Конденсатор / Хабр

Конденсатор имеет следующее схематическое изображение

Рассмотрим водопроводную модель конденсатора. Ранее мы говорили о том, что ток может течь только в трубе, соединенной в кольцо в замкнутой цепи. Но можно представить пустую емкость, в которую можно заливать воду, пока емкость не заполнится. Это и есть конденсатор — емкость, в которую можно заливать заряд.

Для большей аналогии лучше представить себе водонапорную башню, в модели — трубу бесконечной длины поставленную вертикально. Вода насосом закачивается в эту трубу с нижнего торца и поднимается на высоту. Чем больше воды закачали и чем выше она поднялась — тем сильнее столб воды давит на днище и выше там давление. Так-то в эту бесконечную трубу можно сколько угодно воды (электрического заряда) закачать, но при этом противодавление столба воды будет расти. Если качать заряд генератором напряжения, то когда противодавление сравняется с давлением (напряжением), создаваемым генератором — закачка остановится.

Если характеристикой резистора является сопротивление, то электрической характеристикой конденсатора является емкость.

С=Q/U

Емкость говорит, сколько заряда можно в конденсатор закачать, чтобы напряжение там поднялось до величины U. Можно сказать, что емкость характеризует диаметр трубы. Чем ýже труба, тем быстрее поднимается уровень воды при закачке и растет давление на дне трубы. Давление же зависит только от высоты водяного столба, а не от массы закачанной воды.

В электрических терминах, чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее растет напряжение при закачке туда заряда.

Напомню, что электрический ток I равен количеству протекающего заряда Q в секунду. То есть I=Q/T, где T — время. Это все равно, что поток воды исчисляемый кубометрами в секунду. Или килограммами в сек, потом проверим по размерности).

Поэтому конденсатор с маленькой емкостью заполняется зарядом быстро, а с большой емкостью — медленно.

Рассмотрим теперь электрические цепи с конденсатором.

Пусть конденсатор подключен к генератору напряжения.

рис 9. Подключение конденсатора к генератору напряжения.

«Главный инженер повернул рубильник» S1 и.. тыдыщ!!! Что произошло?

Идеальный генератор напряжения имеет бесконечную мощность и может выдавать бесконечный ток. Когда замкнули рубильник в нашу емкость хлынуло бесконечное количество заряда в секунду и она мгновенно заполнилась и напряжение на ней выросло до U.

Теперь рассмотрим более реальную цепь.

Это Вторая Главная Цепь в жизни инженера-электронщика (после делителя напряжения) —
RC–цепочка.

RC -цепочки бывают интегрирующего и дифференцирующего типа.

RC–цепочка интегрирующего типа

рис 10. Подключение RC -цепочки интегрирующего типа к генератору напряжения.

Что произойдет в этой схеме, если замкнуть выключатель S1?

Конденсатор С исходно разряжен и напряжение на нем рано 0. Поэтому ток в первый момент будет равен I=U/R. Затем конденсатор начнет заряжаться, напряжение на нем увеличивается, и ток через резистор начнет уменьшаться. I=(U-Uc)/R. Этот процесс будет продолжаться, конденсатор будет заряжаться уменьшающимся током до напряжения источника U. Напряжение на конденсаторе при этом будет расти по экспоненте.

рис 11. График роста напряжения на конденсаторе при подаче напряжения величиной U (ступеньки).

Вопрос: А если запитать такую цепочку от генератора тока, как будет расти напряжение на конденсаторе?

Почему цепочка называется — «интегрирующего типа»?

Как выше было отмечено, ток в первый момент после подачи напряжение будет равен I=U/R, так как конденсатор разряжен, и напряжение на нем равно 0. И какое-то время, пока напряжение на конденсаторе Uc мало по сравнению с U, ток будет оставаться почти постоянным. А при заряде конденсатора постоянным током напряжение на нем растет линейно.

Uc=Q/C, а мы помним, что ток это количество заряда в секунду, то есть скорость протекания заряда. Другими словами, заряд это интеграл от тока.

