора для конкретной схемы необходимо учитывать следующие факторы:

1. Требуемая емкость и допустимые отклонения
2. Максимальное рабочее напряжение
3. Диапазон рабочих температур
4. Частотные характеристики
5. Габариты и тип корпуса
6. Срок службы и надежность

Важно подобрать конденсатор с оптимальными характеристиками для конкретных условий работы. Это обеспечит надежное функционирование всего устройства.

Особенности работы конденсатора в цепях переменного тока

В цепях переменного тока конденсатор проявляет емкостное сопротивление, которое зависит от частоты:

• На низких частотах сопротивление высокое, ток мал
• С ростом частоты сопротивление уменьшается, ток растет
• Напряжение на конденсаторе отстает от тока на 90°

Эти свойства позволяют использовать конденсаторы для частотной фильтрации сигналов, создания фазовращателей и других применений в технике переменного тока.

Конденсатор

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

• 1µF = 0.000001 = 10^-6 F

• 1nF = 0.000000001 = 10
  -9 F

• 1pF = 0.000000000001 = 10^-12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.

е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

• Ic — ток конденсатора

• C — Емкость конденсатора

• ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Устройство конденсатора. От чего зависит емкость?

Емкость плоского конденсатора зависит от трех основных факторов:

• Площадь пластин — A

• Расстояние между пластинами – d

• Относительная диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами — ɛ

Площадь пластин

Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше заряженых частиц могут на них разместится, и тем больше емкость.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

• Воздух – 1.0005

• Бумага – от 2.5 до 3.5

• Стекло – от 3 до 10

• Слюда – от 5 до 7

• Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Ток утечки

Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.

Принципы работы чиллеров, холодильных систем – ГекколдПром

Чиллер — это промышленный водяной охладитель, применяемый для охлаждения теплоносителя.

В качестве теплоносителя обычно используется вода и водные растворы на основании этиленгликоля и пропиленгликоля, в концентрации от 20 до 50%. Температура теплоносителя в большинстве процессов находится в диапазоне от 7 до 150°С, однако, не редки и случаи, когда температура теплоносителя составляет 50°С или же 250°С.

По типу чиллеры делятся на:

• Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора
• Чиллер с водяным охлаждением конденсатора
• Чиллер с выносным конденсатором

Внутри промышленного водяного охладителя (чиллера) находится охлаждающий газ (хладагент), в качестве которого используется фреон.

Принцип работы чиллера базируется на цикле Карно. В процессе сжатия фреона в компрессоре происходит его нагрев. Далее разогретый фреон попадает в конденсатор, где происходит его охлаждение и конденсация. Далее фреон в жидком состоянии попадает к ТРВ и далее в испаритель чиллера, где происходит его нагрев (передача тепла от более нагрето теплоносителя к менее нагретому теплоносителю (Фреон)). Затем газообразный фреон попадает в компрессор, где он сжимается, и цикл повторяется. Важную роль в данном цикле исполняет ТРВ (терморегулирующий вентиль), он дозирует необходимое количество фреона в испаритель и препятствует попаданию жидкой фракции в компрессор.

Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора

Чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора (обычное такие называют моноблочным) могут быть установлены как на улице, так и в помещении. Также они могут быть оборудован встроенным циркуляционным насосом и накопительным баком, представляя собой решение полностью готовое к эксплуатации решение.

Для реализации энергосбережения в некоторых сериях чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора существует встроенная батарея естественного охлаждения (фрикуллинг). Фрукулинг позволяет выключить компрессоры чиллера в зимний период времени, охлаждения теплоносителя осуществляется за счет отвода тепла в окружающую среду. Данные линейки чиллеров достаточно хорошо себя зарекомендовали, благодаря высокой энергоэффективности, компактности и простоты эксплуатации.

Чиллер с водяным охлаждением конденсатора

Принцип работы чиллера с водяным охлаждение конденсатора ничем не отличается от принципа работы воздухоохлаждаемого чиллера, однако, конденсация фреона осуществляется за счет его охлаждения вторичным теплоносителем. В качестве вторичного телпоносителя может применятся вода, либо расторы гликоля. Вода может быть оборотной или проточной.

Чиллеры с водяным охлаждением конденсатора устанавливаются внутри помещения. Также допускается их установка в отапливаемый контейнер. Конденсатор чиллера охлаждают с помощью драйкулеров (сухих охладителей жидкости), мокрых градирен или воды из скважин. Последний способ самый не благоприятный, связанный с большим количеством оборотной воды.

При использовании драй-кулера для охлаждения конденсатора чиллера можно также реализовать систему энергосбережения. При этом в летний период времени драй-кулер будет работать на конденсацию фреона, а в зимний период времени драй-кулер будет работать на охлаждения потребителя (компрессоры чиллера при этом будут выключены), то обеспечит энергосбережение.

В зависимости от мощности охлаждения, некоторые модельные ряды чиллеров с водяным охлаждения конденсатором могут быть оборудованы встроенным циркуляционным насосом и накопительным резервуаром контура потребителя.

Чиллер с выносным охлаждением

В чиллерах с выносным охлаждением отсутствует встроенный конденсатор. Он устанавливается отдельно снаружи помещения и представляет собой обособленную единицу оборудования, соединяемую с чиллером фреонопроводом.

Вспомогательное оборудование для систем охлаждения

Насосные станции

Насосная станция состоит из одного или нескольких циркуляционных насосов, накопительного бака и расширительного бака. На циркуляционных насосах может быть установлен частотный преобразователь, для плавной регулировки производительности. Для предотвращения передавливания насосов в процессе работы, на подаче установлены обратные клапана. Накопительный бак служит для компенсации температурных колебаний. Расширительный бак служит для компенсации температурных расширений теплоносителя. Циркуляционные насосы устанавливаются на раму. Насосная станция может быть оборудована коллекторами из пластика, стали или нержавеющей стали. Также устанавливается панель управления, для управления работой циркуляционных насосов.

Работа насосной станции

Работа насосной станции основывается на поддержании необходимого расхода жидкости и напора. Давление в контуре поддерживается в автоматическом режиме путем введения уставки на контроллере насосной группы. Станция оснащается двумя датчиками давления (на входе и на выходе). В связи с этим, можно выбрать различные алгоритмы работы:

• Работа на поддержание давления на выходе (работа по датчику на нагнетании).
• Работа на поддержание постоянства перепада давления в системы (идет сравнение сигнала обоих датчиков и поддержание в контуре перепада давления).

Насосную станцию можно подключить двумя способами:

1. Установка на нагнетании на потребитель
2. Установка на обратном трубопроводе с потребителя

Выбор способа подключения зависит от принципиальной схемы охлаждения, требования по параметрам давления на потребителе, типа контура.

Пластинчатый теплообменник принцип работы

Принцип работы пластинчатого теплообменника базируется на правилах термодинамики: передачи тепла от более нагретого тела менее нагретому телу. Жидкости циркулируют через пластины. И не перемешиваются между собой.

Основные части пластинчатого теплообменника:

• Пластины
• Уплотнения
• Станина
• Порты для подключения

Типы промежуточных теплообменников и их назначение

Промежуточные теплообменники разделяются по принципу:

• Вода-вода
• Вода-воздух

Теплообменники вода-воздух применяются в системах кондиционирования, для охлаждения складов и холодильных камер. Где холод от теплоносителя передается воздуху (происходит охлаждение воздуха)

Теплообменники вода-вода подразделяются на следующие типы:

• Паяный теплообменник (не разборный)- теплообменники малой мощности, применяются в чистых средах
• Пластинчатый разборный теплообменник- теплообменники малой и большой мощности, широко применяются в промышленности и на производстве. Благодаря разборной конструкции осуществляется прочистка и возможность увеличения мощности охлаждения, путем добавления пластин.
• Кожухотрубный теплообменник- теплообменники применяющиеся на производстве. По кожуху циркулирует охлаждаемая среда. По рубкам охлаждающая. Данный тип теплообменников получил широкое применение в отраслях промышленности, где необходимо охлаждать теплоноситель с включениями.

Принцип работы и устройство конденсатора

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о методах расчёта электрических цепей, в которых основным элементом является резистор. Резистор представляет собой один из элементов с сосредоточенными параметрами, в данном случае таким параметром является сопротивление. Однако кроме сопротивления ещё одними из основных параметров элементов цепи являются ёмкость и индуктивность, которые представлены элементами конденсатор и индуктивными элементами (различные дросселя, катушки, трансформаторы и т.д.). В данной статье я рассмотрю такой элемент с сосредоточенными параметрами, как конденсатор.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Проводник в электрическом поле

Помещая проводник в электрическое поле, носители заряда внутри проводника начинают перемещаться. Причем данное перемещение подчиняется двум правилам:

1. Напряжённость электрического поля внутри проводника должно равняться нулю

   Это означает, что потенциал внутри проводника остается постоянным (φ = const).

2. Напряжённость поля на поверхности проводника направлена перпендикулярно к самой поверхности данного проводника. Или другими словами поверхность проводника становится эквипотенциальной, то есть все точки данной поверхности имеют одинаковый потенциал.

Из этих двух правил следует, что когда проводник вносится в электрическое поле его носители заряда (в металлах это электроны, а в жидкостях – ионы) приходят в движение, причем положительные по направлению напряжённости электрического поля, а отрицательные в противоположную сторону. Результатом движения зарядов в проводнике является возникновение зарядов противоположного знака на концах проводника, такие заряды называют индуцированными. Перераспределение заряда в проводнике показано на рисунке ниже

Распределение носителей зарядов проводника в электрическом поле.

Таким образом, нейтральный проводник, помещённый в электрическое поле, как бы разрывает часть линий электрического поля, а индуцированные заряды распределяются по поверхности проводника.

Практический интерес представляет следующая ситуация, когда внутри проводника имеется некоторая полость. Так как индуцирование зарядов происходит на поверхности проводника, то внутри этого проводника, а значит и во внутренней полости электрическое поле обращается в нуль. На данном явлении основана электростатическая защита, когда необходимо защитить какой-нибудь прибор от воздействия электрического поля, то его помещают внутрь экрана из проводника. Индуцированные заряды на поверхности экрана скомпенсируют электростатическое поле. Вместо сплошного экрана часто используют экран из электропроводящей сетки, что тоже позволяет создать защиту от электростатического поля.

Электроемкость

Если на проводник переместить некоторый заряд q, то он как мы уже знаем, распределится по всей поверхности проводника, так чтобы напряженность электрического поля внутри него была равна нулю. Однако относительно любой точки пространства данный проводник будет обладать некоторым потенциалом φ. Если на данный заряженный проводник переместить ещё один заряд, то опять же он равномерно распределится по всей поверхности проводника, а величина потенциала вырастит на некоторую величину.

Таким образом, между величиной заряда проводника и его потенциалом существует связь, которая определяется следующим выражением

где q – величина заряда, сообщенная проводнику,

φ – потенциал проводника относительно любой точки пространства,

С – коэффициент пропорциональности, называемый электроемкостью проводника, или просто емкостью.

Исходя из этого, электроемкость проводника может быть вычислена из следующего выражения

Таким образом, электроемкость численно равна заряду, передача которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Единица измерения электроемкости называется Фарада (обозначается Ф).

Однако емкость уединенного проводника невелика, так емкостью в 1 Ф обладает шар радиусом 9*10⁹ м, что почти в 1500 раз больше радиуса Земли. Поэтому на практике используют специальные устройства для накопления зарядов и обладающие большой емкостью при минимальных размерах. Такие устройства называются конденсаторами.

Конденсаторы

Принцип действия конденсатора основывается на явлении индуцирования зарядов на проводнике в электрическом поле или на свойстве диэлектрика поляризоваться под воздействием электрического поля, а также возрастания электроемкости проводника при приближении к нему других тел. Рассмотрим подробнее.

Как известно из предыдущего параграфа, что если к заряженному телу, вокруг которого существует электрическое поле поднести проводник, то на поднесенном проводнике начнут индуцироваться заряды, в результате чего потенциал заряженного проводника будет уменьшаться, а, следовательно, электроемкость возрастать. Поэтому конденсаторы делают в виде двух близкорасположенных проводников, называемых обкладками конденсатора.

Чтобы ограничить влияние посторонних предметов на электрическое поле конденсатора, а следовательно и его емкость, обкладки изготавливают такими, чтобы электрическое поле создаваемое ими было полностью сосредоточенно внутри конденсатора. Такому условию соответствуют плоские, цилиндрические и сферические конденсаторы.

Так как обкладки расположены очень близко, то практически весь заряд обкладок будет сосредоточен на их внутренних поверхностях, то есть обращённых друг к другу, поэтому емкость конденсатора будет определяться следующим выражением

где q – заряд одной из обкладок конденсатора,

φ₁ и φ₂ – потенциалы обкладок конденсатора.

Самым простым является плоский конденсатор, его мы и рассмотрим в качестве примера.

Плоский конденсатор

Плоский конденсатор представляет собой две одинаковые пластины площадью S, расположенные параллельно, расстояние между пластинами d очень незначительно по отношению к размерам самих пластин, поэтому практически всё электрическое поле сосредоточенно между пластинами-обкладками. Кроме этого между пластинами расположен диэлектрик, который имеет диэлектрическую проницаемость ε, зависящую от свойств диэлектрика.

Плоский конденсатор.

Тогда разность потенциалов между обкладками конденсатора будет определяться следующим выражением

где S – площадь обкладки конденсатора,

d – расстояние между обкладками,

ε₀ – электрическая постоянная, ε₀ = 8,85 * 10^-12 Кл²/(Н*м²),

ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, зависящая от его свойств.

Тогда емкость плоского конденсатора будет определяться по следующей формуле

На этом с физикой, пожалуй, закончим и приступим к электронике.

Реальный конденсатор

В прошлой статье я рассказал об идеальных элементах электрических схем (я рассматривал сопротивление, как идеальный резистор). Идеальный элемент конденсатор отличается от реального конденсатора наличием паразитных характеристик, для определения этих характеристик рассмотрим эквивалентную схему реального конденсатора изображённую ниже

Эквивалентная схема замещения конденсатора.

