Силовой конденсатор: Силовые конденсаторы. Характеристики и применение

Содержание

Силовые конденсаторы. Характеристики и применение

В цепях с высоким напряжением часто применяются специальные установки, которые называют силовыми конденсаторами. Они могут использоваться для стабилизации потока электричества в сети, для увеличения мощности установки, специальная конструкция позволяет набирать большую емкость. Применяются также для компенсации реактивной мощности.

Силовые конденсаторы

Устройства, применяемые в силовых электрических сетях с высоким или низким напряжением, а также в установках с повышенной частотой. Силовые конденсаторы могут использоваться как самостоятельно, так и в сборе в батареи. В отличие от конденсаторов, используемых в радиоэлектронике, силовые имеют значительные вес и размеры, а также большую емкость и реактивную мощность. Исключением являются устройства применяемые для электроники управления в силовых сетях, так называемые конденсаторы для силовой электроники.

Виды

В зависимости от области применения силовые конденсаторы разделяют на следующие основные виды:

  • Приборы для электроустановок с переменным током частотой широкого применения в промышленности.
  • Силовые конденсаторы в электрических сетях повышенной частоты.
  • Устройства связи, отбора мощности и измерения напряжения.
  • Фильтровые.
  • Импульсные.

Конденсаторы для установок промышленной частоты

К данному виду относят устройства для увеличения коэффициента мощности в установках переменного тока с определенной, постоянной частотой 50 Гц. Такие приборы выполняют как для внутреннего, так и для применения вне помещения при температуре не более 50 °С. Они выполняются как в однофазном, так и трехфазном исполнении. При трехфазном исполнении силовой косинусный конденсатор соединяется в виде треугольника. Иногда применяют предохранитель для защиты от пробоя.

Автоматическое прерывание питания конденсаторов при перегрузке силовой сети по току за счет повышенного напряжения обеспечивает специальное электротоковое реле. Защиты от токов короткого замыкания добиваются за счет установки плавких предохранителей. В схемах управления для включения и отключения применяют магнитные пускатели большой величины, установки оснащаются возможностью регулировки и индикаторами рабочего состояния.

Конденсаторы для установок повышенной частоты

К данному виду относят силовые электрические конденсаторы для повышения потребления полезной мощности в электроустановках с частотой от 0,5 до 10 кГц со специальным охлаждением. Пакет приборов собирают из отдельных самостоятельных секций, соединенных между собой параллельно, либо, если необходимо, то последовательно, с одной стороны к обкладкам припаивают специальный змеевик охлаждения, представляющий собой изогнутую медную трубку, по которой во время работы устройства подается охлаждающая жидкость. Змеевик охлаждения используется в качестве токоподвода, другие обкладки секций с противоположной стороны пакета конденсаторов изолированы от корпуса и присоединены к токоподводам. Секции, соединенные параллельно, образуют ступени с самостоятельными выводами через фарфоровые изоляторы на крышку корпуса.

Конденсаторы связи, отбора мощности и измерения напряжения

Для обеспечения стабильной емкостной составляющей связи по ЛЭП, для телемеханизации и защиты в широком диапазоне частот от 36 до 750 кГц используют приборы в изолированных фарфоровых корпусах с изолированным диэлектриком из пропитанной минеральным маслом конденсаторной бумаги, классом напряжения 36 до 500 кВ.

Силовые конденсаторы напряжением 500 кВ применяются также для измерения напряжения на ЛЭП и отбора мощности для обеспечения электроэнергией пунктов переключения и управления, которые специально располагаются вдоль линий электропередачи высокого напряжения.

Конструктивными особенностями данного вида является фарфоровая покрышка, крышки, которые являются выводами, уплотнители, обеспечивающие герметичность конденсатора, а также масляные расширители.

Фильтровые и импульсные конденсаторы

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

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

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

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

Генератор импульсных напряжений сети применяют в основном для электрогидравлических установок, использующих электрический разряд в технологических целях, обусловленными специальными условиями производства или технологического процесса. Такие генераторы имеют исполнение на напряжение сети 380, 400, 415, 440 В.

Номинальное напряжение выхода составляет 50 кВ, полная выходная мощность 18 кВт, коэффициент реактивной мощности 0,73.

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

как правильно выбрать. Статьи компании «Техносервиспривод»

Для современных мощных импульсных устройств, использующих в качестве силовых ключей транзисторы MOSFET или IGBT, характерны режимы работы, связанные с высокими скоростями коммутации токов в десятки, сотни и даже тысячи ампер. Как правило, специалисты не особо задумываются о расчете режимов при выборе конденсаторов для

маломощных схем. Такая «невнимательность» совершенно недопустима при расчете конденсаторов устройств силовой преобразовательной техники. Неграмотный их выбор и неправильный расчет режимов его работы может заметно снизить надежность аппаратуры и стать причиной неожиданных отказов.
Если сгруппировать все известные факторы, влияющие на безотказность работы, то причин выхода из строя всего две: — превышение максимальных параметров;
— нарушение условий эксплуатации.
С точки зрения большинства производителей, наиболее значимыми факторами являются:
— импульсные, пульсирующие, эффективные токи, не соответствующие максимально допустимой рассеиваемой тепловой мощности;
— пиковые, импульсные, действующие значения напряжений и недопустимая скорость их изменения;
— локальный перегрев и превышение допустимого значения окружающей температуры;
— неверные параметры электрических соединений;
— механические воздействия.
Первые два фактора можно и нужно учитывать еще на этапе расчета электромагнитных и тепловых процессов при проектирования устройства.

Как правило, производители конденсаторов в технической документации приводят минимальный набор параметров: предельное напряжение, номинальный ток, максимально допустимую амплитуду импульсного тока, тангенс угла потерь; реже приводят эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентную последовательную индуктивность (ESL). В спецификациях более «продвинутых» изготовителей можно найти переходные тепловые сопротивления, максимальные значения ударных токов и показатели надежности [1].

Упрощенная методика выбора

Напряжения.

Выбираемый конденсатор должен иметь допустимые значения перенапряжений (пиковое напряжение Us), номинальное значение постоянного напряжения (Undc) и среднеквадратичного напряжения (Urms) выше, чем те, которые будут иметь место в процессе работы. Считают, что напряжение UNDC должно быть выше, чем сумма компонента постоянной составляющей DC и повторяющихся пиковых AC компонентов.
Нормальная работа вполне возможна с предельно допустимыми значениями номинальных напряжений, но это снижает ожидаемый срок службы конденсатора.