Q = ∫ I * dt =∫ U/R * dt

то есть

Uc=1/RC * ∫ U * dt

Но все это близко к истине в начальный момент, пока напряжение на конденсаторе малó.

На самом деле все сводится к тому, что конденсатор заряжается постоянным током.
А постоянный ток выдает генератор тока. (См. вопрос выше)
Если источник напряжения выдает бесконечно большое напряжение и сопротивление R также имеет бесконечно большую величину, то по факту мы имеем уже идеальный генератор тока, и внешние цепи на величину этого тока влияния не оказывают.

RC–цепочка дифференцирующего типа

Ну тут все то же самое, что в интегрирующей цепочке, только наоборот.

рис 12. Дифференцирующая цепочка.

Более подробно свойства RC цепей хорошо освещены в интернете.

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Так же как резисторы, конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно.

При параллельном соединении емкости складываются — ну это и понятно, это как заполнять сообщающиеся сосуды, общий объем получается равным сумме объемов. При последовательном же соединении получится так, что конденсатор с маленькой емкостью заполнится зарядом быстрее, чем конденсатор с большой емкостью. Напряжение на маленьком конденсаторе быстро вырастет почти до напряжения источника ( ну и остальные конденсаторы внесут свой вклад) , ток в общей цепи уменьшится до нуля, и процесс заряда конденсаторов прекратится. Таким образом емкость последовательно соединенных конденсаторов получается меньше емкости самого маленького из них.

Upd.
Рассмотрим более подробно процесс заряда конденсатора на схеме рис.10 (по мотивам учебника И.В.Савельева «Курс общей физики», том II. «Электричество» )
Как было сказано в предыдущей статье О природе электрического тока электрический ток — это движение заряженных частиц. В проводниках ( в отличие от диэлектриков-изоляторов) часть электронов является свободными и такие электроны могут перескакивать от одного атому к другому. В целом проводник электрически нейтрален — отрицательный заряд электронов компенсируется положительным зарядом ядер атомов. Чтобы заставить электроны двигаться нужно создать их избыток на одном конце проводника и недостаток на другом. Этот избыток электронов на одном полюсе создает батарейка вследствие протекающих в ней электрохимических реакций. Когда проводник присоединяется к полюсам батарейки электроны от полюса, где их избыток начинают двигаться к другому полюсу, потому что одноименные заряды отталкивают друг друга. Эти свободные электроны движутся внутри проводника по всему объему.
Движение электронов в RC цепи на рис. 3 имеет другой характер. Поскольку цепь не замкнута (обкладки конденсатора не соединены друг с другом) постоянный ток в цепи идти не может. Поэтому поступающий избыток электронов с полюса батарейки приводит к тому, что проводник теряет электрическую нейтральность. Избыточный заряд q, распределяется по поверхности проводника так, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю. Ну это понятно, одноименные заряды отталкиваются и стремятся расположиться подальше друг от друга, то есть на поверхности. Если бы не было резистора R, то перераспределение зарядов по поверхности происходило бы мгновенно. Однако резистор ограничивает ток ( движение зарядов) поэтому перераспределение происходит постепенно. По мере зарядки конденсатора напряжение на нем растет и ток через резистор уменьшается. Избыточные электроны концентрируются на одной обкладке и создают электрическое поле. Это поле отталкивает электроны, находящиеся на другой обкладке и «проталкивает» их дальше по проводнику к отрицательному полюсу батареи. (Знаки + и — в данном случае берем условно). Таким образом в незамкнутой цепи протекает ток заряда конденсатора. Этот ток не постоянный и уменьшается со временем. Однако, если в какой-то момент поменять полярность батареи, то ток потечет уже в обратную сторону. Если это переключение делать достаточно часто, так чтобы конденсатор не успевал полностью зарядиться, то в цепи все время будет течь ток, то в одну, то в другую сторону. Это и происходит, когда говорят, что «конденсатор проводит переменный ток».
Для плоского конденсатора емкость равна С=ε0*ε*S/d , где d – зазор между обкладками, ε – диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего зазор, S — площадь обкладок.
То есть на емкость влияет не только площадь обкладок и расстояние между ними, но и материал диэлектрика, который между обкладками помещен. Причем на емкость конденсатора материал диэлектрика может влиять достаточно сильно, с разными дополнительными эффектами, см. например статью «Поляризация диэлектрика»

Литература
«Драма идей в познании природы», Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю., 1988
«Курс общей физики», том II. «Электричество» И.В.Савельев
Википедия — статьи про электричество.