Кроме непосредственно емкости конденсатора можно выделить следующие параметры, которые являются паразитными и в некоторых схемах не позволяют использовать конденсаторы некоторых типов. Таким параметрами являются сопротивление утечки R_ут, эквивалентное последовательное сопротивление R_ЭПС (или ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность L_ЭПИ (или ESL). Разберём каждый параметр в отдельности.

Сопротивление утечки R_ут конденсатора определяется как отношение постоянного напряжения, до которого заряжен конденсатор U_c к току утечки I_ут

эквивалентную схему реального конденсатора изображённую ниже

Ток утечки существует в любом случае, так как сопротивление изоляции и диэлектрика не может быть бесконечным. Вследствие этого заряженный конденсатор с течением времени теряет некоторый заряд. Поэтому часто в документации на конденсаторы вводится параметр постоянная времени саморазряда конденсатора Т = R_утС₀.

Современные высококачественные конденсаторы имеют постоянную времени саморазряда несколько сотен тысяч часов.

Эквивалентное последовательное сопротивление R_ЭПС или ESR довольно важный параметр в некоторых схемах, в частности, в схемах выпрямления импульсных блоков питания и стабилизаторах напряжения. Связан с непосредственным сопротивлением обкладок конденсатора и его выводов, а также с потерями в диэлектрике. Довольно часто служит показателем исправности конденсатора и для его измерения используют приборы ESR-метры.

Эквивалентная последовательная индуктивность L_ЭПИ или ESL, данный параметр обусловлен, прежде всего, индуктивностью обкладок конденсатора и его выводов. Данный паразитный параметр вместе с емкостью конденсатора образует последовательный колебательный контур с собственной частотой резонанса. Поэтому для конденсаторов нормируется максимальная частота работы.

Тангенс угла потерь конденсатора tgδ характеризует работу конденсатора при переменном напряжении. В идеальном конденсаторе, в котором отсутствуют паразитные параметры tgδ = 90°. Но в реальных конденсаторах часть энергии рассеивается на сопротивлении обкладок и в диэлектрике, то есть на R_ЭПС вследствие чего tgδ отличается от 90° в меньшую сторону. Тангенс угла потерь вычисляется по следующему выражению

В следующих статьях я расскажу о работе конденсаторов при переменном напряжении, где проявляются основные свойства данного электронного компонента.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Принципы конструирования высоковольтных керамических конденсаторов

До сравнительно недавнего времени отечественные высокочастотные керамические конденсаторы были пред­ставлены ограниченным числом видов — КВКБ, КВКТ и КВКГ по ГОСТ 7160-54 и КБЭ, а низкочастотные — КОБ и -КВДС. Характеристики этих конденсаторов в свое время соответствовали уровню характеристик лучших зарубежных образцов. Применение перечислен­ных конденсаторов позволило решить ряд проблем оте­чественной высоковольтной радиотехники. Однако уже в конце 50-х годов возникла необходимость в расшире­нии номинальных значений емкости, рабочих напряже­ний и допустимой реактивной мощности высоковольтных керамических конденсаторов. К этому времени был по­лучен ряд новых керамических материалов с высокими электрическими характеристиками, что определило воз­можность разработки конденсаторов с улучшенными па­раметрами.

Удельные характеристики высоковольтных конденса­торов определяются не только характеристиками диэлек­трика, но и в значительной степени зависят от конструк­ции конденсатора (форма конденсатора, конфигурация межэлектродного промежутка, арматура и т. д.). Так, для достижения повышенных значений удельной реак­тивной мощности конденсаторов необходима конструк­ция, обеспечивающая наилучшие условия охлаждения. Конфигурация края электродов должна обеспечивать возможно более высокое значение разрядного напряже­ния, отнесенного к длине межэлектродного промежутка. Конструкция арматуры конденсаторов должна не только допускать необходимую нагрузку по

гоку, но и удовлетворять требованиям условий монтажа в аппаратуре.

Создать оптимальную конструкцию конденсатора не­возможно без разработки методики выбора и расчета отдельных его элементов.

Помимо решения конструктивных элементов от­дельных конденсаторов необходимо правильно опреде­лить конкретные характеристики конденсаторов в уста­новленном диапазоне значений емкости, рабочего на­пряжения и т. д. Набор характеристик конденсаторов должен способствовать получению оптимального реше­ния при конструировании разнообразной радиоаппа­ратуры. Для обеспечения этого требования разрабаты­ваемые конденсаторы должны быть сгруппированы та­ким образом, чтобы при переходе от одного номинала к другому, внутри каждой серии, характеристики кон­денсаторов изменялись по определенному закону.

В настоящей главе приводятся результаты исследо­ваний, позволивших разработать методы конструирова­ния отдельных высоковольтных конденсаторов, а так­же и принципы построения серий конденсаторов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ. ВЫБОР ДИЭЛЕКТРИКА

По назначению керамические высоковольтные кон­денсаторы разделяют на высокочастотные и низкоча­стотные.

Высокочастотные конденсаторы предназначены для универсального применения в мощной радиоаппаратуре. В основном они применяются в условиях непрерывного высокочастотного режима. Эти конденсаторы могут с успехом использоваться также в импульсном режиме (радио- и видеоимпульсы) и на постоянном напряже­нии. Одной из основных характеристик высокочастот­ных конденсаторов является реактивная мощность. В связи с этим диэлектрические потери керамики, из которой изготавливаются конденсаторы, должны быть минимальными. Конструкция высокочастотных конден­саторов должна обеспечивать наилучшие условия охлаждения.

В отечественной и зарубежной практике конденсато- ростроения приняты три основные формы кера.мическо- 126

го высокочастотного высоковольтного конденсатора: пло­ская (боченочная и дисковая), трубчатая, горшковая.

Конденсаторные керамические материалы должны обладать повышенной электрической прочностью, так как толщина диэлектрика при заданном рабочем на­пряжении определяется рабочей напряженностью элек­трического поля. Таким образом, толщина диэлектрика обусловливает в конечном счете габаритные размеры конденсатора, рассчитанного на определенную емкость. Как будет показано ниже, величина диэлектрической проницаемости высокочастотной керамики влияет су­щественным образом на число видоразмеров внутри одной серии конденсаторов, определяет оптимальный диапазон частот, в котором может быть применен кон­денсатор, и т. д.

Помимо требований к электрическим характеристи­кам керамического материала существенное значение имеют его технологические свойства и стоимость. Необ­ходимо, чтобы свойства материала позволяли оформ­лять заготовки методом прессования, протяжкой, лить­ем. Стоимость сырьевых материалов должна быть невы­сокой, так как габаритные размеры высоковольтных конденсаторов обусловливают значительный расход ма­териала.

В табл. 5.1 приведены характеристики некоторых новых высокочастотных керамических материалов. Эти материалы обладают высокими электрическими харак­теристиками, могут оформляться в заготовки относи­тельно несложными технологическими приемами и сравнительно дешевы. В связи с этим они могут быть применены при производстве высокочастотных высоко­вольтных конденсаторов.

Низкочастотные конденсаторы в значительной мере характеризуются удельной энергией (дж/см3) или удельной весовой характеристикой (г!дж). В связи с этим низкочастотные керамические материалы, имею­щие электрическую прочность одного порядка -с высоко­частотными материалами, должны иметь возможно бо­лее высокие значения диэлектрической проницаемости.

К низкочастотным можно отнести и импульсные конденсаторы (режим видеоимпульсов). Импульсные конденсаторы отличаются сравнительно высокими зна­чениями допустимой реактивной мощности.

Некоторые конденсаторы помимо электрических функций могут выполнять в аппаратуре роль конструк­тивных элементов. К ним можно отнести блокировочные или анодно-разделительные конденсаторы, предназна­ченные для использования в генераторах метрового и дециметрового диапазонов волн. В качестве диэлектри­ка таких конденсаторов, в связи с высокой частотой ге­нерируемых колебаний, применяется высокочастотная керамика.

большая емкость при малых габаритах

Первоначально конденсаторы были предназначены для накопления энергии, что и обусловило впоследствии название этих устройств (от лат. condensatio — «накопление»). Функция накопления и отдачи энергии остается по-прежнему как никогда востребованной и актуальной, особенно после изобретения конденсаторов с двойным слоем на пористых угольных электродах. К таким конденсаторам с высокой удельной плотностью заряда, емкость которых может превышать тысячи фарад, применяется их некогда торговое название «суперконденсатор». Первый такой конденсатор был запатентован в 1957 году фирмой General Electric, но широкое коммерческое использование таких устройств началось только к 70‑м годам прошлого столетия.

В отличие от аккумуляторных батарей суперконденсаторы практически не ограничены по циклам заряд/разряд, не требуют сложных зарядных устройств с формированием характеристики заряда (для аккумуляторов нужна падающая вольт-амперная характеристика с ограничением тока и напряжения). Кроме того, суперконденсаторы работают в буфере, как обычные конденсаторы, в отличие от аккумуляторов они не имеют ограничений по напряжению хранения (для аккумуляторов, как правило, еще и с термокомпенсацией) и не боятся глубокого разряда (глубокий разряд выводит аккумулятор из строя), спокойно разряжаясь хоть до нуля вольт. Применение суперконденсаторов одновременно с маломощными аккумуляторами или батарейками в несколько раз продлевает срок их службы [1]. Единственное жесткое условие при использовании суперконденсаторов, которое необходимо выполнять помимо обычных требований по их рабочим режимам, — это абсолютное недопущение превышения их специфицированного номинального рабочего напряжения. Причем при работе даже на уровнях, близких к этому напряжению, не говоря уже о его превышении, имеет место сильная деградация. Данное требование необходимо тщательно соблюдать при последовательном соединении таких конденсаторов, и здесь надо принимать специальные меры по их балансировке. Однако эта проблема легко решаема.

Так что же собой представляет суперконденсатор для массового применения и насколько мы продвинулись с 1957 года в области этой технологии? Правильное название такого конденсатора — двухслойный электрический, а вернее электрохимический конденсатор (англ. EDLC — Electric double-layer capacitor). Это не обычный электролитический конденсатор. Функционально он представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока. Электролит (твердый или жидкий) заполняет пространство между двумя электродами (рис. 1) [2]. Суперконденсатор может быть с органическим или неорганическим электролитом, а своеобразными обкладками в этом конденсаторе служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. Формально суперконденсатор неполярный, нанесенная на него маркировка полярности показывает полярность его начального заряда на заводе-изготовителе. В отличие от ряда электролитических конденсаторов он не требует предварительной тренировки (активирования).

Рис. 1. Принцип работы двухслойного электрического конденсатора

В суперконденсаторах электрическое состояние, называемое «двойной электрический слой», который представляет собой пару электронов и положительных ионов или пару дырок и отрицательных ионов, формирующихся в пространстве между электродом и электролитом, работает как диэлектрик, образуя конденсатор.

Как известно, емкость конденсатора пропорциональна площади поверхности электрода. Поэтому именно использование активированного угля, имеющего достаточно большую развитую площадь поверхности для электродов, позволяет суперконденсаторам иметь довольно высокую емкость. Механизм поглощения ионов из и десорбция их в/из поверхности электрода способствует заряду и разряду суперконденсаторов. Путем подачи напряжения на электроды ионы притягиваются к поверхности электродов, и суперконденсатор заряжается. И наоборот, они отрываются от электродов при разряде суперконденсатора. Процесс заряда и разряда условно показан на рис. 2.

Рис. 2. Состояние двухслойного электрического конденсатора:
а) заряд;
б) разряд

Если речь идет об использовании суперконденсаторов в малогабаритной электронной аппаратуре, то одно из основных требований при таком применении — минимальные габариты при сохранении высокой плотности заряда и возможности отдачи заданной энергии, то есть тока. Например, для светодиодной фотовспышки или при пуске двигателя требуемый ток может достигать не то что единиц, а нескольких десятков ампер. При этом если элемент используется в устройствах с ограничением по поступлению энергии, например в тех же мотах, конденсатор должен обладать еще и малым током саморазряда. И не забываем, что нам необходимо обеспечивать питающее напряжение на уровне 5 В, а ячейка такого конденсатора ввиду его технологических особенностей имеет максимальное рабочее напряжение на уровне 2,7 В.

Всем перечисленным выше основным требованиям отвечает анонсированная компанией Murata в 2013 году и уже хорошо себя зарекомендовавшая серия двухслойных конденсаторов DM (рис. 3). В рамках этой серии компания Murata разработала компактные суперконденсаторы, отличающиеся высокой удельной емкостью и низким ESR (англ. ESR — equivalent series resistance, эквивалентное последовательное сопротивление). При их разработке была проведена оптимизация конструкции, материалов, а также использована новая технология изготовления, которая была внедрена в 2008 году в сотрудничестве с австралийской компанией CAP-XX Ltd.

Рис. 3. Двухслойные конденсаторы серии DM компании Murata

В итоге весь комплекс проведенных мероприятий позволил оптимизировать импульсные характеристики новых конденсаторов, что благодаря сочетанию высокой емкости с низким ESR в более широком диапазоне температур, чем у изделий конкурентов, расширило круг их потенциального коммерческого применения (рис.  4).

Рис. 4. Коммерческое применение двухслойных конденсаторов серии DM

Очень важно, что, накапливая достаточно большое количество энергии и имея малые собственные потери, конденсаторы компании Murata эффективно работают не только в широком диапазоне температур, но и в широком диапазоне частот. Серия DM состоит из двух типов конденсаторов. Конденсаторы DMT отличаются повышенной надежностью [3], а DMF — более высокими энергетическими характеристиками [4]. В 2012 году был также анонсирован выпуск конденсатора типа DMG с высокой надежностью и сверхнизким ESR, но затем от него отказались в пользу конденсаторов типа DMT и DMF, которые пока остаются основными в этой серии. Как можно видеть на рис. 3, конденсаторы серии DM в отличие от более привычных цилиндрических конденсаторов имеют оригинальную компоновку и малогабаритную сверхплоскую конструкцию (рис. 5).