При переключении в рабочее состояние, остаточные напряжения до подачи питания не должны превышать 10% номинального напряжения.

Токи и частоты.

Выбираемый конденсатор должен иметь максимально допустимое паспортное значение тока больше, чем рабочее значение Irms.
Следует учитывать [4], что:
• тепловая проверка проводится для того, чтобы убедиться, что максимальная Температура
при работе выбранного конденсатора не превышает максимально допустимую для данного значения IRMS
• Imax конденсаторов был рассчитан для разности температур Θh — Θ0 около 30 ° C в предположении, что подаваемое напряжение состоит из:
• основной гармоники Urms, влияющей как по потери проводимости (RS * I2 RMS), так и на потери в диэлектрике (Q tan δ0)
• Содержащиеся в напряжения гармонические составляющие влияют только на потери на активном сопротивлении (RS * I2 rms).
В действительности гармонический состав влияет также и на величину диэлектрических потерь, но это может быть оценено при расчетах только при известном спектральном составе тока. Для более точных расчетов лучше всего использовать моделирующие пакеты, позволяющие определить все электромагнитные процессы в схеме.

Более простой и быстрый способ получения значения Irmsс (и, соответственно, более
подходящий для инженеров) — моделирование схемы на PSPICE. Нарисовав с помощью схемного редактора свою схему и задав соответствующие значения элементов схемы и выбираемой емкости в т. ч., вы можете мгновенно получить график среднеквадратичного значения тока конденсатора: RMS (Ic).
Тепловая проверка основана на предположении, что тепло генерируется в конденсаторе и передается в окружающую среду по поверхности. Возможный местный перегрев (плохое соединение, горячие компоненты по соседству, работы с гармониками высоких частот т. д. ) может приводить к внезапным отказам или снижению ожидаемого срока службы. В случае возникновения сомнений должны быть проведены специальные тесты с помощью термопар, чтобы убедиться, что температура горячей точки не превышает максимума даже для самых критических внешних условий.
«Горячая точка» или место максимального локального перегрева получается в результате тепловыделения и ограниченной теплопроводности из внутренней области конденсатора на внешнюю поверхность корпуса. Из-за ограничения температуры органических диэлектриков и ускоренного старения диэлектрика с ростом температуры, конструкция долгоживущиих конденсаторов разрабатывается такой, чтобы обеспечить превышение максимальной температуры горячей точкой значения не более 10 ° C [2]. Диэлектрики, как правило, являются отличными электрическими и тепловыми изоляторами, с небольшими исключениями.
Теплопроводность полипропилена, например, составляет 0,17 Вт / м / ° K по сравнению с 222 Вт / м / ° K для алюминия.

Тепловые потери.

Чтобы оценить возможность использования конденсатора, для имеющихся в схеме величин напряжений и токов, должна быть определена допустимая температура окружающей среды. Это может быть выполнено после вычисления рассеиваемой мощности при помощи диаграммы зависимости допустимой температуры окружающей среды TA от суммарной рассеиваемой мощности P [3].

Суммарные потери проще всего оценить через среднеквадратичное (RMS) значение
переменного тока I, текущего через конденсатор, и значения эквивалентных сопротивлений.
Общее омическое сопротивление R состоит из сопротивления фольги, электродов и выводов.

Вычисление рассеиваемой мощности P

Рассеиваемая мощность P складывается из диэлектрических (PD) и резистивных (PR) потерь.
С достаточной точностью можно использовать модель работы при синусоидальном напряжении переменного тока.
P = PD + PR (1)
PD = Uac2 · π · f0 · C · tg δ0
 
где Uac пиковое значение симметричного напряжения переменного тока, приложенного к конденсатору
f0 основная частота
C емкость
tg δ0 коэффициент рассеяния в диэлектрике

PR = I2 · RS
где I среднеквадратичное значение тока через конденсатор
RS последовательное сопротивление при максимальном значении локальной температуры

Для вычисления резистивных потерь используется значение RS при максимальной температуре.
В технических описаниях значение RS приводится для 20°C. Корректирующий коэффициент можно оценить следующим образом:
RS85 = 1.25 · RS20

Тепловое сопротивление Rth

Тепловое сопротивление определяется как отношение разности температур к мощности, рассеиваемой в конденсаторе.
Решающее значение имеет величина ΔTcap: разность температур между определенной точкой внешнего охладителя (например воздуха) окружающего конденсатор и точкой в «горячей зоне» конденсатора (зоне с наивысшей температурой внутри корпуса).
В устойчивом состоянии (термодинамическом равновесии):
Rth= ΔTcap / P (2)
где Rth тепловое сопротивление
ΔTcap разность температур между горячей зоной и окружающей средой
P рассеиваемая мощность

Тепловая постоянная времени ξth

Тепловая постоянная времени может быть вычислена для современных полипропиленовых  конденсаторов с достаточной точностью как произведение удельной теплоемкости (около 1.3 Вт·с/К·г), массы конденсатора, и теплового сопротивления в рабочей точке.

ξth= m · Сthcap · Rth
ξth тепловая постоянная времени
Rth тепловое сопротивление
m масса (вес) конденсатора
cthcap удельная теплоемкость

Продолжительность работы под нагрузкой tLD в зависимости от температуры T

Продолжительность работы под нагрузкой для конденсатора с органическим диэлектриком зависит кроме всего прочего от температуры, возникающей в процессе работы в горячей зоне конденсатора. Взяв производную от уравнения Аррениуса (описывающего температурнозависимый процесс старения) может быть выведена функциональная зависимость продолжительности работы под нагрузкой при температуре в горячей зоне незначительно отличающейся от максимального значения (Ths=THS…THS-7°C)

tLDThs = tLDTHs · 2 (THS — Ths) / ka
 
tLDThs продолжительность работы под нагрузкой при рабочей температуре
tLDTHS продолжительность работы под нагрузкой при максимальной температуре
THS макс. температура горячей зоны
Ths рабочая температура горячей зоны
k­a коэффициент Аррениуса

Продолжительность работы под нагрузкой tLD в зависимости от напряжения

Продолжительность работы при рабочих напряжениях может быть предсказана только в сравнительно узком диапазоне напряжений (U=0.9…1.1·UR). Зависимость продолжительности работы от рабочего напряжения может быть приблизительно выражена в виде степенной функции.

tLDV = tLDVR ( UR / U)  n
tLDV продолжительность работы при рабочем напряжении ч
tLDVR продолжительность работы при номинальном напряжении
UR номинальное напряжение
U рабочее напряжение
n показатель степени

Изоляция силовых конденсаторов — Студопедия

Силовые конденсаторы используются в установках переменного тока для повышения коэффициента мощности («косинусные» конденсаторы), для продольной компенсации в дальних линиях электропередачи, для присоединения к воздушным линиям аппаратуры высокочастотной связи (конденсаторы связи), для отбора от линий высокого напряжения небольшой мощности и для других целей. В установках постоянного тока силовые кон­денсаторы работают в схемах с инверторами. В лабораторных генераторах импульсных напряжений и токов, а также в специальных установках для получения сильных магнитных полей, высокотемпературной плазмы, электрогидравлического эффекта и т. д. используются импульсные силовые конденсаторы.