Модульная система постоянного оперативного тока. Рынок Электротехники. Отраслевой портал

11.07.2019 — 12:50 — Киселева Екатерина

Зарядно-выпрямительные устройства (далее ЗВУ) в сочетании с параллельно подключенными батареями и системой распределения нагрузки образуют систему оперативного постоянного тока (далее СОПТ). Система обеспечивает надежное питание оборудования при пульсациях и полной пропаже напряжения в сети электроснабжения.   

СОПТ применяется на трансформаторных подстанциях и распределительных устройствах для организации собственных нужд. Её главными функциями являются преобразование электроэнергии переменного тока в постоянный, аккумулирование электрической энергии и распределение постоянного оперативного тока. Основными электроприемниками в системе СОПТ на данных объектах являются:

1. Устройства РЗА
2. Устройства сигнализации
3. Цепи управления высоковольтными аппаратами
4. Устройства противоаварийной автоматики

В качестве резервного источника питания СОПТ необходим для:

1. Устройств коммерческого учета
2. Устройств АСУ ТП и ТМ
3. Устройств связи
4. Системы аварийного освещения (при отсутствии у источников света собственных аккумуляторов)

Система получает питание от одного или двух независимых вводов переменного тока. Обычно два ЗВУ включены параллельно, где каждый питается от своего ввода переменного тока либо от двух через АВР.

Система оперативного тока производства НТЦ «Механотроника» СОПТ-МТ имеет модульную структуру которая позволяет обеспечить избыточную схему, гарантирующую бесперебойную работу всей выпрямительной системы. Многоуровневая система заряда аккумуляторной батареи, в сочетании с низкими пульсациями и высокой стабильностью выходного напряжения и тока, обеспечивают максимальный срок службы аккумуляторной батареи. Двойное преобразование электрической энергии исключает необходимость в установке больших трансформаторов для гальванической развязки.

Состав СОПТ-МТ:

• ШАБ-МТ —  Шкаф аккумуляторной батареи, позволяющий установить 17 батарей с суммарной емкостью от 32 до 190 А*ч

• ШОТ-МТ — Шкаф оперативного тока с зарядно-выпрямительными устройствами

• ШРОТ-МТ — Шкаф распределения включающий в себя две секции с защитными аппаратами для питания основных и резервных защит, а также две секции с защитными аппаратами и независимыми расцепителями для питания электромагнитов высоковольтных выключателей.

                 ШАБ-МТ                 ШОТ-МТ            ШРОТ-МТ
Количество и состав шкафов зависит от питаемого оборудования, при небольшой потребляемой мощности возможна установка аккумуляторных батарей в шкаф ШОТ-МТ, что позволит оптимально организовать систему оперативного тока за счет экономии средств и занимаемого пространства.

Вариант системы оперативного тока состоящий из шкафов ШАБ-МТ, ШОТ-МТ и ШРОТ-МТ:

Решение СОПТ-МТ позволяет реализовать схемы резервирования зарядно-выпрямительных устройств 2N и N+1:

• При схеме 2N на одну батарею приходится 2 независимых зарядных устройства со своими контроллерами работающих в режиме MASTER-SLAVE. Вывод в ремонт целого шкафа с ЗВУ не внесет перебои в питание всех потребителей СОПТ, так как второй шкаф автоматически принимает всю нагрузку на себя без перерывов питания.
• Схема N+1 существенно снижает стоимость системы добавляя всего 1 избыточный модуль зарядно выпрямительного устройства. При выходе из строя любого модуля, его нагрузку принимает резервный. Данное решение позволяет произвести быструю замену неисправного блока без оперативных переключений и отключения оборудования.