Рис. 5. Конструкция двухслойного электрического конденсатора компании Murata

Именно такая конструкция позволила им обойти многих конкурентов, особенно это касается более привычных цилиндрических суперконденсаторов. Особенности новых предложений компании Murata ясно видны из трех презентационных графиков [2], представленных на рис. 6.

Рис. 6. Сравнение двухслойных электрических конденсаторов компании Murata:
а) по плотности мощности и плотности энергии;
б) с обычными суперконденсаторами;
в) с батареями

Еще одной важной особенностью рассматриваемых конденсаторов является их высокая надежность и малая временная деградация и при циклах заряд/разряд. На графиках, представленных на рис. 7, показаны типовые кривые деградации емкости и ESR конденсаторов серии DM по отношению к аналогичным по начальной емкости и ESR типовым цилиндрическим конденсаторам.

Рис. 7. Деградация параметров двухслойных электрических конденсаторов Murata в сравнении с аналогичными по начальным параметрам типовыми цилиндрическими суперконденсаторами:
а) емкость;
б) ESR

Для сравнения использовались: цилиндрический суперконденсатор компании A (5 В; 0,47 Ф) и суперконденсатор Murata DMF3R5R5L334M3D (5,5 В; 0,35 Ф). Как можно видеть из представленных графиков, цилиндрический суперконденсатор имеет значительно большую деградацию. Дополнительные, важные для разработчика параметры доступных на настоящее время конденсаторов этой серии приведены в таблице, а полные их характеристики, условия применения и монтажа — в описаниях [5, 6].

Таблица. Основные технические характеристики двухслойных электрических конденсаторов серии DM компании Murata

Наименование	Рабочее напряжение, В	Номинальная емкость, Ф	Тип. ESR на 1 кГц, мОм	Max. ток утечки за 96 ч, мкА	Ток, А	Размеры, мм (Д×Ш×В)
DMF3Z5R5h574M3DTA0	5,5	0,47 (±20%)	45 (55 max)	5	10	21×14×3,2
DMF3Z5R5h574M3DTA0	5,5	1 (±20%)	40 (50 max)	10	10	30×14×3,7
DMT334R2S474M3DTA0	4,2	0,47 (±20%)	130		10	21×14×3,5

Обладая очень широким рабочим диапазоном температур и диапазоном допустимых токов заряда и разряда от 400 мкА·ч до 1,5 А·ч, рассмотренные конденсаторы успешно используются в системах сбора свободной энергии, а также в качестве резервного источника питания в интеллектуальных счетчиках, POS-терминалах, в UPS и т.  п. Для конденсаторов типа DMT основная область применения — это системы резервного питания твердотельных накопителей SSD, они специально разработаны для данной цели, имеют повышенную надежность и более широкий диапазон рабочих температур.

Все рассматриваемые в статье конденсаторы — трехвыводные. Формально они представляют собой последовательное включение двух конденсаторов, выполненных в одном корпусе (рис. 5), с отводом от точки их внутреннего соединения. Если бы мы начали заряжать такой составной конденсатор, то, в зависимости от емкости и степени разряда одного из них, на втором конденсаторе напряжение могло бы оказаться выше максимально допустимого. В итоге — деградация и выход из строя конденсатора, а то и всего конечного изделия.

Самый простой способ — пассивная балансировка (рис. 8). Она проста и дешева, но не работает с большими токами, так как при этом потребуются резисторы малых номиналов и, следовательно, резко возрастают потери мощности.

Рис. 8. Пассивная балансировка последовательно соединенных двухслойных конденсаторов

На больших токах используется активная балансировка, ее принцип (условно) показан на рис.  9, по своей сути — это обыкновенное расщепление питания с делением его на два равных источника.

Рис. 9. Активная балансировка последовательно соединенных двухслойных конденсаторов

Однако в настоящее время существует достаточно большое число микросхем DC/DC-преобразователей, имеющих встроенные цепи и вход для балансировки суперконденсаторов. Например, контроллер LTC3330 компании Linear Techology, который описан в уже упомянутой статье [1]. Подробное рассмотрение вопроса и особенности балансировки не входит в задачи настоящей статьи, для получения более подробной информации можно обратиться к разделу 10 публикации [2].

Выполним небольшой инженерный анализ в свете рассматриваемой проблемы. В начале статьи мы отметили, что первоначальная функция конденсаторов, а именно накопление и отдача энергии, в настоящее время и востребована, и актуальна как никогда. Как известно, энергия заряженного конденсатора равна:

W = q²/2C,

где С — это емкость конденсатора, а q — электрический заряд, который в свою очередь определяется как q = С×U.  Таким образом, энергия заряженного конденсатора может быть выражена следующим соотношением:

W = С×U²/2,

где U — это напряжение (а вернее, разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Эти известные еще из школьного учебника физики формулы приведены для того, чтобы мы вспомнили, что энергия, накопленная и отдаваемая конденсатором, зависит от двух величин — его емкости и разности потенциалов, которая определяет степень заряда, когда он принимает энергию, и разряда, когда конденсатор отдает накопленную в нем энергию. Как видно из приведенной формулы, для сохранения одинакового уровня энергии емкость конденсатора имеет квадратичную зависимость от отношения разности потенциалов:

C₁/C₂ = (U₁/U₂)².

То есть если мы понизим разность потенциалов с 100 до 10 В, то для сохранения требуемого уровня энергии нам необходимо будет увеличить емкость конденсатора не в 10, в 100 раз, а если мы снизим разность потенциалов до 1 В, то нам потребуется увеличить емкость конденсатора уже в 10 тыс. раз. Почему мы взяли в качестве примера разность потенциалов в 1 В? Это связано с проблемой питания низковольтной аппаратуры, для которой допустимый диапазон питающих напряжений как раз и находится в пределах от 5,5 до 4,5 В. Если нам нужно обеспечить непрерывное и гарантированное питание такого устройства током 10 мА в течение, допустим, 100 с, то конденсатор должен отдать заряд, равный:

q = I×t = 0,01 А×100 с = 1 Кл.

Нетрудно вычислить, что для этого нам понадобится конденсатор емкостью С > q/ΔU == 1 Кл/1 В = 1 Ф. Вот мы и подошли к тому, что нам потребовался суперконденсатор. Теперь, чтобы быть полностью уверенными в правильности наших расчетов, после выбора типа конденсатора необходимо сделать уточняющий пересчет по емкости уже для конкретного типа конденсатора, то есть с учетом его собственного внутреннего сопротивления ESR. В этом случае формула расчета минимальной емкости конденсатора примет вид: С > I×t/(ΔU–I×ESR).

На предложения использовать конденсатор меньшей емкости и более высокого напряжения, чтобы увеличить ΔU, сразу ответим: да, можно. Но для этого нужно применить повышающий DC/DC-преобразователь для заряда такого конденсатора и понижающий DC/DC-преобразователь для последующего формирования нужного нам низкого напряжения. И какой объем это сооружение (другое определение и на ум не приходит) займет в нашей конструкции? И сколько оно будет стоить? И какова будет его эффективность с учетом КПД DC/DC-преобразователей? Так что этот вариант оставим авторам некогда популярных инженерных комиксов из серии «Зачем просто, когда можно сложно?».

Несомненно, более взвешенное решение — это использование химических источников тока и аккумуляторов. Но и здесь не все так гладко и просто, как оно кажется и того хочется. Батарейки нужно кому-то менять и за этим следить, аккумуляторы — надо заряжать, и они имеют ограниченное число циклов заряд/разряд. Как уже отмечалось в начале статьи, заряжать и использовать их необходимо правильно, соблюдая специальные требования. Как мы знаем, для аккумулятора и перезаряд, и глубокий разряд — недопустимы. А вот для конденсаторов с правильно выбранными рабочими характеристиками таких ограничений по заряду и разряду нет.

В заключение отметим, что для облегчения выбора конденсаторов и выполнения сопутствующих расчетов компания Murata предлагает своим клиентам полное руководство по двухслойным конденсаторам рассматриваемой в статье серии [5].

Литература

1. Drew J. Powering a Dust Mote from a Piezoelectric Transducer // LT Journal of Analog Innovation. July 2015.
2. Murata Supercapacitor (EDLC). Technical note (DMF, DMT/Version 11). 10th December 2014.
3. High Performance Supercapacitor (EDLC). DMT Series. Murata Manufacturing Co. Jul. 8, 2015.
4. High Performance Supercapacitor (EDLC). DMF Series. Murata Manufacturing Co. Mar. 20, 2015.
5. High Performance Electrical Double-Layer Capacitors DMF & DMT Series. Technical Guide. Murata Manufacturing Co. 2013.

Заряд конденсатора ℹ️ формула расчета величины ёмкости, обозначение и единица измерения, принцип работы и назначение конденсатора в электрической цепи

Данный элемент используется как фильтр переменного тока, так как при большой ёмкости конденсатора сопротивление последнего подавляет его низкие частоты, а при малой высокие.

В постоянном токе конденсатор используется как сглаживающий элемент, так как в момент заряда пропускает ток, а в момент завершения заряда и далее нет, и по мере заполнения его ёмкости ток так же плавно перестаёт течь.

Ёмкость считается самым важным элементом в конденсаторе и измеряется в Фарадах.

1 Фарад (ф) = 1 000 000 Микрофарад (мкФ) 1 мкФ = 1 000 000 Пикофарад (пФ)

Вторым по важности параметром конденсаторов, после ёмкости, является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.

Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.

Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.

При подключении конденсатора к источнику постоянного тока под действием электрического поля на нижнюю обкладку движутся электроны. В следствии, явления электростатической индукции с верхней обкладки конденсатора заряды уходят к положительному выводу источника питания и в цепи возникает ток – ток заряда, по мере накопления зарядов в конденсаторе, растёт напряжение, а ток заряда уменьшается, и так, – конденсатор подключённый к источнику тока, заряжается до Uист

Конденсатор в цепи постоянного тока

​

Кратковременный ток в цепи называется ток заряда, а так как он существует короткое время, то говорят, конденсатор постоянный ток не пропускает.

Считается что конденсатор заряжается если напряжение на нём составляет 0,63 от Uист и это происходит за время равное Τ

Ес – ЭДС ёмкости Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах Одна секунда – 1с = 103мс = 106мкс = 1012нс Rзар – сопротивление в Омах С – ёмкость в Фарадах

Τ = Rзар × С

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Электростатика[ | ]

Основная статья: Электростатика

Электростатикой

называют раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) может принимать и положительные, и отрицательные значения; она является численной характеристикой носителей заряда и заряженных тел. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов, взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных примерно 1,6⋅10−19 в системе СИ или 4,8⋅10−10ед. СГСЭ. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы. Наименьшей по массе устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса равна 9,11⋅10−31 кг). Наименьшая по массе устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом — позитрон, имеющая такую же массу, как и электрон. Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — протон (масса равна 1,67⋅10−27 кг) и другие, менее распространённые частицы. Выдвинута гипотеза (1964 г.), что существуют также частицы с меньшим зарядом (±⅓ и ±⅔ элементарного заряда) — кварки; однако они не выделены в свободном состоянии (и, по-видимому, могут существовать лишь в составе других частиц — адронов), в результате любая свободная частица несёт лишь целое число элементарных зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы — величина релятивистски инвариантная. Он не зависит от системы отсчёта, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится, он присущ этой частице в течение всего времени её жизни, поэтому элементарные заряженные частицы зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В целом, в природе отрицательных зарядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твёрдых тел скомпенсированы.

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

Активное и реактивное сопротивления

Хотя активное и реактивное сопротивления очень похожи. Даже значения обоих параметров измеряются в Омах, но они не совсем одинаковы. В результате этого невозможно сложить их вместе непосредственно. Вместо этого их нужно суммировать «векторно». Другими словами, необходимо округлить каждое значение, а затем сложить их вместе и выделить квадратный корень из этого числа:

Xtot2 = Xc2 + R2

В данной статье были подробно описаны основные компоненты, устройство и принцип работы конденсаторов, а также приведены базовые формулы, предназначенные для того, чтобы посчитать полезный объём прибора. Для более глубокого ознакомления необходимо внимательно рассмотреть типы данных деталей и их практические особенности в различных схемах и устройствах.

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

• Ic — ток конденсатора

• C — Емкость конденсатора

• ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

• Нарушение изоляции
• Внешние воздействия
• Перегрузка сети

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть “кривой” электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока. Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение. Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Практические измерения

Значение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.

Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.

Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.

Вам это будет интересно Характеристика и схема подключения электросчётчика СО-505

Более сложные и специализированные инструменты — мостовые измерители, испытывающие конденсаторы в мостовой схеме. Этот метод косвенного измерения обеспечивает высокую точность. Современные устройства такого типа оснащены цифровыми дисплеями и возможностью автоматизированного использования в производственной среде, они могут быть сопряжены с компьютерами и экспортировать показания для внешнего контроля.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Расчет тока короткого замыкания в сети 0,4 кВ

Введение

В соответствии с пунктом 3.1.8. ПУЭ электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения при этом указано что защита должна проверяться по отношению наименьшего расчетного тока короткого замыкания (далее — тока КЗ) к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. (Подробнее о выборе защиты от токов короткого замыкания читайте статью: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты)

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

• Воздух – 1.0005

• Бумага – от 2.5 до 3.5

• Стекло – от 3 до 10

• Слюда – от 5 до 7

• Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Дифференцирующая RC цепь

Ао «чебоксарский электроаппаратный завод», чебоксары

Еще одно ругательное слово, которое пришло с математики – дифференцирующий. Башка начинает сразу же болеть от одного только их произношения. Но, куда деваться? Электроника и математика неразлучные друзья.

А вот и сама дифференциальная цепочка

В схеме мы только переставили резистор и конденсатор местами

Ну а теперь проведем также все опыты, как мы делали с интегрирующей цепью. Для начала подаем на вход дифференциальной цепи низкочастотный двухполярный меандр с частотой в 1,5 Герца и с размахом в 5 Вольт. Желтый сигнал – это сигнал с генератора частоты, красный – с выхода дифференциальной цепочки:

Как вы видите, конденсатор успевает почти полностью разрядится, поэтому у нас получилась вот такая красивая осциллограмма.