Во всех случаях силовые конденсаторы выполняют свои функции за счет того, что в активной части их изоляции, т. е. в изоляции, заключенной между электродами, в некоторые моменты времени накапливается энергия, используемая затем для разных целей. Энергия, накапливаемая в конденсаторе, равна

  (4.7.1)

где Va—объем активной части изоляции; Ераб—рабочая напряженность в изоляции. Полный объем конденсатора V приблизительно пропорционален Va, поэтому


  (4.7.2)

Следовательно, в силовых конденсаторах целесообразно использовать изоляцию, об­ладающую высокой относительной диэлектрической проницаемостью и высокой дли­тельной электрической прочностью, от которой прежде всего зависит значение рабочей напряженности Eраб.

Длительно допустимая напряженность в изоляции ограничивается также диэлектриче­скими потерями, которые являются единственным источником тепловыделений в кон­денсаторах (в импульсных с большими токами добавляются еще и потери в электродах). В связи с этим конденсаторная изоляция должна иметь малые диэлектрические потери, т. е. низкие значения tgd

Устройство силового конденсатора для повышения коэффициента мощности схематически показано на рис.4.7.1. В герметизированном корпусе расположены плоскопрессованные рулонные секции, стянутые в пакет между металлическими щеками с помощью хомутов. Между секциями установлены изолирующие прокладки из электрокартона. Изоляция от корпуса выполнена из электрокартона или кабельной бумаги.

Внутренний объем конден­сатора заполнен пропитывающим составом. В зависимости от номинального напряжения конденсатора и его емкости секции соединяются перемычками в параллельную, последо­вательную или комбинированную схему. В конденсаторах некоторых типов секции подключаются через индивидуальные предохранители. При этом работоспособность конден­сатора сохраняется даже после пробоя нескольких секций.


Секция представляет собой спирально намотанный рулон из лент диэлектрика и алю­миниевой фольги, выполняющей роль электродов. В рулонных секциях обе поверхности электродов являются активными, вследствие чего сокращается расход металла на электроды.

Конденсаторы разного назначения, разных номинальных напряжений и реактивной мощности принципиально устроены одинаково, т. е. состоят из пакетов секций, соединен­ных по той или иной схеме и расположенных в герметизированном корпусе, залитом про­питочным составом. Отличаются конденсаторы размерами, числом и схемой соединения секций, числом пакетов и конструкцией корпуса. В одном корпусе могут находиться сек­ции, образующие емкости всех трех фаз, сгруппированные в несколько пакетов. Иногда корпусом конденсатора служит фарфоровый или бакелитовый цилиндр с торцевыми ме­таллическими выводами—фланцами. Пакеты в этом случае располагаются вертикально. Конструкция корпуса, размеры и компоновка секций в большой степени зависят от усло­вий охлаждения.

В силовых конденсаторах используется бумажно-масляная изоляция. Она изготовляет­ся из специальных сортов бумаг с плотностью 0,8—1,3 г/см и толщиной 6— 30 мкм.

Чаще всего используются бумаги толщиной 10—15 мкм. Изоляция секции выполняется из шести—восьми слоев бумаги, т. е. общая толщина изоляции между электродами со­ставляет 60—120 мкм. При меньшем числе слоев резко падает кратковременная электри­ческая прочность, а при большей толщине снижается кратковременная и особенно дли­тельная электрическая прочность, так как уменьшается напряженность появления началь­ных частичных разрядов.

Для пропитки конденсаторной изоляции используются специальные газостойкие мине­ральные масла и синтетические жидкости на основе хлордифенила. Последние являются полярными жидкостями и имеют диэлектрическую проницаемость 4,8—5,5 вместо 2,1—2,2 у минеральных масел. Для конденсаторной бумажной изоляции, у которой до 30 % объема занимают поры между волокнами и узкие щели между слоями бумаг, диэлектрическая проницаемость пропитывающей жидкости имеет очень большое значение. При пропитке хлорированными жидкостями эквивалентная диэлектрическая проницаемость изоляции получается примерно в 1,5 раза больше, чем при пропитке минеральным маслом. Кроме того, электрическое поле равномернее распределяется между слоями бумаги и прослойка­ми пропитывающего состава, благодаря чему повышается кратковременная и длительная электрическая прочность и оказывается возможным повысить рабочие напряженности. В итоге силовые конденсаторы, пропитанные хлорированными жидкостями, имеют при од­ной и той же реактивной мощности в 2—3 раза меньший объем, чем конденсаторы с ми­неральным маслом.

Синтетические жидкости имеют и недостатки. Прежде всего они, как и все полярные жидкости, очень чувствительны к загрязнениям. Небольшие загрязнения вызывают резкое увеличение проводимости и диэлектрических потерь, опасность теплового пробоя. В связи с этим хлорированные жидкости требуют особо тщательной очистки перед заливкой и очень надежной герметизации корпусов конденсаторов. Важный недостаток их— токсичность. Поэтому они требуют специальных мер безопасности при изготовлении конденсаторов. Наконец, некоторые хлорированные жидкости имеют относительно высо­кие температуры застывания, ниже которых они значительно ухудшают свои свойства. Однако смеси трихлордифенила и пентахлордифенила могут работать при температурах до -50 —60 C.

В настоящее время большая часть силовых конденсаторов, работающих при перемен­ном напряжении, изготовляется с пропиткой хлорированными жидкостями. Однако не­которые конденсаторы, например конденсаторы связи или конденсаторы для продольной компенсации в дальних линиях электропередачи, по-прежнему пропитываются ма­ловязкими маслами. Рабочие напряженности в конденсаторах промышленной частоты со­ставляют 12—14 кВ/мм при пропитке минеральным маслом и 15—20 кВ/мм при пропитке хлорированными жидкостями.