Использование герметичных аккумуляторных батарей позволяет исключить дополнительные расходы на эксплуатацию по сравнению с батареями открытого типа. В совокупности с пониженной интенсивностью газообразования, позволяющей размещать такие аккумуляторы вместе с питаемым оборудованием и не предъявляющей особые требования к вентиляции помещения, а также очень высоким КПД системы более 95%, СОПТ-МТ является очень эффективным решением для организации гарантированного питания оборудования.

СОПТ-МТ имеет широкий диапазон рабочей температуры от -20°С до +50°С и в отличии от систем постоянного оперативного тока с батареями открытого типа способна работать и в отрицательных температурах, что не приведет к аварийной ситуации при неисправности обогрева помещения.

Программируемые релейные выходы и входы, а также дополнительные расширительные модули позволяют оптимизировать типовые варианты шкафов под индивидуальные задачи объекта и проекта. Конфигурирование и настройка системы возможны с помощью ноутбука подключаемого через порт USB, расположенный на передней панели, по каналу связи с АСУ (RS-232, RS-485, Ethernet) или с помощью ЖК дисплея на двери шкафа.

СОПТ-МТ ведет внутренние журналы событий и регистрирует следующие параметры:

• переменное напряжение (2 датчика)
• постоянное напряжение (6 датчиков)
• постоянный ток (4 датчика)
• температуру (2 датчика)
• результаты тестирования аккумуляторной батареи
• кривые заряда-разряда
• состояние изоляции
• информацию с цифровых и аналоговых входов системы
• положение коммутационных аппаратов отходящих присоединений

Внутренняя память хранит более 10000 сообщений, записи журнала не теряются при аварийном отключении питания. С дисплея шкафа возможна настройка параметров тревог и состояний выходных реле системы.

Важной частью каждой системы оперативного тока является система контроля изоляции. СОПТ-МТ имеет встроенную систему контроля, а также поставляется дополнительное переносное устройство контроля изоляции дающие возможность ручного поиска снижения уровня изоляции без отключения присоединения и дополнительных затрат по сравнению с автоматическим поиском.

Основными преимуществами системы являются:

• измерение полного сопротивления изоляции;

• измерение изоляции по полюсам;

• 2 группы уставок сигнализации;

• максимальная допустимая ёмкость сети для проведения измерения составляет 500 мкФ;

• максимальный инжектируемый ток не более 1,8 мА.

Дополнительными опциями являются блок аварийного освещения, осуществляющий аварийное переключение между цепями питания от источника переменного тока и от источника постоянного тока при пропадании напряжения на шинах щита собственных нужд, и антиконденсатный подогрев, служащий для устранения влаги, а также препятствию ее образования при резком изменении температуры окружающей среды.

ООО «НТЦ «Механотроника»

www. mtrele.ru

Компания: 

проблем при оптимизации сети — Saddle Creek Logistics Services

---

В течение двух лет примерно 78% многоканальных компаний будут использовать несколько DC, как показывает недавний опрос многоканальных компаний Saddle Creek . Они осознают, что многоузловая сеть может помочь контролировать расходы и улучшить обслуживание клиентов.

Однако о создании стратегической дистрибьюторской сети легче сказать, чем сделать. В нашем новом техническом описании рассматриваются некоторые препятствия на пути внедрения и роль, которую 3PL может сыграть в их устранении.

Ниже приводится выдержка из отчета

о тенденциях в распределительной сети за 2018 г. причины.