Давайте увеличим частоту до 10 Герц

Как видите, конденсатор не успевает разрядиться, как уже приходит новый импульс.

Сигнал в 100 Герц сделал кривую разряда еще менее заметной.

Ну и добавим частоту до 1 Килогерца

Какой на входе, такой и на выходе

С такой частотой конденсатор вообще не успевает разряжаться, поэтому вершинки выходных импульсов гладкие и ровные.

Но и на этом тоже ништяки не заканчиваются.

Давайте я подниму входной сигнал над “уровнем моря”, то есть выведу его в положительную часть полностью. Смотрим, что получается на выходе (красный сигнал)

Ничего себе, красный сигнал по форме и по положению остался таким же, посмотрите – в нем нет постоянной составляющей, как в желтом сигнале, который мы подавали из нашего генератора функций.

Могу даже желтый сигнал вывести в отрицательную область, но на выходе мы все равно получим переменную составляющую сигнала без всяких хлопот:

Да и вообще пусть сигнал будет с небольшой отрицательной постоянной составляющей, все равно на выходе мы получим переменную составляющую:

Все то же самое касается и любых других сигналов:

В результате опытов мы видим, что основная функция дифференциальной цепи – это выделение переменной составляющей из сигнала, который содержит в себе как переменную, так и постоянную составляющую. Иными словами – выделение переменного тока из сигнала, который состоит из суммы переменного тока и постоянного тока.

Почему так происходит? Давайте разберемся. Рассмотрим нашу дифференциальную цепь:

Если внимательно рассмотреть эту схему, то мы можем увидеть тот же самый делитель напряжения, как и в интегрирующей цепи. Конденсатор – частотно-зависимый радиоэлемент. Итак, если подать сигнал с частотой в 0 Герц (постоянный ток), то у нас конденсатор тупо зарядится и потом вообще перестанет пропускать через себя ток. Цепь будет в обрыве. Но если мы будем подавать переменный ток, то и через конденсатор он тоже начнет проходить. Чем больше частота – тем меньше сопротивление конденсатора. Следовательно, весь переменный сигнал будет падать на резисторе, с которого мы как раз и снимаем сигнал.

Но если мы будем подавать смешанный сигнал, то есть переменный ток + постоянный ток, то на выходе мы получим просто переменный ток. В этом мы с вами уже убеждались на опыте. Почему так произошло? Да потому что конденсатор не пропускает через себя постоянный ток!

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

Электрическая ёмкость

Способность устройства накапливать заряд прежде всего зависит от его ёмкости. Найти её величину можно разделив заряд, сосредоточенный на пластинах, на разность потенциалов между ними: C = q / U. Полученный результат измеряется в фарадах [F]. Так, ёмкость в 1 фарад будет равняться значению заряда в 1 кулон создавшему напряжение на выводах конденсатора 1 вольт. Кулон — это довольно большая величина. Поэтому на практике при различных расчётах приходится иметь дело с микрофарадами (µF), нанофарадами (nF) и пикофарадами (pF).

Энергия устройства

Зарядить конденсатор мгновенно невозможно. Для этого процесса требуется определённое время. Это явление используется в радиотехнике. Так, с помощью конденсатора сглаживаются импульсные всплески. В первом приближении конденсатор похож на аккумулятор. Но при этом он отличается от него принципом накопления энергии, ёмкостью и скоростью заряда разряда. При подключении источника питания к выводам обкладок устройства конденсатор накапливает на них заряд.

Работу устройства можно объяснить по аналогии с протеканием воды. Пусть имеется сосуд с жидкостью площадью поперечного сечения S. По сути, это эквивалент ёмкости. Тогда вода это будет заряд, а высота водяного столба — напряжение. Получается, что энергия — это произведение зарядов на высоту. Но если аккумулятор можно представить как сосуд, в котором имеется тонкий шланг (вывод) и по которому вытекает вода (заряд), то в конденсаторе его диаметр трубки будет равен размеру всей банки. То есть устройство может мгновенно отдать весь накопленный заряд.

При подаче напряжения на обкладки происходит электризация диэлектрика. В результате происходит смещение и на пластины передаётся энергия. На одной из них возникнет избыток электронов, и она условно зарядится отрицательно, а на второй недостаток — проводник станет положительным. Поэтому в формуле, определяющей заряд на обкладках конденсатора, большое значение имеет диэлектрическая проницаемость непроводящего ток вещества.

Между обкладками возникает сила. Величина действующей со стороны первой равняется F = ε1 * q, а со стороны второй F = ε2 * q. Таким образом, можно записать: F = ε1 * q = ε2 * q = E / 2 * q. При увеличении расстояние между обкладками от нулевого до d, будет выполняться работа: A = F * d. Она направлена на преодоление силы взаимодействия между заряженными проводниками.

То есть: A = E / 2 * q * d. Исходя из того, что ε = U/d будет верно записать: А = 1 / 2 q * U. Значит, механическая работа A в соответствии с законом сохранения энергии будет равна количеству зарядов, запасённых в электрическом поле конденсатора: Wэ = C * U 2 / 2.

Следует отметить, что при подаче переменного сигнала внутри диэлектрика происходит постоянная смена знаков заряда. В итоге происходит нагревание, что приводит конденсатор к выходу из строя. Характеризуется это явление тангенсом угла диэлектрических потерь. Определяется он как отношение затраченной мощности к реактивной.

Конструкция, работа, типы и их применение

Конденсатор представляет собой электрический компонент, который используется для временного накопления электрических зарядов. Единицей конденсатора является фарад (Ф). Силовой конденсатор — это особый тип конденсатора, который может работать при более высоких напряжениях и имеет большую емкость. Эта статья дает вам краткое введение в силовой конденсатор и его принцип работы, формулу, подключение, типы приложений и многое другое. Хотите узнать больше о конденсаторе и о том, как он работает? Прочтите нашу статью: Работа конденсатора и его применение.

Силовой конденсатор — это электрическое устройство, которое может накапливать и разряжать электрическую энергию. Устройство состоит из одной или нескольких пар пластин, разделенных изолирующим материалом (диэлектриком), которые присоединены к двум клеммам, позволяющим при необходимости разряжать накопленную энергию в цепь. Символ силового конденсатора показан ниже.

Силовой конденсатор Символ

Силовые конденсаторы используются для защиты различных типов оборудования от резонанса и улучшения качества электроэнергии за счет поглощения гармонических токов, генерируемых индукционной нагрузкой. Эти конденсаторы доступны с более высокими значениями выше 1 Фарад. Таким образом, их можно использовать вместо химической батареи.

Силовые конденсаторы играют ключевую роль в обеспечении неактивного источника реактивной мощности в системах распределения электроэнергии. Они включают в себя две проводящие пластины, которые разделены изоляционным материалом, известным как диэлектрик. Емкость силового конденсатора является мерой емкости накопления энергии, которая обычно выражается как

C = K*A/D

Где

‘A’ — площадь электрода,

‘D’ это их разделение

‘K’ это диэлектрическая функция между двумя электродами.

Конструкция

Конструкция силового конденсатора может быть выполнена с различными меньшими конденсаторами, которые известны как блоки, обмотки или элементы. Эти меньшие конденсаторы могут быть изготовлены из различных слоев алюминиевой фольги и полипропиленовой пленки. Как только различные конденсаторы соединены между собой, эти конденсаторы могут объединяться, чтобы работать как единый блок конденсаторов.

Конструкция силового конденсатора

Соединение различных элементов может быть выполнено последовательно в зависимости от номинального напряжения, а также параллельно в зависимости от необходимой кВАр. Весь модуль может быть размещен в баке, который герметично закрыт, а воздух в блоке можно удалить, заменив его диэлектрической жидкостью. Блоки этого конденсатора включают в себя втулки наверху с клеммными крышками, которые работают как точки подключения.

Силовые конденсаторы в распределительных сетях обеспечивают реактивную мощность для выравнивания индуктивной нагрузки от двигателей, осветительных приборов и дуговых печей. Включение силовых конденсаторов в систему распределения электроэнергии обеспечивает эксплуатационные и экономические преимущества, такие как увеличение нагрузочной способности системы, повышение коэффициента мощности и снижение потерь.

Как они работают? / Принцип работы

Силовые конденсаторы имеют внутри две пластины, покрытые материалом, позволяющим накапливать электрический заряд. Когда конденсатор подключен параллельно к индуктивной нагрузке, он начнет заряжаться, когда напряжение поднимется выше уровня тока нагрузки. Разница между уровнями напряжения и тока называется фазовым углом. Этот угол определяет, сколько энергии будет храниться в устройстве к моменту его полной зарядки. Чем больше энергии хранится, тем быстрее она может разрядиться в другую нагрузку.

Технические характеристики

Технические характеристики силового конденсатора в основном включают WVDC (рабочее напряжение постоянного тока), WVAC (рабочее напряжение переменного тока), номинальную мощность, номинальный ток, температурный коэффициент, сопротивление изоляции и коэффициент рассеяния, и каждая спецификация обсуждается ниже.

• WVAC и WVDC — это максимальные напряжения переменного и постоянного тока, которые можно постоянно использовать при любой температуре, которая находится в диапазоне от температуры низкой категории до номинальной температуры.
  Максимальная мощность, которая постоянно используется в одних и тех же температурных интервалах, называется номинальной мощностью.
• Максимальный ток известен как номинальный ток.
• Изменение измеренной емкости в диапазоне температур называется температурным коэффициентом.
• Сопротивление изоляции можно определить как отношение между приложенным постоянным напряжением и результирующим током утечки.
• Коэффициент рассеяния или DF представляет собой отношение между резистивной и реактивной частями импеданса конденсатора при приложении синусоидального напряжения на фиксированной частоте.

Характеристики

Характеристики силового конденсатора включают следующее.

• В силовых конденсаторах используются радиальные, осевые, лепестковые, летающие, винтовые, J-образные выводы или выводы типа «крыло чайки».
• Силовые конденсаторы на основе технологии SMT или поверхностного монтажа и THT или технологии сквозного монтажа подключаются к печатной плате (печатной плате) путем размещения выводов компонентов через отверстия, после чего выводы компонентов припаиваются к противоположной стороне печатной платы.
• Конденсаторы этих типов упаковываются в лотки, направляющие или катушки с лентой, магазины для палочек или транспортировочные тубы в оптовых упаковках.
• Силовые конденсаторы, включая выводы на четырех сторонах, часто упаковываются в направляющие или лотки, которые изготовлены из волокнистых материалов или углеродного порошка и имеют прямоугольную форму, которая включает в себя равноотстоящие карманные матрицы.

Типы силовых конденсаторов

Силовые конденсаторы доступны в различных типах в зависимости от требований, таких как последовательные, параллельные, автоматические выключатели, соединительные, электрические, импульсные, с фильтром постоянного тока и стандартные конденсаторы. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о: Типы конденсаторов

Параллельные конденсаторы

Параллельные конденсаторы или конденсаторы с фазовым сдвигом обычно используются для компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки в энергосистеме, чтобы можно было увеличить коэффициент мощности, уменьшить потери в линии и улучшить качество напряжения.

Параллельные конденсаторы

Конденсаторы серии

Конденсаторы серии

используются в высоковольтных системах для компенсации реактивного сопротивления энергосистем. Соединение этих конденсаторов может быть выполнено последовательно с линиями передачи и распределения высокого напряжения, чтобы компенсировать индуктивное сопротивление линии передачи, а также для поддержания стабильной и динамической устойчивости системы.

Конденсаторы серии

Таким образом, этот конденсатор очень полезен для улучшения качества напряжения линии передачи, может быть улучшено расстояние передачи энергии, а также увеличена пропускная способность.

Конденсаторы связи

Эти конденсаторы используются в линиях передачи большой мощности для управления, измерения, высокочастотной связи и защиты. Эти конденсаторы играют ключевую роль в устройствах для отвода электрической энергии.

Конденсаторы связи

Электрические конденсаторы

Эти конденсаторы играют важную роль в системах электрического обогрева с частотным диапазоном от 40 до 24000 Гц для повышения коэффициента мощности и частоты или напряжения цепи.

Электрические конденсаторы

Импульсные конденсаторы

Это полипропиленовые пленочные конденсаторы, которые используются там, где необходимы стабильные низкие коэффициенты рассеяния для обработки пульсирующих токов в приложениях, основанных на преобразовании энергии. Эти конденсаторы можно использовать в качестве компонентов накопления энергии, таких как генераторы пускового тока, генераторы импульсного напряжения или в колебательной цепи для проверки автоматического выключателя.

Импульсные конденсаторы

Конденсаторы фильтра постоянного тока

Эти конденсаторы применяются в фильтрах высоковольтных выпрямителей и устройствах постоянного тока.

Конденсатор фильтра постоянного тока

Стандартный конденсатор

Стандартные конденсаторы используются в высоковольтных цепях для измерения высокого напряжения и диэлектрических потерь.

Стандартный конденсатор

Подключение силового конденсатора:

Силовой конденсатор можно подключать в однофазном и трехфазном режимах, которые рассматриваются ниже.

Подключение однофазного силового конденсатора

В однофазной системе конденсатор подключается последовательно с пусковой обмоткой двигателя компрессора. Конденсатор обычно подключается к основному источнику питания, но также может быть подключен к пусковой обмотке. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки.

Наиболее распространенный способ подключения конденсатора к L1 и L2 основного источника питания. Емкость конденсатора следует выбирать таким образом, чтобы общее емкостное сопротивление примерно в 5-10 раз превышало индуктивное сопротивление двигателя компрессора. Это обеспечит наличие достаточного емкостного тока для быстрого и надежного запуска двигателя. Это также обеспечит достаточный крутящий момент для преодоления механического трения, вызванного тугими подшипниками или маслом с низкой вязкостью.