Экономически выгодно для больших конденсаторных батарей изготовлять крупные конденсаторы с большой единичной реактивной мощностью. Однако увеличение ре­активной мощности конденсатора и его габаритов приводит к ухудшению условий охла­ждения: объем изоляции и потери в ней растут пропорционально кубу, а охлаждающая поверхность—пропорционально квадрату линейных размеров. Кроме того, при этом рас­тет и перепад температур в самом конденсаторе. Поэтому увеличение единичных мощно­стей конденсаторов возможно только при существенном снижении диэлектрических по­терь. Совершенствованием бумаг и пропиточных составов необходимый эффект получить не удается.

Решением является применение комбинированной изоляции, в которой слои бумаг че­редуются со слоями неполярной синтетической пленки (например, полипропилен). Такие пленки имеют tgd около 0,0004 против 0,003 у пропитанной бумаги, т. е. почти на порядок уменьшаются потери. Однако относительная диэлектрическая проницаемость у пленок e , т. е. меньше, чем у бумажно-масляной изоляции. Несмотря на это за счет суще­ственного снижения потерь удается повысить рабочую напряженность и создать конден­саторы с единичной реактивной мощностью до 400 квар и хорошими экономическими по­казателями.

В комбинированной изоляции слои бумаг выполняют роль фитилей, с помощью кото­рых обеспечивается надежная полная пропитка всей изоляции. Без прослоек из бумаги между слоями пленки в спрессованных секциях могут остаться полости, не заполненные пропитывающей жидкостью, что приведет к появлению мощных частичных разрядов и быстрому разрушению изоляции.

Испытания изоляции силовых конденсаторов. При контрольных испытаниях на заводе конденсаторы подвергаются воздействию повышенного испытательного напряжения, у них измеряются емкость и сопротивление изоляции.

В условиях эксплуатации проверяются герметичность корпусов, отсутствие утечки мас­ла. Затем измеряется сопротивление изоляции с предварительной выдержкой под напря­жением в течение 1 мин и проверяется емкость конденсатора.

Сравнение пленочных конденсаторов с электролитическими

В статье рассматриваются особенности конструкции и основные характеристики пленочных конденсаторов. Приводятся области использования пленочных и электролитических конденсаторов. Показано, что алюминиевые электролитические конденсаторы предпочтительно использовать в схемах, где требуется запасать энергию, а пленочные конденсаторы успешнее справляются с задачами в сильноточных и высоковольтных цепях.

Конденсаторы в схемах силовой электроники, как правило, выполняют две функции. Первая из них состоит в сглаживании пульсаций напряжения, а вторая – в фильтрации помех для обеспечения электромагнитной совместимости. Причем, в последнем случае задача разделяется на две подзадачи. Для решения одной из них конденсаторы используются в сетевых помехоподавляющих фильтрах, а для решения другой от конденсаторов требуется «умение» подавлять помехи и всплески напряжения длительностью от десятков наносекунд до нескольких микросекунд, вызванные процессами коммутации силовых ключей.

В настоящей статье акцент сделан на конденсаторах, используемых для сглаживания напряжения. Мы рассмотрим, в основном, пленочные конденсаторы, сравним их с алюминиевыми электролитическими конденсаторами и постараемся определить границы применения каждого типа.

Бесспорным преимуществом алюминиевых электролитических конденсаторов является высокая удельная емкость на единицу объема – по этому показателю они превосходят конденсаторы всех других типов. К сожалению, у электролитических конденсаторов немало и недостатков: срок их службы заметно зависит от температуры, у них большое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), что приводит к саморазогреву от токов пульсаций. Кроме того, у них плохие частотные свойства. Перечисленные недостатки электролитических конденсаторов можно в какой-то степени компенсировать за счет корректного их выбора для конкретных приложений, но полностью от них избавиться не удается, что и дает шанс пленочным конденсаторам.

Пленочные конденсаторы имеют меньшую плотность емкость, чем электролитические, но у них заметно меньше ESR при том же значении произведения CV (C – емкость конденсатора, V – номинальное напряжение конденсатора, указанное изготовителем), что позволяет увеличить допустимый ток пульсаций. Пленочные конденсаторы более терпимы к всплескам перенапряжения.

Конденсаторы этого типа в течение ограниченного интервала времени выдерживают перегрузку по напряжению до 100%, в то время как для алюминиевых электролитических конденсаторов перенапряжение, как правило, не должно превышать 20%. В промышленном оборудовании перенапряжение – не редкость: оно может возникать при разрядах молнии и коммутации мощных токоприемников.

Если накопление энергии не является главной задачей, то пленочные конденсаторы выигрывают у электролитических. Например, на низковольтной шине постоянного тока требуется устанавливать конденсаторы, способные пропускать ток пульсаций величиной в сотни, а иногда и тысячи ампер. В этом случае низкое значение ESR является ключевым параметром.

Кроме того, пленочные конденсаторы хорошо подходят для применения в высоковольтном оборудовании. Их максимально допустимое напряжение достигает нескольких тысяч вольт, тогда как для электролитических конденсаторов этот показатель ограничен в пределах 500–550 В. С помощью последовательного соединения конденсаторов можно увеличить указанный диапазон, но при этом уменьшится эквивалентная емкость соединения, да и выравнивание напряжения на последовательно соединенных конденсаторах едва ли можно назвать легкой задачей.

Ну и, конечно, еще одним несомненным преимуществом пленочных конденсаторов над электролитическими является их неполярность, т. е. они могут работать в цепи переменного тока. В таблице приведены основные параметры различных типов пленочных конденсаторов.