1. Космос. Складские площади сегодня в большом почете благодаря развитию электронной коммерции. В 2017 году в стране промышленных вакансий было около 5 процентов 9.0005 для всех типов продуктов, по мнению отраслевых аналитиков. Излишне говорить, что это увеличивает стоимость качественных площадей в престижных местах.
2. Кадровое обеспечение. Даже при наличии доступных площадей бывает сложно найти и удержать надежных, квалифицированных складских работников. На самом деле, по данным Бюро статистики труда США, средний уровень текучести кадров для складских рабочих составляет 36 процентов. А поскольку нехватка рабочей силы ведет к росту медианных ставок заработной платы, затраты на оплату труда могут составлять от 50 до 70 процентов9.0005 среднего складского бюджета компании.
3. Несогласованный объем заказа. Колебания деловой активности, проблемы с прогнозированием, сезонные рекламные акции могут быть сложными для планирования — как с точки зрения площади, так и с точки зрения персонала. Чтобы предотвратить возможные сбои в обслуживании или задержки доставки, вы должны быть готовы к пиковому объему, даже когда в работе наступает затишье. Плата за свободное пространство и рабочие руки может серьезно повлиять на прибыльность.
4. Технология. Сеть с несколькими узлами требует более сложной технологии. Компании должны иметь возможность просматривать запасы по всему предприятию. Также очень важно определить, из какого источника выполнения следует выбирать, чтобы обеспечить самое быстрое и доступное обслуживание. Хотя надежная OMS может удовлетворить эти потребности, современная система может быть дорогостоящей для внедрения и обслуживания. Системы WMS и TMS, программное обеспечение для планирования спроса и автоматизация выполнения — другие ценные, но дорогостоящие инвестиции в технологии.
5. Отсутствие опыта. Для многих компаний фулфилмент и логистика не являются основными компетенциями, и проблема усугубляется, когда задействовано несколько объектов. В результате необходимость сосредоточиться на этих методах часто отвлекает внимание от важных для бизнеса функций, таких как создание бренда и стратегическое планирование.

Использование аутсорсинга

Чтобы преодолеть подобные барьеры, многие компании обращаются к сторонним поставщикам. Опыт и понимание лучших практик позволяют 3PL давать стратегические советы и рекомендовать наилучшую конфигурацию сети для удовлетворения текущих и будущих потребностей.

Часто компании пользуются преимуществами складской среды с общим пространством, в которой сторонний поставщик управляет операциями нескольких клиентов в одном помещении с возможностью расширения.

«Общее пространство дает компаниям творческий способ улучшить работу, одновременно повышая гибкость и контролируя расходы», — объясняет Паттерсон. «Это позволяет им приспосабливаться к взлетам и падениям своего бизнеса и быстрее адаптироваться к изменениям на рынке. Клиенты не только избегают фиксированных затрат на аренду большего количества площадей, чем им нужно на постоянной основе, они также экономят на операционном, кадровом и другом управлении, разделяя эти расходы с другими».

Имея уже созданную дистрибьюторскую сеть и штат сотрудников, сторонний поставщик предлагает возможность выбирать центры обслуживания клиентов, расположенные ближе к вашим клиентам, сокращая время транзита и контролируя стоимость доставки без увеличения ваших накладных расходов. Если вы предпочитаете, 3PL обычно может открыть новый DC для удовлетворения ваших конкретных потребностей.

Сторонний поставщик будет инвестировать в новейшие технологии, поэтому вам не придется этого делать — от передовых решений, таких как OMS, WMS и TMS, до автоматизированных решений для выполнения заказов и обработки материалов.

Кроме того, опытный сторонний поставщик 3PL уделит пристальное внимание разработке решения и будет использовать проверенные процессы для обеспечения бесперебойной работы ваших логистических операций. Они будут включать в себя инициативы по постоянному совершенствованию для улучшения и сокращения отходов на постоянной основе. Фактически, 73 процента пользователей 3PL говорят, что 3PL предоставляют новые и инновационные способы повышения эффективности логистики, согласно исследованию сторонней логистики 2018 года.

По мере того, как компании продолжают совершенствовать дизайн своих распределительных сетей и управлять ими для достижения оптимальной производительности, они разумно изучают преимущества, которые могут предложить сторонние поставщики — удобство, гибкость, эффективность, наглядность и экономию средств.