При подключении конденсатора между L1 и L2 необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее 125 % от пикового линейного напряжения, что в 1,414 раза превышает среднеквадратичное значение напряжения. Другими словами, если у вас есть источник питания 120 В переменного тока, вам нужен конденсатор с номиналом не менее 150 В переменного тока (1,25 x 120 В = 150 В).

Подключение трехфазного силового конденсатора:

Если силовой конденсатор подключен к трехфазному источнику питания, способ подключения силового конденсатора делится на два типа: звезда и треугольник.

Соединение звездой

Метод соединения звездой также называется методом соединения Y. Положительный и отрицательный электроды каждой фазы силового конденсатора подключаются к нейтральной точке трехфазной линии (U, V, W). Этот метод может уменьшить несимметричный емкостной ток в трехфазной линии, увеличить баланс напряжения в каждой фазе и избежать насыщения магнитопровода в трансформаторе на стороне низкого напряжения; но недостатком является то, что он тратит много энергии в нейтральной точке.

Таким образом, этот метод используется только при наличии значительной разницы между токами прямой и обратной последовательности.

Соединение треугольником

Метод соединения треугольником также называется соединением треугольником. Положительный и отрицательный электроды каждой фазы силового конденсатора подключаются к двум фазам любой фазы соответственно (например, U1, U2).

Этот метод может эффективно улучшить баланс напряжения между линиями, но вызывает дисбаланс потребления реактивной мощности на каждой линии, поскольку не вызывает дисбаланса между прямой и обратной последовательностями. Поэтому этот метод следует использовать, когда нет существенной разницы между токами прямой и обратной последовательности.

Критерии выбора силового конденсатора:

Хотя концепция силового конденсатора может показаться простой, на рынке существует множество различных моделей с различными преимуществами. Тремя основными факторами, которые следует учитывать, являются номинальное напряжение, емкость и номинальная частота. Вот что вам нужно знать о каждом из этих аспектов:

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение силового конденсатора определяется его диэлектрическим материалом. Некоторые диэлектрики могут выдерживать очень высокие напряжения; другие не могут. Обязательно выберите тот, который будет работать для вашего приложения.

Емкость

Силовые конденсаторы бывают разных размеров и форм; однако их основная функция остается прежней: хранение электроэнергии. Чем больше конденсатор, тем больше заряда он может удерживать, а это означает, что больше энергии будет доступно в любой момент, когда это больше всего необходимо.

Номинальная частота

Некоторые силовые конденсаторы разработаны специально для низкочастотных приложений, а некоторые предназначены для высокочастотных приложений (например, в аудиоусилителях).

Преимущества и недостатки силового конденсатора

Силовые конденсаторы отлично подходят для улучшения коэффициента мощности, снижения затрат на электроэнергию, предотвращения скачков напряжения и многого другого! Узнайте о преимуществах и недостатках использования ограничения мощности в вашей системе уже сегодня.

Преимущества силового конденсатора заключаются в следующем.

• Снижение коммунальных платежей. Поскольку вы будете потреблять меньше энергии из сети, ваш счет за электроэнергию уменьшится.
• Стабилизация напряжения. Силовые конденсаторы помогают сбалансировать напряжение на вашем объекте, поэтому вам не нужно беспокоиться о нестабильном напряжении, вызывающем проблемы на вашем предприятии или объекте.
• Заряжаются и разряжаются намного быстрее, чем аккумуляторы, а это значит, что они могут обеспечивать всплески энергии, когда это необходимо.
• циклов зарядки — они не изнашиваются при многократной зарядке и разрядке, как аккумуляторы.
• Не требует особого ухода и обслуживания, так как не имеет движущихся частей.
• Он компактный и легкий, что упрощает его установку в любых условиях.

К недостаткам силового конденсатора относятся следующие.

• Недостатки силовых конденсаторов включают стоимость, которая значительно выше, чем у других типов конденсаторов.
• Силовые конденсаторы могут работать только в приложениях, рассчитанных на их частоту и напряжение.
• Их недостатком является то, что они подвержены диэлектрическому поглощению, что может быть проблемой в некоторых приложениях, хотя эту конкретную проблему можно решить с помощью надлежащей конструкции.
• Склонен к старению под воздействием высоких напряжений и высоких частот, что со временем может привести к выходу из строя.
• Чувствителен к влаге и может быть легко поврежден водой или высокой влажностью.
• Нужна изоляция от тепла, выделяемого в процессе работы. Изоляционный слой может быть поврежден, что приводит к перегреву и более быстрому выходу из строя.

Применение/использование силовых конденсаторов:

Вот некоторые из наиболее распространенных применений силовых конденсаторов:

• Коррекция коэффициента мощности (PFC) — коррекция коэффициента мощности используется для повышения эффективности электрооборудования за счет уменьшения количества тока, который должен потребляться от основного источника питания для заданного уровня выходной мощности.
• Конденсаторы промежуточного контура.
• Преобразователи частоты.
• Конденсаторы пуска двигателя и промежуточного контура.
• В цепях фильтра гармоник.
• Они также используются в различных устройствах, таких как кондиционеры, холодильники, лифты, вентиляторы, двигатели и т. д.
• Силовые конденсаторы также способствуют повышению качества потребляемой мощности за счет снижения потерь от потребления реактивной мощности.
• Силовые конденсаторы также используются в устройствах хранения энергии, например, в электромобилях (EV) и гибридных электромобилях (HEV).

Для чего нужен силовой конденсатор?

Силовой конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрической энергии в электрическом поле или электростатическом поле. Он похож на аккумулятор, но работает по принципу емкости. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком. Диэлектрик может быть твердым, жидким или газообразным материалом.

Когда следует использовать силовой конденсатор?

В мире электроники конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления электрического заряда. Когда дело доходит до силовых конденсаторов, они специально используются для сглаживания потока электричества в электрической системе. Как вы, возможно, слышали, электричество может быть непредсказуемым и может вызывать колебания, которые наносят ущерб другим электрическим системам в этом районе. Силовые конденсаторы предназначены для решения этой проблемы и обеспечения того, чтобы электричество, протекающее через вашу систему, оставалось плавным, стабильным и безопасным.

Какую среднюю мощность потребляет силовой конденсатор?

Средняя мощность, потребляемая силовым конденсатором, зависит от размера конденсатора и цепи, к которой он подключен. Например, 400-вольтовый конденсатор номиналом 25 микрофарад потребляет примерно 0,8 ампер тока при подключении к цепи с рабочей частотой 50 герц (циклов в секунду).

Зачем цепи нужен силовой конденсатор?

Когда электрический ток проходит через систему переменного тока, такую ​​как кондиционер или холодильник, в потоке тока будут колебания, которые могут привести к повреждению электрических компонентов. Сопротивление этих компонентов может увеличиваться, когда они подвергаются этим колебаниям, в результате чего они выделяют тепло и в конечном итоге выходят из строя. Силовой конденсатор помогает защититься от этой проблемы, регулируя ток, чтобы свести к минимуму эти колебания.

Чем он отличается от Power Bank?

Блок питания — это портативная батарея, которая хранит энергию для будущего использования. Обычно они используются в смартфонах, ноутбуках, планшетах и ​​т. д. Блоки питания похожи на силовые конденсаторы в том смысле, что они накапливают энергию для последующего использования, но они не обеспечивают столько мощности и не служат так долго, как конденсаторы.

Как часто следует заменять силовой конденсатор?

Большинство конденсаторов рассчитаны на определенный срок службы, и на них указано количество «эквивалентных часов работы» (или EOH), в течение которого они могут работать. Это мера того, сколько часов конденсатор может работать на полную мощность, прежде чем он начнет изнашиваться — как только он достигнет своего максимального EOH, вы должны начать его замену как можно скорее.

Как еще называются силовые конденсаторы?

Силовой конденсатор может называться по-разному. Некоторые из этих названий включают конденсатор для хранения энергии, энергетический конденсатор, блок питания, флэш-конденсатор, аккумуляторный конденсатор, суперконденсатор, ультраконденсатор или конденсатор для хранения заряда.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о бумажном конденсаторе и конденсаторе переменной емкости.

узнайте больше о MCQ по проектированию печатных плат.

Итак, это все краткая информация о силовом конденсаторе. При установке силовых конденсаторов необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности; эти конденсаторы надо подключать там, где нет вибрации, агрессивных газов, взрывов, ударов, пожароопасности и т.д. Вот вам вопрос, что такое конденсаторная батарея?

Конденсатор и его принцип — общая наука

12 октября 2020 г.

• Заряд может некоторое время оставаться в теле , когда этому телу передается заряд.
• Время, в течение которого тело может хранить заряд , зависит от формы тела.
• Если тело имеет заостренных концов или острых краев, заряды просачиваются через них. Если тело круглое , заряды могут оставаться на дольше.
• Также установлено, что разные тела могут хранить разное количество зарядов.
• Другими словами, разные тела имеют разную зарядоемкость , которая называется емкостью (или емкостью).
• Все тела, с которыми мы имеем дело, в той или иной степени обладают способностью накапливать заряд.
• Те тела, которые были разработаны специально для хранения зарядов, называются конденсаторами .
• В основном, конденсатор имеет две проводящие поверхности, разделенные изолирующей средой, называемой диэлектриком. Проводящие поверхности называются пластинами конденсатора .
• Символ цепи конденсатора представлен двумя параллельными вертикальными линиями, которые обозначают две проводящие пластины, и горизонтальной линией, прикрепленной к каждой пластине, которая является выводом для подключения его к внешней цепи.

Принцип конденсатора

Рассмотрим диэлектрическую среду , помещенную между двумя металлическими пластинами А и В, образующими конденсатор. Пластина A соединена с анодом , а пластина B соединена с катодом .

• Диэлектрическую среду , расположенную между двумя пластинами, можно считать состоящей из большого количества тонких слоев. На рисунке показаны только несколько слоев.

             

• Поскольку пластина А подключена к аноду батареи, она заряжается положительно за счет проводимости.
• Из-за положительного заряда на пластине А , отрицательного заряда индуцируется с левой стороны и положительного заряда индуцируется с правой стороны первого слоя диэлектрика.
• Из-за положительного заряда на правой стороне первого слоя диэлектрика отрицательный заряд индуцируется на левой стороне, а положительный заряд индуцируется на правой стороне второго слоя диэлектрика и так далее.
• В результате левая сторона металлической пластины B будет иметь отрицательный заряд, а правая сторона будет иметь положительный заряд.
• Индуцированные положительные заряды на правой стороне пластины B являются свободными зарядами. Следовательно, они нейтрализуются электронами, исходящими от катода батареи.
• Однако отрицательные индуцированные заряды на левой стороне пластины B представляют собой связанных заряда . Следовательно, пластина А конденсатора заряжен положительно, а пластина B конденсатора заряжена отрицательно.
• Заряды в обкладках конденсатора остаются в них, даже если батарея отключена. Следовательно, конденсатор может накапливать заряды. Это принцип работы конденсатора .
• Важно отметить, что если +q является положительным зарядом, хранящимся на пластине A конденсатора, заряд, хранящийся на пластине B конденсатора, равен – кв.
• Другими словами, две пластины конденсатора будут иметь одинаковое количество противоположных зарядов.

Емкость конденсатора

• Емкость конденсатора — это его способность накапливать заряды.
• Если конденсатор заряжается, разность потенциалов на его обкладке возрастает.
• И наоборот, если разность потенциалов на пластинах конденсатора увеличивается, запасенный в нем заряд также увеличивается.
• Если « q» — это заряд, накопившийся в конденсаторе, когда его разность потенциалов равна « В»,

Тогда мы имеем q ∝  V

q= CV

Где ‘ C’ – это константа пропорциональности , называемая c емкостью конденсатора 900. Емкость (C) конденсатора не зависит от материала пластин. Однако емкость конденсатора зависит от природы диэлектрической среды.

Следовательно, мы имеем C = q/V

Если V = 1 единица, то C = q

Следовательно, емкость конденсатора также можно определить как t г. к конденсатору, чтобы увеличить его разность потенциалов на единицу.

 

Единица емкости

Имеем C= q/v . В системе СИ «q» в кулонах, а «v» в вольтах.

Следовательно, единицей измерения емкости в системе СИ является кулон/вольт. То есть Кл = Кулон/вольт = с/В = сВ ^-1

Единица емкости называется фарад (Ф) . Это 1 Farad = 1 CV ^-1

Один из емкости емкость

A , как утверждается, имеет один у одного из возможностей. при передаче ему заряда в один кулон.

т. е. C = 1 фарад, если q = 1 c и V = 1 вольт.

 

Факторы, определяющие емкость конденсатора

• Ниже приведены факторы, от которых зависит емкость конденсатора:

1. Площадь металлических пластин конденсатора.
2. Расстояние между металлическими пластинами.
3. Диэлектрическая проницаемость изолирующей среды (или диэлектрика).

Ссылки:

i) https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor

ii) https://www.topperlearning.com/answer/briefly-explain-the-principle-of-a- конденсатор-получить-выражение-для-емкости-параллельного-пластинчатого-конденсатора-чьи-пластины-разделены-a-di/sjgkprnn

Теги:связанные заряды, емкость, конденсатор, кулон, диэлектрическая среда, один фарад

Об авторе

Шайлеш Койрала

Я Шайлеш Койрала

Принцип конденсатора с плоскими пластинами.

Определение, емкость

Скачать ведущий JEE в Индии | НИТ | Класс 8-10 Приложение для подготовки к экзамену

Зарегистрируйтесь сейчас

Эй, вы хотите узнать о принципе конденсатора с параллельными пластинами? Если да. Тогда продолжайте читать.

Принцип конденсатора с параллельными пластинами

Пусть изолированная металлическая пластина А заряжается положительно до тех пор, пока ее потенциал не станет максимальным. Когда другую изолированную пластину B подносят к A. Тогда за счет индукции внутренняя поверхность B становится отрицательно заряженной, а внешняя сторона становится положительно заряженной. Отрицательный заряд пытается уменьшить потенциал А, а положительный заряд пытается его увеличить. Когда внешняя поверхность B заземлена, положительный заряд течет к земле, в то время как отрицательный заряд остается, вызывая снижение потенциала A. Таким образом, A может быть сообщено большее количество заряда, чтобы поднять его до максимального потенциала.