Таблица. Основные параметры пленочных конденсаторов разных типов
Параметр Полиэфирные (PET)  Полипропилен­нафталатовые (PEN)  Полипропилен­сульфидные Полипропи­леновые (PP)
Относительная диэлектри­ческая проницаемость при частоте 1 кГц 3,3 3 3 2,2
Толщина пленки (мин.), мкм 0,7–0,9 0,9–1,4 1,2 1,9–3,0
Влагопоглощение, % низкое 0,4 0,05 менее 0,1
Напряженность поля пробоя, В/мкм 580 500 230 400
Рабочие напряжения постоянного тока (ном. ), В 50–1000 16–250 16–100 40–2000
Емкость 100 пФ…22 мкФ 100 пФ…1 мкФ 100 пФ…0,47 мкФ 100 пФ…10 мкФ
Диапазон рабочей температуры, °С –55…125/150 –55…150 –55…150 –55…150
Изменение емкости в диапазоне рабочей температуры, % ±5 ±5 ±1,5 ±2,5
Фактор рассеивания мощности (коэффициент потерь) (10–6) 1 кГц 50–200 42–80 2–15 0,5–5
10 кГц 110–150 54–150 2,5–25 2–8
100 кГц 170–300 120–300 12–60 2–25
1 МГц 200–350 18–70 4–40
Постоянная времени RC, с 25°С более 10 тыс. более 10 тыс. более 10 тыс. более 100 тыс.
85°С
Остаточная поляризация (диэлектрическая абсорбция) 0,2–0,5 1–1,2 0,05–1 0,01–0,1
Способность к самовосстановлению средняя средняя–низкая низкая высокая

Не менее важным для конденсаторов, работающих в силовых цепях, является фактор рассеивания мощности DF (коэффициент потерь). Чем меньше этот коэффициент, тем меньше потери мощности, и соответственно, меньше нагрев. Напомним формулу (1) для вычисления DF:

DF = ESR/XC = tgσ,                  (1)

где XC – емкостное сопротивление конденсатора равное 1/(2πfC).

На рисунке 1 показана зависимость коэффициента рассеяния DF от температуры и частоты. Как видно из рисунка, эта зависимость невелика. Заметим, что коэффициент рассеяния DF у пленочных конденсаторов существенно ниже, чем у электролитических.

Рис. 1. Зависимость коэффициента рассеяния DF от температуры и частоты

На рисунке 2 схематично показано устройство пленочного конденсатора. При их производстве применяются две технологии. В первой из них используется металлизированная фольга, а во второй – напыление металлов. В первой технологии металлическую фольгу толщиной 5 мкм, играющую роль обкладки конденсаторов, помещают между слоями диэлектриков. Вторая технология предполагает напыление алюминия, цинка или сплавов цинка, разогретых примерно до 1200°C, на полипропиленовую пленку толщиной 20–50 нм.

Рис. 2. Устройство пленочного конденсатора

При использовании металлической фольги обеспечиваются высокие значения допустимых токов, но в таких конденсаторах отсутствует или крайне слабо проявляется эффект самовосстановления. У конденсаторов, изготовленных путем напыления металлов, имеется способность самовосстанавливаться после некоторых аварийных ситуаций, что повышает надежность системы в целом. При пробое такого конденсатора возникает электрическая дуга, причем температура в месте пробоя может достигать 6000°C. В этом случае металл испаряется в течение примерно 10 мкс, благодаря чему исчезает проводящий тракт и восстанавливается диэлектрическая прочность поврежденного участка. После процесса самовосстановления может немного уменьшиться емкость конденсатора.

Иногда область металлизации разбивается на множество участков (вплоть до нескольких миллионов), которые соединяются между собой узкими проводниками, играющими роль предохранителей. В этом случае несколько уменьшается максимально допустимый ток, но увеличивается запас прочности, позволяющий повысить допустимое напряжение. Иногда совмещают обе технологии изготовления для получения компромиссных характеристик между максимальным пиковым током и способностью к самовосстановлению.

Рис. 3. Типичная топология системы питания

Приведем несколько примеров использования конденсаторов. На рисунке 3 показана типичная топология системы питания. Рассмотрим случай, когда конденсатор С1 используется для накопления энергии. Допустим, мощность DC/DC-преобразователя составляет P = 1 кВт, а его КПД = 0,9. При этом требуется, чтобы при пропадании входного напряжения в течение t = 20 мс (один период питающего напряжения) величина напряжения на конденсаторе не стала бы менее 300 В. В таком случае емкость конденсатора С1 можно определить из выражения (2):

P ∙ t/КПД = С ∙ (VN2 – VD2)/2,                   (2)

где VN = 400 В – начальное напряжение конденсатора С1; VD = 300 В – конечное напряжение конденсатора в момент времени t = 20 мс.

Подставляя принятые в примере значения, получим С = 654 мкФ. При этом номинальное напряжение конденсатора должно составить 450 В. В ассортименте известных производителей, выпускающих оба типа конденсаторов, например компании TDK, имеется электролитический конденсатор B43508, который вполне удовлетворяет предъявленным требованиям: его емкость составляет 680 мкФ, и он рассчитан на напряжение 450 В.

Эта же компания производит пленочные конденсаторы серии B32678. Их максимальная емкость с нормированным напряжением составляет 180 мкФ. Таким образом, если мы выберем этот конденсатор, нам потребуется соединить четыре компонента параллельно. Разумеется, это решение не является удовлетворительным – оно не экономично и его габариты велики. Следовательно, в данном случае счет 1:0 в пользу электролитических конденсаторов.

Рассмотрим еще один пример системы питания, но большей мощности. В тяговых системах также используется шина питания 400 В, но конденсатор С1 в таком случае предназначен только для сглаживания пульсаций. Допустим, требуется, чтобы пульсации не превышали 4 В при среднеквадратичном значении токе пульсации 80 А и частоте пульсаций f = 20 кГц. Тогда емкость конденсаторов вычисляется из (3):

С = IСКЗ/(2πfVП) = 160 мкФ.                      (3)

Максимально допустимый ток пульсаций электролитического конденсатора равен примерно 3,5 А (используем известное эмпирическое правило для электролитических конденсаторов: 20 мА/мкФ). Таким образом, потребуется примерно 23 электролитических конденсатора, включенных параллельно. В то же время с этой же задачей способен справиться один-единственный пленочный конденсатор серии B32678. В данном случае бесспорное преимущество уже не на стороне электролитического компонента, и счет становится 1:1. Следует добавить, что из-за меньшего ESR и коэффициента потерь DF полипропиленового конденсатора уменьшится и рассеяние тепла.

Мы привели этот простой пример с единственной целью – показать, что нельзя однозначно вынести суждение о том, какой из рассмотренных конденсаторов лучше или хуже: каждый из них хорош в разных условиях. Для подтверждения этой «умной мысли» бросим на чашу весов еще экономические соображения.