Чтобы узнать больше о стратегической конфигурации сети, Загрузите отчет о тенденциях распределительной сети 2018 .

Планирование емкости центра обработки данных

В настоящее время альтернативные варианты стоимости и гибкость, обеспечиваемые современными технологиями, такими как внутренние и внешние облачные вычисления, виртуализация и различные типы облачных решений, предлагают эксперту по ИТ-инфраструктуре ряд платформ для функционирования бизнеса; сервис или приложение. Это заменяет цель планирования мощностей и, таким образом, рамки планирования мощностей. Это уже не просто метод расчета требований к оборудованию; это ключ к определению и оптимизации бюджета запуска корпоративных сервисов посредством выбора конкретной платформы.

Доступность решения означает, что организации должны иметь доступ к более быстрой и интеллектуальной платформе для работы в своих центрах обработки данных. Эти планы охватывают критически важные приложения и данные, которые нужны конечному пользователю для продвижения инноваций компании.

Руководителям центров обработки данных необходимо изменить способ управления ресурсами, чтобы быстро удовлетворить спрос как на виртуальные, так и на физические активы. Обычно для управления ЦОД использовались файлы Visio и Excel, но сейчас развиваются тенденции, например, SDDC (Software Defined Data Centers) и DCIM (Data Center Infra Management software) и вышли на промежуточный этап.

Эти распространенные технологии помогают менеджерам центров обработки данных лучше подготовиться и обеспечивают входящую скорость и объем сервера, сетевого оборудования и хранилища. Это также упрощает работу физической инфраструктуры, необходимой для поддержки новых инструментов, посредством планирования объектов ЦОД.

Как спланировать будущие потребности?

Ранее ИТ-компании строили мощности ЦОД на ближайшие годы. Однако это не оказалось выгодным решением. Чрезмерное выделение ресурсов приводило к потерям, незанятым активам и большим затратам. Аппаратное обеспечение, установленное в этих местах, может быть проблематично заменить из-за неадекватной пропускной способности сети, места и мощности. Энергия не управлялась изобретательно. В частности, менеджерам центров обработки данных было трудно быстро предоставить ИТ-оборудование, чтобы сократить расходы и гибко реагировать на потребности.

Более современные операторы ЦОД концентрируются на методе, основанном на потребностях. Благодаря улучшенному планированию они могут увеличить объем центра обработки данных в соответствии с требованиями бизнес-служб и ИТ для своевременного распределения. Более разумное управление емкостью ЦОД может помочь им решить, что им нужно купить, и если они должны купить это сейчас, или они могут обеспечить расходы на активы до следующей даты.

При выборе любого пакета управления инфраструктурой центра обработки данных одной из ключевых мер должно быть последовательное, подробное и правильное планирование и размещение ресурсов. Эффективное и хорошо организованное планирование емкости достигается путем выполнения следующих шагов при поддержке управления инфраструктурой ЦОД.

Фаза 1: Выясните все работы, необходимые для запуска новой части оборудования. Планирование мощности требует, чтобы ЦОД учитывал использование и существующий объем мощности стойки, пространство стойки, мощность ИБП, мощность панели или входной выключатель, охлаждение оптоволокна или порта данных, коммутаторы и патч-панели.

Этап 2: определение текущего уровня использования необходимых компонентов и использование наземной емкости для данной области, мощности сети.

Этап 3: Просмотрите список требований к емкости. Убедитесь, что вы встречаетесь с доступными ресурсами без сбоев.

Этап 4. Спланируйте управление новым приложением. Поделитесь структурой с информацией, объектами, сетью и другими людьми, чтобы получить позицию и убедиться, что план работает для всех.

Фаза 5. Используйте данные, чтобы убедиться, что планирование емкости точное. Например, используйте анализ «что, если», чтобы определить чистое влияние дополнений и выводов из эксплуатации на ваш центр обработки данных.

Этап 6. Определите все тома, необходимые для предоставления приложения.