Важные моменты

1. Емкость изолированного проводника увеличивается за счет приближения к нему незаряженного заземленного проводника.
2. Говорят, что расположение двух проводников с одинаковым и противоположным зарядом, разделенных диэлектрической средой, образует конденсатор .
3. Конденсатор представляет собой устройство для хранения большого количества заряда и, следовательно, электрической энергии в небольшом пространстве.
4. Емкость конденсатора определяется как отношение заряда Q на обкладках к разности потенциалов между обкладками, т.е. $C=\frac{Q}{V}$
5. Конденсаторы используются в различных электрических цепях, таких как генераторы, схемы настройки, схемы фильтров, электрические вентиляторы, двигатели и т. д. .

Конденсаторы, соединенные параллельно

1. Говорят, что конденсаторы соединены параллельно между двумя точками, если из одной точки в другую можно пройти разными путями.
2. Конденсаторы называются параллельными, если потенциал каждого отдельного конденсатора одинаков и равен приложенному потенциалу.
3. Заряд на каждом конденсаторе разный и пропорционален емкости конденсатора $Q \propto C$ поэтому $\mathrm{Q}_{1}=\mathrm{C}_{1} \mathrm{~V}$ , $\mathrm{Q}_{2}=\mathrm{C}_{2} \ mathrm{~V}$ , $Q_{3}=C_{3} V$
4. Параллельная комбинация подчиняется закону сохранения заряда So

   $\mathrm{Q}=\mathrm{Q}_{1}+\mathrm{Q}_{2}+\mathrm{Q}_{3}$

   $=C_{1} В+C_{2} В+C_{3} В$

   $=\left(C_{1}+C_{2}+C_{3}\right) V$эквивалентная емкость $C_{p}=\frac{Q}{V}$

   $=C_{1}+C_{2}+C_{3}$

5. Эквивалентная емкость может быть определена как емкость отдельного конденсатора, который приобретает тот же общий заряд Q при той же разности потенциалов V.
6. Эквивалентная емкость при параллельном подключении равна сумме отдельных емкостей.
7. Эквивалентная емкость больше наибольшей из отдельных емкостей. 9{2}+\ldots \ldots=\mathrm{U}_{1}+\mathrm{U}_{2}$

   $+U_{3}+\ldots \ldots$

   Общая энергия, накопленная в параллельной комбинации, равна сумме энергий, накопленных в отдельных конденсаторах.

8. Если n пластин расположены так, как показано, они образуют (n–1) параллельных конденсаторов емкостью $\frac{\varepsilon_{0} \mathrm{~A}}{\mathrm{~d}}$

Эквивалентная емкость$C_{P}=(n-1) \frac{\varepsilon_{0} A}{d}$

Емкость плоского конденсатора с проводящей пластиной

Исходное однородное поле $E_{0}$ существует на расстоянии d-t, поэтому разность потенциалов между пластинами

$V=E_{0}(dt)=\frac{\sigma}{\varepsilon_{0}}(dt)$

$=\frac{Q}{\varepsilon_{0} A}(dt)$

Емкость $C=\frac{Q}{V}$

$=\frac{\varepsilon_{0} A}{d(1-t / d)}=\frac{C_{0}}{1-t / d}$

$c>c_{0}$ поэтому емкость увеличивается при введении металлической пластины между пластинами.

Емкость плоского конденсатора с диэлектрической пластиной

Когда диэлектрик вводится между пластинами, то поле $\mathrm{E}_{0}$ существует вне диэлектрика, а поле E существует внутри диэлектрика. Разность потенциалов между пластинами

$V=E_{0}(d-t)+E t=E_{0}(d-t)$

$+\frac{E_{0} t}{K}=E_{0}\left[d-t\left(1-\frac{1}{K}\right)\right]$

$\mathrm{V}=\frac{\sigma}{\varepsilon_{0}}\left[\mathrm{~d}-\mathrm{t}\left(1-\frac{1}{\mathrm {~K}}\справа)\справа]$

$=\frac{\mathrm{Qd}}{\varepsilon_{0} \mathrm{~A}}\left[1-\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{d}}\left( 1-\frac{1}{\mathrm{~K}}\right)\right]$

Емкость $C=\frac{Q}{V} \frac{\varepsilon_{0} A}{d\left[1-\frac{t}{d}\left(1-\frac{1}{ К}\справа)\справа]}$

$=\frac{C_{0}}{1-\frac{t}{d}\left(1-\frac{1}{K}\right)}$

1. $C>C_{0}$, поэтому емкость увеличивается при введении диэлектрической пластины между пластинами конденсатора.
2. Емкость не зависит от положения диэлектрической пластины между пластинами.
3. Если все пространство заполнено диэлектриком, чем t = d и $C=K C_{0}$

9{2}=\frac{1}{2} Q V$

Важные моменты

1. Энергия накапливается в электрическом поле между пластинами конденсаторов.
2. Запасенная энергия зависит от емкости, заряда и разности потенциалов. Это не зависит от формы конденсатора.
3. Энергия получается за счет химической энергии батареи

Итак, из этой статьи все. Если вам понравилась эта статья о принципе конденсаторов с параллельными пластинами, поделитесь ею с друзьями. Если у вас есть какие-либо затруднения, связанные с этой темой, не стесняйтесь спрашивать в разделе комментариев ниже.

Чтобы лучше понять эту главу, ознакомьтесь с подробными примечаниями к электрическому заряду и полю. Чтобы смотреть бесплатные обучающие видео по физике сэра Саранша Гупты, установите приложение eSaral.

Скачать ведущий JEE в Индии | НИТ | Приложение для подготовки к экзаменам для классов 8–10

Зарегистрироваться

Что такое конденсатор? Типы конденсаторов, их использование и работа с конденсаторами

Содержание

Описание:

Что такое конденсатор? Типы конденсаторов, их использование и работа с конденсаторами — A Конденсатор — один из самых основных электронных компонентов, который используется почти во всех видах электронных схем для хранения, подавления перенапряжений и фильтрации. Это широко используемый и важный компонент в семействе электроники. Я использовал конденсаторы почти во всех своих проектах, основанных на чистой электронике и контроллерах. Как и резисторы, конденсаторы являются пассивными электронными компонентами для накопления электрического заряда. Количество заряда, которое он может хранить, зависит от расстояния между пластинами.

Конденсатор  – это устройство, которое хранит  электрическую энергию  в  электрическом поле . Это пассивный электронный компонент с двумя клеммами .

Обозначения конденсаторов:

Конденсатор (исторически известный как «конденсатор») представляет собой устройство, накапливающее энергию в электрическом поле путем накопления внутреннего дисбаланса электрического заряда. Он состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком (изолятором). Используя ту же аналогию с водой, протекающей по трубе, 9Конденсатор 0003 можно рассматривать как резервуар, в котором заряд часто рассматривается как объем воды внутри резервуара. Резервуар может «заряжаться» и «разряжаться» точно так же, как конденсатор по отношению к электрическому заряду. Механическая аналогия — пружина. Пружина удерживает заряд, когда ее оттягивают назад.

Емкость конденсатора

Емкость конденсатора можно определить как количество заряда, которое конденсатор может хранить на единицу напряжения на своих обкладках, это его емкость, обозначенная C . То есть емкость является мерой способности конденсатора накапливать заряд. Чем больше заряда на единицу напряжения может хранить конденсатор , тем больше его емкость , , выраженная следующей формулой:

Где C — емкость , Q — заряд, а V — напряжение.

Переставляя члены в приведенных выше уравнениях, вы можете получить две другие формулы.

Единица измерения емкости: Фарад (Ф) является базовой единицей емкость . Напомним, что кулон (Кл) является единицей электрического заряда.

Один фарад равен емкости , когда заряд в один кулон (Кл) сохраняется при одном вольте на пластинах.

Большинство конденсаторов , используемых в электронике, имеют значения емкости , указанные в микрофарад мкФ и пикофарад (пФ). микрофарад — это одна миллионная часть фарада, (1 мкФ = 10 ^-6 Ф), а пикофарад — одна триллионная часть фарада (1 пФ = 10 ^-12 Ф).

Принцип работы конденсатора

Электрический ток — это поток электрического заряда, который электрические компоненты используют для освещения, вращения или выполнения любых других действий. Когда ток протекает через конденсатор , заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — всасываются в одну из пластин, и она становится в целом заряженной. Масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает заряды другой пластины, делая ее положительно заряженной.

Положительные и отрицательные заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды. Но с диэлектриком, сидящим между ними, максимальное количество, которое им нужно, чтобы вернуться вместе, заряды навсегда застрянут на пластине (пока им не придется куда-то идти). Стационарные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, которое влияет на потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на таком конденсаторе, колпачок накапливает электроэнергию, как батарея может накапливать энергию.

Рабочее напряжение является самой важной из всех характеристик. На конденсаторах указано рабочее напряжение , которое относится к максимальному напряжению, которое может быть приложено к конденсатору . Это относится к напряжению постоянного тока.

Безопасно эксплуатировать конденсатор в пределах его номинального напряжения. В противном случае возможно повреждение конденсатора . Если приложенное напряжение больше, чем рабочее напряжение конденсатора , произойдет пробой диэлектрика. Рабочее напряжение зависит от диэлектрического материала и толщины диэлектрика. Рабочее напряжение зависит от диэлектрического материала и толщины диэлектрика. Таким образом, всегда рабочее напряжение конденсатора является максимальным напряжением конденсатора, которое может быть приложено. На практике 9Конденсатор 0003 следует выбирать так, чтобы его рабочее напряжение было не менее чем на 50 % больше, чем максимальное действующее напряжение, подаваемое на него.

Типы конденсаторов

Конденсаторы постоянной емкости

Конденсатор постоянной емкости — это тип конденсатора, который обеспечивает фиксированную величину емкости (емкость означает способность накапливать электрический заряд). Другими словами, фиксированный конденсатор может быть своего рода конденсатором, который хранит фиксированное количество электрического заряда, которое не регулируется 9.0329 .

Конденсаторы постоянной емкости подразделяются на различные типы в зависимости от используемого в их конструкции диэлектрического материала. различные типы постоянных конденсаторов:

Бумажный конденсатор           

Вы можете подумать, почему он называется Бумажный конденсатор ? Тебе известно? Бумажный конденсатор также известен как фиксированный конденсатор , и он называется Бумажный конденсатор , потому что в этом типе конденсатора бумага используется в качестве диэлектрической среды, которая накапливает энергию в виде электрического поля. Эти конденсаторы используются на частоте сети с емкостью от 1 нФ до 1 мкФ. Он хранит фиксированное количество электрического заряда.

Бумажный конденсатор или Конденсатор постоянной емкости состоит из двух металлических пластин с диэлектрической бумагой между ними. Он имеет положительные и отрицательные пластины. Когда к пластинам прикладывается небольшое количество электрического заряда, положительный заряд притягивается к одной пластине, а отрицательный заряд притягивается к другой пластине. Эта электрическая энергия хранится в виде электрического поля. Эта накопленная электрическая энергия используется для разрядки конденсатора. Они доступны в диапазоне от 500 пФ до 50 нФ. Они обеспечивают высокие токи утечки.

Слюдяные конденсаторы

Среди других типов конденсаторов , слюдяные конденсаторы  являются наиболее стабильными, надежными и высокоточными конденсаторами . Эти конденсаторы доступны от низкого до высокого напряжения. Слюдяные конденсаторы используются в приложениях, где требуется высокая точность и малое изменение емкости во времени. Эти конденсаторы могут эффективно работать на высоких частотах.

Слюда представляет собой группу природных минералов. Конденсаторы из серебряной слюды — это конденсаторы, в которых используется слюда в качестве диэлектрика. Существует два типа слюдяных конденсаторов: слюдяные конденсаторы с зажимами и серебряно-слюдяные конденсаторы . Зажимные слюдяные конденсаторы в настоящее время считаются устаревшими из-за их худших характеристик. Вместо них используются серебряно-слюдяные конденсаторы . они сделаны из листов слюды, покрытых металлом с каждой стороны. Затем эту сборку заливают эпоксидной смолой, чтобы защитить ее от окружающей среды. Слюдяные конденсаторы в основном используются, когда конструкция требует стабильных и надежных конденсаторов относительно небольших номиналов. это конденсаторы с малыми потерями, что позволяет использовать их на высоких частотах, и их стоимость не сильно меняется со временем.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы используются в высокочастотных цепях, таких как аудио и радиочастоты. они также являются самым простым выбором для компенсации высоких частот в аудиосхемах. Керамические конденсаторы также известны как дисковые конденсаторы . Керамические конденсаторы изготавливаются путем покрытия двух сторон небольшого фарфорового или керамического диска серебром, а затем складываются вместе, образуя конденсатор . Можно сделать как с низкой емкостью , так и с высокой емкостью в керамических конденсаторах , изменив толщину используемого керамического диска. Керамический конденсатор показан на рисунке ниже.

Они демонстрируют большие нелинейные изменения емкости в зависимости от температуры и в результате используются в качестве развязывающих или обходных конденсаторов , поскольку они также являются неполяризованными устройствами. Керамические конденсаторы имеют значения от нескольких пикофарад до как минимум одного или двух микрофарад (мкФ), но их номинальное напряжение, как правило, довольно низкое.