В [1] приводятся следующие данные по конденсаторам, рассмотренным в примере выше. Удельная стоимость энергоемкости алюминиевого электролитического конденсатора составляет 0,47 долл./Дж, а у пленочного конденсатора этот показатель заметно больше и достигает 3 долл. /Дж. Однако если обратиться к удельным показателям на единицу пульсирующего тока, то ситуация изменится на противоположную: удельная стоимость электролитических конденсаторов составит 2,68 долл./А, а пленочных – 0,42 долл./А.

Приведем пример использования пленочных конденсаторов, в котором проявляется их другая сильная сторона – неполярность. На рисунке 4 показано типовое использование этих компонентов в цепи переменного тока на выходе инвертора. Неполярные конденсаторы других типов проигрывают пленочным в данном случае практически по всем параметрам.

Рис. 4. Использование пленочных конденсаторов в цепи переменного тока на выходе инвертора

Литература

  1. Rudy Ramos. Film capacitors: Characteristics and uses in power applications

Китайцы разработали силовые конденсаторы, которые могут изменить представление об электротранспорте

Практически неизвестная на Западе китайская компания Toomen New Energy из Шэньчжэня смогла разработать технологию производства силовых конденсаторов, которые могут стать компромиссом между суперконденсаторами и литиево-ионными батареями. Разработка оказалось неожиданно уникальной даже для искушённых европейских инженеров и учёных.

В Европе партнёром компании Toomen New Energy стал небольшой бельгийский стартап Kurt.Energy. Глава стартапа Эрик Ферхульст (Eric Verhulst) обнаружил маленький стенд Toomen New Energy на выставке Hannover Messe в Германии ещё в 2018 году, когда присматривал перспективные батарейные технологии для силовых электромобильных установок. Взятые на пробу силовые конденсаторы Toomen превзошли все самые смелые мечтания инженера. По характеристикам в то время они в 20 раз превосходили возможности аналогичной продукции компании Maxwell. Было чему удивиться!

Конструктивно силовые конденсаторы Toomen представляют собой элемент накопления электрического заряда без химической реакции, как примерно это происходит в суперконденсаторе. Один электрод с «активированным углем» изготовлен из графена, а другой «основан на соединении лития, но по сравнению с литиево-ионными батареями там нет активного лития».

При изготовлении такие источники хранения энергии выходят дороже классических литиево-ионных, но в пересчёте на доллар на киловатт на цикл (заряда) они получаются дешевле. Также за счёт высокой отдаваемой мощности силовые конденсаторы можно использовать в гибридных силовых установках автомобилей как буферное решение, которое позволит сэкономить топливо, а заряжаться будет очень быстро ― за считанные минуты.

Силовые конденсаторы Toomen не имеют электролита. Вместо него в элементах находится некий наполнитель для переноса заряда. Такая конструкция не грозит загрязнением окружающей среде в случае разрыва оболочки и неогнеопасна.

В настоящее время Toomen выпускает два типа силовых конденсаторов. Один из них ориентирован на наивысшую плотность запасаемой энергии, а другой обеспечивает максимальную мощность. Ячейки Toomen повышенной плотности в настоящее время предлагают плотность энергии в диапазоне 200–260 Вт·ч/кг с плотностью мощности в пределах 300–500 Вт/кг. Элементы высокой мощности отдачи представлены образцами с плотностью энергии 80–100 Вт·ч/кг при плотности мощности около 1500 Вт/кг и достигают пика до 5000 Вт/кг.

Для сравнения, современные суперконденсаторы DuraBlue компании Maxwell предлагает гораздо более низкую плотность энергии на уровне 8–10 Вт·ч/кг, но очень высокую плотность мощности около 12 000 – 14 000 Вт/кг. С другой стороны, хорошая литиево-ионная батарея предлагает плотность хранения энергии 150–250 Вт·ч/кг, а плотность мощности в районе 250–350 Вт/кг. Нетрудно заметить, что силовые конденсаторы Toomen обеспечивают высочайшую плотность запасаемой энергии при умеренной плотность мощности для суперконденсаторов и высочайшую плотность мощности при достижении границы плотности хранения энергии в литиево-ионных батареях.

Кроме того, силовые конденсаторы Toomen могут работать при температуре от –50 ºC до 45 ºC без защиты нагревом или охлаждением. Для автомобильных аккумуляторов это важное преимущество, ведь они не потребуют какой-либо температурной защиты или управляющей электроники, а значит, позволят ещё немного сэкономить на стоимости и весе подсистемы питания.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Найдите мощность и энергию конденсатора

  1. Образование
  2. Наука
  3. Электроника
  4. Найдите мощность и энергию конденсатора

Автор: Джон Сантьяго

Конденсаторы сохраняют энергию для дальнейшего использования. Мгновенная мощность конденсатора - это произведение его мгновенного напряжения и мгновенного тока. Чтобы найти мгновенную мощность конденсатора, вам потребуется следующее определение мощности, которое применимо к любому устройству:

Нижний индекс C обозначает емкостное устройство (сюрприз!).Подставив ток конденсатора в это уравнение, вы получите следующее:

При нулевом начальном напряжении энергия w C (t) , сохраненная в единицу времени, является мощностью. Интегрирование этого уравнения дает вам энергию, хранящуюся в конденсаторе:

Уравнение энергии подразумевает, что энергия, запасенная в конденсаторе, всегда положительна. Конденсатор поглощает энергию из цепи при накоплении энергии.Конденсатор высвобождает накопленную энергию при передаче энергии в цепь.

Для численного примера посмотрите на приведенную здесь верхнюю левую диаграмму, которая показывает, как изменяется напряжение на конденсаторе 0,5 мкФ. Попробуйте вычислить энергию и мощность конденсатора.

Наклон изменения напряжения (производная по времени) - это величина тока, протекающего через конденсатор. Поскольку наклон постоянный, ток через конденсатор постоянен для заданных углов наклона.В этом примере вы рассчитываете наклон для каждого временного интервала на графике следующим образом:

Умножьте наклон на емкость (в фарадах), чтобы получить ток конденсатора в течение каждого интервала. Емкость составляет 0,5 мкФ, или 0,5 × 10 –6 Ф, поэтому вот токи:

Вы видите график рассчитанных токов на правой верхней диаграмме, показанной здесь.

Мощность определяется умножением силы тока на напряжение, в результате получается нижний левый график, показанный здесь. Наконец, вы можете найти энергию, вычислив (½) C [ v C ( t )] 2 . Когда вы это сделаете, вы получите нижний правый график, показанный здесь. Здесь энергия конденсатора увеличивается, когда он поглощает мощность, и уменьшается, когда он передает мощность.