Керамические конденсаторы типа обычно имеют трехзначный код, напечатанный на их корпусе, чтобы определить значение их емкости в пикофарадах. Как правило, первые две цифры указывают номинал конденсаторов, поэтому третья цифра указывает количество нулей, которые необходимо добавить. например, керамический дисковый конденсатор с маркировкой 103 будет означать 10 и три нуля в пикофарадах, что соответствует 10 000 пФ или 10 нФ.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы состоят из относительно большого семейства конденсаторов с разницей в их диэлектрических свойствах и являются наиболее доступными из всех типов конденсаторов . К ним относятся полиэстер (майлар), полистирол, полипропилен, поликарбонат, металлизированная бумага, тефлон и т. д. Они доступны практически любого номинала и напряжения до 1500 вольт. они доступны с любым допуском от 10% до 0,01%. Пленочные конденсаторы также поставляются в комбинации форм и стилей корпуса. Есть два вида пленочные конденсаторы , с радиальным выводом и осевым выводом. Электроды пленочных конденсаторов также могут быть металлизированными из алюминия или цинка, нанесенными на одну или каждую сторону пленки, что приводит к металлизированным пленочным конденсаторам , называемым пленочными конденсаторами .

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы почти используются во всех электронных схемах, они чаще всего используются в источниках питания в качестве развязывающие конденсаторы , это наиболее часто используемые конденсаторы и имеют хорошую допустимую емкость. Как и резисторы, конденсаторы доступны в различных размерах. Электролитические конденсаторы имеют полярность . Эти конденсаторы имеют положительную и заземляющую ножки. Заземляющая ножка снабжена длинной полосой. Другая идентификация может заключаться в том, что положительная ветвь немного длиннее заземляющей. Но во многих ситуациях, когда обе штанины одинакового размера, то длинная полоска с одной стороны c 9В качестве идентификации используется конденсатор 0003 , ветвь со стороны полосы будет заземляющей ветвью. Электролитические конденсаторы можно найти с рабочим напряжением примерно до 500 В, хотя самые лучшие значения емкости недоступны при высоком напряжении, а более подходящие температурные единицы доступны, но встречаются редко. Есть два типа электролитов: тантал и алюминий .

Танталовые конденсаторы обычно имеют лучшую производительность, более высокую стоимость и работают только в более ограниченном диапазоне параметров. Диэлектрические свойства оксид тантала намного превосходит оксид алюминия, обеспечивая более аккуратный ток утечки и лучшую емкость прочность, что делает их пригодными для блокирования , развязки , фильтрации .

Толщина пленки из оксида алюминия и повышенное напряжение пробоя дают конденсаторам исключительно повышенные значения емкости для его или ее размера. при конденсаторе пластины фольги анодируют постоянным током, устанавливая конец материала пластины и подтверждая полярность ее стороны.

Переменные конденсаторы

Переменный конденсатор — это тип конденсатора , емкость которого можно изменить механически. Эти типы конденсаторов снабжены ручками или винтами. Эти конденсаторы типа используются в цепях, где нам необходимо настроить частоту, т.е. частоту резонанса в LC-цепях, например, для регулирования радиоприемника для согласования импеданса в устройствах антенного тюнера.

Эти переменные конденсаторы используются во многих областях, например, для настройки LC-цепей радиоприемников, для согласования импедансов в антеннах и т. д. Основными типами переменных конденсаторов являются Настроечные конденсаторы и Подстроечные конденсаторы .

Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы являются популярным видом переменных конденсаторов . Настроечные конденсаторы содержат статор, ротор и раму для поддержки статора и слюдяной конденсатор . Детали конструкции настроечного конденсатора показаны на следующем рисунке.

Статор может быть неподвижной частью, а ротор вращается за счет движения подвижного вала. Пластины ротора при перемещении в пазы статора выступают на грани формы пластин конденсатора. Когда пластины ротора полностью входят в пазы статора, значение емкости максимально, а если нет, емкость 9Значение 0004 является минимальным.

Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы меняются с помощью отвертки. Подстроечные конденсаторы обычно устанавливаются в таком месте, где нет необходимости изменять значение емкости после фиксации.

Имеется три вывода подстроечного конденсатора , один подключен к неподвижной пластине, один к вращающейся и, следовательно, другой является общим. Подвижный диск может быть полукруглой формы. А подстроечный конденсатор будет выглядеть так, как если бы они были на следующем рисунке.

Имеются две параллельные проводящие пластины с диэлектриком посередине. Конструкция подстроечного конденсатора показана ниже.

Одна из двух пластин подвижная, а другая неподвижная. Диэлектрический материал закреплен. При перемещении подвижной пластины, противоположной миру между подвижным и приклеенным электродом, емкость часто меняют. Емкость будет выше, если другая площадь станет больше, так как оба электрода действуют как две пластины конденсатора.

Конструкция конденсатора

Устройство состоит из двух параллельных проводящих металлических пластин, разделенных изолятором, называемым диэлектриком . Проводящий материал состоит из алюминия или другого металла, а диэлектрик может быть изготовлен из керамики, стекла, бумаги или пластика. Металлические пластины 9Конденсатор 0003 может быть как квадратным, круглым или прямоугольным, так и любой другой формы и размера. Из каждой пластины выводится по два провода, чтобы можно было подключить устройство к цепи.

Когда напряжение подается на два провода через источник батареи, заряд оседает на пластинах конденсатора . Пока это напряжение равно напряжению батареи (E), цепь находится в состоянии баланса. Когда мы разрываем соединение батареи, заряды не могут утечь, и напряжение между двумя пластинами остается стабильным. Эта комбинация двух пластин, разделенных изолятором и способных накапливать некоторое количество электричества, называется 9. 0003 конденсатор или конденсатор .

Использование конденсаторов

Конденсаторы используются почти во всех видах электронных схем. Конденсаторы могут быть поляризованными или неполяризованными, постоянными или переменными. Конденсаторы служат для нескольких важных применений в схемотехнике, предоставляя разработчикам гибкие варианты фильтров, шумоподавление, накопление энергии и сенсорные возможности.

Применение фильтров

В сочетании с резисторами, 9 шт.Конденсаторы 0003 часто применяют в качестве основного элемента частотно-избирательных фильтров. Доступные конструкции и топологии фильтров многочисленны и могут быть адаптированы к частоте и производительности путем выбора надлежащих значений и качества компонентов. Некоторые типы конструкций фильтров включают:

• Фильтр верхних частот
• Фильтр нижних частот
• Полосовой фильтр
• Ленточный стопорный фильтр
• Режущий фильтр
• Всепроходной фильтр
• Выравнивающий фильтр

Развязывающий/байпасный конденсатор

Вы могли видеть конденсаторы , припаянные рядом с выводами питания микросхем или на входных и выходных выводах регуляторов напряжения, это Развязывающие конденсаторы. Конденсаторы играют важнейшую роль в стабильной работе цифровой электроники, защищая чувствительные микросхемы от помех на сигнале питания, которые могут вызывать аномальное поведение. Конденсаторы, используемые в этом приложении, называются развязывающими конденсаторами и должны быть размещены как можно ближе к каждому микрочипу, чтобы быть наиболее эффективными, поскольку все дорожки цепи действуют как антенны и будут улавливать шум из окружающей среды. Развязывающие и обходные конденсаторы также используются в любой области цепи для снижения общего воздействия электрических помех.

Соединительный или блокировочный конденсатор по постоянному току

Конденсаторы часто используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока. Поскольку конденсаторы способны пропускать сигналы переменного тока, блокируя постоянный ток, их можно использовать для разделения компонентов переменного и постоянного тока в сигнале. Значение конденсатора не обязательно должно быть точным или точным для связи, но оно должно быть высоким, поскольку реактивное сопротивление конденсатора влияет на производительность в приложениях связи.

Снабберные конденсаторы

В цепях, в которых приводится в действие нагрузка с высокой индуктивностью, например двигатель или трансформатор, могут возникать большие переходные скачки мощности, поскольку энергия, накопленная в индуктивной нагрузке, внезапно разряжается, что приводит к повреждению компонентов и контактов. Применение конденсатора может ограничивать или гасить скачки напряжения в цепи, делая работу более безопасной, а цепь более надежной. В маломощных цепях использование метода демпфирования предотвращает создание нежелательных радиочастотных помех, которые вызывают аномальное поведение в цепях и затрудняют получение сертификации и одобрения продукта.

Импульсные силовые конденсаторы

По сути, конденсаторы представляют собой крошечные батареи, которые предлагают уникальные возможности накопления энергии, превосходящие возможности химических батарей. Когда требуется большая мощность за короткий период времени, большие конденсаторы и батареи из конденсаторов являются лучшим вариантом для многих приложений. Батареи конденсаторов используются для хранения энергии в таких приложениях, как импульсные лазеры, радары, ускорители частиц и рельсотроны. Обычное применение 9Конденсатор импульсной мощности 0003 находится во вспышке на одноразовой камере, которая заряжается, а затем быстро разряжается через вспышку, обеспечивая большой импульс тока.

Резонансные или резонансные схемы

Хотя резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности образуют фильтры, определенные комбинации также могут привести к резонансному усилению входного сигнала. Эти схемы используются для усиления сигналов на резонансной частоте, создания высокого напряжения из низковольтных входов, в качестве генераторов и настроенных фильтров. В резонансных цепях необходимо соблюдать осторожность при выборе компонентов, которые могут выдержать напряжения, которые компоненты видят на них, иначе они быстро выйдут из строя.

Применение емкостных датчиков

Емкостные датчики в последнее время стали обычным явлением в передовых устройствах бытовой электроники, хотя емкостные датчики десятилетиями использовались в различных приложениях для определения положения, влажности, уровня жидкости, качества изготовления. контроль и ускорение. Емкостное зондирование работает путем обнаружения изменения емкости локальной среды через изменение диэлектрика — изменение расстояния между пластинами 0003 конденсатор или изменение площади конденсатора .

Фото: Википедия

BU-209: Как работает суперконденсатор?

Суперконденсатор, также известный как ультраконденсатор или двухслойный конденсатор, отличается от обычного конденсатора очень высокой емкостью. Конденсатор накапливает энергию за счет статического заряда, а не за счет электрохимической реакции. Применение перепада напряжения на положительной и отрицательной пластинах заряжает конденсатор. Это похоже на накопление электрического заряда при ходьбе по ковру. Прикосновение к объекту высвобождает энергию через палец.

Существует три типа конденсаторов, самый простой из которых — электростатический конденсатор с сухим сепаратором. Этот классический конденсатор имеет очень низкую емкость и в основном используется для настройки радиочастот и фильтрации. Размер варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до микрофарад (мкФ).

Электролитический конденсатор имеет более высокую емкость, чем электростатический конденсатор, и измеряется в микрофарадах (мкФ), что в миллион раз больше, чем пикофарад. Эти конденсаторы используют влажный сепаратор и используются для фильтрации, буферизации и передачи сигналов. Подобно батарее, электростатическая емкость имеет положительные и отрицательные стороны, которые необходимо соблюдать.

Третий тип — суперконденсатор , номинал в фарадах, что в тысячи раз выше электролитического конденсатора. Суперконденсатор используется для хранения энергии, подвергаясь частым циклам зарядки и разрядки при высоком токе и короткой продолжительности.

Фарад — единица измерения емкости, названная в честь английского физика Майкла Фарадея (1791–1867). Один фарад хранит один кулон электрического заряда при приложении одного вольта. Один микрофарад в миллион раз меньше фарада, а один пикофарад опять же в миллион раз меньше микрофарада.

Инженеры General Electric впервые провели эксперименты с ранней версией суперконденсатора в 1957 году, но коммерческих применений не было. В 1966 году Standard Oil случайно заново открыла эффект двухслойного конденсатора, работая над экспериментальными конструкциями топливных элементов. Двойной слой значительно улучшил способность накапливать энергию. Компания не стала коммерциализировать изобретение и передала его по лицензии компании NEC, которая в 1978 году продала технологию как «суперконденсатор» для резервного копирования компьютерной памяти. Так было до 1990-х, достижения в области материалов и методов производства привели к повышению производительности и снижению стоимости.

Суперконденсатор эволюционировал и перешел в аккумуляторную технологию с использованием специальных электродов и электролита. В то время как базовый электрохимический двухслойный конденсатор (EDLC) зависит от электростатического действия, в асимметричном электрохимическом двухслойном конденсаторе (AEDLC) используются электроды, подобные батареям, для получения более высокой плотности энергии, но это имеет более короткий срок службы и другие нагрузки, которые общие с конденсатором. батарея. Графеновые электроды обещают улучшения суперконденсаторов и аккумуляторов, но до таких разработок осталось 15 лет.

Было опробовано несколько типов электродов, и наиболее распространенные сегодня системы построены на основе электрохимического двухслойного конденсатора на углеродной основе с органическим электролитом, который прост в изготовлении.

Все конденсаторы имеют ограничение по напряжению. В то время как электростатический конденсатор может выдерживать высокие напряжения, суперконденсатор ограничен 2,5–2,7 В. Возможны напряжения 2,8В и выше, но с меньшим сроком службы. Чтобы получить более высокое напряжение, несколько суперконденсаторов соединяют последовательно. Последовательное соединение уменьшает общую емкость и увеличивает внутреннее сопротивление. В цепочках из более чем трех конденсаторов требуется выравнивание напряжения, чтобы предотвратить перенапряжение какой-либо ячейки. Литий-ионные аккумуляторы имеют аналогичную схему защиты.

Удельная энергия суперконденсатора колеблется от 1 Втч/кг до 30 Втч/кг, что в 10–50 раз меньше, чем у литий-ионных. Кривая разряда является еще одним недостатком. В то время как электрохимическая батарея обеспечивает постоянное напряжение в используемом диапазоне мощности, напряжение суперконденсатора уменьшается по линейной шкале, уменьшая полезный спектр мощности. (См. BU-501: Основные сведения о разрядке)

Возьмите источник питания на 6 В, который должен разрядиться до 4,5 В, прежде чем оборудование отключится. К тому времени, когда суперконденсатор достигает этого порога напряжения, линейный разряд отдает только 44% энергии; остальные 56% зарезервированы. Дополнительный преобразователь постоянного тока помогает восстановить энергию, находящуюся в диапазоне низкого напряжения, но это увеличивает затраты и приводит к потерям. Батарея с плоской кривой разряда, для сравнения, обеспечивает 9от 0 до 95 процентов своего запаса энергии до достижения порога напряжения.

На рисунках 1 и 2 показаны характеристики напряжения и тока при заряде и разряде суперконденсатора. При зарядке напряжение увеличивается линейно, а ток падает по умолчанию, когда конденсатор заполнен, и нет необходимости в схеме обнаружения полного заряда. Это верно при постоянном токе питания и пределе напряжения, соответствующем номинальному напряжению конденсатора; превышение напряжения может повредить конденсатор.

Рис. 1: Профиль заряда суперконденсатора
Напряжение увеличивается линейно во время заряда постоянным током. Когда конденсатор заполнен, ток по умолчанию падает. Рис. 2. Профиль разряда суперконденсатора
Напряжение при разряде падает линейно. Дополнительный преобразователь постоянного тока поддерживает уровень мощности, потребляя более высокий ток при падении напряжения.

Время заряда суперконденсатора 1–10 секунд. Зарядная характеристика аналогична электрохимической батарее, а зарядный ток в значительной степени ограничен токоведущей способностью зарядного устройства. Первоначальная зарядка может быть произведена очень быстро, а дополнительная зарядка займет дополнительное время. Необходимо предусмотреть ограничение пускового тока при зарядке пустого суперконденсатора, так как он поглощает все, что может. Суперконденсатор не подвержен перезаряду и не требует обнаружения полного заряда; ток просто перестает течь при заполнении.

В таблице 3 суперконденсатор сравнивается с типичным литий-ионным аккумулятором.

Функция	Суперконденсатор	Литий-ионный (общий)
Время зарядки	1–10 секунд	10–60 минут
Срок службы	1 миллион или 30 000 часов	500 и выше
Напряжение ячейки	от 2,3 до 2,75 В	3,6 В номинальное
Удельная энергия (Втч/кг)	5 (типовой)	120–240
Удельная мощность (Вт/кг)	До 10 000	1 000–3 000
Стоимость за кВтч	10 000 долларов США (типично)	250–1000 долларов США (большая система)
Срок службы (промышленный)	10-15 лет	от 5 до 10 лет
Температура зарядки	от –40 до 65°C (от –40 до 149°F)	от 0 до 45°C (от 32° до 113°F)
Температура нагнетания	от –40 до 65°C (от –40 до 149°F)	от –20 до 60°C (от –4 до 140°F)
Саморазряд (30 дней)	Высокий (5-40%)	5% или менее
Стоимость за кВтч	$ 100-500	$ 1000 и выше

Таблица 3: Сравнение производительности между классическим суперкапом и Li-ION ^[2] 999509 9995099509950995099509950995099509 099509 99950995049509 099509 999509950495099509 099504950495099509 0995049509950495099504950995049509 09 9plive. суперконденсаторы высокой плотности с электродами на основе графена имеют рейтинг Втч / кг, аналогичный литий-ионному.

Суперконденсатор можно заряжать и разряжать практически неограниченное количество раз. В отличие от электрохимической батареи, которая имеет определенный срок службы, при циклировании суперконденсатор практически не изнашивается. Возраст также добрее к суперконденсатору, чем к батарее. В нормальных условиях суперконденсатор теряет свою первоначальную 100-процентную емкость до 80 процентов за 10 лет. Применение более высоких напряжений, чем указано, сокращает срок службы. Суперконденсатор не боится ни высоких, ни низких температур, а это преимущество, с которым батареи не могут одинаково хорошо справляться.

Саморазряд суперконденсатора существенно выше, чем у электростатического конденсатора, и несколько выше, чем у электрохимической батареи; этому способствует органический электролит. Суперконденсатор разряжается со 100 до 50 процентов за 30-40 дней. Для сравнения, свинцовые и литиевые батареи саморазряжаются примерно на 5 процентов в месяц.

Суперконденсатор в сравнении с аккумулятором

Сравнение суперконденсатора с аккумулятором имеет свои достоинства, но опора на сходство не позволяет глубже понять это уникальное устройство. Вот уникальные различия между батареей и суперкапом.

Химический состав батареи определяет рабочее напряжение; заряд и разряд являются электрохимическими реакциями. Для сравнения, конденсатор неэлектрохимический, и максимально допустимое напряжение определяется типом диэлектрического материала, используемого в качестве сепаратора между пластинами. Наличие электролита в некоторых конденсаторах увеличивает емкость, что может вызвать путаницу.

Поскольку суперконденсатор не является химическим, напряжение может расти до тех пор, пока диэлектрик не выйдет из строя. Часто это происходит в виде короткого замыкания. Избегайте превышения указанного напряжения.

Применение

Суперконденсатор часто неправильно понимают; это не замена батареи для длительного хранения энергии. Если, например, время зарядки и разрядки превышает 60 секунд, используйте батарею; если короче, то суперконденсатор становится экономичным.

Суперконденсаторы идеальны, когда требуется быстрая зарядка для удовлетворения краткосрочной потребности в энергии; тогда как батареи выбраны для обеспечения долгосрочной энергии. Объединение этих двух элементов в гибридную батарею удовлетворяет обе потребности и снижает нагрузку на батарею, что отражается на более длительном сроке службы. Такие батареи доступны сегодня в семействе свинцово-кислотных.

Суперконденсаторы наиболее эффективны для преодоления перебоев в мощности, длящихся от нескольких секунд до нескольких минут, и могут быть быстро перезаряжены. Маховик обладает аналогичными качествами, и приложением, в котором суперконденсатор конкурирует с маховиком, является испытание Long Island Rail Road (LIRR) в Нью-Йорке. LIRR — одна из самых загруженных железных дорог в Северной Америке.

Чтобы предотвратить провалы напряжения во время ускорения поезда и снизить потребление пиковой мощности, в Нью-Йорке проводится испытание батареи суперконденсаторов мощностью 2 МВт против маховиков, обеспечивающих мощность 2,5 МВт. Обе системы должны обеспечивать постоянную мощность в течение 30 секунд при соответствующей мегаваттной мощности и полностью перезаряжаться за одно и то же время. Цель состоит в том, чтобы добиться регулирования в пределах 10 процентов от номинального напряжения; обе системы должны иметь низкие эксплуатационные расходы и служить 20 лет. (Власти считают, что маховики более прочны и энергоэффективны для этого применения, чем батареи. Время покажет.)

Япония также использует большие суперконденсаторы. Системы мощностью 4 МВт устанавливаются в коммерческих зданиях для снижения потребления электроэнергии в периоды пиковой нагрузки и облегчения нагрузки. Другими приложениями являются запуск резервных генераторов во время отключения электроэнергии и подача электроэнергии до тех пор, пока переключение не стабилизируется.

Суперконденсаторы также нашли важное применение в электрических силовых агрегатах. Благодаря сверхбыстрой зарядке во время рекуперативного торможения и выдаче большого тока при ускорении суперконденсатор идеально подходит в качестве усилителя пиковой нагрузки для гибридных автомобилей, а также для приложений на топливных элементах. Его широкий температурный диапазон и длительный срок службы дают преимущество перед батареей.

Суперконденсаторы имеют низкую удельную энергию и дороги с точки зрения стоимости на ватт. Некоторые инженеры-конструкторы утверждают, что деньги на суперконденсатор лучше потратить на батарею большей емкости. В таблице 4 приведены преимущества и недостатки суперконденсатора.

Преимущества	Практически неограниченный срок службы; можно использовать миллионы раз Высокая удельная мощность; низкое сопротивление обеспечивает большие токи нагрузки Зарядка в секундах; не требуется завершение зарядки Простая зарядка; рисует только то, что ему нужно; не подлежит переплате Сейф; Прощание, если не злоупотребляют Отличная низкотемпературная производительность заряда и сброса
Ограничения

Таблица 4: Условия и ограничения суперкапацитаров 9000

---

94949494949494949498 .
^[2] Источник: Maxwell Technologies, Inc.

404 — СТРАНИЦА НЕ НАЙДЕНА

Почему я вижу эту страницу?

404 означает, что файл не найден. Если вы уже загрузили файл, имя может быть написано с ошибкой или файл находится в другой папке.

Другие возможные причины

Вы можете получить ошибку 404 для изображений, поскольку у вас включена защита от горячих ссылок, а домен отсутствует в списке авторизованных доменов.

Если вы перейдете по временному URL-адресу (http://ip/~username/) и получите эту ошибку, возможно, проблема связана с набором правил, хранящимся в файле .htaccess. Вы можете попробовать переименовать этот файл в .htaccess-backup и обновить сайт, чтобы посмотреть, решит ли это проблему.

Также возможно, что вы непреднамеренно удалили корневую папку документа или вам может потребоваться повторное создание вашей учетной записи. В любом случае, пожалуйста, немедленно свяжитесь с вашим веб-хостингом.

Вы используете WordPress? См. Раздел об ошибках 404 после перехода по ссылке в WordPress.

Как найти правильное написание и папку

Отсутствующие или поврежденные файлы

Когда вы получаете ошибку 404, обязательно проверьте URL-адрес, который вы пытаетесь использовать в своем браузере. Это сообщает серверу, какой ресурс он должен использовать попытка запроса.

http://example.com/example/Example/help.html

В этом примере файл должен находиться в папке public_html/example/Example/

Обратите внимание, что в этом примере важен CaSe . На платформах с учетом регистра e xample и E xample не совпадают.

Для дополнительных доменов файл должен находиться в папке public_html/addondomain.com/example/Example/, а имена чувствительны к регистру.

Разбитое изображение

Если на вашем сайте отсутствует изображение, вы можете увидеть на своей странице поле с красным цветом X , где отсутствует изображение. Щелкните правой кнопкой мыши на X и выберите «Свойства». Свойства сообщат вам путь и имя файла, который не может быть найден.

Это зависит от браузера, если вы не видите на своей странице поле с красным X , попробуйте щелкнуть правой кнопкой мыши на странице, затем выберите «Просмотр информации о странице» и перейдите на вкладку «Мультимедиа».

http://example.com/cgi-sys/images/banner.PNG

В этом примере файл изображения должен находиться в папке public_html/cgi-sys/images/

Обратите внимание, что в этом примере важен CaSe . На платформах с учетом регистра символов PNG и png не совпадают.

Ошибки 404 после перехода по ссылкам WordPress

При работе с WordPress ошибки 404 Page Not Found часто могут возникать при активации новой темы или изменении правил перезаписи в файле .htaccess.

Когда вы сталкиваетесь с ошибкой 404 в WordPress, у вас есть два варианта ее исправления.

Вариант 1. Исправьте постоянные ссылки

1. Войдите в WordPress.
2. В меню навигации слева в WordPress нажмите  Настройки > Постоянные ссылки (Обратите внимание на текущую настройку. Если вы используете пользовательскую структуру, скопируйте или сохраните ее где-нибудь.)
3. Выберите  По умолчанию .
4. Нажмите  Сохранить настройки .
5. Верните настройки к предыдущей конфигурации (до того, как вы выбрали «По умолчанию»). Верните пользовательскую структуру, если она у вас была.
6. Нажмите  Сохранить настройки .

Во многих случаях это сбросит постоянные ссылки и решит проблему. Если это не сработает, вам может потребоваться отредактировать файл .htaccess напрямую.

Вариант 2. Измените файл .htaccess

Добавьте следующий фрагмент кода 9index.php$ — [L]
RewriteCond %{REQUEST_FILENAME} !-f
RewriteCond %{REQUEST_FILENAME} !-d
RewriteRule . /index.php [L]

# Конец WordPress

Если ваш блог показывает неправильное доменное имя в ссылках, перенаправляет на другой сайт или отсутствуют изображения и стиль, все это обычно связано с одной и той же проблемой: в вашем блоге WordPress настроено неправильное доменное имя.

Как изменить файл .htaccess

Файл .htaccess содержит директивы (инструкции), которые сообщают серверу, как вести себя в определенных сценариях, и напрямую влияют на работу вашего веб-сайта.

Перенаправление и перезапись URL-адресов — это две очень распространенные директивы, которые можно найти в файле .htaccess, и многие скрипты, такие как WordPress, Drupal, Joomla и Magento, добавляют директивы в .htaccess, чтобы эти скрипты могли работать.

Возможно, вам потребуется отредактировать файл .htaccess в какой-то момент по разным причинам. В этом разделе рассказывается, как редактировать файл в cPanel, но не о том, что нужно изменить. статьи и ресурсы для этой информации. )

Существует множество способов редактирования файла .htaccess

• Отредактируйте файл на своем компьютере и загрузите его на сервер через FTP
• Использовать режим редактирования программы FTP
• Использовать SSH и текстовый редактор
• Используйте файловый менеджер в cPanel

Самый простой способ отредактировать файл .htaccess для большинства людей — через диспетчер файлов в cPanel.

Как редактировать файлы .htaccess в файловом менеджере cPanel

Прежде чем что-либо делать, рекомендуется сделать резервную копию вашего веб-сайта, чтобы вы могли вернуться к предыдущей версии, если что-то пойдет не так.

Откройте файловый менеджер

1. Войдите в cPanel.
2. В разделе «Файлы» щелкните значок File Manager .
3. Установите флажок для Корень документа для и выберите доменное имя, к которому вы хотите получить доступ, из раскрывающегося меню.
4. Убедитесь, что установлен флажок Показать скрытые файлы (dotfiles) «.
5. Нажмите  Перейти . Файловый менеджер откроется в новой вкладке или окне.
6. Найдите файл .htaccess в списке файлов. Возможно, вам придется прокрутить, чтобы найти его.

Для редактирования файла .htaccess

1. Щелкните правой кнопкой мыши файл .htaccess и выберите Code Edit в меню. Кроме того, вы можете щелкнуть значок файла .htaccess, а затем Редактор кода Значок вверху страницы.
2. Может появиться диалоговое окно с вопросом о кодировании. Просто нажмите Изменить , чтобы продолжить. Редактор откроется в новом окне.
3. При необходимости отредактируйте файл.
4. Когда закончите, нажмите  Сохранить изменения в правом верхнем углу. Изменения будут сохранены.
5. Протестируйте свой веб-сайт, чтобы убедиться, что ваши изменения были успешно сохранены.