Об авторе книги

Джон М. Сантьяго-младший, доктор философии, служил в ВВС США (USAF) 26 лет.В течение этого времени он занимал различные руководящие должности в области управления техническими программами, развития закупок и поддержки операционных исследований. Находясь в Европе, он возглавлял более 40 международных научных и технических конференций / семинаров.

Конденсаторы мощности

- Искра

Cookies на нашем сайте

Что такое cookie?

Файл cookie - это небольшой фрагмент данных, отправленный с веб-сайта и хранящийся в веб-браузере пользователя, пока пользователь просматривает веб-сайт. Когда пользователь будет просматривать тот же веб-сайт в будущем, данные, хранящиеся в файле cookie, могут быть извлечены веб-сайтом для уведомления веб-сайта о предыдущей активности пользователя.

Как мы используем файлы cookie?

Посещение этой страницы может генерировать следующие типы файлов cookie.

Строго необходимые файлы cookie

Эти файлы cookie необходимы для того, чтобы вы могли перемещаться по веб-сайту и использовать его функции, такие как доступ к защищенным областям веб-сайта.Без этих файлов cookie не могут быть предоставлены запрашиваемые вами услуги, такие как корзины покупок или электронное выставление счетов.

2. Производительные файлы cookie

Эти файлы cookie собирают информацию о том, как посетители используют веб-сайт, например, какие страницы посетители посещают чаще всего, и получают ли они сообщения об ошибках с веб-страниц. Эти файлы cookie не собирают информацию, позволяющую идентифицировать посетителя. Вся информация, которую собирают эти файлы cookie, является агрегированной и поэтому анонимной. Он используется только для улучшения работы веб-сайта.

3. Функциональные файлы cookie

Эти файлы cookie позволяют веб-сайту запоминать сделанный вами выбор (например, ваше имя пользователя, язык или регион, в котором вы находитесь) и предоставлять расширенные, более личные функции. Например, веб-сайт может предоставлять вам местные прогнозы погоды или новости о дорожном движении, сохраняя в файле cookie регион, в котором вы в настоящее время находитесь. Эти файлы cookie также можно использовать для запоминания изменений, внесенных вами в размер текста, шрифты и другие части веб-страниц, которые вы можете настроить.Их также можно использовать для предоставлять услуги, о которых вы просили, такие как просмотр видео или комментирование блога. Информация, собираемая этими файлами cookie, может быть анонимной, и они не могут отслеживать вашу активность на других веб-сайтах.

4. Целевые и рекламные файлы cookie.

Эти файлы cookie используются для доставки рекламы, более соответствующей вам и вашим интересам. Они также используются для ограничения количества раз, когда вы видите рекламу, а также для измерения эффективности рекламной кампании.Обычно они размещаются рекламными сетями с разрешения оператора веб-сайта. Они запоминают, что вы посещали веб-сайт, и эта информация передается другим организациям, например рекламодателям. Довольно часто целевые или рекламные файлы cookie будут связаны к функциям сайта, предоставляемым другой организацией.

Управление файлами cookie

Куки-файлами можно управлять через настройки веб-браузера. Пожалуйста, посмотрите, как ваш браузер помогает управлять файлами cookie.

На этом сайте вы всегда можете включить / выключить файлы cookie в пункте меню «Управление файлами cookie».

Управление сайтом

Этот сайт находится под управлением:

Искра д. д.

НЕПРАВИЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА: Конденсатор

Другая ситуация немного менее обманчива: подумайте о слове «обвинение» как о применяется к пороху. В старую пушку помещается заряд, за которым следует пушечное ядро. Было бы глупо предполагать, что, поскольку мы "зарядили" пушка, теперь у пушки есть электрический заряд.Но когда мы говорим что мы «зарядили» конденсатор, мы с по предполагаем, что электрический заряд хранился внутри. Это так же глупо, как и ошибаться порох для электростатических зарядов. Зарядка конденсатора (или аккумулятора) как заряжание пушки; в обеих ситуациях мы вкладываем энергию, а не электрический заряд.

Вот еще один способ визуализировать это. Когда мы «заряжаем» конденсатор, путь для тока - от до конденсатора и обратно.В лишние электроны на одной пластине заставляют электроны покинуть другую пластину, и наоборот. Визуализируйте конденсатор как обмотку с ременным приводом. мотор. Если протолкнуть резиновую ленту, пружинный мотор внутри конденсатор заводится. Если в следующий раз мы позволим резиновой ленте освободиться, намотанный пружина внутри двигателя приводит в движение ремень назад, и пружина становится «разряженной». Но никакого количества «пояса» внутри не хранится. этот мотор. Ремень протекает с по по устройству, и мы бы не стали хочу обозначить этот мотор как "машина накапливающая резину"."Но это точно то, что мы говорим, когда говорим, что конденсаторы «хранят заряд».

Еще один раз. Конденсаторы хранят заряд так же, как и резисторы. хранят заряд, а индукторы накапливают заряд. Индукторы полны мобильных электроны, индукторы - это устройства для накопления заряда !!!! Нет. An индуктор - это не ведро для накопления электронов, и конденсатор. Вместо этого оба типа компонентов ведут себя как кусок провода. Но капакторы - это волшебные провода, которые, когда мы запускаем ток вдоль него, общий заряд внутри провода остается постоянным, но напряжение (и дисбаланс заряда) появляется на двух концах.

Моя любимая аналогия с конденсатором - это тяжелая полая сфера, которая полностью заполнен водой и разделен пополам гибкой резиной пластина через его середину. Шланги подсоединяются к двум половинкам толстая железная сфера, и они действуют как соединительные провода. Резиновая пластина является аналогия с диэлектриком. Две области воды символизируют обкладки конденсатора.

Представьте, что резиновая пластина плоская и вначале не деформирована. Если я подсоедините насос к двум шлангам и включите его на мгновение, насос будет вытащить воду из одной половины железного шара и одновременно заставить ее в другой.Это будет больше и больше гнуть резиновую перегородку. Чем больше изгибается пластина, тем выше противодавление, которое она оказывает, и, наконец, перепад давления станет достаточно сильным, чтобы насос стойло. Затем перекрываю шланговые соединения и снимаю насос. я сейчас создали «заряженный» гидравлический конденсатор.

А теперь подумайте: в этой аналогии вода соответствует электрическому заряду. Как много воды я налил в свою железную сферу? Никто! Сфера началась полный, и для каждой капли воды, взятой с одной стороны, я ставил равное количество в другое одновременно. То же, что и при запуске ток через проводник. Когда насос толкал воду в одну сторону, эта дополнительная вода также вытеснила немного воды с другой стороны. Вода не проходила через резину, вместо этого было некоторое резиновое течение. в разрыве. Тем не менее, по сути, я водил воду ток с по мой гидравлический конденсатор, и этот ток давил на резиновую пластину и отогнул ее в сторону. Где хранится энергия? Не в воде, но в потенциальной энергии растянутой резиновой пластины.Резиновая пластина является аналогом электростатического поля в диэлектрик реального конденсатора.

Было бы неверно утверждать, что «этот железный шар - устройство для накапливает воду. "И никто не говорит", эта сфера может быть заряжена вода и сохраненная вода может быть извлечена во время слива ». Оба утверждения неправильно. В сферу не вводили воду во время "заряжено". (И когда я заводю старые часы, я «храню сталь» внутри, вкладывая больше железа в его пружину? Смешно.

Представьте, что теперь я подключаю один отрезок предварительно заполненного шланга между две половинки моей «заряженной» водной сферы. Как только последнее подключение завершено, изогнутая резиновая пластина внезапно необъятный струя воды через уже заполненный шланг. Вода с одной стороны будет вставьте в другую сторону, и резиновая пластина расслабится. Я разрядил мой гидравлический конденсатор. Сколько воды было удалено из сфера? Никто! Кратковременный ток протек через сферу устройство, и резиновая пластина снова вернулась к середине, а вода стал немного теплым из-за трения о поверхности шланга.Накопленная энергия была «разряжена», но утечки воды не произошло. В гидравлический конденсатор потерял свою энергию, но все еще содержит количество воды.

Я никогда толком не разбирался в конденсаторах, пока не начал пытаться построить правильные аналогии с водой для них. Затем я обнаружил, что моя электроника и уроки физики загнали меня в тупик со своим мусором про «конденсаторы хранят электрический заряд». С момента своего открытия я приобрел значительно больше опыта в схемотехнике, что приводит меня к печальному подумал. Возможно, более квалифицированные инженеры-электрики и ученые получить свой исключительный опыт , а не , обучаясь в классе. Вместо этого они получают опыт, несмотря на то, что мы учимся в классе K-12. Может быть, эксперты являются экспертами только потому, что они боролись без неправильные части науки начальной школы, в то время как остальные из нас все еще живы под гнетом многих заблуждений по физике нас тщательно учили в младших классах.

[Привет, М. Стейнберг С.2 !!! Я только что обнаружил, что Оливер Лодж строил механические аналогии с описаниями Максвелла электромагнитных полей и цепей ... и для лекцию 1880 года он построил конденсаторную гидравлическую аналогию, состоящую из наполненной водой сферы с резиной! Это была стеклянная сфера с маленьким воздушным шаром, оба полны воды без пузырей.]

ССЫЛКИ

Дополнительные ноты:

Конденсаторы хранят такой же заряд, как и катушки! В обоих устройствах общая сумма заряда остается постоянной. Оба конденсатора и индукторы - это компоненты для хранения электромагнитной энергии. Их двое стороны одного и того же электромагнитного явления: катушка хранит энергию в объеме содержащие магнитное поле, а конденсатор делает нечто подобное с электрическими полями. Катушки «разряжаются» путем прерывания большого ток и коллапс b-поля, в то время как капакторы разряжаются короткое замыкание большого напряжения и коллапс электрического поля. Ни магазинов любое «электричество» (если под словом «электричество» вы не имеете в виду магнитное поле?) Конечно, вы можете разместить катушку поверх изоляционного платформу, затем используйте генератор VandeGraaff, чтобы дать вашей катушке большую результирующий заряд! То же самое можно сделать и с большим электролитическим конденсатором.:)

Билл Бити снова здесь. Два момента:

Во-первых, раскаленная тема про токи невозможность между пластинами конденсатора ... кажется, примерно Вакуумные конденсаторы , а не конденсаторы в целом. Современный конденсаторы вполне отличается от вакуумных конденсаторов, а внутри современного диэлектрика находится большой электронный ток. Относительную диэлектрическую проницаемость можно рассматривать как отношение между малым током смещения Максвелла внутри вакуума, по сравнению с большим током поляризации (поток электронов: смещение электронов) в сегнетоэлектрическом материале PZT.В диэлектрическая проницаемость современных керамических конденсаторов превышает 2000, поэтому подавляющее большинство тока - это поток заряда, настоящий ток от сдвиг электронов в сегнетоэлектрике керамический. Ток смещения Максвелла вакуум незначителен: значительно ниже 1%.

Секунда: было бы полезно спросить, на микроуровне ли внутри металл, в пространстве МЕЖДУ электронами, есть ли электрический текущий? Если есть, значит, в пространстве точно есть ток. между металлическими пластинами вакуумного конденсатора.Или сказал иначе: если у нас есть датчик тока, и заряженная частица приближается и проходит мимо него, показывает ли наш датчик очень короткий импульс, при котором ширина импульса связано с диаметром заряженной частицы? Или вместо этого наш датчик видит каждую движущуюся частицу очень большой и "нечеткой", поэтому что измеренный ток находится в полях, окружающих каждый частица, и ток распространяется вперед и назад от частицы расположение? Токоизмерительные клещи (пояс Роговского) не обнаруживают фактические заряды или их движения. Вместо этого он обнаруживает изменение магнитной связи.Накладной датчик сообщит, что каждая заряженная частица действительно большая и нечеткие, и ток существует в пустых пространствах между текущими обвинения. Ток присутствует не только на поверхности движущихся частиц. где фактически находится заряд. Таким образом, накладной датчик «видит» токи в пустом промежутке вакуумного конденсатора. Изменяемые поля находятся в этот промежуток, вот где появляется ток.

Всего два очка? Третий момент, предположим, мы построили конденсатор где диэлектрик имеет форму длинного стержня: намного толще, чем диаметр обкладки конденсатора.Используйте длинный узкий PZT-провод-цирконат стержень из титаната с крошечными пластинами конденсатора, прикрепленными к его круглым концам. Теперь приложим несколько ампер 27 МГц. Вы все еще настаиваете на том, чтобы ток внутри это стержень нулевой? В самом деле? Это не. Далее, предположим, что мы получили спиралевидный спираль шток пзт. Керамическая «сегнетоэлектрическая катушка».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *